纺织材料学第二章

第二章纤维的构造特征第一节

纤维构造的概念纺织资料的种类很多，性能各异，其根本缘由在于纤维内部构造的不同，性能是构造的表现。

研讨纤维构造的目的:了解构造与性能关系，以便我们正确选择和运用纤维，更好地掌握消费条件，并经过各种途径改动纤维构造，有效地改动性能，设计并消费具有指定性能的纤维和纺织产品。纤维构造

大分子构造：化学组成、单基构造、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等聚集态构造：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等形状构造：纵横向几何形状、径向构造、外表构造、孔洞构造等一、纤维的各级微观构造(1)原纤构造特征纤维中的原纤(fibril)是大分子有序陈列的构造，或称结晶构造。纤维的原纤按其尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞。单分子：直链状大分子基原纤(protofibril)d=1-3nm微原纤(microfibril)d=4-8nm原纤(fibril)d=10-30nm巨原纤(macrofibril)d=0.1-1.5μm纤维(fiber)(2)各层次原纤的特征基原纤(proto-fibril或elementaryfibril)是原纤中最小、最根本的构造单元，亦称晶须，无缺陷。微原纤(micro-fibril)是由假设干根基原纤平行陈列组合在一同的大分子束，亦称微晶须，带有在分子头端不延续的结晶缺陷，是结晶构造。原纤(fibril)是一个统称，有时可代表由假设干基原纤或含假设干根微原纤，大致平行组合在一同的更为粗大的大分子束。巨原纤(macro-fibril)是由多个微原纤或原纤堆砌而成的构造体。细胞(cell)是由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明显的细胞边境。二、纤维的聚集态构造详细所指纤维高聚物的结晶与非晶构造、取向与非取向构造.1.纤维的结晶构造将纤维大分子以三维有序方式陈列，构成稳定点阵，构成有较大内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵构造，称为结晶构造。

结晶态：纤维大分子有规律地整齐陈列的形状。

1〕结晶区：纤维大分子有规律地整齐陈列的区域。

晶区特点：

a.大分子链段陈列规整；

b.构造严密，缝隙，孔洞较少；

c.相互间结合力强，相互接近的基团结合力饱和。

2)结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率。

分量结晶度：纤维内结晶区的分量占纤维总分量的百分率。(p48式2-9)

体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百分率。(p48式2-8)结晶度对纤维构造与性能的影响：

结晶度↑→纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度↑；纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。

结晶度↓→纤维吸湿性↑；容易染色；拉伸强度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性，弹性有所改善，密度较小，化学反响性比较活泼。2.纤维的非晶构造纤维大分子高聚物呈不规那么聚集陈列的区域称为非晶区，或无定形区。取向和无序陈列的缨状微胞构造3.纤维的取向构造取向度:大分子陈列方向与纤维轴向符合的程度.纤维的取向构造使纤维许多性能产生各向异性。取向度与纤维性能间的关系：取向度大——大分子能够接受的轴向拉力也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向异性明显.结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取向度高.普通说来，结晶度高，取向度也高。三、纤维的大分子构造1.单基〔链节〕m:构成纤维大分子的根本化学构造单元。2.聚合度n:构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基反复的次数。(n=int(M/m))注:大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度常用纤维的n：

棉、麻的聚合度很高，成千→上万；

羊毛576；蚕丝400；

粘胶：300-600；且一根纤维中各个大分子的n不尽一样.n低时，普通来说，纤维的强度低些，湿强度也低些，脆性明显些。3.纤维大分子链的内旋性及柔曲性内旋性——纤维大分子内的单基之间在键长键角坚持不变条件下，相邻单基可绕单键旋转的特性。柔曲性——纤维大分子在一定条件下，经过内旋转或振动而构成各种外形的难易程度的特性。纤维大分子构造与柔曲性的关系：

