紡織物理

TextilePhysics紡織物理

TextilePhysics1第一章纖維的結(jié)構(gòu)

Chapter1thestructureoffiber第一章纖維的結(jié)構(gòu)

Chapter1thestruct2概述1．纖維結(jié)構(gòu)：纖維的結(jié)構(gòu)是纖維的固有特征和本質(zhì)屬性，決定纖維的物理和化學(xué)性質(zhì)，進而決定纖維的使用特性；涵蓋微觀到分子組成，宏觀到纖維形貌；結(jié)構(gòu)多樣性（表層、內(nèi)部結(jié)構(gòu)）與結(jié)構(gòu)層次有多種劃分。2．結(jié)構(gòu)層次的模糊，纖維的微細結(jié)構(gòu)(finestructure)：主要討論纖維中長鏈分子在結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)中的組合和排列形式以及這些結(jié)構(gòu)塊的形態(tài)和相互堆砌形式。19世紀：微細結(jié)構(gòu)的提出；20世紀的上半葉，卓有成效的研究和結(jié)構(gòu)理論的提出與驗證；近五十年又在許多纖維結(jié)構(gòu)理論和分析方法上有新的突破。概述1．纖維結(jié)構(gòu)：33．纖維微細結(jié)構(gòu)常用的研究方法有：基于觀察的方法：光學(xué)/電子顯微術(shù)((optical/electronmicroscopy)：掃描電鏡SEM(scanningelectronmicroscope)和透射電鏡TEM(transmissionelectronmicroscope)，X射線和電子衍射法（X-ray&Electrondiffraction），紅外（infra-red）、紫外（ultraviolet）、熒光（fluorescence）和拉曼光譜法（Ramanspectrum），核磁共振法（nuclearmagneticresonance），表面分析法（surfaceanalysis），原子力顯微鏡AFM（atomicforcemicroscope）或掃描隧道顯微鏡STM（scanningtunnelingmicroscope）等方法?；诶w維的物理化學(xué)性質(zhì)：熱分析法（thermalanalysis），動態(tài)和斷裂力學(xué)法，質(zhì)譜分析法（massspectrometry）。4．纖維結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展、問題、未知性和不確定：基本形式：對纖維微細結(jié)構(gòu)作文字或簡單模型圖來描述（定性）?；驹颍航Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜和多樣性、表征方法的局限性、人們的認識。3．纖維微細結(jié)構(gòu)常用的研究方法有：4第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論

