紡織物理考試答案 Microsoft W

1、1. 什么是纖維的結(jié)晶度和取向度？請論述結(jié)晶度和取向度的測定方法，并舉例說明結(jié)晶度、取向度對纖維性質(zhì)的影響。大部分分子呈規(guī)律性整齊有序排列，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)晶區(qū)，又稱晶區(qū)。結(jié)晶區(qū)部分占整根纖維的百分比稱為結(jié)晶度。結(jié)晶度可分為重量結(jié)晶度和體積結(jié)晶度兩種，重量結(jié)晶度是由重量百分比表示的，體積結(jié)晶度則用體積百分比表示。天然纖維或化學(xué)纖維內(nèi)部，大分子的排列與纖維軸向相符合的程度稱為取向度。纖維結(jié)晶度的測試可用密度法、x射線衍射法、紅熱光譜法和量熱分析法。取向度可用各個大分子與纖維軸向平角的平均數(shù)來量度。通過下式可以計算取向度為大分子鏈節(jié)排列方向與纖維幾何軸線的夾角，為平均取向因子。當大分子的排列與

2、纖維軸平行時，表示完全取向。紅外光譜法具體如下:（纖維測試技術(shù)P88）高聚物的紅外光譜圖中，各譜帶對高聚物結(jié)構(gòu)變化的反映不同。隨著結(jié)晶度的增加，有些譜帶的強度增加，有些譜帶的強度減弱，也有些不變，顯示各譜帶與結(jié)晶狀態(tài)的關(guān)系。若將隨結(jié)晶情況變化而不變的譜帶作為參考譜帶，將隨著結(jié)晶度的加而強度增加的作為結(jié)晶譜帶， 將隨著結(jié)晶度的增加而強度減弱的作為非晶譜帶，則可以根據(jù)各譜帶的情況可判定高聚物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)及變化。在紅外光譜儀的測量光路中加入一偏振器，可得到纖維的偏振紅外光譜，利用偏振紅外光譜圖可以分析纖維的取向度。粘膠纖維和棉纖維都是纖維素纖維，分子構(gòu)成基本相同，但粘膠纖維的結(jié)晶度比棉低，導(dǎo)致吸濕性要

3、比棉好；麻和棉都是天然纖維素纖維，但麻纖維的取向度高于棉纖維，其強度也較高；羊毛纖維的大分子為螺旋形構(gòu)象，導(dǎo)致其取向度低，其強度在天然纖維中為很低；化纖纖維的制造過程中，可以通過拉伸工藝來提高初生絲的取向度，從而提高其強度，改善了它的后加工性能。2 什么是纖維的玻璃化溫度、熔點？請論述玻璃化溫度和熔點的測定方法，并說明玻璃化溫度和熔點在纖維加工和使用中的作用玻璃化溫度：指高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度，指無定型聚合物（包括結(jié)晶型聚合物中的非結(jié)晶部分）由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由后者向前者的轉(zhuǎn)變溫度，是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度，通常用Tg表示。沒有很固定的數(shù)值，往往隨著測定的方法和條

4、件而改變。高聚物的一種重要的工藝指標。在此溫度以上，高聚物表現(xiàn)出彈性；在此溫度以下，高聚物表現(xiàn)出脆性。熔點是固體將其物態(tài)由固態(tài)轉(zhuǎn)變（熔化）為液態(tài)的溫度1膨脹計法在膨脹計內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。由于高分子聚合物在玻璃化溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應(yīng)有折點。折點對應(yīng)的溫度即為受測聚合物的玻璃化溫度。2折光率法利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化，找出導(dǎo)致這種變化的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。3熱機械法（溫度-變形法）在加熱爐或環(huán)

5、境箱內(nèi)對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷；記錄不同溫度下的溫度-變形曲線。類似于膨脹計法，找出曲線上的折點所對應(yīng)的溫度，即為：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。取供試品適量，緩緩攪拌并加熱至溫度達9092時，放入一平底耐熱容器中，使供試品厚度達到12mm1mm,放冷至較規(guī)定的熔點上限高810；取刻度為0.2、水銀 球長1828mm、直徑56mm的溫度計(其上部預(yù)先套上軟木塞,在塞子邊緣開一小槽),使冷至5后,擦干并小心地將溫度計汞球部垂直插入上述熔融的供試品中，直至碰到容器的底部（浸沒12mm）,隨即取出，直立懸置，俟黏附在溫度計球部的供試品表面渾濁,將溫度計浸入16以下的水中5分鐘，取出，再將溫度計插入一外徑約

