紡織行業(yè)及纖維結(jié)構(gòu)管理知識分析特征

1、第二章第二章 纖維的結(jié)構(gòu)特征纖維的結(jié)構(gòu)特征第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)的概念紡織材料的種類很多，性能各異，其根本原因在于纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，性能是結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。 研究纖維結(jié)構(gòu)的目的研究纖維結(jié)構(gòu)的目的: 了解結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，以便我們正確選擇和使用纖維，更好地掌握生產(chǎn)條件，并通過各種途徑改變纖維結(jié)構(gòu)，有效地改變性能，設(shè)計并生產(chǎn)具有指定性能的纖維和紡織產(chǎn)品。纖維結(jié)構(gòu)纖維結(jié)構(gòu) v 大分子結(jié)構(gòu)：化學(xué)組成、單基結(jié)構(gòu)、端基組成、大分子結(jié)構(gòu)：化學(xué)組成、單基結(jié)構(gòu)、端基組成、 聚合度及其分布、大分子構(gòu)象、大分子鏈柔曲性聚合度及其分布、大分子構(gòu)象、大分子鏈柔曲性等等v 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)、非晶態(tài)、結(jié)晶度、晶粒大小、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：晶態(tài)、

2、非晶態(tài)、結(jié)晶度、晶粒大小、取向度、側(cè)序分布等取向度、側(cè)序分布等v 形態(tài)結(jié)構(gòu)：縱橫向幾何形態(tài)、徑向結(jié)構(gòu)、表面結(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)：縱橫向幾何形態(tài)、徑向結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、孔洞結(jié)構(gòu)等構(gòu)、孔洞結(jié)構(gòu)等 一、纖維的各級微觀結(jié)構(gòu)一、纖維的各級微觀結(jié)構(gòu) (1)原纖結(jié)構(gòu)特征原纖結(jié)構(gòu)特征 纖維中的原纖纖維中的原纖(fibril)是大分子有序排列的結(jié)是大分子有序排列的結(jié)構(gòu)，或稱結(jié)晶結(jié)構(gòu)。構(gòu)，或稱結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 纖維的原纖按其尺度大小和堆砌順序可分纖維的原纖按其尺度大小和堆砌順序可分為基原纖為基原纖微原纖微原纖原纖原纖巨原纖巨原纖細胞。細胞。 單分子：直鏈狀大分子 基原纖(protofibril)d=1-3nm 微原纖(microf

3、ibril)d=4-8nm 原纖(fibril)d=10-30nm 巨原纖(macrofibril)d=0.1-1.5m 纖維(fiber) (2)各層次原纖的特征 基原纖(proto-fibril或elementaryfibril)是原纖中最小、最基本的結(jié)構(gòu)單元，亦稱晶須，無缺陷。 微原纖(micro-fibril)是由若干根基原纖平行排列組合在一起的大分子束，亦稱微晶須，帶有在分子頭端不連續(xù)的結(jié)晶缺陷，是結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 原纖(fibril)是一個統(tǒng)稱，有時可代表由若干基原纖或含若干根微原纖，大致平行組合在一起的更為粗大的大分子束。 巨原纖(macro-fibril)是由多個微原纖或原纖堆砌而成

4、的結(jié)構(gòu)體。 細胞(cell)是由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的，并有明顯的細胞邊界。 二、纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 具體所指纖維高聚物的結(jié)晶與非晶結(jié)構(gòu)、取向與非取向結(jié)構(gòu). 1. 纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 將纖維大分子以三維有序方式排列，形成穩(wěn)定點陣，形成有較大內(nèi)聚能和密度并有明顯轉(zhuǎn)變溫度的穩(wěn)定點陣結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)晶態(tài)：纖維大分子有規(guī)律地整齊排列的狀態(tài)。 1）結(jié)晶區(qū)：纖維大分子有規(guī)律地整齊排列的區(qū)域。晶區(qū)特點： a.大分子鏈段排列規(guī)整； b.結(jié)構(gòu)緊密，縫隙，孔洞較少； c.相互間結(jié)合力強，互相接近的基團結(jié)合力飽和。 2)結(jié)晶度：纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)占整個纖維的百分率。 重量結(jié)晶度：纖維內(nèi)結(jié)晶區(qū)的重量占

5、纖維總重量的百分率。(p48式2-9) 體積結(jié)晶度：纖維內(nèi)結(jié)晶區(qū)的體積占纖維總體積的百分率。(p48式2-8)VVVVVVVVWWVWcccaaccaacacacacWW 結(jié)晶度對纖維結(jié)構(gòu)與性能的影結(jié)晶度對纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響：響： 結(jié)晶度纖維的拉伸強度、初始模量、硬度、尺寸穩(wěn)定性、密度； 纖維的吸濕性、染料吸著性、潤脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性。 結(jié)晶度纖維吸濕性；容易染色；拉伸強度較小，變形較大，纖維較柔軟，耐沖擊性，彈性有所改善，密度較小，化學(xué)反應(yīng)性比較活潑。 2. 纖維的非晶結(jié)構(gòu)纖維的非晶結(jié)構(gòu) 纖維大分子高聚物呈不規(guī)則聚集排列的區(qū)域稱為非晶區(qū)，或無定形區(qū)。取向和無序排列的纓狀微胞結(jié)構(gòu) 3.

