東華大學(xué)紡織材料學(xué)第二章

1、一、纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)1. 1. 基本內(nèi)容基本內(nèi)容 纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是指纖維在光學(xué)顯微鏡或電纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是指纖維在光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡、乃至原子力顯微鏡下能被直接觀察到的子顯微鏡、乃至原子力顯微鏡下能被直接觀察到的結(jié)構(gòu)。一般按尺度和部位分為三類：表觀形態(tài)、表結(jié)構(gòu)。一般按尺度和部位分為三類：表觀形態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和面結(jié)構(gòu)和微細(xì)結(jié)構(gòu)微細(xì)結(jié)構(gòu)。2. 2. 纖維的纖維的原纖結(jié)構(gòu)原纖結(jié)構(gòu)（fibrilfibril）纖維是柔軟細(xì)長物，其微細(xì)結(jié)構(gòu)的基本組成單元大多為纖維是柔軟細(xì)長物，其微細(xì)結(jié)構(gòu)的基本組成單元大多為細(xì)長狀，通稱為原纖。細(xì)長狀，通稱為原纖。 原纖是大分子原纖是大分子有序排列的結(jié)構(gòu)

2、（結(jié)晶結(jié)構(gòu)）有序排列的結(jié)構(gòu)（結(jié)晶結(jié)構(gòu)）。原纖在纖。原纖在纖維中大多同向平行排列，提供纖維良好的力學(xué)性質(zhì)。維中大多同向平行排列，提供纖維良好的力學(xué)性質(zhì)。原纖間通過低密度或無序排列的分子，甚至孔隙過渡。原纖間通過低密度或無序排列的分子，甚至孔隙過渡。纖維內(nèi)的原纖結(jié)構(gòu)按尺寸大小和堆砌順序可分為：纖維內(nèi)的原纖結(jié)構(gòu)按尺寸大小和堆砌順序可分為：纖維基原纖纖維基原纖微原纖微原纖原纖原纖巨原纖巨原纖細(xì)胞細(xì)胞（多層次堆砌結(jié)構(gòu)多層次堆砌結(jié)構(gòu)）l （1 1）基原纖）基原纖 由幾根以至十幾根長鏈分子，相互平行或螺旋狀地按由幾根以至十幾根長鏈分子，相互平行或螺旋狀地按一定距離、相對穩(wěn)定地結(jié)合在一起的大分子束組成，直一定

3、距離、相對穩(wěn)定地結(jié)合在一起的大分子束組成，直徑徑1-3nm1-3nm，并具有一定的柔曲性，并具有一定的柔曲性。（2 2）微原纖）微原纖 由若干根基原纖平行排列組合在一起的大分子束，直由若干根基原纖平行排列組合在一起的大分子束，直徑徑4-8nm4-8nm，也有高達(dá)，也有高達(dá)100nm100nm。（3 3）原纖）原纖 由若干基原纖或含若干根微原纖大致平行組合在一起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，直徑的更為粗大的大分子束，直徑10-30nm10-30nm。（4 4）巨原纖）巨原纖 由多個微原纖或原纖堆砌而成的結(jié)構(gòu)體，直徑由多個微原纖或原纖堆砌而成的結(jié)構(gòu)體，直徑10

4、0-100-600nm600nm。（5 5）細(xì)胞）細(xì)胞 由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的，并有明顯的細(xì)胞由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的，并有明顯的細(xì)胞邊界。邊界。圖圖2-1 2-1 微原纖的堆砌形式示意圖微原纖的堆砌形式示意圖天然纖維、天然纖維、Lyocell纖維和高性能纖維中有原纖結(jié)構(gòu)纖維和高性能纖維中有原纖結(jié)構(gòu) 二、纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)二、纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)大分子鏈通過分子鏈間的作用力而相互排列、堆砌大分子鏈通過分子鏈間的作用力而相互排列、堆砌而成的結(jié)構(gòu)。（而成的結(jié)構(gòu)。（“超分子結(jié)構(gòu)超分子結(jié)構(gòu)”或或“分子間結(jié)構(gòu)分子間結(jié)構(gòu)”）l四種結(jié)合力的能量大?。核姆N結(jié)合力的能量大?。夯瘜W(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范德華力化學(xué)

