纺织材料学课件 (新)纺材绪论

纺织材料学教材：《纺织材料学》，于伟东主编，中国纺织出版社课程性质：纺织材料学是纺织工程专业的专业基础课，是纺织科学与工程类专业的必修课。是学生学习后续专业课程的必要知识基础和理论基础,也是学生本科毕业后进入研究生课程学习的重要基础。本课程特点工科类专业课理论密切联系实际，以实验为基础应用性强与工艺、产品应用、商贸结合基础类专业课记忆性强公元1200年公元前500年战国织锦公元前15000年北京周口店人的骨针绪论纺织品三大应用领域纺织材料、纺织材料学的概念纤维的结构1.纺织品三大应用领域

服用纺织品（apparelfabrics）服装装饰用纺织品（homefurnishingfabrics）地毯、床上纺织品、窗帘等产业用纺织品（industrialfabrics）土工布、降落伞、帆布、缆绳等2.纺织材料(textilematerial)的定义纺织材料的定义：指纤维及纤维制品，具体表现为纤维(fiber)、纱线(yarn)、织物(fabric)及其复合物。纺织品加工过程纤维纱线织物成品纺纱织造后整理非织造3.纺织材料学(TextileMaterials)是研究纤维和纤维集合体的结构、性能及其间相互关系的学问。

结构→性能材料的微观结构特征从本质上决定了材料的性质

4.纤维材料的定义及结构特征纤维(fiber)：是一种细而长的物质，直径从几微米到十几微米，长度则从几毫米几十毫米甚至上千米，长径比很大(103)。纤维结构P43

大分子结构(molecularstructure)：化学组成、单基结构、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结构(aggregation

structure)：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等形态结构（morphologicalstructure）：纵横向几何形态、径向结构、表面结构、孔洞结构等前两者为微观结构，后者为宏观结构4.1纤维材料的形态结构特征（morphologicalstructure）

1.外观与断面结构（多样性）

木棉（Kapok）棉纤维(cotton)苎麻(ramie)天然纤维(naturalfiber)山羊绒(cashmere)羊毛(wool)形态及分叉的羽绒和有竹节多髓腔的兔毛

(down)(rabbithair）异性纤维（profilefibre

）锦涤皮芯纤维涤锦复合纤维（橘瓣为涤纶）差别化纤维（DifferentialFibers）超细纤维（microfiber）四孔中空纤维横截面2.纤维的原纤（fibril）结构P43纺织纤维尤其是天然纤维多具有复杂的内部原纤结构特征。纤维的原纤按其尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤（protofibril）→微原纤(microfibril)→原纤(fibril)→巨原纤(macrofibril)→细胞(cell)4.2纤维的微观结构概述（microstructure）4.2.1纤维的分子结构(molecularstructure)P-46

纺织纤维除了无机纤维（玻纤、石棉纤维、金属纤维）等外，绝大多数都是高分子化合物（即高聚物polymer）,分子量很大。结构单元主链侧链基团或

取代基e.g.PolyvinylChloride-PVC聚合度单基的化学结构、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。1.由单基（monomer）聚合（polymerized）而成纤维分子结构聚合度(degreeofpolymerization)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（n）。

大分子的分子量＝单基的分子量×聚合度重要定义聚合度是纤维力学性能的基本保障聚合度/分子量强力临界聚合度/分子量常用纤维的n：棉麻的聚合度很高，成千→上万；羊毛n＝576；

蚕丝n＝400再生纤维素纤维

300-600涤纶130

晴纶1000－1500

维纶n＝1700

丙纶n＝310-430

2.近程结构构型：链节中通过化学键固定的原子空间排列，以及链节间的排列顺序。

1）立体异构（关注空间排列）

空间立构——若正四面体的中心原子上四个取代基是不对称的（即四个基团不相同）。此原子称为不对称C原子，这种不对称C原子的存在会引起异构现象，其异构体互为镜影对称，各自表现不同的旋光性，故称为旋光异构。2）构造异构：构型中只是顺序改变的同分异构体（关注排列顺序）Isotactic全同立构Atactic

无规立构Syndiotactic间同立构高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。分子链结构规整，可结晶。两种旋光异构单元交替键接而成。分子链结构规整，可结晶。两种旋光异构单元无规键接而成。分子链结构不规整，不能结晶。3.远程结构主要研究：分子的分子量、分子量分布、构象及柔顺性。

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。聚合物分子量分布图用平均分子量来表达高聚物的分子量大分子链中的单键能绕着它相邻的键按一定键角旋转，称为键的内旋转。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称为构象（conformation）。分子的内旋转示意图纤维大分子是线性大分子，大分子链具有良好的柔曲性（chainflexibility）纤维大分子的典型构象示意图

纤维大分子链的柔曲性

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（改变构象）的难易程度。

单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。受分子内和分子间作用力影响。

大分子的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的原因。

小结：纤维大分子是由许多个单基通过共价键连接而成的线型大分子。纤维大分子分子量大，分子链长。

纤维大分子的主链一般都具有一定的内旋转自由度，使大分子链具有一定的柔曲性。由于热运动，在不同条件下，纤维大分子的构象可以不断改变。4.2.2纤维的聚集态结构(aggregationstructure)P44聚集态结构（超分子结构supermolecularstructure）：具有一定构象的大分子链通过分子链间的作用力而相互排列、堆砌而成的结构。高分子链的形成主要靠主价力（化学键），高分子链聚集成高聚物主要靠次价键力（分子间的力）。分子间力的形式：化学键（位于分子间的）、盐式键、氢键、范得华力

大分子在纤维中的堆砌形式缨状微胞缨状原纤折叠链片晶

结晶区

Crystallineregions

与非晶区Amorphousregions

（1）结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。

（2）非晶区：纤维大分子无规律地乱排列的区域。晶区特点

1)大分子链段排列规整

2)结构紧密，缝隙，孔洞较少

3)相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和

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↓。非晶区特点：

1)大分子链段排列混乱，无规律；

2)结构松散，有较多的缝隙，孔洞；

3)相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。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。对纤维甚至原纤来说，很少存在完善的结晶区，往往是结晶与非晶区的混合体。结晶度是指纤维中结晶部分占纤维整体的比率，不涉及晶体的形式及分布。在理论上，可分为体积结晶度XV和质量结晶度XW

。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（Crystallinity）：重要概念取向度（orientation）：重要概念定义：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。取向度与纤维性能间的关系：

纤维的取向度大，