第二章纖維的結(jié)構(gòu)特征r1

1、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)、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)等三、纖維的分子結(jié)構(gòu)三、纖維的分子結(jié)構(gòu) 紡織纖維除了無機纖維（玻纖、石棉纖紡織纖維除了無機纖維（玻纖、石棉纖維、金屬纖維）等外，絕大多數(shù)都是高維、金屬纖維）等外，絕大多

2、數(shù)都是高分子化合物（即高聚物）分子化合物（即高聚物）, ,分子量很大。分子量很大。1 1、單基（鏈節(jié)）、單基（鏈節(jié)） 構(gòu)成纖維大分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)單元。構(gòu)成纖維大分子的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)單元。 AAA AA AA AA AA A或或 AA(A)(A)n nA A A A 單基；單基； AA、A A端基；端基； n n 聚合度；聚合度； l纖維素纖維：纖維素纖維： -葡萄糖?；咸烟鞘；鵯蛋白質(zhì)纖維：蛋白質(zhì)纖維： -氨基酸?；被崾；鵯滌綸：對苯二甲酸乙二酯滌綸：對苯二甲酸乙二酯l錦綸：己內(nèi)酰胺錦綸：己內(nèi)酰胺l丙綸：丙烯丙綸：丙烯l腈綸：丙烯腈腈綸：丙烯腈l單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的種類決定了單基的化

3、學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團的種類決定了纖維的耐酸、耐堿、耐光、吸濕、染色纖維的耐酸、耐堿、耐光、吸濕、染色性等，單基中極性官能團的數(shù)量、極性性等，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。強弱對纖維的性質(zhì)影響很大。 1)1)定義：定義： 構(gòu)成纖維大分子的單基的數(shù)目，或一個構(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)（大分子中的單基重復(fù)的次數(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棉麻的聚合度很高棉麻的聚合度很高 ，成千，成千上萬；上萬；羊毛羊毛 n n576576； 蠶絲蠶絲 n n400400再生纖維素纖維再生纖維素纖維 300-60

4、0300-600滌綸滌綸 130130 腈綸腈綸 1000100015001500 維綸維綸 n n17001700 丙綸丙綸 n n310-430 310-430 一根纖維中各個大分子的一根纖維中各個大分子的n n不盡相同，具有不盡相同，具有一定的分布一定的分布 高聚物大分子的多分散性。高聚物大分子的多分散性。lnnnn臨臨，纖維開始具有強力；，纖維開始具有強力；lnn，纖維強力，纖維強力（nn；大分子間的結(jié)；大分子間的結(jié)合鍵合鍵結(jié)合能量變大）；結(jié)合能量變大）；l但但n n增加至一定程度，強力趨于不變。增加至一定程度，強力趨于不變。ln n低時，一般來說，纖維的強度低些，濕低時，一般來說，纖

5、維的強度低些，濕強度也低些，脆性明顯些。強度也低些，脆性明顯些。 強度 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太小太小強度不好；強度不好；n n太大太大紡絲困難紡絲困難ln n的分布：希望的分布：希望n n的分布集中些，分散度的分布集中些，分散度小些，這對纖維的強度，耐磨性、耐疲小些，這對纖維的強度，耐磨性、耐疲勞性、彈性都有好處。勞性、彈性都有好處。l制造化纖時，要控制制造化纖時，要控制n n的大小。的大小。ln n太小太小強度不好；強度不好；n n太大太大紡絲困紡絲困難。難。 纖維大分子的形狀由于單基的鍵接方式纖維大分子的形狀由于單基的鍵接方式的不

6、同，可以分為三種構(gòu)造形式：的不同，可以分為三種構(gòu)造形式：l線型線型linearlinearl枝型枝型branchedbranchedl網(wǎng)型網(wǎng)型network(crosslinked)network(crosslinked)l大分子鏈中的單鍵能繞著它相鄰的鍵按大分子鏈中的單鍵能繞著它相鄰的鍵按一定鍵角旋轉(zhuǎn)，稱為鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。一定鍵角旋轉(zhuǎn)，稱為鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。l分子鏈由于圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的原分子鏈由于圍繞單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的原子在空間的不同排列形式稱為構(gòu)象。子在空間的不同排列形式稱為構(gòu)象。l紡織纖維大分子一般都呈卷曲著的構(gòu)象紡織纖維大分子一般都呈卷曲著的構(gòu)象。圖圖2-6 2-6 分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖分子