5、鍵鹽式鍵氫鍵范德華力l四種結(jié)合力的作用距離：四種結(jié)合力的作用距離：化學(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范德華力化學(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范德華力1. 1. 纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 纖維大分子以三維有序方式排列，形成穩(wěn)定點陣，形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)變溫度的點陣結(jié)構(gòu)，成有較大內(nèi)聚能和密度并有明顯轉(zhuǎn)變溫度的點陣結(jié)構(gòu)，稱為結(jié)晶結(jié)構(gòu)。具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。稱為結(jié)晶結(jié)構(gòu)。具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。 對于纖維來說，往往是對于纖維來說，往往是結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)的混合體結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)的混合體。圖圖2-2 2-2 取向和無序排列的纓狀微胞結(jié)構(gòu)取向和無序排列的纓狀微胞結(jié)構(gòu) 纖

6、維聚集態(tài)的纖維聚集態(tài)的“兩相結(jié)構(gòu)兩相結(jié)構(gòu)”模型模型： 纓狀微胞模型纓狀微胞模型 纓狀原纖結(jié)構(gòu)模型纓狀原纖結(jié)構(gòu)模型 折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)假說折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)假說 圖圖2-3 2-3 纓狀原纖結(jié)構(gòu)纓狀原纖結(jié)構(gòu) 圖圖2-4 2-4 折疊鏈片晶折疊鏈片晶圖圖2-5 2-5 取向和非取向折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)模型取向和非取向折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)模型 1)1)大分子鏈段排列規(guī)整大分子鏈段排列規(guī)整 2)2)結(jié)構(gòu)緊密，縫隙，孔洞較少結(jié)構(gòu)緊密，縫隙，孔洞較少 3)3)相互間結(jié)合力強(qiáng)，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力飽和相互間結(jié)合力強(qiáng)，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力飽和 纖維結(jié)晶度纖維結(jié)晶度 纖維的拉伸強(qiáng)度、初始模量、纖維的拉伸強(qiáng)度、初始模量、 硬度、硬度

7、、尺寸穩(wěn)定性、密度尺寸穩(wěn)定性、密度，纖維的吸濕性、染料吸著性、潤，纖維的吸濕性、染料吸著性、潤脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性。2. 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)則聚集排列的結(jié)構(gòu)，稱為非纖維大分子高聚物呈不規(guī)則聚集排列的結(jié)構(gòu)，稱為非晶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的區(qū)域稱為非晶區(qū)或無定形區(qū)。晶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的區(qū)域稱為非晶區(qū)或無定形區(qū)。1)1)大分子鏈段排列混亂，無規(guī)律；大分子鏈段排列混亂，無規(guī)律；2)2)結(jié)構(gòu)松散，有較多的縫隙，孔洞；結(jié)構(gòu)松散，有較多的縫隙，孔洞；3)3)相互間結(jié)合力小，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力沒飽和。相互間結(jié)合力小，互相接近的基團(tuán)結(jié)合力沒飽和。 結(jié)晶度結(jié)晶度

8、纖維吸濕性纖維吸濕性；容易染色；拉伸強(qiáng)度較小，；容易染色；拉伸強(qiáng)度較小，變形較大，纖維較柔軟，耐沖擊性，彈性有所改善，密變形較大，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)性比較活潑度較小，化學(xué)反應(yīng)性比較活潑 。（無規(guī)線團(tuán)模型無規(guī)線團(tuán)模型）非晶區(qū)特點：非晶區(qū)特點： 3. 3. 纖維的纖維的取向結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu) 纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度稱為取向度。纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度稱為取向度。這一特征明顯的結(jié)構(gòu)稱為取向結(jié)構(gòu)。這一特征明顯的結(jié)構(gòu)稱為取向結(jié)構(gòu)。取向結(jié)構(gòu)是一種取向結(jié)構(gòu)是一種一維有序結(jié)構(gòu)一維有序結(jié)構(gòu)，是纖維重要結(jié)構(gòu)特之一，是纖維重要結(jié)構(gòu)特之一，使纖維的許多性能產(chǎn)