一、纓狀微胞理論

1．歷史:N?geli理論（淀粉、植物細胞膜）；Meyer和Mark的微胞學(xué)（苧麻、粘膠纖維）；Spearkman模型（羊毛纖維）。早期微胞說：大分子存在于完整的晶胞，晶胞間彼此分離。Standinger(德1953諾貝爾獎)認為，若低相對分子質(zhì)量聚合物可各自產(chǎn)生結(jié)晶，則高相對分子質(zhì)量聚合物必然由連續(xù)但不完善的結(jié)晶構(gòu)成。無定形高聚物存在不均勻分子鏈構(gòu)成的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。N?geli(微胞+間質(zhì))Meyer(大分子規(guī)整排列)Standinger模型第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論一、纓狀微胞理論N?geli(5爭論的焦點：（1）纖維素及其他高聚物分子的長度？Meyer認為分子是相當(dāng)短，聚合度約200。Standinger認為，天然纖維素，聚合度2000以上。（2）纖維是由分離的晶體，還是由連續(xù)、均勻的分子所組成？Meyer等認為纖維是分離的晶體組成；而Standinger等認為，存在連續(xù)的、一定程度上均勻分布的分子。“纓狀微胞”學(xué)說的產(chǎn)生“纓狀微胞”：分子通過若干個微胞，微胞間為非結(jié)晶區(qū)，由連續(xù)的分子網(wǎng)絡(luò)將微胞結(jié)合在一起。長鏈分子間的規(guī)整排列構(gòu)成結(jié)晶微胞。而伸出的無規(guī)則排列的分子成為纓狀須從。爭論的焦點：6纓狀微胞理論以長鏈分子連續(xù)地通過晶區(qū)及非晶區(qū)的新觀點，初步統(tǒng)一了關(guān)于微胞及連續(xù)結(jié)構(gòu)之間的矛盾。但是，纓狀微胞理論，存在兩種觀點（兩相、有過渡）：①兩相結(jié)構(gòu)（結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)，界限明確）；結(jié)晶區(qū)由規(guī)整排列的分子鏈構(gòu)成；無定形區(qū)由無規(guī)則排列的分子鏈構(gòu)成；兩種取向和無序排列的纓狀微胞結(jié)構(gòu)a.兩相b.有過渡纓狀微胞理論以長鏈分子連續(xù)地通過晶區(qū)及非晶區(qū)的新觀點，初步統(tǒng)7②單相不均勻（結(jié)晶到無定形逐漸過渡，界限不明確）；結(jié)晶區(qū)到無定形區(qū)存在高序區(qū)到低序區(qū)的逐步轉(zhuǎn)化。有序度：表征物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)點在空間分布是否具有周期規(guī)律性。在臨界溫度以上，晶體結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點（原子或離子等）都隨機地分布于某些位置上，相互間排布沒有一定規(guī)律性，即無序態(tài)。在臨界溫度以下，這些不同的質(zhì)點可以各自有選擇地分占位置，相互間作有規(guī)則的排列，即有序態(tài)。2．纓狀微胞理論的作用:適合纖維素纖維和一些化纖的結(jié)構(gòu)解釋。X射線衍射結(jié)果和SEM結(jié)果吻合；纖維吸濕和染色性：非晶區(qū)易被其他分子滲透；纖維密度不同：結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)的比例不同;纖維分子取向度：結(jié)晶區(qū)及非結(jié)晶區(qū)中分子排列的整齊度不同;纖維各向異性：纖維分子取向排列及微胞取向排列;纖維的力、熱、電、光學(xué)特征，可用纓狀微胞說來解釋。②單相不均勻（結(jié)晶到無定形逐漸過渡，界限不明確）；8二、纓狀原纖理論1．理由與理論SEM對纖維更微細組織（原纖）的觀察，提出了原纖理論。1）原纖內(nèi)的纓狀微胞組織的說法；2）原纖即結(jié)晶區(qū)解釋；3）原纖是晶區(qū)與非晶區(qū)的交替形式；4）原纖是高度有序排列的無定形結(jié)構(gòu)。Hearle(1958)提出了纓狀原纖理論(fringed-frbriltheory)，其目的是將明確的兩相結(jié)構(gòu)和單相結(jié)構(gòu)理論結(jié)合起來。2．纓狀原纖理論的特點放棄了晶區(qū)是微胞的假設(shè)，結(jié)晶區(qū)是連續(xù)的纓狀原纖，許多長鏈分子組成。分子沿著長度方向，在原纖的不同位置上分裂，部分進入無定形區(qū)，部分重新進入其他原纖，并可能產(chǎn)生晶格的缺陷和混亂。二、纓狀原纖理論9結(jié)構(gòu)特點：結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)均連續(xù)。化纖成形過程：當(dāng)熔體離開噴絲板后，分子將形成晶核，即作為后續(xù)結(jié)晶源。當(dāng)分子的定向流動和外界牽伸作用時，晶核會發(fā)展而形成原纖化結(jié)晶。纓狀微胞理論可以作為纓狀原纖理論的特殊情況，即尺寸的區(qū)別。Hearle纓狀原纖結(jié)構(gòu)纓狀原纖形成過程結(jié)構(gòu)特點：結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)均連續(xù)?；w成形過程：當(dāng)熔體10三、折疊鏈片晶理論片晶存在的事實（圖1-9、圖1-10，鏈段垂直片狀表面來回折疊）產(chǎn)生：高分子熔體或溶液中的分子，大部處于無規(guī)糾纏狀態(tài)。經(jīng)噴絲孔噴出和導(dǎo)向牽伸后，分子的某些鏈段可能處于伸展或折疊狀態(tài)，而折疊狀的分子鏈段極易形成規(guī)整的晶體。幾種模型：折疊鏈片晶，插線板模型，縛結(jié)分子（tiemacromolecule）。這種折疊鏈片晶與纓狀微胞說，產(chǎn)生出纓狀折疊鏈片晶理論(fringed-micellewithchain-folding)，簡稱纓狀片晶理論。折疊鏈片晶三、折疊鏈片晶理論折11成形：折疊鏈片晶在普通牽伸中能發(fā)生取向和部分晶體破裂、滑移，形成較小、均勻、有取向的折疊鏈片晶（圖1-13a）。隨牽伸倍數(shù)的增大，形成混雜的結(jié)構(gòu)。在超大牽伸條件下形成類似于纓狀原纖狀的伸展鏈片晶結(jié)構(gòu)（圖1-13b）。折疊鏈片晶和伸展鏈片晶牽伸過程折疊鏈片晶取向及變化成形：折疊鏈片晶在普通牽伸中能發(fā)生取向和部分晶體破裂、滑移，12Kellel（1957）等用TEM觀察發(fā)現(xiàn)：PE高分子單晶薄片的厚度約為12nm，厚度與分子量無關(guān)，并測得分子鏈垂直于晶片平面，提出了著名的折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)假說，線形高分子鏈長可達幾百到幾千納米，具有很大的表面能，極易在一定條件下自發(fā)地折疊，形成片晶。片晶就如同纓狀微胞結(jié)構(gòu)中的微胞；伸出的分子就像纓狀分子，再進入其它片晶的為“縛結(jié)分子”，是纖維產(chǎn)生強度的主要因素。纓狀折疊鏈片晶模型也是典型的兩相結(jié)構(gòu)模型。取向和非取向纓狀片晶模型縛結(jié)分子折疊鏈可解釋：纖維實際強力遠小于理論計算強力。Kellel（1957）等用TEM觀察發(fā)現(xiàn)：取向和非取向纓狀13四、纖維結(jié)構(gòu)的其他理論1.準結(jié)晶狀態(tài)結(jié)構(gòu)（圖1-14，晶區(qū)+非晶區(qū)、折疊鏈+伸直鏈的綜合結(jié)構(gòu)）Hosemann(1967)認為，纖維存在準結(jié)晶(Paracrystalline)狀態(tài)。晶格參數(shù)在一定程度上受到隨機性的干擾，不可能有長片段的良好結(jié)晶，會存在少量的無序區(qū)和一維或二維有序結(jié)構(gòu)。2.無定型結(jié)構(gòu)用統(tǒng)計熱力學(xué)觀點導(dǎo)出的無規(guī)線團(randomcoil)模型圖（圖1-15），在理論上說明了非晶態(tài)高聚物中，是無規(guī)纏結(jié)的線團模型，分子鏈間有一定的相互作用。這種結(jié)構(gòu)不否定纖維分子的部分取向排列，甚至有序定向排列。3.缺陷結(jié)晶結(jié)構(gòu)從金屬結(jié)構(gòu)出發(fā)，認為纖維結(jié)構(gòu)的無序區(qū)，由結(jié)晶區(qū)中的缺陷所形成。4.串晶結(jié)構(gòu)(Shish-kebabfibrillarcrystals，圖1-16)以伸展鏈構(gòu)成的原纖晶體與折疊鏈形成的片晶組合形成的結(jié)晶形式。四、纖維結(jié)構(gòu)的其他理論14五、纖維的弱節(jié)結(jié)構(gòu)特征1．弱節(jié)的定義與內(nèi)涵由Peirce最早提出。力學(xué)性質(zhì)上的弱點，與該部位的結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，故又稱“結(jié)構(gòu)弱節(jié)”或“形態(tài)弱節(jié)”。結(jié)構(gòu)弱節(jié)：纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)中和外觀形態(tài)上存在的明顯結(jié)構(gòu)不均勻性和缺陷。形態(tài)弱節(jié)：纖維明顯的幾何細頸部位。例如：羊毛纖維弱節(jié)可分為三類：內(nèi)部結(jié)構(gòu)弱節(jié)；形態(tài)細節(jié)或細頸；自然侵蝕和人為損傷的結(jié)構(gòu)缺陷。2．纖維弱節(jié)的特征(SEM、XRD觀察)(1)纖維的細節(jié)(圖1-17)：纖維均勻地由粗變細，再由細變粗。(2)天然生長的形態(tài)缺陷(圖1-18)：風(fēng)蝕、鱗片鼓脹、畸形。(3)人為加工中的損傷(圖1-19)：彎曲、壓扁、銳器擠壓。(4)內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷(圖1-20)：多以斷面觀察進行定性描述，如無定形區(qū)、無縛結(jié)分子區(qū)、裂紋、孔洞。五、纖維的弱節(jié)結(jié)構(gòu)特征15六、小結(jié)