6、25mm、長150mm的試管中，塞緊，使溫度計懸于其中，并使溫度計球部的底端距試管底部約為15mm；將試管 浸入約16的水浴中，調(diào)節(jié)試管的高度使溫度計上分浸線同水面相平；加熱使水浴溫度以每分鐘2的速率升至38，再以每分鐘1的速率升溫至供試品的第一滴脫離溫度計為止；檢讀溫度計上顯示的溫度，即可作為供試品的近似熔點。再取供試品，照前法反復(fù)測定數(shù)次；如前后3次測得的熔點相差不超過1,可取3次的平均值作為供試品的熔點；如3次測得的熔點相差超過1時，可再測定2次，并取5次的平均值作為供試品的熔點使用（紡織材料學(xué)P146）3舉例論述纖維的吸濕機理，并說明吸濕對纖維性能的影響。（紡織材料學(xué)P89）（紡織材料

7、學(xué)95）4 什么是纖維的粘彈性力學(xué)性能？并以某種纖維或紗線或織物的力學(xué)性能為例，采用合適的力學(xué)模型進行分析、解釋。（紡織材料學(xué)P110）甲殼素的發(fā)現(xiàn)1811年，法國一位研究自然科學(xué)史的H. Braconnot 教授，用溫熱的稀堿溶液反復(fù)處理蘑菇，最后得到一些纖維狀的白色殘渣，他以為從蘑菇中得到了纖維，并把這種來源于蘑菇的的纖維稱之為Fungine，意即真菌纖維素。 1823年又一位法國科學(xué)家A. Odier從甲殼類昆蟲的翅膀中分離出同樣的物質(zhì)，他認為此物質(zhì)是一種新型的纖維素，使命名為Chitin。1843年，法國的A. Payen發(fā)現(xiàn)Chitin與纖維素的性質(zhì)不大相同。同年，法國人J. L.

8、Lassaigne發(fā)現(xiàn)Chitin中含有氮元素，從而證明Chitin不是纖維素，而是一種新的具有纖維性質(zhì)的化合物。1878年，G. Ledderhose從Chitin 的水解反應(yīng)液中檢出了氨基葡萄糖和乙酸；1894年，E. Gilson進一步證明了Chitin中含有氨基葡萄糖，而后來的研究表明，Chitin是由N-乙酰氨基葡萄糖縮聚而成的，或者說組成Chitin的單體是N-乙酰氨基葡萄糖。甲殼素的存在地球上存在的天然有機化合物中，數(shù)量最大的是纖維素，其次就是甲殼素，前者主要由植物生成，后者主要由動物生成。估計自然界每年生物合成的甲殼素將近100億噸。甲殼素亦是地球上除蛋白質(zhì)外數(shù)量最大的含氮天然

9、有機化合物。僅此兩點，就足以說明甲殼素的重要地位。 在自然界的存在甲殼素廣泛存在于甲殼綱動物蝦和蟹的甲殼、昆蟲的甲殼、真菌（酵母、霉菌）的細胞壁和植物（如蘑菇）的細胞壁中。 盡管自然界存在大量的甲殼素，但估計全世界每年可獲得的甲殼素只有15萬噸，真正能生成出來的，估計不過數(shù)萬噸而已。 存在狀態(tài)甲殼類動物外殼的結(jié)構(gòu)材料就是甲殼素，它既有生理作用，又能保護機體防止外來機械性沖擊；同時，還具有吸收高能輻射的性能。在真菌的細胞壁中，甲殼素與其他多糖相連，在動物體內(nèi)，則是與蛋白質(zhì)結(jié)合成蛋白聚糖。 甲殼素的生物合成甲殼素在體內(nèi)的生物合成，與其他多糖一樣，是一個想到相當復(fù)雜的生物化學(xué)過程，在乙酰CoA的存在

10、下，磷酸氨基葡萄糖轉(zhuǎn)移酶催化6-磷酸氨基葡萄糖合成6-磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖。與甲殼素合成酶共存的還有甲殼素脫乙酰酶，在甲殼素的合成過程中同時發(fā)生著N-脫乙?；倪^程，因此，合成出來的甲殼素，其分子鏈的糖單元不是100%的N-乙酰氨基葡萄糖，還有一部分是氨基葡萄糖，也就是說，生物合成不只是生成甲殼素，也生成少量的殼聚糖。在自然界中，非但存在著大量的甲殼素，也還存在著一些殼聚糖。 1.4 甲殼素的性質(zhì) 甲殼素是白色或灰白色無定形、半透明固體、分子量因原料不同而有數(shù)十萬至數(shù)百萬，不溶于水、稀酸、稀堿、濃堿、一般有機溶劑，可溶于濃的鹽酸、硫酸、磷酸和無水甲酸，但同時主鏈發(fā)生降解。 1963年，Ru