9、生使纖維的許多性能產(chǎn)生各向異性各向異性。纖維的取向很大程度上取決于纖維的取向很大程度上取決于原纖的取向原纖的取向或或晶區(qū)的取向晶區(qū)的取向。 纖維的取向度大，大分子可能承受的軸向拉力也大，拉纖維的取向度大，大分子可能承受的軸向拉力也大，拉伸強(qiáng)度較大，伸長較小，模量較高，光澤較好，熱學(xué)、伸強(qiáng)度較大，伸長較小，模量較高，光澤較好，熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)各向異性明顯光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)各向異性明顯 。三、纖維的分子結(jié)構(gòu)三、纖維的分子結(jié)構(gòu) 紡織纖維分子一般是紡織纖維分子一般是線型長鏈分子線型長鏈分子，分子量很大，由，分子量很大，由n n個個（10102 2-10-105 5數(shù)量級）數(shù)量級）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元重復(fù)結(jié)

10、構(gòu)單元（鏈節(jié)或單基）相互（鏈節(jié)或單基）相互連接而成。連接而成。 通常將大分結(jié)構(gòu)分為通常將大分結(jié)構(gòu)分為分子內(nèi)分子內(nèi)（分子鏈）（分子鏈）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和分子間分子間（超分子）超分子）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)兩部分。兩部分。 分子鏈結(jié)構(gòu)是指單個分子的結(jié)構(gòu)，也是大分子的化學(xué)結(jié)分子鏈結(jié)構(gòu)是指單個分子的結(jié)構(gòu)，也是大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)（鏈結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)）構(gòu)（鏈結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)）1 1、單基（鏈節(jié)）、單基（鏈節(jié)） 大分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。大分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。 l單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的種類決定了纖維的耐酸、單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的種類決定了纖維的耐酸、耐堿、耐光、吸濕、染色性等，單基中極性官能團(tuán)的耐堿、耐光、吸濕、染色性等，單基中

11、極性官能團(tuán)的數(shù)量、極性強(qiáng)弱對纖維的性質(zhì)影響很大。數(shù)量、極性強(qiáng)弱對纖維的性質(zhì)影響很大。 大分子的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)（大分子的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元數(shù)（n n）。）。大分子的分子量單基的分子量大分子的分子量單基的分子量聚合度聚合度 天然纖維的聚合度一般較高，化學(xué)纖維聚合度不易過高。天然纖維的聚合度一般較高，化學(xué)纖維聚合度不易過高。 強(qiáng)度 P聚合度 n no制造化纖時，要控制制造化纖時，要控制n n的大小的大小n n太小太小強(qiáng)度不好；強(qiáng)度不好；n n太大太大紡絲困難紡絲困難 鏈節(jié)內(nèi)的原子和基團(tuán)通過化學(xué)鍵固定的空間排列以及鏈節(jié)內(nèi)的原子和基團(tuán)通過化學(xué)鍵固定的空間排列以及鏈節(jié)間的排列順序。鏈節(jié)間的排列順序。 （同分異構(gòu)

12、體（同分異構(gòu)體) )l大分子鏈在空間的形態(tài)。大分子鏈在空間的形態(tài)。l以分子鏈節(jié)間發(fā)生以分子鏈節(jié)間發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)造型及其可能性來表達(dá)。造型及其可能性來表達(dá)。圖圖2-6 2-6 分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖圖圖2-7 2-7 纖維大分子的典型構(gòu)象示意圖纖維大分子的典型構(gòu)象示意圖一、紡織纖維結(jié)構(gòu)的一般特征一、紡織纖維結(jié)構(gòu)的一般特征 從形態(tài)上看：要求具有一定的長度和細(xì)度；較高的長徑從形態(tài)上看：要求具有一定的長度和細(xì)度；較高的長徑比；具備形成一維材料的基本條件；比；具備形成一維材料的基本條件；從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看：要求具有一定的結(jié)晶和取向，但又必從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看：要求具有一定的結(jié)晶和取向，但又必須有一