6、 纖維的取向結(jié)構(gòu)纖維的取向結(jié)構(gòu) 取向度:大分子排列方向與纖維軸向符合的程度. 纖維的取向結(jié)構(gòu)使纖維許多性能產(chǎn)生各向異性。 取向度與纖維性能間的關(guān)系取向度與纖維性能間的關(guān)系： 取向度大大分子可能承受的軸向拉力也大，拉伸強度較大，伸長較小，模量較高，光澤較好，各向異性明顯. 結(jié)晶與取向是兩個概念，結(jié)晶度大不一定取向度高.一般說來，結(jié)晶度高，取向度也高。 三、纖維的大分子結(jié)構(gòu)三、纖維的大分子結(jié)構(gòu)1.單基（鏈節(jié)）m:構(gòu)成纖維大分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)單元。2.聚合度n:構(gòu)成纖維大分子的單基的數(shù)目，或一個大分子中的單基重復(fù)的次數(shù)。(n=int(M/m)注:大分子的分子量單基的分子量聚合度常用纖維的n：棉、麻的

7、聚合度很高，成千上萬；羊毛576；蠶絲400；粘膠：300-600；且一根纖維中各個大分子的n不盡相同.n低時，一般來說，纖維的強度低些，濕強度也低些，脆性明顯些。3.纖維大分子鏈的內(nèi)旋性及柔曲性內(nèi)旋性纖維大分子內(nèi)的單基之間在鍵長鍵角保持不變條件下，相鄰單基可繞單鍵旋轉(zhuǎn)的特性。柔曲性纖維大分子在一定條件下，通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)或振動而形成各種形狀的難易程度的特性。纖維大分子結(jié)構(gòu)與柔曲性的關(guān)系：1主鏈上原子鏈彈性好，柔曲性；2側(cè)鏈較少，柔曲性；3主鏈四周側(cè)基分布對稱，柔曲性；4側(cè)基間（大分子間）作用力較少，柔曲性. 柔順性好的纖維，受外力易變形，伸長大，彈性較好，結(jié)構(gòu)不易堆砌的十分密集，但在外力作用下，易

8、被拉伸，易形成結(jié)晶。 單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是大分子鏈產(chǎn)生柔曲性的根源。對于高聚物而言，其中的大分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)除了受分子內(nèi)原子或基團相互影響外分子間作用力也有很大影響。第二節(jié)第二節(jié) 典型纖維的結(jié)構(gòu)與特征典型纖維的結(jié)構(gòu)與特征 一.典型天然纖維的結(jié)構(gòu)與特征 1. 棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征 (1)分子構(gòu)成及分子間結(jié)構(gòu) 棉纖維和麻纖維的主要成分是纖維素，其分子式為(C6H10O5)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：特征基團有：氧六環(huán)；6個-OH；氧橋O單基連接方式：1-4甙鍵連接，在空間轉(zhuǎn)180.棉纖維大分子的聚合度為600015000，分子量為12.43百萬，其氧六環(huán)結(jié)構(gòu)是固定的，但六環(huán)之間夾角可以改變，所以分子在

9、無外力作用的非晶區(qū)中，可呈自由彎曲狀態(tài)。 (2)細胞形態(tài)與構(gòu)成 初生層：棉纖維的外層，纖維細胞的初生部分厚度大約0.5m. 次生層:S1約為0.1m.S2約為1-4m.S3約為0.1m. 中腔:胞壁內(nèi)遺留下來的空隙. 雙邊結(jié)構(gòu):棉纖維干枯后壓扁扭轉(zhuǎn)成為轉(zhuǎn)曲,截面呈腰圓形的現(xiàn)象. 2. 羊毛纖維的結(jié)構(gòu)特征羊毛纖維的結(jié)構(gòu)特征 (1)羊毛纖維的組成 羊毛纖維的基本組成是氨基酸螺旋大分子，氨基酸是哺乳動物組織的基本組成。羊毛角蛋白大分子的構(gòu)成及相互鏈接作用，是多交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，尤其是二硫鍵(SS)。 由C、H、O、N、S元素組成。 側(cè)基多而復(fù)雜，約25種氨基酸。 空間形態(tài)：羊毛的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是型，型加外力型，