纖維微細結(jié)構(gòu)理論大致分三類：單相結(jié)構(gòu)，過渡態(tài)結(jié)構(gòu)，兩相結(jié)構(gòu)理論。（1）單相結(jié)構(gòu)：無定形略有序；準晶；缺陷結(jié)晶（2）過渡態(tài)：微原纖集合體；串晶（3）兩相結(jié)構(gòu)：纓狀微胞及改進；纓狀原纖及改進；纓狀折疊鏈片晶由于人造纖維、天然纖維、合成纖維之間，在結(jié)構(gòu)上有許多差別，故用單一模型解釋均不合適。纓狀微胞模型：適合于人造絲結(jié)構(gòu)；纓狀原纖模型：適合于棉、麻、絲、毛部分結(jié)構(gòu)及部分合成纖維；纓狀片晶：適合聚乙烯纖維、粘膠纖維和部分合成纖維的結(jié)構(gòu)。六、小結(jié)16第二節(jié)紡織纖維的結(jié)構(gòu)特征與表征1、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-XRDX射線（倫琴射線，波長0.01nm-10nm，介于紫外和γ射線之間，可透過許多可見光下不透明的物質(zhì)）的發(fā)現(xiàn)，特別是1912年晶體X射線衍射效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)是分子結(jié)構(gòu)測定發(fā)展進程中重要的里程碑。X射線衍射（X-raydiffraction，XRD），是利用晶體形成的X射線衍射，對物質(zhì)進行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。X射線因在結(jié)晶內(nèi)遇到規(guī)則排列的原子或離子發(fā)生散射，散射的X射線在某些方向上相位得到加強，從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象。XRD用途：鑒定晶系，晶胞類型，晶體的對稱性，測定晶胞的大小和形狀，晶胞中原子的分布，原子的坐標參數(shù)，電子密度分布以及鍵長和鍵角等，為晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)的主體構(gòu)型提供了全面的結(jié)構(gòu)信息。XRD是測定分子結(jié)構(gòu)立體構(gòu)型的準確而有效的方法。第二節(jié)紡織纖維的結(jié)構(gòu)特征與表征1、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-XRD172、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-分子光譜利用分子光譜能夠得到比較豐富的分子結(jié)構(gòu)信息。紫外、可見光譜：由價電子躍遷而引起的光譜，可以判斷有機化合物的共軛性及其取代的大致情況。紅外光譜：由分子的振動能級之間躍遷產(chǎn)生，它與分子結(jié)構(gòu)有極其密切的關(guān)系，例如從譜帶的數(shù)目可以研究分子的對稱性、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)、互變異構(gòu)等；從譜帶的特征振動頻率可對原子基團和化學(xué)鍵類型進行定性分析；從譜帶強度可進行化合物的定量分析；從譜帶輪廓與溫度、聚集態(tài)和溶劑的關(guān)系可研究各種分子間相互作用、平衡常數(shù)、締合、電離等性質(zhì)。拉曼光譜：由光與物質(zhì)分子的非彈性碰撞散射所產(chǎn)生的光譜。適合測定高聚物碳鏈骨架結(jié)構(gòu)以及生物大分子如蛋白質(zhì)，葉綠素等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。利用多原子分子的轉(zhuǎn)動光譜也可以得到分子的鍵長，鍵角等數(shù)據(jù)。2、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-分子光譜183、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-磁共振譜磁共振譜：研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段之一，最常用的是質(zhì)子核磁共振譜和電子自旋共振譜。質(zhì)子核磁共振譜：可推測質(zhì)子的種類和基團，各類質(zhì)子的數(shù)目比以及相互作用情況，綜合這些信息，可鑒定分子結(jié)構(gòu)。電子自旋共振：研究含有未成對電子的體系。適合鑒定自由基的存在并測定其濃度。以及鑒定過渡金屬并判斷其周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)。4、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-質(zhì)譜質(zhì)譜：電磁場中將氣體離子按其質(zhì)荷比(質(zhì)量和電荷之比)的不同分開來記錄所得到的圖譜，具有靈敏度高，速度快的特點。可得到精確的分子量，分子式或元素組成以及根據(jù)碎片離子信息來判斷分子結(jié)構(gòu)。質(zhì)譜、核磁共振譜，紅外光譜、紫外光譜，是有機物結(jié)構(gòu)分析與鑒定的四大譜。3、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-磁共振譜195、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-SEM/TEMSEM/TEM試樣制備與觀察流程示意圖5、纖維結(jié)構(gòu)表征方法-SEM/TEMSEM/TEM試樣制備與20一、紡織纖維的結(jié)構(gòu)特征基本特征要求：宏觀形態(tài)上要求；在微觀分子排列上的要求。（1）分子鏈要具有一定的長度，即具有一定的聚合度(DP)，使纖維具有必要的強度；（2）分子應(yīng)該是線型長鏈分子，支鏈要短，側(cè)基要小，以保證分子具有一定的柔性和運動自由度，使纖維柔軟；（3）分子間要具有相互作用，使纖維形態(tài)穩(wěn)定和必要的吸附性；（4）分子排列要有一定取向和結(jié)晶，但又有一定空隙或空間使纖維既保持基本的物理性能，又具有吸濕可染特性。（5）其他要求：如阻燃、耐高溫、導(dǎo)電、顯色、變溫、抗菌、高強、高模，以及智能等纖維，須具備其他特殊條件。一、紡織纖維的結(jié)構(gòu)特征21二、纖維結(jié)構(gòu)的表征對纖維結(jié)構(gòu)的描述可以從8個指標上考察：1、聚合度（DegreeofPolymerization

）2、鏈段長度（ChainLength）3、結(jié)晶度（DegreeofCrystallization）4、結(jié)晶區(qū)分布（DistributionofCrystallinity）5、取向度（DegreeofOrientation）6、取向度分布（DistributionofOrientation）7、微細結(jié)構(gòu)尺寸（SizeofFineStructure）8、孔隙形態(tài)和大?。⊿hapeandSizeofPorous）二、纖維結(jié)構(gòu)的表征221、聚合度（DegreeofPolymerization

