纖維化學(xué)與物理總結(jié)

1、*僅供參考，總結(jié)時間倉促，錯漏之處望指出1、加成聚合反應(yīng)，簡稱加聚反應(yīng)，產(chǎn)物加聚物 加聚反應(yīng)：由不飽和烯類單體及環(huán)狀化合物，通過自身加成聚合反應(yīng)生成聚合物的反應(yīng)。聚合物組成同單體。例如： 2、縮合聚合反應(yīng)，簡稱縮聚反應(yīng)，產(chǎn)物縮聚物縮聚反應(yīng)：指含有兩個或兩個以上官能團(tuán)的小分子化合物，通過官能團(tuán)間的縮合作用形成聚合物的反應(yīng)，在形成聚合物的同時，還要生成一些簡單的低分子副產(chǎn)物，如水、鹵化氫、氨或醇等。聚合物組成和單體不同。例： 3、 結(jié)構(gòu)層次（1）高分子的鏈結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)結(jié)構(gòu)：指單個分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，研究的是單個分子鏈中原子或基團(tuán)的幾何排列。分一次和二次結(jié)構(gòu)。一次結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)）：

2、a.高分子組成和構(gòu)型，指的是單個高分子內(nèi)一個或幾個結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)結(jié)構(gòu)。 a.高分子組成：主要研究分子鏈中原子的類型和排列，化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，結(jié)構(gòu)單元的連接順序，鏈的結(jié)構(gòu)成分，高分子的支化、交聯(lián)與端基，相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布等。 b.高分子構(gòu)型：主要研究取代基圍繞特定原子在空間的排列規(guī)律。如各類異構(gòu)現(xiàn)象。（2）一次結(jié)構(gòu)的確定：單體聚合反應(yīng)確定。（3）一次結(jié)構(gòu)的改變：不能任意改變。改變必須通過化學(xué)反應(yīng)即價鍵的變化實(shí)現(xiàn)。一次結(jié)構(gòu)對高分子物性能的作用：決定性作用。（2）.二次結(jié)構(gòu)（又稱遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）：單個大分子在空間的形態(tài)即構(gòu)象。 a.構(gòu)象（形態(tài)）產(chǎn)生的原因：主價鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和分子的熱運(yùn)動

3、。 b.構(gòu)象的特點(diǎn)：隨條件和環(huán)境的變化而變化；大分子中化學(xué)鍵保持不變。 c.線型大分子空間形態(tài)：伸直狀、無規(guī)線團(tuán)狀、折疊狀、螺旋狀等。*總結(jié)：結(jié)構(gòu)層次圖 4、 柔順性（1）柔順性（簡稱柔性）：高分子鏈可卷曲的性能，或者說高分子鏈能改變其構(gòu)象的性質(zhì)。 剛性：柔性對應(yīng)面。（2）高分子鏈具有柔性的原因：a.高分子鏈很長。b.高分子鏈上成千上萬單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。（3）判斷大分子柔性應(yīng)考慮的因素：a.整個大分子構(gòu)象改變時位能的變化。b.大分子間相互作用的情況。A.主鏈起決定性作用：a.主鏈為單鍵時的元素組成，鍵長較長，鍵角較大的鍵，易內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔性大。一般雜鏈比碳鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易。b.主鏈上芳、雜環(huán)： 芳、雜環(huán)難

4、繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔性差。c.主鏈上雙鍵（雙鍵本身不能自由內(nèi)旋轉(zhuǎn)）B.支鏈: a.較短：分子鏈間距離，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易，柔性。過長：阻礙內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔性。b.交聯(lián)程度較小（交聯(lián)之間的距離大于鏈段長度）：影響不大，如含硫 2 3%的橡膠。程度太大：柔性下降，如含硫 30%以上的橡膠。C.分子鏈的長短: a.分子鏈長，可旋轉(zhuǎn)的單鍵多，柔性高。b.相對分子質(zhì)量達(dá)一定值（例如104），相對分子質(zhì)量對柔性無影響。D.分子間的作用力: a.?。喝嵝源螅菢O性主鏈柔性好。b.主鏈相同，帶極性側(cè)基柔性小。c.分子間或分子內(nèi)形成 H 鍵，柔性下降。E.分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性: 結(jié)構(gòu)規(guī)整，易結(jié)晶，一旦結(jié)晶，柔性大大，如聚乙烯。