10、型去外力型；分子間力:鹽式鍵、氫鍵、硫鍵力等 (2)羊毛纖維的組織結(jié)構(gòu) 羊毛纖維是多細胞結(jié)構(gòu)體，有兩類細胞：鱗片細胞和皮質(zhì)細胞。 每一個鱗片是一個細胞，稱為表皮細胞(cuticlecell)，由細胞間質(zhì)CMC(cellmembranecomplex)粘結(jié)組合成羊毛表面的連續(xù)覆蓋層。 皮質(zhì)細胞(cortexcell)有正皮質(zhì)(ortho-cortex)細胞和副皮質(zhì)(para-cortex)細胞之分。 羊毛的髓質(zhì)層。 (3)羊毛的鱗片 鱗片為角質(zhì)化細胞，在成形后失去了細胞核和原生質(zhì)，形成為死細胞組織的角質(zhì)薄片。 (4)羊毛的皮質(zhì)細胞 由于正、副皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致一剛一柔，一伸一縮，使羊毛的整體外

11、觀形態(tài)呈彎曲狀。正皮質(zhì)位于彎曲的外側(cè)；副皮質(zhì)位于彎曲的內(nèi)側(cè)。 （5）細胞間質(zhì)(CMC) 4. 蠶絲的結(jié)構(gòu)特蠶絲的結(jié)構(gòu)特 （1）分子構(gòu)成及結(jié)構(gòu) 蠶絲是昆蟲加工的纖維，無細胞結(jié)構(gòu)。大分子也是氨基酸結(jié)構(gòu). （2）微細結(jié)構(gòu)及形態(tài) 蠶絲由絲膠和絲素構(gòu)成，絲膠包覆于絲素之外，絲素則是蠶絲纖維的主體. 二、典型再生纖維素二、典型再生纖維素纖維的結(jié)構(gòu)特征纖維的結(jié)構(gòu)特征 1. 幾種粘膠纖維的典幾種粘膠纖維的典型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)纖維纖維結(jié)晶度結(jié)晶度(%)聚合度聚合度普通粘膠普通粘膠3035250300富強粘膠富強粘膠4550500左右左右強力粘膠強力粘膠5055300350Modal4246350450Tencel48

12、52500550漿粕漿粕5565600 2. Lyocell纖維纖維 Lyocell纖維是可回收溶劑法制備的再生纖維素纖維。 三、典型合成纖維的結(jié)構(gòu) 1. 常規(guī)合成纖維常規(guī)合成纖維 (1)滌綸纖維(PET) 滌綸纖維或聚酯纖維，其大分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)式為： 單基由一個苯環(huán)、兩個酯基和兩個亞甲基(CH2)構(gòu)成。COCOO CH2OCH2n CH2CH2是柔性鏈；苯環(huán)使分子鏈的剛性增大，熔融熵減小，結(jié)晶速率減緩，所以按傳統(tǒng)的熔體紡絲法得到的初生纖維一般為非晶態(tài)，但經(jīng)過拉伸取向可誘導(dǎo)快速結(jié)晶，不僅取向度高，而且結(jié)晶度也高。(挺括不皺) (2)錦綸纖維(PA) 錦綸或聚酰胺纖維或尼龍主要特征是大分子鏈由酰

13、胺鍵(CONH)連接，主要品種錦綸6和錦綸66，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下： 錦綸66 錦綸6N(CH2)6NOC(CH2)4COHHnNOCHn(CH2)5 (3)腈綸纖維(PAN) (4)丙綸纖維(PP)(5)維綸纖維(PVA)(6)氯綸纖維(PVC)P57-59常用纖維的單基常用纖維的單基 纖維素纖維：纖維素纖維： -葡萄糖?；咸烟鞘；?蛋白質(zhì)纖維：蛋白質(zhì)纖維： -氨基酸剩基氨基酸?；?滌綸：對苯二甲酸乙二酯滌綸：對苯二甲酸乙二酯 錦綸：己內(nèi)酰胺錦綸：己內(nèi)酰胺 丙綸：丙烯丙綸：丙烯 腈綸：丙烯腈腈綸：丙烯腈 單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的種類決定了纖單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的種類決定了纖維的耐酸、耐堿、耐

14、光、吸濕、染色性等，維的耐酸、耐堿、耐光、吸濕、染色性等，單基中極性官能團的數(shù)量、極性強弱對纖單基中極性官能團的數(shù)量、極性強弱對纖維的性質(zhì)影響很大。維的性質(zhì)影響很大。 2. 差別化纖維差別化纖維 (1)異形與多孔 差別化纖維在形態(tài)上改變，可引入異形和多孔。 例：(a)為單開孔，以增加表面積和內(nèi)凹蓄水和快速導(dǎo)水，但受壓后易于反滲水； (b)為中空帶微孔，若微孔與中空相通，則可以形成導(dǎo)水和擴散； (c)為變異三葉形，大凹反射光性能優(yōu)良和減少接觸，葉頂小溝槽有利于導(dǎo)水和點狀接觸；(d)為表面多坑結(jié)構(gòu)，可柔和光澤和增加表面積極蓄水點。 (2)復(fù)合與超細 復(fù)合纖維的常見結(jié)構(gòu)如圖2-28所示，主要為雙組份的，但也可以是多組份的，此時結(jié)構(gòu)將變得復(fù)雜。 對環(huán)芯多層結(jié)構(gòu)的夾層大量摻入碳黑，并在纖維主體中，并在纖維主體