）大分子由單基構(gòu)成的個數(shù)，與纖維相對分子質(zhì)量(molecularweight)有關(guān)，直接影響分子鏈長度及纖維強度。聚合度可由纖維相對分子量與單基相對分子量比值確定，聚合度是一個分布。相對分子質(zhì)量的均值計算方法有：數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw、粘均分子量Mη、Z均分子量Mz。（1）數(shù)均分子量Mn：每種分子的分子量按摩爾分數(shù)加權(quán)求均值；（2）重均分子量Mw：每種分子的分子量按質(zhì)量分數(shù)加權(quán)求均值；（3）粘均分子量Mη：根據(jù)特定的聚合物-溶劑體系，利用光學(xué)散射法測量粘度，計算分子量均值；（4）Z均分子量Mz：根據(jù)Z函數(shù)加權(quán)求均值。1、聚合度（DegreeofPolymerization23假定某聚合物總質(zhì)量m，總物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）n，其中分子量為Mi的質(zhì)量和摩爾數(shù)分別為mi和ni，則有：各種分子量均值大小滿足以下關(guān)系：Mz≥Mw≥M≥Mn(1.1)與聚合物-溶劑體系有關(guān)的常數(shù)（0.5-0.9）假定某聚合物總質(zhì)量m，總物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）n，其中分子量為M242.鏈段長度（ChainLength）鏈段：分子可以運動的最小獨立單元，是一個熱力學(xué)統(tǒng)計值，并不等于單個鏈節(jié)的長度L。鏈段長度Lp直接影響纖維分子的構(gòu)象數(shù)，或稱分子的柔順性。構(gòu)象(conformation)：單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)（C-C繞軸）產(chǎn)生的分子中原子在空間置上的變化。高分子鏈的分子結(jié)構(gòu)、取代基的大小、極性，及內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘不同，其柔順性不同。如主鏈結(jié)構(gòu)為C-C單鍵(PE、PP等)柔順性較好，芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)(PPO聚苯醚)則柔順性較差；如側(cè)基極性強，分子間作用力大不易內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔順性：聚丙烯腈PAN<聚氯乙烯PVC<聚丙烯PP；側(cè)基體積大，空間位阻大不易內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔順性：聚苯乙烯PS<PP<PE。

(1.2)由上式，顯然Lp>L，當(dāng)ΔE→0時，有Lp→L，此時為最柔順鏈。單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘波爾茲曼常數(shù)溫度（K）鏈段鏈節(jié)2.鏈段長度（ChainLength）單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘波爾25與分子柔順性相關(guān)的還有大分子的自由鍵數(shù)n，以及均方末端距h2值，（1）自由鍵個數(shù)n=2DP-1，例如以PE為例：-[CH2-CH2]5-：-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-（2）高分子末端距：線性高分子一端到另一端的距離。按照高分子鏈的旋轉(zhuǎn)方式，基于幾何算法分為（以C-C為例）：A、自由連接鏈：鍵長L固定（0.154nm），鍵角不固定，內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由；B、自由旋轉(zhuǎn)鏈：鍵長L固定，鍵角固定（109.5°），內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由；C、等效自由連接鏈：將具有n個鍵長L，鍵角θ固定，旋轉(zhuǎn)不自由的鍵組成的鏈，視為一個含義z個長度b的鏈段組成的自由連接鏈。與分子柔順性相關(guān)的還有大分子的自由鍵數(shù)n，以及均方末端距h226自由連接鏈：完全伸直時，均方末端距最大。實際上末端距為各鏈節(jié)的矢量和，其均方末端距小于完全伸直狀態(tài)。自由鍵均方長度自由鍵數(shù)量自由連接鏈：完全伸直時，均方末端距最大。實際上末端距為各鏈節(jié)27自由旋轉(zhuǎn)鏈（如PE平面鋸齒狀，鍵角固定）：矢量積關(guān)系推導(dǎo)：l3等價于l2基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)θ這里θ=180°-鍵角自由旋轉(zhuǎn)鏈（如PE平面鋸齒狀，鍵角固定）：矢量積關(guān)系推導(dǎo)：l28根據(jù)無窮等比數(shù)列（0<|x|<1）求和公式：對均方末端距進行化簡計算。根據(jù)無窮等比數(shù)列（0<|x|<1）求和公式：29n很大時，該項占比例很小可忽略考慮了內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度φ時的均方末端距n很大時，該項占比例很小可忽略考慮了內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度φ時的均方末端303.結(jié)晶度（DegreeofCrystallization，結(jié)晶區(qū)占纖維的比例）分為體積結(jié)晶度Xv和質(zhì)量結(jié)晶度Xw。密度法測量公式：

(1.4)(1.5)

常用測定方法有：（1）X射線衍射法，測結(jié)晶區(qū)衍射強度峰面積與背景面積及其關(guān)系；（2）差熱分析法，測結(jié)晶或晶體熔融的吸、放熱峰面積；（3）紅外光譜法，測晶帶和非晶帶特征吸收峰的峰值或峰面積及其相互比值關(guān)系；（4）吸濕法、重水交換法等，測水對非晶區(qū)和晶體表面的可及度；（5）密度梯度法等，上述方法測量結(jié)果有較大差異。晶區(qū)密度無序區(qū)密度纖維密度3.結(jié)晶度（DegreeofCrystallizati314.結(jié)晶區(qū)分布（DistributionofCrystallinity）晶區(qū)的分布可以在整個纖維上，也可指在幾個分子寬度上的分布。這種分布涉及結(jié)晶顆?；蚓^(qū)的大小，晶區(qū)與非晶區(qū)的過渡程度，以及晶格的形式與組合。晶區(qū)與非晶區(qū)分布狀態(tài)如圖1-21所示。橫坐標表示有序度，縱坐標不同有序度出現(xiàn)頻率，其中A表示單一有序度，說明纖維結(jié)構(gòu)均勻性好，結(jié)晶有序度穩(wěn)定；B表示各種有序度形式的區(qū)域都有；C表示典型的兩相結(jié)構(gòu)，高有序度的結(jié)晶區(qū)和低有序度的無定形區(qū)。常用的測量方法有微區(qū)X射線衍射技術(shù)和電子衍射法。4.結(jié)晶區(qū)分布（DistributionofCrys325.取向度（DegreeofOrientation，鏈節(jié)與纖維軸平行程度）