13、定的無定形區(qū)；須有一定的無定形區(qū)；從大分子組成和結(jié)構(gòu)上看：要求分子量較高、且分子量從大分子組成和結(jié)構(gòu)上看：要求分子量較高、且分子量分布應(yīng)比較窄，支鏈較短，側(cè)基要小。分布應(yīng)比較窄，支鏈較短，側(cè)基要小。二、纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)的測量二、纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)的測量 1. 1. 化學(xué)結(jié)構(gòu)的測量化學(xué)結(jié)構(gòu)的測量（1 1）質(zhì)譜分析）質(zhì)譜分析 通過對纖維樣品的氣相離子的質(zhì)量電荷比和離子的強(qiáng)通過對纖維樣品的氣相離子的質(zhì)量電荷比和離子的強(qiáng)度，對纖維的組成和鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化的表征，或直接度，對纖維的組成和鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化的表征，或直接依據(jù)質(zhì)譜圖對纖維組分進(jìn)行識別。依據(jù)質(zhì)譜圖對纖維組分進(jìn)行識別。（2 2）紅外吸收光譜）紅外吸收光譜

14、可對高聚物或混合物的極性基團(tuán)及其含量的吸收帶強(qiáng)可對高聚物或混合物的極性基團(tuán)及其含量的吸收帶強(qiáng)度進(jìn)行識別和定量分析，尤其是對鏈結(jié)構(gòu)和組成敏感的度進(jìn)行識別和定量分析，尤其是對鏈結(jié)構(gòu)和組成敏感的特征吸收峰的分析，可以獲得纖維的組分和鏈結(jié)構(gòu)信息。特征吸收峰的分析，可以獲得纖維的組分和鏈結(jié)構(gòu)信息。（3 3）紫外與可見光譜）紫外與可見光譜 可測定在可測定在10-400nm10-400nm紫外吸收光譜范圍及紫外吸收光譜范圍及400-800nm400-800nm可可見光范圍具有不飽和兩及不對稱電子的分子。見光范圍具有不飽和兩及不對稱電子的分子。（4 4）核磁共振光譜）核磁共振光譜 可測定在外部磁場作用下，分子

15、內(nèi)部發(fā)生化學(xué)位移的可測定在外部磁場作用下，分子內(nèi)部發(fā)生化學(xué)位移的核群及吸收帶，以及相鄰核的信息，計算出各吸收強(qiáng)度核群及吸收帶，以及相鄰核的信息，計算出各吸收強(qiáng)度與各核群的比例。與各核群的比例。2. 2. 分子量及其分布的測量分子量及其分布的測量端基法和粘度法：測量數(shù)均和粘均分子量；端基法和粘度法：測量數(shù)均和粘均分子量；凝膠滲透色譜法和光散射法：測量大分子溶液凝膠滲透色譜法和光散射法：測量大分子溶液的重均和的重均和Z Z均分子量。均分子量。三、纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的測量三、纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的測量1. 1. 結(jié)晶結(jié)構(gòu)及非晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)及非晶結(jié)構(gòu)（1 1）測量方法）測量方法 密度法密度法 X X射線衍射法射