5、F.影響柔性的外界因素：如溫度，溫度，分子熱運(yùn)動，內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔性。 例： 聚丁二烯、聚異戊二烯：主鏈中有雙鍵，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘及分子間的作用力小，柔性充分表現(xiàn)出來，橡膠。 聚乙烯：主鏈為CC鍵，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘較小，但易結(jié)晶，大分子間的作用力大，塑料。 錦綸 66：大分子鏈中有CN鍵，分子鏈柔性較好，但大分子間存在較大的 H 鍵，易結(jié)晶，單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到阻礙，纖維。，柔性好。因雙鍵鄰近單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)容易。，形成大鍵，不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔性差。(4)表示方法：用受阻內(nèi)旋和自由內(nèi)旋的均方末端距比值的1/2次方來表示大分子的柔性，值1。值越小，柔性越好5、結(jié)晶和取向的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：都與大分子有序性相關(guān)。不同點(diǎn)：有序性程度不

6、同。結(jié)晶：三維有序，是自發(fā)過程。取向：一維或二維有序，非自發(fā)過程，取向的高分子物各向異性，未取向的各向同性。能結(jié)晶的一般都能取向，而能取向的不一定都能結(jié)晶。6、 高分子物結(jié)晶對其力學(xué)性能的影響：與結(jié)晶度和晶粒尺寸密切相關(guān)。結(jié)晶度，拉伸強(qiáng)度。溫度Tm，結(jié)晶度，硬度，形變能力，但晶粒尺寸過大，結(jié)構(gòu)均勻性差，受外力易應(yīng)力集中，使拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。7、 高分子的分子運(yùn)動單元： 聚合物分子的運(yùn)動是一個松弛過程：在一定的外力和溫度條件下，聚合物從一種平衡狀態(tài)通過分子熱運(yùn)動達(dá)到相應(yīng)的新的平衡狀態(tài)需要克服運(yùn)動時運(yùn)動單元所受到的大的內(nèi)摩擦力，這個克服內(nèi)摩擦力的過程稱為松弛過程。 若對某一非晶態(tài)聚合物試樣施加一

7、恒定外力，觀察試樣在等速升溫過程中發(fā)生的形變與溫度的關(guān)系，便得到該聚合物試樣的溫度-形變曲線晶態(tài)聚合物的力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變 若Tm >Tf ，則當(dāng)晶區(qū)熔融后，非晶區(qū)已進(jìn)入黏流態(tài)，不呈現(xiàn)高彈態(tài)； 若Tm <Tf ，晶區(qū)熔融后，聚合物處于非晶區(qū)高彈態(tài)，只有當(dāng)溫度>T f時才進(jìn)入黏流態(tài)。由于晶區(qū)限制了形變，因此在晶區(qū)熔融之前，聚合物整體表現(xiàn)不出高彈態(tài)。8、 結(jié)晶高分子物拉伸過程的形變特性 段：應(yīng)力增加很快，伸長很小，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，曲線為一直線，試樣被均勻拉長百分之幾或百分之十幾。普彈形變。鍵長、鍵角變化引起的。Y點(diǎn)：屈服點(diǎn)，出現(xiàn)一個或幾個細(xì)頸即b。段：應(yīng)力不變，應(yīng)變不斷增加。細(xì)頸

