《高等紡織材料學(xué)》杜趙群

（東華大學(xué)紡織學(xué)院）

2013年-2014年第1學(xué)期《高等紡織材料學(xué)》第一章纖維的結(jié)構(gòu)第一章纖維的結(jié)構(gòu)纖維結(jié)構(gòu)為纖維固有特征，為本質(zhì)屬性，決定其使用特性。纖維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層次：微細(xì)結(jié)構(gòu)→集聚態(tài)結(jié)構(gòu)→織態(tài)結(jié)構(gòu)→宏觀結(jié)構(gòu)與形態(tài)纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)：光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線、紅外、紫外、熒光、拉曼、原子力顯微鏡、核磁共振；影響纖維理化性能的結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)：熱分析、動(dòng)態(tài)和斷裂力學(xué)法、質(zhì)譜法等?！陡叩燃徔棽牧蠈W(xué)》-第一章纖維的結(jié)構(gòu)一、纓狀微胞理論N?geli：適宜淀粉和植物

微胞+微胞間質(zhì)Meyer&Mark：適宜淀粉和植物

微胞+微胞間質(zhì)

闡述微胞中的晶體結(jié)構(gòu)

Spearkman：羊毛第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論Staudinger：高聚物

具有高的相對(duì)分子質(zhì)量第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論問題產(chǎn)生：

1.纖維素及其他聚合物分子的長度問題？

2.纖維究竟是分離的晶體組成，還是連續(xù)的均勻分子所連接而成？

3.天然纖維與化學(xué)纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)異同？纓狀微胞結(jié)構(gòu)：

微胞為晶區(qū)，由規(guī)整排列的長鏈分子構(gòu)成；

微胞間為非晶區(qū)，由晶區(qū)伸出的、無規(guī)則排列分子構(gòu)成，為纓狀須叢

第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論問題產(chǎn)生：

1.纓狀微胞可解釋基本的物理性能。

2.但電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)的纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)（原纖）的解釋？

2.原纖內(nèi)結(jié)構(gòu)的假設(shè)，纓狀微胞、？

3.原纖為結(jié)晶區(qū)？晶區(qū)與非晶區(qū)的交替？高度有序的無定形結(jié)構(gòu)？二、纓狀原纖理論

晶區(qū)由連續(xù)的許多長鏈分子規(guī)整排列構(gòu)成；

大分子鏈從原纖中分裂出來，為纓狀須叢，構(gòu)成非晶區(qū)

第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論四、纖維結(jié)構(gòu)的其他理論2.無定形結(jié)構(gòu)

3.缺陷結(jié)晶形結(jié)構(gòu)

基于金屬結(jié)構(gòu)，無序區(qū)為結(jié)晶區(qū)中的缺陷構(gòu)成第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論四、纖維結(jié)構(gòu)的其他理論3.串晶結(jié)構(gòu)

第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論五、纖維的弱節(jié)結(jié)構(gòu)理論1.弱節(jié)的定義與內(nèi)涵

由于結(jié)構(gòu)弱節(jié)與形態(tài)弱節(jié)的差異，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)區(qū)域的力學(xué)性質(zhì)較弱；

結(jié)構(gòu)弱節(jié)：纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)的不勻或缺陷

形態(tài)弱節(jié)：纖維明顯的幾何細(xì)頸部位、生長或加工、自然和人為造成的第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論（1）纖維的細(xì)節(jié)：纖維均勻地由細(xì)→粗、由粗→細(xì)

（2）天然生長的形態(tài)缺陷：風(fēng)蝕、鱗片鼓脹、局部畸變

第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論（3）加工損傷：運(yùn)輸與加工過程中與機(jī)械的相互作用

（4）內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷：纖維原料的不均勻、加工與環(huán)境參數(shù)的變化

第二節(jié)紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征一、紡織纖維結(jié)構(gòu)的一般特征