16、線衍射法 熱分析法熱分析法 紅外光譜法紅外光譜法 電子顯微鏡法電子顯微鏡法（2 2）表征指標(biāo)）表征指標(biāo) 結(jié)晶度：結(jié)晶度：纖維中結(jié)晶部分占纖維整體的百分比，纖維中結(jié)晶部分占纖維整體的百分比，有體積結(jié)晶度和質(zhì)量結(jié)晶度。有體積結(jié)晶度和質(zhì)量結(jié)晶度。 晶體類型晶體類型 結(jié)晶大小和形狀結(jié)晶大小和形狀 晶區(qū)分布晶區(qū)分布 非晶區(qū)結(jié)構(gòu)非晶區(qū)結(jié)構(gòu)2. 2. 取向結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu)（1 1）纖維的取向結(jié)構(gòu)）纖維的取向結(jié)構(gòu) 可用顯微觀察方法，或進(jìn)行各結(jié)構(gòu)單元間的染色增可用顯微觀察方法，或進(jìn)行各結(jié)構(gòu)單元間的染色增強(qiáng)的制樣方法來觀察。其最為重要的表征指標(biāo)是強(qiáng)的制樣方法來觀察。其最為重要的表征指標(biāo)是取向度取向度（取向因子）（取向

17、因子）。（2 2）纖維取向度的測量方法）纖維取向度的測量方法 X X射線或電子衍射法射線或電子衍射法 紅外二色性法紅外二色性法 光學(xué)偏振法光學(xué)偏振法 聲速模量法聲速模量法 染色二色性法染色二色性法 導(dǎo)熱系數(shù)法導(dǎo)熱系數(shù)法 介電系數(shù)法介電系數(shù)法四、纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的測量1. 1. 一般觀察及測量一般觀察及測量圖圖2-8 SEM2-8 SEM和和TEMTEM試樣制備與觀察流程示意圖試樣制備與觀察流程示意圖光學(xué)顯微鏡：觀察光學(xué)顯微鏡：觀察0.2um0.2um以上的結(jié)構(gòu)形態(tài)；以上的結(jié)構(gòu)形態(tài)；SEMSEM和和TEMTEM：觀察：觀察0.2um0.2um以下的結(jié)構(gòu)形態(tài)。以下的結(jié)構(gòu)形態(tài)。2. 2. 所需結(jié)構(gòu)信

18、息特征化的制樣所需結(jié)構(gòu)信息特征化的制樣對于纖維的橫向截面：可采用切斷后的溶脹、等離子體對于纖維的橫向截面：可采用切斷后的溶脹、等離子體刻蝕等，以及快速或慢速拉斷、冷凍斷裂、超薄切片等刻蝕等，以及快速或慢速拉斷、冷凍斷裂、超薄切片等方法；方法；對于纖維的縱向：可采用縱向切開及其斷面的等離子體對于纖維的縱向：可采用縱向切開及其斷面的等離子體刻蝕處理，超薄切片及其片染強(qiáng)化，或研磨、撕裂、扭刻蝕處理，超薄切片及其片染強(qiáng)化，或研磨、撕裂、扭轉(zhuǎn)劈裂破壞等方法；轉(zhuǎn)劈裂破壞等方法；對于纖維的多孔結(jié)構(gòu)：可采用壓汞法、氣體吸附法和密對于纖維的多孔結(jié)構(gòu)：可采用壓汞法、氣體吸附法和密度法等。度法等。一、典型天然纖維的

19、結(jié)構(gòu)與特征一、典型天然纖維的結(jié)構(gòu)與特征1. 1. 棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征（1 1）分子構(gòu)成及分子間結(jié)構(gòu)）分子構(gòu)成及分子間結(jié)構(gòu) 纖維素纖維素：單基：單基： -葡萄糖剩基葡萄糖?；酆隙染酆隙萵：6000-15000結(jié)晶晶格為單斜晶系，纖維中結(jié)晶晶格為單斜晶系，纖維中2/3為結(jié)晶區(qū)為結(jié)晶區(qū)，取向度較高取向度較高（20-30o)圖圖2-9 2-9 棉纖維原纖中棉纖維原纖中( (纖維素纖維素I)I)的晶胞結(jié)構(gòu)的晶胞結(jié)構(gòu) （2 2）細(xì)胞形態(tài)與構(gòu)成）細(xì)胞形態(tài)與構(gòu)成 棉纖維縱、橫截面棉纖維縱、橫截面 棉纖維是細(xì)長的，有棉纖維是細(xì)長的，有天然轉(zhuǎn)曲天然轉(zhuǎn)曲，纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)一般為，纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)一般為6 6