8、和非細(xì)頸的截面積保持不變，而細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展，非細(xì)頸部分逐漸縮短，直至試樣完全變細(xì)d，即圖中試樣由b至d的變化。不同的高分子物在此階段發(fā)生的形變不同，聚酰胺、聚酯及支鏈的聚乙烯等可達(dá)500%，線型的聚乙烯可達(dá)1000%。段：變細(xì)后的試樣重新被均勻拉伸，應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而增加，直到斷裂點(diǎn)X。9、纖維素纖維結(jié)晶度：棉纖維70%，麻纖維90%。絲光棉纖維約50%。粘膠纖維40%。取向度：以晶體長軸與纖維軸的夾角即螺旋角表示，螺旋角越小，取向度越高。棉68度，麻是2035度，黏膠是34度*總結(jié)：三種纖維素纖維的情況麻：聚合度、結(jié)晶度、取向度高。棉纖維：聚合度、結(jié)晶度高，取向度較高。粘膠纖維：聚合度、結(jié)

9、晶度、取向度低。10、纖維素纖維的吸濕性很強(qiáng)：標(biāo)準(zhǔn)回潮率棉7%，粘膠1314%。原因：分子上大量的OH，可和水分子形成H鍵。吸附水種類結(jié)合水：OH直接吸附水，有熱效應(yīng)，能使纖維素溶脹。游離水：間接吸附，無熱效應(yīng)，不能使纖維素溶脹11、纖維在外力作用下的斷裂機(jī)理（課本P186-187） （1）麻、棉纖維的斷裂機(jī)理棉、麻纖維，聚合度、結(jié)晶度及取向度都較高，分子間形成大量的氫鍵，其分子間次價力總和主價鍵力，在外力作用下，很難使分子鏈間發(fā)生相對滑移，它的斷裂很可能是由于超分子結(jié)構(gòu)中存在缺口、弱點(diǎn)，在外力作用下，弱點(diǎn)首先被破壞，缺口逐漸擴(kuò)大，進(jìn)而應(yīng)力集中于少數(shù)分子鏈上，最終這些了分子鏈被拉斷，導(dǎo)致纖維斷

10、裂。而麻的結(jié)晶度、取向度棉，所以 麻的強(qiáng)度棉。棉、麻濕強(qiáng)干強(qiáng)的原因：水的增塑作用，消除了纖維中的部分弱點(diǎn)，使應(yīng)力分布趨于均勻，因而強(qiáng)度增加。若在棉纖維分子間建立交聯(lián)，則強(qiáng)度下降。棉織物防皺整理后強(qiáng)力下降。 （2）粘膠纖維的斷裂機(jī)理粘膠纖維聚合度、結(jié)晶度、取向度低都較低，分子間次價力總和主價鍵力，在外力作用下，容易發(fā)生分子鏈間或其結(jié)構(gòu)單元間的滑移而使纖維破壞而使纖維斷裂。粘膠干強(qiáng)濕強(qiáng)的原因：水使大分子之間的作用力下降，更有利于分子鏈或結(jié)構(gòu)單元之間的相對滑移。在粘膠纖維的分子鏈間適當(dāng)引入交聯(lián)，增加了分子間的結(jié)合，不利于分子鏈或結(jié)構(gòu)單元間的相對滑移，可提高了纖維的強(qiáng)度。（3）棉、麻、粘膠三種纖維斷裂

11、延伸度大小的原因：麻：取向度最高，故斷裂延伸度最小。棉：取向度比麻小，故棉的延伸度比麻大。粘膠纖維：結(jié)晶度、取向度均較小，模量也小，故斷裂延伸度最大。（4） 應(yīng)力或形變超過了屈服點(diǎn)：可能會產(chǎn)生一定的強(qiáng)迫高彈形變（纖維素纖維的Tg很大），甚至塑性形變，此時，伴有氫鍵的拆散和在新位置的再交鍵，以及晶體的拆散和取向再結(jié)晶，放松后，未斷的交鍵有促使纖維恢復(fù)原狀的作用，但受到新的氫鍵的阻礙，因而只能部分緩緩回縮，造成形變回復(fù)率降低，彈性較差。（5） 彈性比較 棉、麻纖維：聚合度、取向度、結(jié)晶度都較大，初始模量也高，能忍受較大的應(yīng)力作用而不發(fā)生很大的形變，放松后能回復(fù)原狀，有較好的彈性。 粘膠纖維：聚合度