1.基本要求

（1）分子鏈長度

（2）線型長鏈、短支鏈、柔性

（3）分子間相互作用

（4）分子排列的取向、結(jié)晶，空隙或空間

二、纖維結(jié)構(gòu)的表征

1.聚合度及其分布

凝膠色譜法、粘度法、光散射法、端基法

相對(duì)分子質(zhì)量的均值：Z均、重均、粘均、數(shù)均（大→?。?/p>

2.鏈段長度

可運(yùn)動(dòng)的最小獨(dú)立單元，公式

均方末端距第二節(jié)紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征

3.結(jié)晶度

體積結(jié)晶度

重量結(jié)晶度

4.結(jié)晶區(qū)分布

第二節(jié)紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征

5.取向度

大分子鏈節(jié)與纖維軸的平行程度，為平均值。

表征指標(biāo)Hermans取向因子：

6.取向度分布

涉及纖維徑向各層、纖維長度方向各段

第二節(jié)紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征

7.微細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸

電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學(xué)顯微鏡

超薄切片、冷凍斷裂、超聲波分離、等離子體刻蝕等

8.空隙形態(tài)與大小

氣體吸附、顯微鏡、壓汞法、密度法、X射線與電子小角衍射第二節(jié)紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征

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

斷裂在力學(xué)最弱處，不一定是形態(tài)或細(xì)節(jié)最細(xì)處

2.纖維弱節(jié)斷裂的判定準(zhǔn)則與方法

第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)一、天然纖維素纖維由葡萄糖剩基（C6H10O5）連接而成，聚合度高，通過型苷鍵（氧橋）在1、4位碳間銜接

纖維素I

=0.835nm，b=1.03nm

c=0.79nm，=84°

纖維素II

=0.814nm，b=1.03nm

c=0.914nm，=62°

第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)一、天然纖維素纖維

微細(xì)結(jié)構(gòu)：基原纖，如苧麻纖維的超薄切片

基原纖→微原纖第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)一、天然纖維素纖維

微原纖→原纖→纖維第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維涉及對(duì)象：絲、毛

組成主要為氨基酸（NH2

?CHR?COOH)通過肽鏈(-CO-NH-)聯(lián)接而成長鏈分子；

分子間的作用形式：

（1）氫鍵

（2）鹽式鍵

（3）二硫鍵絲：半胱氨酸含量極少、

側(cè)基小，氫鍵為主；

毛：有一定的半胱氨酸，第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維蛋白質(zhì)纖維的結(jié)晶和取向

絲：更易形成結(jié)晶，取向度較高，

毛：取向度相比較低，結(jié)晶度較低，結(jié)晶顆粒小，但彈性好（二硫鍵的交聯(lián)）

結(jié)構(gòu)可互換：熱、濕和時(shí)間激勵(lì)，a螺旋←→折疊第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維蠶絲的微細(xì)結(jié)構(gòu)

蠶絲：由絲膠合絲素構(gòu)成

絲素一般由微原纖、原纖構(gòu)成，微原纖組成原纖，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)。

第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維羊毛纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)

羊毛纖維分為鱗片層、皮質(zhì)層、髓質(zhì)層；

為多細(xì)胞結(jié)構(gòu)；

皮質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)堆砌成毛干，表面覆有鱗片細(xì)胞。

第一節(jié)纖維結(jié)構(gòu)理論問題產(chǎn)生：

1.纖維素及其他聚合物分子的長度問題？

2.纖維究竟是分離的晶體組成，還是連續(xù)的均勻分子所連接而成？

3.天然纖維與化學(xué)纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)異同？纓狀微胞結(jié)構(gòu)：

微胞為晶區(qū)，由規(guī)整排列的長鏈分子構(gòu)成；

微胞間為非晶區(qū)，由晶區(qū)伸出的、無規(guī)則排列分子構(gòu)成，為纓狀須叢

第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維羊毛纖維的鱗片結(jié)構(gòu)示意圖

鱗片細(xì)胞：

外表皮層（高含硫量）

次表皮層（高含硫量）

內(nèi)表皮層（低含硫量）

鱗片細(xì)胞與鱗片細(xì)胞之間通過細(xì)胞間質(zhì)粘結(jié)

細(xì)胞間質(zhì)：三明治結(jié)構(gòu)，

低含硫量/高含硫量/低含硫量

第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)二、天然蛋白質(zhì)纖維羊毛的皮質(zhì)細(xì)胞的微原纖結(jié)構(gòu)示意圖

正皮質(zhì)細(xì)胞：

巨原纖、微原纖、基原纖

副皮質(zhì)細(xì)胞：

微原纖、基原纖

正、副皮質(zhì)細(xì)胞的雙邊分布，羊毛宏觀形態(tài)卷曲第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)三、人造纖維