(1.6)取向度的高低主要影響纖維的強伸性，其測量方法有，X射線或電子衍射法，紅外光譜法、染色法、聲速法，雙折射法等。有晶體取向度fcry；無序區(qū)分子取向度fam；纖維大分子的取向度；分子極性基團的取向度；形狀或界面取向度fform等。取向度是一個綜合值,即(1.7)6.取向度分布（DistributionofOrientation）取向度分布是指纖維分子在纖維徑向各層或在纖維長度方向各段的取向度，尤其是前者實際意義更為重要。由于光沿纖維不同方向上的折射率不同，取向度↑，雙折射率Δn↑Hermans取向因子夾角余弦的統(tǒng)計值5.取向度（DegreeofOrientation，鏈337．微細結(jié)構(gòu)尺寸（SizeofFineStructure）反映纖維各層次結(jié)構(gòu)的形態(tài)及大小，特有組織結(jié)構(gòu)和表面的形態(tài)特征。毛型纖維：10cm級；棉型纖維：1cm級；毛纖維卷曲長度：1mm級棉纖維天然轉(zhuǎn)曲節(jié)距，原纖長度：0.1mm級纖維直徑：10um級大分子長度：1um級伸展鏈片晶長度、巨原纖直徑：100nm級片晶厚度、微原纖上限、原纖下限：10nm級晶胞尺寸、分子寬度：1nm級原子（C、N、O、H、S、Cl等）尺寸：0.1nm級測量方法：電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡，并借助于制樣技術(shù)，如表面復(fù)形、超薄切片、冷凍斷裂、撕裂剝離、超聲波分離、化學(xué)腐蝕、酶分解、等離子體刻蝕，拉伸斷裂等。近代圖像分析技術(shù)，使微細結(jié)構(gòu)的觀察與分析更為清晰準確。7．微細結(jié)構(gòu)尺寸（SizeofFineStructur348.孔隙形態(tài)與大?。⊿hapeandSizeofPorous）測量高吸性、膜分離過濾纖維孔徑大小、分布等。①密度法：測孔的容積，用不滲透與滲透液體的比容差求得，精確性有限；②顯微鏡法：測孔徑、孔的形態(tài)及分布，分辨率光學(xué)顯微鏡低于電子顯微鏡，存在制樣的畸變和觀察數(shù)量的限制；③氣體吸附法：測孔徑（＜200?）大小，用于炭、硅膠微孔的測量，受多層吸附的影響；④X射線和電子小角衍射：＜200?孔的測定；⑤壓汞法：測孔徑大小及其分布，最為有效和常用，孔徑測量范圍大。汞壓強P與孔徑R的關(guān)系為：P=-2γcosθ/R(1.8)接觸角汞表面張力8.孔隙形態(tài)與大?。⊿hapeandSizeofP35三、纖維弱節(jié)結(jié)構(gòu)的表征1．纖維弱節(jié)的力學(xué)特征外力作用下纖維伸長，其斷裂位置總是發(fā)生在最細部位或結(jié)構(gòu)缺陷處，即發(fā)生在纖維的最弱部位。纖維力學(xué)行為可分為均勻結(jié)構(gòu)相的力學(xué)行為，稱為“正常拉伸斷裂”；和缺陷結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，稱“結(jié)構(gòu)弱節(jié)拉伸斷裂”。傳統(tǒng)研究關(guān)注正常斷裂過程和指標：①應(yīng)力以纖維受力值與平均直徑的相對比值；②弱節(jié)的尺寸小且隱蔽，而斷裂卻從弱節(jié)處發(fā)生并演化；③弱節(jié)表現(xiàn)為力學(xué)性能的退化。弱節(jié)的研究方法：用纖維的力學(xué)行為來表征。三、纖維弱節(jié)結(jié)構(gòu)的表征36圖1-24纖維粗細的輪廓圖圖1-23不同斷裂行為的拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖1-24纖維粗細的輪廓圖圖1-23不同斷裂372．纖維弱節(jié)斷裂的判定準則與方法判斷準則：纖維的臨界應(yīng)力，或臨界比強度Tcri

(cN/tex)和臨界應(yīng)變。由實際斷裂應(yīng)力（或比強度T）和斷裂應(yīng)變，以及其拉伸曲線的特征和臨界值對比，便可判斷是否為弱節(jié)斷裂，并可計算弱節(jié)斷裂的概率。由于實測中可以測得纖維沿其長度方向上的粗細。由此可將斷裂分為：最細點（XDmin）處斷裂和非最細點Xbrok處斷裂。根據(jù)其實際斷裂部位的截面面積或線密度值，求出纖維的實際斷裂應(yīng)力（或比強度T）和實際斷裂應(yīng)變值，從而給出纖維弱節(jié)的特征和比例的綜合評價。2．纖維弱節(jié)斷裂的判定準則與方法38第三節(jié)各種纖維的實際結(jié)構(gòu)

一、天然纖維素纖維1．分子特征：葡萄糖?；?C6H10O5)連接而成、聚合度約104的線型大分子。棉、麻纖維組成的區(qū)別在于，麻有較多的非纖維素物質(zhì)。2．背背椅式結(jié)構(gòu)第三節(jié)各種纖維的實際結(jié)構(gòu)一、天然纖維素纖維39多糖是自然界分布最廣的天然高分子，其中以淀粉和纖維素為主。兩者均為葡萄糖的縮聚物，但葡萄糖單元的構(gòu)型、連接方式、支化度、聚合度不同。葡萄糖是六元吡喃型環(huán)醚，每個分子有5個羥基，空間構(gòu)型分為α型(1,2,4-OH↓)和β型(2,4-OH↓)兩種構(gòu)型。α-D-葡萄糖β-D-葡萄糖α-1,4甙鍵（淀粉）CH2OH|C─O|HOHH

|

|C─C

|

|HOHH|C└O

H|CO─┘

CH2OH|C─O|HOHH

|

|C─C

|

|HOHH|C└O—

H|C┘

1414順式β-1,4甙鍵（纖維素）CH2OH|C─O|HOHH

|

|C─C

|

|HOH┌O┐

C|H

H|CO─┘

HOH||C─C

||OHHH|C─O

|

CH2OHH|C└O—

C|

H114反式4多糖是自然界分布最廣的天然高分子，其中以淀粉和纖維素為主。兩40背背椅結(jié)構(gòu)：根據(jù)6號碳原子上C-O鍵可分為3種構(gòu)型：gt、gg、tg，其中g(shù)為旁式，t為反式。gt型有利于3號位C上-OH與相鄰單基氧環(huán)的O形成氫鍵；tg型除了可以上述氫鍵外，2號-OH與相鄰6號-OH也容易氫鍵；CH2OH|C─O|HOHH