20、1010個個/mm/mm；截面呈；截面呈腰圓形帶中腔腰圓形帶中腔；為扁平管狀纖維，頭端變；為扁平管狀纖維，頭端變細(xì)、封閉，尾端稍細(xì)為截斷開口狀，是單細(xì)胞纖維。細(xì)、封閉，尾端稍細(xì)為截斷開口狀，是單細(xì)胞纖維。（3 3）各層次結(jié)構(gòu)）各層次結(jié)構(gòu) 圖圖2-10 2-10 棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)模型棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)模型 表皮層：潤滑、防水表皮層：潤滑、防水 初生層：網(wǎng)狀原纖，約束、初生層：網(wǎng)狀原纖，約束、保護(hù)保護(hù) 次生層：原纖與纖維軸呈螺次生層：原纖與纖維軸呈螺旋狀排列旋狀排列棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲是由于棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲是由于次生層中的原纖螺旋排列次生層中的原纖螺旋排列所致。所致。2. 2. 麻纖維的結(jié)構(gòu)特征麻纖維的

21、結(jié)構(gòu)特征 l苧麻苧麻截面：腰圓形，有中腔，有裂紋截面：腰圓形，有中腔，有裂紋縱向：有橫節(jié)、豎紋縱向：有橫節(jié)、豎紋l亞麻亞麻截面：多角形，有中腔截面：多角形，有中腔縱向：有橫節(jié)、豎紋縱向：有橫節(jié)、豎紋（2 2）形態(tài)結(jié)構(gòu)：麻纖維種類多，結(jié)構(gòu)特征各不相同）形態(tài)結(jié)構(gòu)：麻纖維種類多，結(jié)構(gòu)特征各不相同 （3 3）工藝?yán)w維為單纖維加膠質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)）工藝?yán)w維為單纖維加膠質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu) （1 1）分子結(jié)構(gòu)與分子間結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)與分子間結(jié)構(gòu) 與棉對比與棉對比3. 3. 羊毛纖維的結(jié)構(gòu)特征羊毛纖維的結(jié)構(gòu)特征 圖圖2-11 2-11 角蛋白大分子的構(gòu)成及分子間作用角蛋白大分子的構(gòu)成及分子間作用 （1 1）羊毛纖維的組成

22、）羊毛纖維的組成 羊毛纖維的基本組成是羊毛纖維的基本組成是氨基酸氨基酸螺旋形大分子螺旋形大分子。 分子間作用力：分子間作用力：氫鍵、鹽式鍵、氫鍵、鹽式鍵、二硫鍵二硫鍵形成形成結(jié)晶和原纖結(jié)構(gòu)結(jié)晶和原纖結(jié)構(gòu)單基：單基： -氨基酸?；被崾；鶊D圖2-12 2-12 羊毛纖維各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖羊毛纖維各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖 （2 2）羊毛纖維的組織結(jié)構(gòu)）羊毛纖維的組織結(jié)構(gòu) 羊毛纖維是羊毛纖維是多細(xì)胞結(jié)構(gòu)體多細(xì)胞結(jié)構(gòu)體，主要有兩類細(xì)胞：鱗，主要有兩類細(xì)胞：鱗片細(xì)胞和皮質(zhì)細(xì)胞，皮質(zhì)細(xì)胞又有片細(xì)胞和皮質(zhì)細(xì)胞，皮質(zhì)細(xì)胞又有正皮質(zhì)細(xì)胞正皮質(zhì)細(xì)胞和和副皮副皮質(zhì)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞之分；較粗的羊毛在皮質(zhì)層中心還有髓質(zhì)層。之

