纤维化学与物理课后题复习纲要.doc

高分子化合物：指一种由许多结构相同或相似、简单的单元通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大、分子链较长的化合物。单体：能形成高分子物结构单元相应的低分子化合物，也是高分子物合成的起始原料。超分子结构：单位体积内许多分子链之间的几何排练聚合度：组成一个大分子的链节数，即一个大分子链中所含的重复单元的数目。蠕变：在一定的温度和较小的恒定的外力作用下，高分子物所发生的形变随时间增加而逐渐增加的现象。强迫高弹形变：非晶态高分子物，在温度稍低于Tg的条件下，外力强迫链段运动并使分子链拉直，产生较大的形变。外力去除后，形变不能自然回复。但温度升至Tg以上，链段运动使形变自然回复，这种形变称之为强迫高弹形变。取向度：指大分子、链段或微晶体顺着某一特定方向（外力方向）有序排列的程度。结晶度：结晶的程度，是结晶部分的质量或体积对全体质量或体积的百分数。玻璃化温度：指高分子物非晶区的链段在外力作用下开始运动时的温度。即玻璃态和高弹态的转变温度。（可理解为：高分子物从玻璃态向高弹态转变时，链段刚好能运动的温度，也是高弹态向玻璃态转变时，链段刚好被冻结的温度。）特克斯（tex）：俗称号数，指在公定回潮率时，1000米长的纤维（或纱线）所具有的质量克数。即1特1克/1000米。回弹性：指纤维从形变中回复原状的能力。极限氧指数：纤维材料点燃后在氧氮混合气体中维持燃烧所需的最低含氧量的体积分数。 即回潮率：纤维内水分的重量与纤维绝对干燥重量之比的百分数。 实际回潮率：纤维制品在实际所处环境条件下具有的回潮率。（大气条件不同结果不同） 标准回潮率：在标准状态下，纤维制品达到吸湿平衡的回潮率。（可以比较纤维材料的吸湿性）同一材料的标准回潮率不是定值，在一定范围内波动。 公定回潮率（商业回潮率） ：为贸易、计价、检验等需要而定的回潮率。国际上将生丝的回潮率统一规定为11，称为公定回潮率。 一般公定回潮率接近标准回潮率可及度：指化学试剂可以到达并起反应的部分占整个部分的百分数。铜值：100g干燥纤维素使二价铜还原成一价铜的克数潜在损伤：某种条件下，如果纤维素只发生基团的氧化和葡萄糖剩基的破裂，并未发生分子链的二断裂，只是纤维的强度不大，而纤维素铜氨溶液的黏度却明显下降。盐缩：蚕丝纤维在氯化钙，硝酸钙等中性盐类的浓溶液中处理，会发生显著膨润，收缩的现象，称为盐缩等电点：蛋白质大分子上所带的正负电荷相等即电中性时溶液的pH值复合纤维：将两种或两种以上的成纤高分子物熔体或浓溶液分别输入同一喷丝头，在喷丝头适当部位相遇后，从同一喷丝空中喷出，成为两组分或多组分粘并的一根纤维。即在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物。又称共扼或多组分纤维。 超细纤维：单纤维线密度在0.110.55dtex范围的纤维P152第8题。纤维的结构对其吸湿性有哪些影响？答：（1）化学结构即纤维大分子结构上的极性基团吸湿中心的多少和强弱：极性基团越多，强度越强，纤维的吸湿性越好。一般天然及再生纤维有较多的极性基团，吸湿性好；合成纤维，极性基团少，吸湿性差。（2）纤维的聚集态结构结晶区和非结晶区的多少：吸湿主要发生在纤维的无定形区和晶区表面，化学结构相同的纤维，若无定形区不同，吸湿性也不同，无定形区大，吸湿性强。（3）纤维内部空隙：纤维内部空隙多，吸湿性好。（4）纤维表面结构：纤维表面能吸附大气中的水汽和其他气体，吸附量的多少与纤维的表面积及其组成成分有关。纤维愈细，比表面积越大，吸附水分子的能力愈强。（5）纤维伴生物：纤维的伴生物位于纤维的表面，会改变纤维表面特性，影响其吸湿性。2.P152第9题。画出聚酯纤维的应力-应变曲线，并从分子运动机理来解释曲线。答：聚酯纤维的应力应变曲线：ab段：一条直线，应变为普弹形变，形变主要是原子键长和键角的变化引起的，而分子链和链段不发生运动。直线的斜率称为初始模量。