第二章 纤维的结构概述

1、 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 构的表现。 1.研究纤维结构的目的研究纤维结构的目的 2.纤维结构纤维结构 下一节 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，设计并生产具有指定性能的纤维和 纺织产品。 Back 纤维结构：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。 Back 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

2、1定义：构成纤维大分子的基本化学结 构单元。 AAAAAA 或 A (A)nA 其中： A、A端基；n 聚合度。 2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例：大分子亲水基团的多少和强弱 吸湿性吸湿性 ；分子极性的强弱；分子极性的强弱电学性质电学性质 返回返回 o 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 ： o 1) 碳链大分子：碳链大分子： o 纤维的大分子主链都是靠相同的碳

3、原子以共 价键形式相联结的。 o 例：乙纶、丙纶、腈纶 o 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 o 燃甚至易熔。 服用纤维有一定缺点。 v2)杂链大分子：杂链大分子： v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。 v例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶 强度较 大，服用性能较好。 v 3)梯形和双螺旋形大分子： v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 v1.定义：指大分子由化学键所固定的空间排 列

4、形态。 v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） v一、大分子间作用力（次价键力） v 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。 v次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学 键 ； v四种结合力的能量大小：真正化学键盐式 键氢键范德华力 v四种结合力的作用

5、距离：真正化学键盐式 键氢键范德华力 v产生原因 名称名称产生原因产生原因特点特点 范范 德德 华华 力力 定定 向向 力力 产生于极性分子间，是由它们的永久偶产生于极性分子间，是由它们的永久偶 极矩作用而产生的极矩作用而产生的 作用能量作用能量35千卡千卡/克分子；克分子； 与温度有关与温度有关 诱诱 导导 力力 由相邻分子间的诱导电动势产生的，产由相邻分子间的诱导电动势产生的，产 生于极性分子与非极性分子之间生于极性分子与非极性分子之间 1.53千卡千卡/克分子；与温克分子；与温 度有关度有关 色色 散散 力力 由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的 偶极矩而

6、产生的。产生一切非极性分子偶极矩而产生的。产生一切非极性分子 中。中。 0.22千卡千卡/克分子；与温克分子；与温 度无关度无关 氢键氢键 大分子侧基（或部分主链上）极性基团大分子侧基（或部分主链上）极性基团 之间的静电吸引力（如之间的静电吸引力（如NH2， COOH，OH，CONH等）等） 能量能量1.310.2千卡千卡/克分克分 子距离子距离2.33.2A ；与温；与温 度有关度有关 盐式键盐式键 在部分大分子侧基上，某些成对基团之在部分大分子侧基上，某些成对基团之 间接近时，产生能级跃迁的原子转移，间接近时，产生能级跃迁的原子转移， 从而基团间形成相互结合的化学键。从而基团间形成相互结合

7、的化学键。 是化学键中作用力较弱的是化学键中作用力较弱的 一种，能量一种，能量3050千卡千卡/ 克分子克分子 化学键化学键少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基。少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基。 能量能量50200千卡千卡/克分克分 子子 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 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)

8、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。 结晶度对纤维结构与性能的影响：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。 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 1.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、

9、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 纤维种类纤维种类 纵向形态纵向形态横截面形态横截面形态 棉棉天然转曲天然转曲腰圆形、有中腔腰圆形、有中腔 苎麻苎麻横节竖纹横节竖纹腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹 亚麻亚麻横节竖纹横节竖纹多角形，中腔较小多角形，中腔较小 黄麻黄麻横节竖纹横节竖纹多角形，中腔较大多角形，中腔较大 大麻大麻横节竖纹横节竖纹 不规则圆形或多角形，内腔呈线形、椭不规则圆形或多角形，内腔呈线形、椭 圆形、扁平形圆形、扁平形 绵羊毛绵羊毛鳞片大多呈环状或瓦状鳞片大多呈环状或瓦状近似圆形或椭圆形，有的有毛髓近似圆形或椭圆形，有的有毛髓 山羊绒山羊绒 鳞片大多呈环状，边缘光滑，间距较大，鳞片大多呈环状，边缘光滑，间距较大， 张角较小张角较小 多为较规则的圆形多为较规则的圆形 兔毛兔毛鳞片大多呈斜条状，有单列或多列毛髓鳞片大多呈斜条状，有单列或多列毛髓 绒毛为非圆形，有一个中腔；绒毛为非圆形，有一个中腔； 粗毛为腰圆形，有多个中腔粗毛为腰圆形，有多个中腔 桑蚕丝桑蚕丝平滑平滑不规则三角形不规则三角