2纤维的结构概述

null第二章 纤维结构概述 第二章 纤维结构概述 第一节     纤维结构的概念 纺织材料的种类很多，性能各异，其根本原因在于纤维内部结构的不同，性能是结构的现。 1.研究纤维结构的目的 2.纤维结构 下一节null了解结构与性能关系，以便我们正确选择和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提通过各种途径改变纤维结构，有效地改变性能，并生产具有指定性能的纤维和纺织产品。 Backnull纤维结构：是指组成纤维的纤维结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。 nullBacknull 第二节 纺织纤维的大分子结构 一、单基（链节） 二、聚合度 n 三、纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性 四、链原子的类型与排列 五、大分子构型 null1．定义：构成纤维大分子的基本化学结构单元。           A′－A－A……A－A－A〞 或 A′－(A)n－A〞                   其中： A′、A〞——端基；n——聚合度。null2．常用纺织纤维单基的化学组成：见下图 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤维的耐酸、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。      例：大分子亲水基团的多少和强弱—→吸湿性 ；分子极性的强弱—→电学性质 null返回null1．定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基重复的次数。 大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度null2． 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； 一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布→高聚物大分子的多分散性。null3．聚合度与力学性质的关系：        n→临界值，纤维开始具有强力；n↑，纤维强力↑（∵n↑,大分子间的结合键↑结合能量变大）；但增加的速率减小；n至一定程度，强力趋于不变。   n低时，一般来说，纤维的强度低些，湿强度也低些，脆性明显些。       n的分布：希望n的分布集中些，分散度小些，这对纤维的强度，耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。         制造化纤时，要控制n的大小。         n太小——强度不好；n太大——纺丝困难。 返回null1.大分子链的内旋性及其构象        先以低分子链的内旋性说起：以碳链分子为例。如果分子内C-C之间是以单基相接，该单键是由σ电子组成的σ键，其电子云分布是轴向对称的。故C－C单键可以以键向为轴进行内旋转运动。把三个相连的的C－C键，置于直角坐标中。键角为θ，当保持键角不变时，若l1键位于Z方向上，并以自身为轴旋转，则l2键就会在与C2相连的圆锥面移动。同时若b2键也以自身为轴旋转，则l2键在与C3相连的圆锥面上移动。null内旋性—— 纤维大分子内的单基之间在键长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单键旋转的特性。 构象—— 分子链由于围绕单键内旋转而产生的原子在空间的不同排列形式。nullnull2. 柔曲性 （1） 定义：指纤维大分子在一定条件下，通过内旋转或振动而形成各种形状的难易程度的特性。null（2） 纤维大分子结构与柔曲性的关系：         1> 主链上原子链弹性好，柔曲性↑；         2> 侧链较少，柔曲性↑；         3> 主链四周侧基分布对称，柔曲性↑；         4> 侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性↑;     　5> 温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑ ;null大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一，长链分子由于热运动而变成弯曲形状使高度柔曲性，这就是高聚物产生弹性原因。 柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成结晶。 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。 返回null纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链的原子也有多种类型。从现有的主要纤维来看，大致有三种类型 ：null1) 碳链大分子： 纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共价键形式相联结的。 例：乙纶、丙纶、腈纶——    可塑性比较好，容易成型加工，原料比较简单，成本便宜。 但一般均不耐热，易 燃甚至易熔。 ∴服用纤维有一定缺点。null2)杂链大分子： 大分子主链除碳原子以外，还有其它原子如氮、氧等，它们都以共价键相联结，即主链是由两种以上的原子所构成的。 例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶—— 强度较大，服用性能较好。 null 3)梯形和双螺旋形大分子： 此类纤维的主链不是一条单链，而是像一个“梯子”和“双股螺旋”的结构。例：碳纤维，石墨纤维有较高的强力、耐高温因为主链是双链形式。 返回null1.定义：指大分子由化学键所固定的空间排列形态。 这种几何形态是稳定的，只有化学键断裂，构型才能改变，即使是单基的化学组成相同，但由于结构单元的空间异构，大分子可以有不同的构型，从而影响到大分子的排列形态，最终影响到纤维性质。第三节 纺织纤维的超分子结构（聚集态结构） 第三节 纺织纤维的超分子结构（聚集态结构） 一、大分子间作用力（次价键力）       纤维大分子间的作用力与大分子链间的相对位置，链的形状、大分子排列的密度及链的柔曲性等有关。这种作用力使纤维中的大分子形成一种较稳定的相对位置，或较牢固的结合，使纤维具有一定的物理机械性质。null次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学键 ； 四种结合力的能量大小：真正化学键＞盐式键＞氢键＞范德华力 四种结合力的作用距离：真正化学键＜盐式键＜氢键＜范德华力 产生原因   nullnull分子间力的大小取决于： 1.单基化学组成（原子团多少、极性集团数目、极性强弱） 2.聚合度 3.分子间距离null二、聚集态结构 1、结晶            （1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。    1）结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。        晶区特点：          a.大分子链段排列规整；               b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；          c.相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。    2) 结晶度：纤维内部解救区占整个纤维的百分率。      重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百分率。      体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百分率。null结晶度对纤维结构与性能的影响：                          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，化学反应性比较活泼。null（2）非晶态：纤维大分子无规律地乱排列的状态。   1）非晶区：纤维大分子无规律地乱排列的区域。         非晶区特点： a.大分子链段排列混乱，无规律； b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞；   c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。null2、取向度 （1）定义：指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。 （2）取向度与纤维性能间的关系：       取向度大——大分子可能承受的轴向拉力也大，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，取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，一般说来，结晶度高，取向度也高。null 第四节 纤维的形态结构 研究纤维形态结构的意义 影响纤维的形态的因素 null1.形态结构与 纤维性质 密切相关     纤维性质包括：抱合力、可纺性、摩擦性能、粘合性、光泽、手感、保暖性、吸湿性等。 形态结构是鉴别纤维的方法之一 null.形态结构是鉴别纤维的方法之一  null1.天然纤维的形态由品种决定  2.化学纤维的形态由喷丝孔形状、纺丝方法决定null