bc段：应力增加，外力强迫链段发生运动，纤维分子沿拉伸方向取向，而大分子不发生相对滑移。强迫高弹形变。与ab段相比，bc段每单位应变所需的应力减少。cd段：大分子沿着拉伸方向发生质量中心改变的相对移动，并进一步趋于平行排列，这时形变主要发生在纤维的无定形区。塑性形变。在这个区段，纤维的形变能力降低，应力急剧增加。de段：试样已拥有足够的能量，足以克服结晶区内某些分子间的相互作用力，发生第二次塑性流动，直至纤维断裂。5.P152第13题。纤维初始模量的实质是什么？有哪些主要影响因素？答：纤维初始模量实质：表示纤维在外力作用下对小形变的抵抗能力，反映了纤维的刚性。初始模量大，纤维在外力作用下不易变形。影响因素：纤维大分子链的柔性：柔性高，初始模量小。分子间的作用力：分子间的作用力小，初始模量小。结晶度及取向度：对于同一类纤维，结晶度、取向度高，初始模量3P152第10题。纤维可能的断裂方式有哪几种？为什么纤维的实际强度比理论强度往往要低得多？答：纤维大分子链的排列方向一般平行于受力方向，纤维在外力作用下发生断裂可能是分子链的断裂和分子链间的相对滑脱所引起的。若纤维的断裂是由分子链的断裂引起的，则必须拉断所有的分子链，但根据有关计算，纤维的实际强度远远小于纤维的理论强度，说明纤维在受外力拉伸断裂时，同一截面上的分子链同时被拉断是不可能的。若纤维的断裂是由分子链或结构单元的滑脱引起的，则必须克服分子链间的氢键和范得华引力，同样根据计造成算，纤维的实际强度远小于纤维的理论强度，说明纤维受外力拉伸，其断裂完全是由于分子链间的滑脱的是不可能的。纤维的实际强度之所以小于理论强度，是因为纤维的结构不是均匀的理想的，其存在许多薄弱环节，如微细的裂缝、空洞、气泡等，当受到外力作用时，纤维的断裂首先从这些薄弱环节开始。同时纤维的取向也不是理想的取向，此时纤维中的大分子也不可能均匀承受外力，而是先使未取向的分子链段间的H间或范德华引力破坏，应力逐渐向其他部位扩展，集中到少数取向的分子链上，对于聚合度、结晶度、取向度高的纤维，由于其分子间的作用力大，导致了分子链的断裂而使纤维破坏；而对于聚合度、结晶度、取向度低的材料，由于其分子间的作用力小，导致了分子链间或其结构单元间的滑移而使纤维破坏。第15题。试述纤维的耐磨性及其影响因素。举例说明。答：纤维的耐磨性是影响纤维耐用性的主要指标。表示方法：一般用纤维经多次拉伸后的断裂功来表示。影响耐磨性的因素：纤维的强度、断裂延伸度、回弹性。以断裂延伸度和回弹性的影响更为重要，断裂延伸度大和回弹性好，纤维的耐磨性好。例如：麻纤维，虽然强度高，但断裂延伸度小、回弹性差，其耐磨性差；羊毛强度较低，但断裂延伸度大、回弹性好，耐磨性好。锦纶由于强度、延伸度和回弹性都较高，所以耐磨性特别好棉的丝光处理凝聚态结构变化。棉织物在一定张力作用下，经浓烧碱溶液处理，使织物获得丝一般的光泽，同时保持所需要的尺寸的过程。丝光前后变化：形态结构变化：光泽度变高。横截面积变大，直径变小，扭曲带状变为圆筒状。聚集态结构变化：大分子排列趋向于整齐，取向度提高，结晶度降低，无定形区变大。物理机械性能：强力增大，形态尺寸稳定性增大，模量增大化学性能：化学反应性增大，染料吸收率增大，吸水性增大天然纤维烧碱处理后发生剧烈溶胀的原因 处理后其性能发生哪些变化为什么。钠离子体积小，不仅可以进入纤维的无定形区，还可以进入到纤维的部分结晶区；同时Na+是一种水化能力很强的离子，环绕在一个Na+周围的水分子多达66个之多，以至形成一个水化层，当Na+进入纤维素大分子内部并与纤维素大分子结合时，大量的水分也被带入，因而引起了剧烈溶胀，由于能进入晶区，因此，溶胀是不可逆的。丝光处理后，结晶度下降，取向度提高，强度变大，光泽提高，尺寸稳定性提高，化学活泼型提高。 棉纤维经酸和氧化作用的相似及相异之处 相同点：都在漂白及染色等染整过程中进行，且均使纤维的聚合度下降，最终生成羧基或羧基化合物，还原性加强。 相异点：酸对纤维素的水解作用使14-gan键水解，在断裂处与分子结合形成-oH、醛基。