1>主链上原子链弹性好，柔曲性↑；

2>侧链较少，柔曲性↑；

3>主链周围侧基分布对称，柔曲性↑；

4>侧基间〔大分子间〕作用力较少，柔曲性↑.柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，构造不易堆砌的非常密集，但在外力作用下，易被拉伸，易构成结晶。单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有很大影响。第二节典型纤维的构造与特征一.典型天然纤维的构造与特征1.棉纤维的构造与特征(1)分子构成及分子间构造棉纤维和麻纤维的主要成分是纤维素，其分子式为(C6H10O5)，化学构造式为：特征基团有：氧六环；6个-OH；氧桥—O—单基衔接方式：1-4甙键衔接，在空间转180°.棉纤维大分子的聚合度为6000～15000，分子量为1～2.43百万，其氧六环构造是固定的，但六环之间夹角可以改动，所以分子在无外力作用的非晶区中，可呈自在弯曲形状。(2)细胞形状与构成初生层：棉纤维的外层，纤维细胞的初生部分．厚度大约0.5µm.次生层:S1约为0.1µm.S2约为1-4µm.S3约为0.1µm.中腔:胞壁内遗留下来的空隙.双边构造:棉纤维干枯后压扁改动成为转曲,截面呈腰圆形的景象.2.羊毛纤维的构造特征(1)羊毛纤维的组成羊毛纤维的根本组成是α氨基酸螺旋大分子，α氨基酸是哺乳动物组织的根本组成。羊毛角蛋白大分子的构成及相互链接作用，是多交联的构造，尤其是二硫键(－S－S－)。由C、H、O、N、S元素组成。侧基多而复杂，约25种氨基酸。空间形状：羊毛的稳定构造是α型，α型加外力——β型，β型去外力——α型；分子间力:盐式键、氢键、硫键力等(2)羊毛纤维的组织构造羊毛纤维是多细胞构造体，有两类细胞：鳞片细胞和皮质细胞。每一个鳞片是一个细胞，称为表皮细胞(cuticlecell)，由细胞间质CMC(cellmembranecomplex)粘结组合成羊毛外表的延续覆盖层。皮质细胞(cortexcell)有正皮质(ortho-cortex)细胞和副皮质(para-cortex)细胞之分。羊毛的髓质层。(3)羊毛的鳞片鳞片为角质化细胞，在成形后失去了细胞核和原生质，构成为死细胞组织的角质薄片。(4)羊毛的皮质细胞由于正、副皮质的构造差别，导致一刚一柔，一伸一缩，使羊毛的整体外观形状呈弯曲状。正皮质位于弯曲的外侧；副皮质位于弯曲的内侧。〔5〕细胞间质(CMC)4.蚕丝的构造特〔1〕分子构成及构造蚕丝是昆虫加工的纤维，无细胞构造。大分子也是α氨基酸构造.〔2〕微细构造及形状蚕丝由丝胶和丝素构成，丝胶包覆于丝素之外，丝素那么是蚕丝纤维的主体.二、典型再生纤维素纤维的构造特征1.几种粘胶纤维的典型构造纤维结晶度(%)聚合度普通粘胶30～35250～300富强粘胶45～50500左右强力粘胶50～55300～350Modal42～46350～450Tencel®48～52500～550浆粕55～65>6002.Lyocell纤维Lyocell纤维是可回收溶剂法制备的再生纤维素纤维。三、典型合成纤维的构造1.常规合成纤维(1)涤纶纤维(PET)涤纶纤维或聚酯纤维，其大分子链化学构造式为：单基由一个苯环、两个酯基和两个亚甲基(－CH2)构成。－CH2－CH2－是柔性链；苯环使分子链的刚性增大，熔融熵减小，结晶速率减缓，所以按传统的熔体纺丝法得到的初生纤维普通为非晶态，但经过拉伸取向可诱导快速结晶，不仅取向度高，而且结晶度也高。(挺括不皱)(2)锦纶纤维(PA)锦纶或聚酰胺纤维或尼龙主要特征是大分子链由酰胺键(－CONH－)衔接，主要种类锦纶6和锦纶66，化学构造式如下：锦纶66锦纶6(3)腈纶纤维(PAN)(4)丙纶纤维(PP)(5)维纶纤维(PVA)(6)氯纶纤维(PVC)P57-59常用纤维的单基

纤维素纤维：-葡萄糖剩基蛋白质纤维：-氨基酸剩基涤纶：对苯二甲酸乙二酯锦纶：己内酰胺丙纶：丙烯腈纶：丙烯腈单基的化学构造、官能团的种类决议了纤维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等，单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤维的性质影响很大。2.差别化纤维(1)异形与多孔差别化纤维在形状上改动，可引入异形和多孔。例：(a)为单开孔，以添加外表积和内凹蓄水和快速导水，但受压后易于反渗水；(b)为中空带微孔，假设微孔与中空相通，那么可以构成导水和分散；(c)为变异三叶形，大凹反射光性能优良和减少接触，叶顶小沟槽有利于导水和点状接触；(d)为外表多坑构造，可柔和光泽和添加外表积极蓄水点。(2)复合与超细复合纤维的常见构造如图2-28所示，主要为双组份的，