12、、取向度、結(jié)晶度和初始模量較小，屈服應(yīng)力小，受外力作用分子鏈易發(fā)生滑移而產(chǎn)生塑性形變，故彈性小，濕態(tài)時，分子間的作用力小，更容易發(fā)生分子鏈間的滑移，因而彈性更小。12、堿對纖維素的作用 (1)結(jié)論：堿一般不會影響纖維素大分子鏈結(jié)構(gòu)。纖維素的耐堿性很好！纖維素制品的染整加工盡量在堿性條件下進(jìn)行！(2) .絲光 a.概念：常溫在一定張力下以1824%燒堿溶液處理棉織物（T/C織物）和棉紗線（T/C紗線），然后洗去堿液，從而改善棉纖維的性能，這一過程稱之。絲光后的織物或紗線可獲得絲一般的光澤。 *施加張力的目的：濃NaOH溶液會使天然纖維素膨化，縱向收縮，直徑增大。 *堿縮：紡織品在松弛狀態(tài)下經(jīng)燒堿

13、溶液處理，結(jié)果紡織品變得緊密而富有彈性的工藝。機(jī)織物：一般織物絲光。針織物、毛巾等：紗線絲光。b.絲光原理 濃堿使棉纖維發(fā)生了不可逆的劇烈溶脹。水洗去堿后，纖維不能完全回復(fù)到原來的狀態(tài)，使纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆的變化。和水的作用不同。 濃堿不僅能進(jìn)入纖維的無定形區(qū)，而且能深入纖維的結(jié)晶區(qū)，部分地克服晶體內(nèi)的結(jié)合力，使晶格發(fā)生一定程度的改變，但不能克服晶體內(nèi)所有的結(jié)合力，故不能發(fā)生無限溶脹。c.絲光過程纖維素的變化 d.絲光棉纖維的特征 .物理機(jī)械性能的變化：與張力有關(guān)。 *在一定范圍內(nèi)：張力，纖維取向度，斷強(qiáng)，斷延。 *絲光時張力的控制：原長絲光。 原因：棉織物在濃堿中會明顯收

14、縮（纖維溶脹的異向性）。 *堿縮或絲光，均使纖維的強(qiáng)度。消除了纖維中的弱點(diǎn)。.尺寸穩(wěn)定性：絲光消除了纖維內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力，尺寸穩(wěn)定性，棉織物絲光俗稱棉定形。 .光澤 未絲光棉：截面腰子形，縱向有天然扭曲，對光漫反射大。 絲光棉：截面接近圓形，天然扭曲，對光的反射。光澤。原因：絲光時纖維發(fā)生了強(qiáng)烈的溶脹。13、 氧化反應(yīng)的形式（1）劇烈氧化：CO2和H2O。（2）緩和氧化：氧化纖維素。C6OH醛基、羧基；C2OH、C3OH不破環(huán)氧化酮基；C2OH、C3OH破環(huán)氧化醛基、羧基；分子末端潛在醛基羧基（3）氧化纖維素的性質(zhì)： *聚合度：不一定比原來的低，強(qiáng)力不一定。 *產(chǎn)物：不均一的化合物的混合物。 *組成