|

|C─C

|

|HOH┌O┐

C|H

H|CO─┘

HOH||C─C

||OHHH|C─O

|

CH2OHH|C└O—

C|

H114反式4背背椅結(jié)構(gòu)：根據(jù)6號碳原子上C-O鍵可分為3種構(gòu)型：gt、g413．結(jié)晶結(jié)構(gòu)天然纖維素的結(jié)晶形式主要是纖維素I和纖維素II，纖維素I晶胞結(jié)構(gòu)a=0.835nm;b=1.03nm;c=0.79nm;β=84°，為單斜晶系。經(jīng)堿絲光處理后變?yōu)槔w維素II，a=0.814nm;b=1.03nm;c=0.914nm;β=62°，結(jié)晶度↓。棉、麻取向度高，棉約20°-23°；麻約6°（天然纖維最高）。4．高次結(jié)構(gòu)分子鏈相互有序排列成晶胞；晶胞規(guī)整擴展成基原纖；若干基原纖構(gòu)成微原纖；微原纖相互組合形成原纖。原纖的螺旋排列結(jié)構(gòu)（棉纖天然轉(zhuǎn)曲）。3．結(jié)晶結(jié)構(gòu)425．形態(tài)結(jié)構(gòu)表皮層，初生層，次生層和中腔。果膠、棉蠟，化學(xué)可及性。麻纖維品種較多，有能單纖維紡紗的苧麻和只能以工藝纖維(束纖維)紡紗的大、亞、黃、槿麻等。棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)基原纖和微原纖模型（苧麻切片）基原纖（36大分子鏈）和微原纖模型（4基原纖）Hess微原纖周期變化模型5．形態(tài)結(jié)構(gòu)棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)基原纖和微原纖模型（苧麻切片）基原43二、天然蛋白質(zhì)纖維1．天然蛋白質(zhì)纖維的組成與分子間作用形式氨基酸（NH2·CHR·COOH）通過肽鏈(-CO-NH-)連接的長鏈分子，其中R為側(cè)基，天然蛋白質(zhì)中α氨基酸形式約20多種。氫鍵作用：-NH與-CO間作用；鹽式鍵作用：酸性、堿性氨基酸側(cè)基的離子鍵作用；二硫鍵作用：半胱氨酸側(cè)基間共價鍵形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。此3種作用直接影響蛋白質(zhì)纖維的性質(zhì)。絲蛋白質(zhì)纖維半胱氨酸（二硫鍵）含量極少，氨基酸形式簡單。角蛋白質(zhì)纖維氨基酸形式復(fù)雜多樣。蛋白質(zhì)分子通式角蛋白大分子構(gòu)成及分子間作用二、天然蛋白質(zhì)纖維氫鍵作用：-NH與-CO間作用；蛋白質(zhì)442、天然蛋白質(zhì)分子鏈結(jié)構(gòu)下圖中，α角朊分子螺距約0.54nm，完整螺旋約3.6個氨基酸?；?，每個?；S向長約0.15nm。當(dāng)轉(zhuǎn)換為β角朊時，螺距為1.25nm，每個氨基酸?；L度約0.35nm。蛋白質(zhì)分子構(gòu)象角朊分子雙螺旋2、天然蛋白質(zhì)分子鏈結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子構(gòu)象角朊分子雙螺旋453.蛋白質(zhì)纖維的結(jié)晶取向結(jié)構(gòu)羊毛和蠶絲蛋白質(zhì)纖維均存在一定的結(jié)晶形式。β折疊型大分子易形成規(guī)整排列；α螺旋大分子也能由幾個大分子相互螺旋規(guī)則排列構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)晶形式。取向度也隨α螺旋的變化以及微細結(jié)構(gòu)的不同而變化。β角朊分子規(guī)整排列與相互作用3.蛋白質(zhì)纖維的結(jié)晶取向結(jié)構(gòu)β角朊分子規(guī)整排列與相互作用464.羊毛纖維的微細結(jié)構(gòu)（皮質(zhì)細胞+細胞間質(zhì)=毛干；表面：鱗片細胞）羊毛的鱗片層：多個鱗片交疊，有偽棱脊，多層結(jié)構(gòu)，有細胞間質(zhì)(cellmembranecomplex)粘結(jié)，有鎖結(jié)。羊毛的皮質(zhì)層：有許多如紡錘狀(spindle-shaped)皮質(zhì)細胞，沿纖維軸向基本平行排列而組成。又分為正皮質(zhì)細胞(orthocorticalcell)，副皮質(zhì)細胞(parecorticalcell)和偶爾出現(xiàn)的仲皮質(zhì)細胞(mesocorticalcell)。羊毛纖維各層次結(jié)構(gòu)示意圖4.羊毛纖維的微細結(jié)構(gòu)（皮質(zhì)細胞+細胞間質(zhì)=毛干；表面：鱗片47微原纖又由基原纖構(gòu)成。目前認為基原纖是由3個雙螺旋，或2+2個多重復(fù)螺旋的α型大分子組成，直徑20?左右。正皮質(zhì)細胞為三級原纖構(gòu)成，副皮質(zhì)細胞是二級原纖構(gòu)成體。羊毛的髓質(zhì)層是結(jié)構(gòu)疏松、充滿空氣的薄壁細胞，其中存在原生質(zhì)的沉積物，色素和一些低分子物。羊毛纖維的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)：取決于羊毛皮質(zhì)細胞的分布形式。鱗片層定向覆蓋導(dǎo)致羊毛差微摩擦效應(yīng)。羊毛正、副皮質(zhì)細胞雙邊分布的并相互纏繞是導(dǎo)致羊毛天然卷曲。微原纖又由基原纖構(gòu)成。目前認為基原纖是由3個雙螺旋，或2+2485．蠶絲的微細結(jié)構(gòu)蠶絲由絲膠(silkglue)和絲素(silkfibroin)構(gòu)成。絲膠包覆于絲素之外，絲素是蠶絲纖維的主體。絲膠分為I、II、III、IV四種，為層狀包覆在絲素上，水溶性依次變小，結(jié)晶度依次變大。內(nèi)層最靠絲素的為絲膠IV，很難被熱水或堿液溶解。蠶絲的各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖5．蠶絲的微細結(jié)構(gòu)蠶絲的各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖49絲素是由微原纖和原纖二級結(jié)構(gòu)構(gòu)成，微原纖直徑約為40～90?，原纖為250~300?。微原纖組合成原纖，原纖基本上呈同心環(huán)狀分布，構(gòu)成絲素的層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在絲素主體的表層尤為明顯，是導(dǎo)致蠶絲優(yōu)良光澤的主要因素之一。絲素是由微原纖和原纖二級結(jié)構(gòu)構(gòu)成，微原纖直徑約為40～90?50三、人造纖維人造纖維：用天然高分子材料，經(jīng)化學(xué)、物理加工而成，分為人造纖維素纖維和人造蛋白質(zhì)纖維。人造纖維素纖維：粘膠纖維，銅氨纖維和纖維素酯纖維。人造蛋白質(zhì)纖維：酪朊，絲朊和大豆蛋白纖維，但產(chǎn)量和使用極少，故結(jié)構(gòu)討論很少，一般認定分子結(jié)構(gòu)同天然蛋白質(zhì)纖維，結(jié)晶略好，是β型鏈的微小結(jié)晶顆粒。