纤维强度下降明显。 氧化剂对纤维素的氧化作用主要发生在葡萄糖基环C2,C3,C4位的三个自由羟基和大分子末端的潜在醛基上，根据不同的条件相应生成醛基，酮基和羧基，形成潜在损伤，聚合度下降但强度变化不明显（其铜氨溶液粘度下降，），碱性环境中容易发生贝塔-分裂。判断纤维素受到的损伤程度可采取下列办法：测断裂强度，值，纤维损伤；测定纤维在碱中的溶解度，溶解度，纤维损伤；测定纤维的还原性能，用铜值或碘值表示，铜值或碘值，纤维损伤。用铜氨溶液或铜乙二胺溶液测定纤维的聚合度，聚合度，纤维的损伤。什么是纤维的原纤化现象。解释为什么lyocell容易发生原纤化。原纤化现象:在受到机械作用时，纤维沿轴向分裂出更细小的原纤，这些原纤一端固定在纤维本体上，一端暴露在纤维表面形成许多小绒毛。Lyocell容易原纤化，是因为：取向度高，纵向结合力较强，横向结合力较弱，这种结构使得纤维可沿纵向将更细的纤维逐层剥离出来，尤其是湿态下经机械摩擦力作用这种现象更明显。在极度原纤化作用下，原纤相互缠结使织物表面产生起球现象。有利：可使织物获得桃皮绒风格；1.4.P192第19题。影响酸对纤维素作用的因素由哪些？为什么经酸处理的织物必须彻底洗净？写出反应式。怎样判断纤维素受到的损伤程度？答：（1）影响因素主要有：酸的种类：当其他条件相同时，酸性，损伤。酸的浓度：浓度，水解。温度：温度，损伤。时间：其它条件相同时，时间，水解，且成正比。（2）酸对纤维素的水解作用仅起催化作用，反应前后，其浓度无变化，若其他条件不变，水解反应会继续进行下去。反应式如下：纤维素制品在染整加工中用酸进行处理，一般不会使纤维解体，但纤维的内在质量如聚合度、强度、延伸度等会受到影响，所以酸处理后的织物必须彻底洗净，特别要注意的是要避免带酸的织物进行烘干，否则，在烘干时，随着水分的蒸发，织物上酸的浓度增加，再加上烘干时温度较高，会使织物受到严重的损伤。（3）判断纤维素受到的损伤程度可采取下列办法：测断裂强度，值，纤维损伤；测定纤维在碱中的溶解度，溶解度，纤维损伤；测定纤维的还原性能，用铜值或碘值表示，铜值或碘值，纤维损伤。用铜氨溶液或铜乙二胺溶液测定纤维的聚合度，聚合度，纤维的损伤。5. P192第20题。说明怎样能够比较全面地了解棉纤维在漂白过程中素受到的损伤程度，为什么？答：测定棉纤维在漂白前后在铜乙二胺溶液（铜氨溶液）中的粘度，然后再换算成相对分子质量，因为铜乙二胺（铜氨）溶液是碱性的，具有潜在损伤的纤维素在里面会发生分裂反应。从而准确地反映漂白过程受到的损伤程度。测定漂白织物碱煮后的强力，因为碱煮时，具有潜在损伤的纤维素会发生分裂反应。1.试述蛋白质的两性性质和膜平衡原理。答：（1）两性性质：蛋白质具有既象酸又象碱一样的性能，是典型的两性高分子电解质。在不同的pH值溶液中可进行下列反应：（2）膜平衡原理膜内：蛋白质分子上带有的负或正离子不能离开母体，且与膜内溶液组成膜内体系。膜外：溶液体系：HClKCl共存，即pHpI，NH2H+N+H3。或体系：KOHKCl共存，即pHpI，COOHOH-COO-H2O假定：膜内、外容积相等且不变。在酸性条件下膜内外离子分布情况如下：其中：C1为平衡时蛋白质正离子浓度，即蛋白质结合酸的浓度；C2：HCl原来的浓度；C3：KCl原来的浓度；X、Y：平衡时膜内H+、K+浓度，等于膜外向膜内迁移的浓度。平衡时分配系数l：在碱性条件下膜内外离子分布情况如下：其中：C1为平衡时蛋白质负离子浓度，即蛋白质结合碱的浓度；C2：KOH原来的浓度；C3：KCl原来的浓度；X、Y：平衡时膜内OH-、Cl-浓度，等于膜外向膜内迁移的浓度。平衡时分配系数l：2.P243第5题。什么是蛋白质的饱和吸酸值、超饱和吸酸量、等电点？ 答：蛋白质的饱和吸酸值：当溶液的pH值达到一定值时，蛋白质才开始结合酸，并在特定的pH值达到稳定、最大结合量，此值称之。超饱和吸酸量：达到饱和吸酸量后，溶液的pH值由0.8继续下降，蛋白质又出现吸酸量突然增大的现象，此时的吸酸量称为超饱和吸酸量。