15、：與原來的纖維素不同，隨氧化劑的種類及氧化條件的不同而不同。 *在堿液中的溶解度：，特別是醛基含量高的氧化纖維素，對堿液特別不穩(wěn)定。14、 天絲（Lyocell纖維）的結(jié)構(gòu)（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)：纖維素，與棉相似，平均聚合度500550，普通粘膠。（2）形態(tài)結(jié)構(gòu)：截面：橢圓性或近似圓形?？v向：用NMMO溶劑濕法紡絲的Lyocell 纖維表面較光滑。皮芯層結(jié)構(gòu)：有，但皮層很薄，呈半透明狀。（3）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：纖維素。結(jié)晶度和取向度：Modal（莫代爾或木代爾）纖維及普通粘膠，晶體粒子較大。X射線法測得的結(jié)晶度63.9%，雙折射率0.0350.072，粘膠（0.02）。（4）物理機(jī)械性能斷裂強(qiáng)度：

16、棉和其它再生纖維素纖維，干強(qiáng)接近滌綸，因取向度高，濕強(qiáng)干強(qiáng)，約85%干強(qiáng)?？芍聘咧лp薄織物。斷裂伸長率：粘膠。濕態(tài)的干態(tài)的。初始模量：高，是普通粘膠的數(shù)倍，濕態(tài)下很高?？椢锍叽绶€(wěn)定性較高，較耐折皺。（5）吸濕膨化性和舒適性吸濕膨化性：吸濕性介于棉和粘膠之間。吸濕后溶脹異向性明顯，橫向膨化率達(dá)40%，縱向0.03%。遇水有結(jié)構(gòu)緊繃及僵硬現(xiàn)象，濕加工易折痕、擦傷。吸濕溶脹異向性的原因：大分子間縱向結(jié)合力較強(qiáng)，橫向結(jié)合力較弱。舒適性：不僅吸濕性好，而且導(dǎo)濕性也好，熱傳導(dǎo)能力大，使人體感到“涼感”?！皼鏊w維” 。染色性能：良好。棉及粘膠染色的染料都適用，以活性為主。 （6）穩(wěn)定性：濕模量高，水中收縮

17、率較低，織物具有就好的洗滌穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：耐酸、耐氧化還原性：與天然纖維素纖維類似，生產(chǎn)時，盡量減小酸、堿及氧化劑等對纖維的損傷。具體：室溫對酸較穩(wěn)定，溫度，纖維耐酸性；對堿液的穩(wěn)定性較高，如20時，天絲在5%的NaOH溶液中的溶解度為19%，纖維強(qiáng)度幾乎沒有改變。因其對堿溶液的穩(wěn)定性較高，與棉纖維混紡能進(jìn)行絲光。*（7）原纖化a.原纖化特征：原纖化：纖維沿長度方向?qū)⒏?xì)的微細(xì)纖維逐層剖離出來。具有原纖結(jié)構(gòu)纖維特有的。Lyocell 纖維：有明顯的原纖結(jié)構(gòu)，易原纖化。b.原纖化對性能的影響整根纖維的力學(xué)性能未有明顯變化，原纖化僅是單個原纖沿纖維表面縱向裂開。整理后的織物有泛白或霜白的效果；

18、極度原纖化，纖維會糾結(jié)在一起導(dǎo)致外觀起球。c.原纖化性能的雙重效應(yīng)：優(yōu)點(diǎn)：可利用原纖化的特征，使得產(chǎn)品具有不同的風(fēng)格手感，如獲得“桃皮絨”的效果。缺點(diǎn)：給染色、整理乃至服裝洗滌帶來許多麻煩。對要求表面光潔的織物，影響外觀。有泛白或霜白的現(xiàn)象。Lyocell 纖維織物在染整加工時要進(jìn)行酶處理，除去織物表面的茸毛。15、Modal （莫代爾）纖維（具體內(nèi)容見P189190）（1）Modal纖維的結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)：纖維素，平均聚合度普通粘膠。形態(tài)結(jié)構(gòu)：橫截面：不規(guī)則，類似腰圓形，有皮芯層結(jié)構(gòu)。表面：光滑，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：結(jié)晶度、取向度Lyocell，普通粘膠，結(jié)晶度47.0%，取向因子為0.530，皮層結(jié)晶度較低，取向度較高；芯層結(jié)晶度較高，取向度較低。