23、分；較粗的羊毛在皮質(zhì)層中心還有髓質(zhì)層。圖圖2-13 2-13 羊毛鱗片表層膜結(jié)構(gòu)示意圖羊毛鱗片表層膜結(jié)構(gòu)示意圖（3 3）羊毛的鱗片）羊毛的鱗片 鱗片為角質(zhì)化細(xì)胞鱗片為角質(zhì)化細(xì)胞, ,細(xì)羊毛細(xì)羊毛60-8060-80個鱗片個鱗片/mm/mm。鱗片的作用是保護(hù)羊毛內(nèi)層組織、并與鱗片的作用是保護(hù)羊毛內(nèi)層組織、并與纖維光澤纖維光澤有關(guān)；有關(guān)；羊毛纖維發(fā)生不同方向摩擦?xí)r，會產(chǎn)生摩擦的各向異性，羊毛纖維發(fā)生不同方向摩擦?xí)r，會產(chǎn)生摩擦的各向異性，即順鱗片、逆鱗片的摩擦系數(shù)不同，稱為即順鱗片、逆鱗片的摩擦系數(shù)不同，稱為差微摩擦效應(yīng)差微摩擦效應(yīng)，可產(chǎn)生羊毛集合體的可產(chǎn)生羊毛集合體的氈化現(xiàn)象氈化現(xiàn)象。圖圖2-14

24、 2-14 羊毛纖維的天然卷曲羊毛纖維的天然卷曲（4 4）羊毛的皮質(zhì)細(xì)胞）羊毛的皮質(zhì)細(xì)胞 主要成分為角質(zhì)蛋白（角朊），分為正皮質(zhì)細(xì)胞和副皮主要成分為角質(zhì)蛋白（角朊），分為正皮質(zhì)細(xì)胞和副皮質(zhì)細(xì)胞；質(zhì)細(xì)胞；正皮質(zhì)細(xì)胞原纖化結(jié)構(gòu)明顯，層次分明、堆砌緊密；正皮質(zhì)細(xì)胞原纖化結(jié)構(gòu)明顯，層次分明、堆砌緊密；副皮質(zhì)細(xì)胞也是原纖化結(jié)構(gòu)，無明顯巨原纖結(jié)構(gòu)、堆砌副皮質(zhì)細(xì)胞也是原纖化結(jié)構(gòu)，無明顯巨原纖結(jié)構(gòu)、堆砌密度較松；密度較松；正、副皮質(zhì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)差異正、副皮質(zhì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)差異，是羊毛的整體外觀形態(tài)呈，是羊毛的整體外觀形態(tài)呈彎曲狀的主要原因。彎曲狀的主要原因。羊毛角朊大分子間通過羊毛角朊大分子間通過二硫鍵形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

25、結(jié)構(gòu)二硫鍵形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), ,是羊是羊毛具有熱定形和彈性回復(fù)的主要機(jī)制。毛具有熱定形和彈性回復(fù)的主要機(jī)制。圖圖2-15 2-15 羊毛纖維的細(xì)胞間質(zhì)羊毛纖維的細(xì)胞間質(zhì)（5 5）細(xì)胞間質(zhì)）細(xì)胞間質(zhì) 細(xì)胞間質(zhì)的結(jié)構(gòu)是典型的三明治結(jié)構(gòu)。細(xì)胞間質(zhì)的結(jié)構(gòu)是典型的三明治結(jié)構(gòu)。4. 4. 蠶絲的結(jié)構(gòu)特征蠶絲的結(jié)構(gòu)特征圖圖2-16 2-16 蠶絲分子結(jié)構(gòu)蠶絲分子結(jié)構(gòu) （1 1）分子構(gòu)成及結(jié)構(gòu)）分子構(gòu)成及結(jié)構(gòu) l蠶絲無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，大分子也是蠶絲無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，大分子也是氨基酸構(gòu)成，但為氨基酸構(gòu)成，但為折疊鏈（鋸齒）構(gòu)象折疊鏈（鋸齒）構(gòu)象，稱為絲蛋白質(zhì)。，稱為絲蛋白質(zhì)。l絲素由結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)組成，結(jié)晶度絲素由結(jié)晶區(qū)和