粘膠纖維的結(jié)晶形式微細(xì)結(jié)構(gòu)：基原纖、微原纖、原纖粘膠皮芯層結(jié)構(gòu)：

皮層：取向度高、結(jié)晶度低、結(jié)晶顆粒小，結(jié)晶分布均勻；具有高強(qiáng)、韌性好，如高強(qiáng)粘膠；

芯層：結(jié)晶度高、顆粒大、空隙大，但吸濕穩(wěn)定性好，如全芯層的富強(qiáng)粘膠，以及近似的tencel纖維。第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維

纖維種類第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維

1.聚酯纖維：

由剛性的苯環(huán)鏈段+柔性鏈亞甲基，由酯基聯(lián)接滌綸晶區(qū)中分子鏈節(jié)的構(gòu)型為反式構(gòu)型，非晶區(qū)中的為順式/旁式結(jié)構(gòu)滌綸為纓狀折疊鏈片晶

晶胞為三斜晶系第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維2.聚酰胺纖維：

柔性鏈亞甲基的多個(gè)組合，由酰胺鍵聯(lián)接滌綸晶區(qū)中分子鏈節(jié)的構(gòu)型為反式構(gòu)型，非晶區(qū)中的為順式/旁式結(jié)構(gòu)為纓狀折疊鏈片晶

晶胞為單斜晶系、斜方等第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維

2.聚酰胺纖維：

錦綸6的分子排列圖錦綸66的晶胞結(jié)構(gòu)圖第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維

3.聚乙烯纖維：

微細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整晶格結(jié)構(gòu)圖第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維4.聚丙烯纖維：

丙綸纖維分子的螺旋結(jié)構(gòu)及其球晶第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)四、合成纖維5.聚丙烯腈纖維：

結(jié)構(gòu)與晶格示意圖

六角或正交晶系

6.聚乙烯醇纖維：

結(jié)構(gòu)與晶格示意圖，

屬于單斜晶系

7.聚氯乙烯纖維：單斜晶系第三節(jié)常用纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)五、彈性纖維主要為聚氨酯類纖維，彈性變形大，在于分子鏈結(jié)構(gòu)

彈性纖維的分子由軟鏈段+交聯(lián)（物理或化學(xué)）組成物理交聯(lián)化學(xué)交聯(lián)第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述有別于普通的三大類纖維（天然、人造和合成纖維），主要指：

（1）高性能纖維：芳綸、超高分子量聚乙烯、碳纖維等；

（2）功能纖維：導(dǎo)電、水溶、過濾、變溫、防輻射等；

（3）差別化纖維：異形、超細(xì)、高收縮、高吸濕、抗靜電、抗起毛起球、陽離子可染等。一、聚四氟乙烯纖維結(jié)構(gòu)由于C-F的強(qiáng)極性，纖維分子高度對(duì)稱、整體不帶極性；氟作用半徑大，分子量呈螺旋狀結(jié)構(gòu)晶胞有2種：三斜晶系、六方晶系第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述二、聚合物共混體纖維結(jié)構(gòu)包括：均相共混、非均相共混、雙組份第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述三、碳纖維結(jié)構(gòu)1.結(jié)晶與取向結(jié)構(gòu)石墨烯與碳纖維第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述三、碳纖維結(jié)構(gòu)2.微細(xì)組織結(jié)構(gòu)（1）原纖特征（4）微結(jié)構(gòu)的不均一性（3）皮芯特征（2）層狀特征第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述四、液晶及芳綸高聚物的結(jié)構(gòu)（1）液晶：具有液態(tài)流動(dòng)特征，又有晶體的有序和光學(xué)各向異性特征的物質(zhì)。（3）液晶紡絲結(jié)構(gòu)（2）制備方法：溶致液晶高聚物、熱致液晶高聚物第四節(jié)特種纖維結(jié)構(gòu)的一般概述四、液晶及芳綸高聚物的結(jié)構(gòu)（4）液晶聚合物結(jié)構(gòu)條件（a）形成液晶態(tài)的基本分子結(jié)構(gòu)單元：可形成棒狀或板狀的構(gòu)想；（b）分子量具有一定的長徑比，