11、dall根據(jù)X射線衍射光譜得到的結(jié)果，提出了甲殼素存在著、三種晶型。這三種晶型是分子內(nèi)和分子間不同的氫鍵而形成的。在植物體中，甲殼素與纖維素密切相關(guān)；在動物體中，它與膠原密切相關(guān)。 甲殼素纖維的發(fā)展概況早在20世紀60年代末，富士紡公司的研究人員就對甲殼素進行了研究。這些天然材料來源廣泛且安全無毒性，特別適合制作繃帶類的產(chǎn)品，能加速傷口的愈合，并且通過動物試驗證明：這種新型的材料對由細菌引起的感染具有比普通抗菌素相同或更好的療效。 20世紀90年代初期，日本最先利用甲殼素纖維的特性，制成與棉混紡的抗菌防臭類內(nèi)衣和褲襪，深受廣大消費者的青睞。日本富士紡織公司開發(fā)了一種適合嬰兒服面料的高濕模量粘膠

12、纖維（商品名“”）。這種纖維在制造過程中加入了具有保濕抗菌成分的甲殼素，可抑制微生物的繁殖，對皮膚過敏者有預(yù)防效果。用這種材料制成的服裝或床上用品，對人體無刺激，對皮膚的親和性較好，臨床經(jīng)驗也證實它對預(yù)防過敏性皮炎有效。 與國外相比，我國開發(fā)研制甲殼素紡織品的工作起步較晚。中國是1952年開展甲殼素試驗的，先是上海，后來是青島等沿海城市，1954年發(fā)表第一篇實驗報告。20世紀90年代是我國甲殼素、殼聚糖研究和開發(fā)的全盛時期，到90年代中期，全國有上百家大專院校和科研單位投入到甲殼素的研究和開發(fā)中來。 1991年東華大學(xué)（原中國紡織大學(xué)）研制成功甲殼素醫(yī)用縫合線，接著又研制成功甲殼胺醫(yī)用敷料（人

13、造皮膚）并已申請專利。1999年至2000年，東華大學(xué)研制開發(fā)了甲殼素系列混紡紗線和織物并制成各種保健內(nèi)衣、褲襪和嬰兒用品。2000年在山東濰坊，世界第一家量產(chǎn)純甲殼素纖維的韓國獨資企業(yè)投入生產(chǎn)，月產(chǎn)3噸（見圖：盈甲殼100純甲殼素纖維）。除上海之外，北京、江蘇、浙江等省市的有關(guān)廠家也開發(fā)了甲殼素保健內(nèi)衣或床上用品，并已推向市場。3 甲殼素纖維的主要特性 甲殼素和它的衍生物殼聚糖，具有一定的流延性及成絲性，都是很好的成纖材料，選擇適當?shù)募徑z條件，通過常規(guī)的濕紡工藝可制的具有較高強度和伸長率的甲殼素纖維。在殼聚糖大分子結(jié)構(gòu)中由于含有大量的氨基，其溶解性能和生物活性高。甲殼素纖維具有以下特性。 （

14、1）優(yōu)異的生物醫(yī)學(xué)功能 用它來制造人造皮膚、可吸收縫合線、血液透析膜和藥物緩釋劑以及各種醫(yī)用敷料等。 （2）可生物降解 原料一般采用蝦、蟹類水產(chǎn)品的廢棄物，一方面這可減少這類廢棄物對環(huán)境的污染，另一方面甲殼素纖維的廢棄物又可生物降解，不會污染周邊環(huán)境，所以甲殼素纖維又被稱為綠色纖維。 （3）優(yōu)良的吸濕保溫功能 由于甲殼素纖維在其大分子鏈上存在大量的羥基（OH）和氨基（NH2）等親水性基團，故纖維有很好的親水性和很高的吸濕性。甲殼素纖維的平衡回潮率一般在12%16%之間，在不同的成形條件下，其保水值均在130%左右。 （4）較好的可紡性 通常采用甲殼素纖維與棉纖維或其他纖維混紡來改善其可紡性。此外，甲殼素纖維由于吸濕性良好，具有優(yōu)良的染色性能，可采用直接、活性、還原、堿性及硫化等多種染料進行染色，且色澤鮮艷。 甲殼素纖維和殼聚糖纖維的保健功能主要有以下幾方面： （1） 抗菌除臭功能。 （2） 對皮膚的護理功能。 （3） 對過敏性皮膚的輔助治療功能。 （4） 對環(huán)境的保護功能。 （5） 抗靜電功能。 甲殼素纖維針織品具有手感柔軟親切、無刺激、高保濕、保溫、抑菌除臭功能，對皮膚有很好的養(yǎng)護作用，還有對過敏性皮炎的輔助醫(yī)療功能，并符合綠色紡織品標準等優(yōu)點，是21世紀新一代的