26、非晶區(qū)組成，結(jié)晶度40%-50%40%-50%。l絲素中有絲素中有原纖結(jié)構(gòu)原纖結(jié)構(gòu)分子間作用力：分子間作用力：氫鍵氫鍵圖圖2-17 2-17 蠶絲的各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖蠶絲的各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖 （2 2）微細(xì)結(jié)構(gòu)及形態(tài)）微細(xì)結(jié)構(gòu)及形態(tài) 蠶絲由絲膠和絲素構(gòu)成，絲膠包覆與絲素蠶絲由絲膠和絲素構(gòu)成，絲膠包覆與絲素之外，絲素是蠶絲纖維的主體。之外，絲素是蠶絲纖維的主體。二、典型再生纖維素纖維的結(jié)構(gòu)特征二、典型再生纖維素纖維的結(jié)構(gòu)特征1. 1. 幾種粘膠纖維的典型結(jié)構(gòu)幾種粘膠纖維的典型結(jié)構(gòu)圖圖2-18 2-18 纖維素纖維素的晶格結(jié)構(gòu)示意圖的晶格結(jié)構(gòu)示意圖 分子構(gòu)成：與棉同分子構(gòu)成：與棉同 聚合度：聚

27、合度：300-550300-550 結(jié)晶度：結(jié)晶度：40-50%40-50% 結(jié)晶結(jié)構(gòu)：主要是纖維素結(jié)晶結(jié)構(gòu)：主要是纖維素形成的形成的折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)折疊鏈片晶結(jié)構(gòu) 取向度：無原纖結(jié)構(gòu)，取向度較低取向度：無原纖結(jié)構(gòu)，取向度較低表表2-2 2-2 再生纖維素纖維的結(jié)晶度與聚合度再生纖維素纖維的結(jié)晶度與聚合度纖維纖維結(jié)晶度結(jié)晶度(%)(%) 聚合度聚合度普通粘膠普通粘膠30303535250250300300富強(qiáng)粘膠富強(qiáng)粘膠45455050500500左右左右強(qiáng)力粘膠強(qiáng)力粘膠50505555300300350350ModalModal42424646350350450450TencelTencel4

28、8485252500500550550漿粕漿粕55556565600600表表2-3 2-3 纖維素纖維的光學(xué)取向因子比較纖維素纖維的光學(xué)取向因子比較纖維取向因子粘膠 低牽伸(普通粘膠)0.54 高牽伸(強(qiáng)力粘膠)0.88銅氨粘膠0.74苧麻0.97海島棉0.72陸地棉0.62圖圖2-19 2-19 幾種再生纖維素纖維的截面形態(tài)幾種再生纖維素纖維的截面形態(tài)2. Lyocell2. Lyocell纖維纖維圖圖2-20 2-20 水中膨潤后的纖維結(jié)構(gòu)示意圖水中膨潤后的纖維結(jié)構(gòu)示意圖纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密、有纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密、有原纖結(jié)構(gòu)原纖結(jié)構(gòu)、孔隙少、孔隙少三、典型合成纖維的結(jié)構(gòu)三、典型合成纖維的結(jié)構(gòu)1. 1. 常規(guī)合成纖維常規(guī)合成纖維圖圖2-21 2-21 滌綸纖維的分子及晶格示意圖滌綸纖維的分子及晶格示意圖（1 1）滌綸（）滌綸（PET)PET) 大分子結(jié)構(gòu)：由大分子結(jié)構(gòu)：由苯環(huán)苯環(huán)、酯基、酯基、亞甲基亞甲基構(gòu)成；構(gòu)成； 結(jié)晶度、取向度高；結(jié)晶度、取向度高； 存在折疊鏈片晶存在折疊鏈片晶圖圖2-22 2-22 尼龍尼龍6666的晶胞結(jié)構(gòu)圖的晶胞結(jié)構(gòu)圖（2 2）錦綸（）錦綸（PA)PA)分子鏈由分子鏈由酰胺鍵（酰胺鍵（CONHCONH）連接；連接；酰胺鍵酰胺