等电点：蛋白质大分子上所带的正负电荷相等即电中性时溶液的pH值。P244第9题。试述羊毛永定和过缩现象的原理。答：过缩：现象：将受到拉伸应力作用的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后去除外力并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来的长度还短，甚至只有原长三分之二的现象。原因：外力和湿、热的作用使肽链的构象发生变化，原来的副被拆散，由于处理时间很短，尚未在新的位置建立起新的副键，多肽链可以自由收缩。产生过缩。暂定（暂时定型）：现象：将受到拉伸应力作用的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理稍长时间，除去外力后纤维并不回复到原来的长度，但在更高条件下处理，纤维仍可重新收缩的现象。原因：处理时间稍长，原来的副被拆散后，在新的位置尚未全部建立起新的副键或副键结合得不稳固，只能使形态暂时稳定，遇到适当条件，仍可回缩。永定（永久定型）：现象：将受到拉伸应力作用的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理更长时间，如12h，放松后，则外力去除后，即使再经蒸汽处理，也仅能使纤维稍微收缩的现象。原因：处理时间较长，原来的副被拆散后，在新的位置建立起新的、稳固的次价键，使多肽链的构象稳定下来，阻止羊毛纤维从形变中回复原状。3.P244第14题。画出羊毛、蚕丝纤维的应力-应变曲线，比较它们拉伸性能的异同，并分析造成差异的原因。答：（1）羊毛及蚕丝的应力应变曲线见图。（2）由图可以看出：两种纤维的应力应变曲线都有明显的屈服点；蚕丝的屈服应力、初杨氏模量、断裂强度比羊毛高，而断裂延伸度比羊毛低；两者的断裂功均比较大，因而韧性较大，羊毛在很小的应力下，可产生较大的形变，尤其超过屈服点。温、湿度对应力应变曲线的影响：温、湿度增加，他们的屈服应力、初始模量、断裂强度都发生下降，而断裂延伸度增加。回复性能：羊毛的弹性在各种纤维中是较高的，仅次于锦纶66，而蚕丝的弹性仅属于中等，特别是湿弹性较差。（3） 两种纤维性能差异的原因：蚕丝在形成过程中，受到强烈的拉伸和吐丝口处的挤压，分子链具有构象，较为伸直，取向度较高，分子排列整齐，因而断裂强度较高而断裂延伸度较低。羊毛的分子链有螺旋构象，受到拉伸可以变为构象，因而有较大的延伸性能；羊毛的肽链间存在二硫键，可以阻止分子链间发生相对滑移，又能促使纤维形变的回复，所以有良好的回复性能。.P244第17题。次氯酸钠能否用于蛋白质纤维的漂白，为什么？答：不能用于蛋白质的漂白。因为次氯酸钠对蛋白质纤维的破坏作用非常强烈，不仅有氧化作用，而且还伴着氯化作用，使蛋白质生成黄色氯胺类化合物，破坏作用极大。短纤维：长度较短，必须经过纺纱才能用于织布的纤维。2.P302第6题：试述涤纶的分子结构特点。答：（1）具有对称苯环结构，没有大的支链，分子线型好，易于沿纤维拉伸方向取向平行排列。（2）主链含有苯环，分子柔性较小，因此熔点较高。（3）主链中CC链可以内旋转，分子存在两种空间构象。晶区：反式构象。非晶区：顺式构象。（4）结构具有高度的立体规整性，所有的苯环几乎处在一个平面上，使得相邻大分子的凹凸部分便于镶嵌，从而具有紧密敛集能力与结晶倾向。（5）分子间没有特别强大的定向作用力。P302第11题。涤纶为什么染色比较困难？可采用哪些有效方法？答：原因：纤维吸湿性小、结构紧密，在水中的溶胀程度，染料难进入纤维内部。分子结构中缺少极性基团，吸湿溶胀小，不易与水溶性染料结合。分子结构中无活性基团，染料无法与纤维发生共价键结合。有效方法：选择分散染料染色。常采用的有效方法主要有：高温高压法、携染剂（载体）法、热溶法、目前研究的超临界CO2染色法。还可以改变涤纶的化学组成，使其结构中含有能与染料结合的基团等。7.P302第14题。涤纶经烧碱溶液处理后会发生怎样的变化？答：涤纶经烧