由于人為的紡絲加工過程，導(dǎo)致人造纖維素分子的鏈結(jié)構(gòu)比天然纖維素纖維復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)除與天然纖維相同的伸展鏈和無規(guī)排列外，還有折疊鏈的形式。晶格形式主要是纖維素Ⅱ，還有纖維素III、IV、V形式（天然纖維素中不存在）。三、人造纖維51纖維素分子折疊鏈的規(guī)整排列，使單晶胞連續(xù)形成基原纖，有片晶，為人造纖維素的典型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。粘膠纖維，因為凝固冷卻速度不同，表、芯層結(jié)構(gòu)不同。纖維素II晶格結(jié)構(gòu)示意圖幾種再生纖維素纖維的截面形態(tài)纖維素III大都是液氨纖維素，再蒸發(fā)去氨或胺后，生成的一種晶格變體。纖維IV是由纖維素II或III在極性液體中加以高溫處理而成的，故又稱“高溫纖維素”。纖維素V是用濃HCL(38％-40.3％)作用于纖維素產(chǎn)生的。纖維素分子折疊鏈的規(guī)整排列，使單晶胞連續(xù)形成基原纖，有片晶，52四、合成纖維由低分子物質(zhì)經(jīng)化學(xué)合成的高分子聚合物，再經(jīng)紡絲加工而成的纖維。按分子結(jié)構(gòu)分為：(1)碳鏈合成纖維：如聚乙烯(po1yethylene)，聚丙烯(polypropylene)，聚丙烯腈(po1yacrylonitrile)，聚乙烯醇縮甲醛(polyvinyl-alcohol)，聚氯乙烯(polyvingchloride)，或聚氟乙烯(polyvinylfluoride)纖維；(2)雜鏈合成纖維：如聚酰胺(polyamide)纖維，聚酯(po1yethyleneterephthalate)纖維等。合成纖維除上述的單一組成形式外，可通過共聚、共混、復(fù)合、接技、滲入、涂層等方法改變其組成，獲得不同的結(jié)構(gòu)與性能；也可通過變形，異形，超細、切斷等加工方法改變纖維形態(tài)；還可通過特殊的紡絲及后加工方式，獲得高性能的纖維。這些纖維與常規(guī)纖維在分子結(jié)構(gòu)，分子間結(jié)構(gòu)，形態(tài)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)上有區(qū)別。四、合成纖維531．聚酯纖維在滌綸晶區(qū)中分子鏈節(jié)的構(gòu)型為反式結(jié)構(gòu)：在非晶區(qū)則為順式，或稱旁式結(jié)構(gòu)：折疊鏈片晶的厚度一般在250~300?，而伸展鏈結(jié)晶厚度在1000—2000?。滌綸是取向誘導(dǎo)結(jié)晶，故通常是高取向高結(jié)晶的結(jié)構(gòu)。滌綸的微細結(jié)構(gòu)，用纓狀折疊鏈片晶理論來解釋。1．聚酯纖維542、聚酰胺纖維聚酰胺6：[-NH-(CH2)5-CO-]；聚酰胺66：[-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]，p30圖1-52；通式聚酰胺X：-NH-(CH2)x-1-CO-；和聚酰胺XY：-NH-(CH2)x-NH-CO-(CH2)y-2-CO-；由柔性鏈亞甲基(-NH2-)的多個組合，并由酰胺鍵(—CONH—)聯(lián)接而成。亞甲基↑，構(gòu)象↑柔順性↑；酰胺鍵極性↑，氫鍵和吸濕性↑。聚酰胺分子極易通過一定的鏈段運動和氫鍵作用，形成穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。初生絲的結(jié)晶度一般可達50%~60%。錦綸分子鏈構(gòu)象一般為折疊鏈或伸直鏈，折疊鏈結(jié)晶是主要形式。折疊鏈片晶隨熱處理作用，會發(fā)生變化，其結(jié)果是，折疊鏈片晶增加，片晶厚度增加，晶區(qū)增多增大，空穴也相應(yīng)變大。聚酰胺纖維分子中的亞甲基鏈，換成苯環(huán)，產(chǎn)生出新一代的芳香族聚酰胺纖維，如錦綸6T，Nomex，Kevlar等。2、聚酰胺纖維553、聚乙烯纖維

聚烯烴纖維主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯（PP）纖維。普通PE纖維柔性較高，延伸性太大，故作為紡織纖維較少。其主要形式有：低密度PE(LDPE)，中密度PE(MDPE)和高密度PE(HDPE)。普通PE纖維分子可以形成規(guī)整的晶格排列，結(jié)晶為立方晶系（圖1-55），折疊鏈結(jié)晶，片晶厚度為100?左右。高強高模PE，即超高分子量PE(UHMWPE)，經(jīng)超拉伸(Superdrawing)和區(qū)域拉伸法(Zonedrawing)，或凍膠紡絲超拉伸法制成?？尚纬奢^多的三維有序排列，斜方晶系。分子高度取向，使纖維具備高強高模的特征，強度達25-30CN／dtex，模量達80-100GPa，為斷續(xù)的伸展鏈微晶結(jié)構(gòu)。3、聚乙烯纖維564、聚丙烯纖維與PE相比只是H換了個甲基(-CH3)。甲基在鏈上的排列位置不同，分為等規(guī)，間規(guī)，和無規(guī)。等規(guī)和間規(guī)能形成規(guī)則有序的排列，導(dǎo)致纖維的結(jié)晶。尤其是等規(guī)形式，其空間構(gòu)型是螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)晶形式。低密度的近晶型或稱準晶型的結(jié)構(gòu)有較高的透明度。等規(guī)、間規(guī)聚丙烯，結(jié)晶有α、β、γ、δ和擬六方變體五種，丙綸纖維的結(jié)晶度為65~70％，未經(jīng)拉伸的只有30％~50％。而常態(tài)PE就達到80%。膜裂加工的丙綸纖維，是由丙綸膜單軸向拉伸球晶和片晶的分裂。聚丙烯纖維的構(gòu)型示意圖丙綸纖維分子螺旋構(gòu)型4、聚丙烯纖維聚丙烯纖維的構(gòu)型示意圖丙綸纖維分子螺旋575、聚丙烯腈（PAN）纖維質(zhì)量百分比>85%的聚丙烯和第二、三單體共聚物。PAN纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，準晶結(jié)構(gòu)。原因：在PAN分子結(jié)構(gòu)本身引入的第二（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯，改善手感、彈性）、第三單體（丙烯磺酸鈉，改善染色性），也有認為是極性氰基(-CN)的作用。分子鏈的螺旋構(gòu)型，同丙綸分子。強極性氰基作用，分子取向難以表征。純PAN大分子的主要空間構(gòu)型是螺旋棒狀結(jié)構(gòu)堆砌排列，螺旋周期為3個鏈節(jié)，直徑約為6?。強極性氰基，使其以等角度120°轉(zhuǎn)動，以形成最穩(wěn)態(tài)的排列。晶格為六角晶系或正交晶系。PAN纖維結(jié)構(gòu)中幾乎很難有與分子軸向垂直的層面，故PAN聚集態(tài)結(jié)構(gòu)為側(cè)向有序，軸向無序的準晶結(jié)構(gòu)。腈綸分子堆砌與單元晶格結(jié)構(gòu)5、聚丙烯腈（PAN）纖維腈綸分子堆砌與單元晶格結(jié)構(gòu)586.聚乙烯醇纖維PVA，聚乙烯醇縮甲醛纖維，簡稱維綸。羥基（-OH）的極性，使維綸具有優(yōu)良吸濕性。而縮醛化又使維綸具有耐水和穩(wěn)定的部分。維綸長鏈分子上-OH在空間的排布有：等規(guī)I-PVA，間規(guī)S-PVA和無規(guī)A-PVA。立構(gòu)形式影響-OH形成氫鍵的難易程度。S-PVA最易形成氫鍵，該立構(gòu)度的增加其耐水性提高。PVA的晶胞屬單斜晶系，晶胞含兩個單元鏈節(jié)。常規(guī)維綸的結(jié)晶度約為30％。晶格密度為1.345g／cm3，結(jié)晶度越高，耐水溶性越好。維綸纖維皮芯結(jié)構(gòu)，皮層取向高，結(jié)構(gòu)致密，芯層結(jié)晶度略高，結(jié)構(gòu)較疏松，截面形狀為腰圓形。皮芯結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致染色不勻。其微細結(jié)構(gòu)中有原纖和微孔，增加原纖化結(jié)構(gòu)是提高該纖維性質(zhì)的有效途徑。高性能維綸，如高強高模PVA；功能性PVA，如水溶性PVA，離子交換型生物醫(yī)藥用PVA和衛(wèi)生醫(yī)用PVA；以及共混類PVA，在結(jié)構(gòu)上力求合理化，性能上趨于功能化。6.聚乙烯醇纖維597.聚氯乙烯纖維PVC，簡稱氯綸，作為單一成分的纖維較少，常與腈綸，維綸共混加工。如果純PVC纖維的立構(gòu)規(guī)整性好，構(gòu)型單一性強，結(jié)晶度可達90％。一般PVC結(jié)晶度較低。氯綸的晶格形式屬正交晶系，每個晶胞含4個單元鏈節(jié)，結(jié)晶區(qū)密度為1.44g／cm3，非結(jié)晶區(qū)的密度為1.389～1.3908g／cm3。五、彈性纖維結(jié)構(gòu)主要指聚氨酯類纖維，特征是很大的彈性變形(400％~800％)。其分子是由軟鏈段和交聯(lián)組成。聚氨酯纖維根據(jù)鏈結(jié)構(gòu)中軟鏈段，可分為聚酯型和聚醚型。美國橡膠公司的Vyrene是聚酯型，美國Dupont的Lycra是聚醚型。7.聚氯乙烯纖維60第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)一般概述特種纖維：與普通三大類纖維（天然、人造和合成纖維）有別的，具有特殊使用價值，或特殊性能個功能的纖維。高性能纖維：高強、高模、耐高溫特性；功能性纖維：在某一方面具有自引發(fā)功能，其發(fā)展為智能纖維；差別化纖維：在某些性質(zhì)上優(yōu)于普通纖維，更利于使用或加工，更接近天然化更舒適。第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)一般概述特種纖維：與普通三大類纖維（天然61一、聚合物共混體纖維結(jié)構(gòu)又稱混合聚合物纖維，或“聚合物合金”纖維。物理混合與化學(xué)共混從纖維廣義聚集態(tài)角度，共混聚合物纖維可分三種。①均相共混聚合物：不同組分以分子水平互相混合，結(jié)構(gòu)討論中主要關(guān)心分子間的相容性，即混合的自由能ΔF≤０。②非均相共混聚合物（圖1-61）：不同組分不能達到分子水平混合(ΔF>0)，各成一相，可連續(xù)或分散，其一般以亞微觀結(jié)構(gòu)為特征。一、聚合物共混體纖維結(jié)構(gòu)62③雙組份復(fù)合聚合物（圖1-62、1-63）：直接以兩種聚合物在宏觀結(jié)構(gòu)上的混合形成，又稱雙成分、雙組分纖維、或復(fù)合纖維。③雙組份復(fù)合聚合物（圖1-62、1-63）：直接以兩種聚合物63二、聚四氟乙烯纖維結(jié)構(gòu)PTFE，俗稱“塑料王”，商品Teflon，一種高度對稱，整體不帶極性且不含任何支鏈的線型高聚物，原因：作用力極強的C-F鍵是很難打開。氟原子的作用半徑較大7.2?，故分子鏈的穩(wěn)定構(gòu)型是螺旋狀結(jié)構(gòu)。鏈結(jié)構(gòu)的高度對稱性和規(guī)律性，使PTFE具有良好的結(jié)晶性(結(jié)晶度>60％)和高密度特征。結(jié)晶密度為2.35±０.06g／cm3，非晶區(qū)密度為2.00±0.04g／cm3。PTFE纖維的結(jié)晶形式有兩種，可相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)溫度<19℃時，晶胞為三斜晶系，C軸(纖維軸)恒等周期為16.5?，每個晶胞含有14個-CF2-基。當(dāng)溫度>19℃時，晶胞開始轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄?，晶胞參?shù)為a=5.61?，b=