7、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 1) 1) 定義：指纖維大分子在一定條件下定義：指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，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。難易程度的特性。 單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)是大分子鏈產(chǎn)生柔曲性的單鍵的內(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?；ビ绊懲夥肿娱g作用力也有很大影響。l主鏈上原子鏈彈性好，鏈節(jié)易繞主軸旋轉(zhuǎn)，主鏈上原子鏈彈性好，鏈節(jié)易

8、繞主軸旋轉(zhuǎn)， 柔曲性柔曲性；l側(cè)鏈較少，鏈節(jié)易繞主軸旋轉(zhuǎn)，側(cè)鏈較少，鏈節(jié)易繞主軸旋轉(zhuǎn)，柔曲性柔曲性l主鏈四周側(cè)基分布對稱，鏈節(jié)易繞主軸旋主鏈四周側(cè)基分布對稱，鏈節(jié)易繞主軸旋 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，柔曲性柔曲性；l側(cè)基間（大分子間）作用力較少，鏈節(jié)易側(cè)基間（大分子間）作用力較少，鏈節(jié)易 繞主軸旋轉(zhuǎn)，繞主軸旋轉(zhuǎn)，柔曲性柔曲性；l溫度溫度，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加劇，大分子鏈柔曲性，內(nèi)旋轉(zhuǎn)加劇，大分子鏈柔曲性。l大分子的柔曲性是判斷高聚物彈性的主大分子的柔曲性是判斷高聚物彈性的主要條件之一，長鏈分子由于熱運動而變要條件之一，長鏈分子由于熱運動而變成彎曲形狀使高度柔曲性，這就是高聚成彎曲形狀使高度柔曲性，這就是高聚物產(chǎn)生彈性的原因

9、。物產(chǎn)生彈性的原因。l柔順性好的纖維，受外力易變形，伸長柔順性好的纖維，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，易被拉伸，易形集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成結(jié)晶。成結(jié)晶。小結(jié)：小結(jié)：l纖維大分子是由許多個纖維大分子是由許多個單基單基通過通過共價鍵共價鍵連接而成連接而成的的線型大分子線型大分子。l纖維大分子分子量大，分子鏈長。纖維大分子分子量大，分子鏈長。l 纖維大分子的主鏈一般都具有一定的纖維大分子的主鏈一般都具有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)自自由度，使大分子鏈具有一定的由度，使大分子鏈具有一定的柔曲性柔曲性。l由于熱運動，在不同條

10、件下，纖維大分子的由于熱運動，在不同條件下，纖維大分子的構(gòu)象構(gòu)象可以不斷改變。可以不斷改變。 二、纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)二、纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)具有一定構(gòu)象的大分子鏈通過分子鏈間的作用力具有一定構(gòu)象的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)。是在天然纖維的而相互排列、堆砌而成的結(jié)構(gòu)。是在天然纖維的生長過程或化學(xué)纖維的紡絲成形及后加工過程中生長過程或化學(xué)纖維的紡絲成形及后加工過程中形成的。形成的。纖維大分子的次價鍵力包括范德華力、氫鍵、鹽纖維大分子的次價鍵力包括范德華力、氫鍵、鹽式鍵、化學(xué)鍵、其產(chǎn)生的原因及特點如下式鍵、化學(xué)鍵、其產(chǎn)生的原因及特點如下名稱名稱產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因特點特點范范德德華

11、華力力定向力定向力產(chǎn)生于極性分子間，是由它們的永產(chǎn)生于極性分子間，是由它們的永久偶極矩作用而產(chǎn)生的久偶極矩作用而產(chǎn)生的作用能量作用能量3 35 5千卡千卡/ /克分克分子子 與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力由相鄰分子間的誘導(dǎo)電動勢產(chǎn)生的由相鄰分子間的誘導(dǎo)電動勢產(chǎn)生的，產(chǎn)生于極性分子與非極性分子之，產(chǎn)生于極性分子與非極性分子之間間1.51.53 3千卡千卡/ /克分子克分子 與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)色散力色散力由相鄰原子上的電子云旋轉(zhuǎn)引起瞬由相鄰原子上的電子云旋轉(zhuǎn)引起瞬時的偶極矩而產(chǎn)生的。產(chǎn)生一切非時的偶極矩而產(chǎn)生的。產(chǎn)生一切非極性分子中。極性分子中。0.20.22 2千卡千卡/ /克分子克分子 與

12、溫度無關(guān)與溫度無關(guān)氫鍵氫鍵大分子側(cè)基（或部分主鏈上）極性大分子側(cè)基（或部分主鏈上）極性基團之間的靜電吸引力（如基團之間的靜電吸引力（如NHNH， COOHCOOH，OHOH，CONHCONH等）等）能量能量1.31.310.210.2千卡千卡/ /克克分子距離分子距離2.32.33.2A3.2A 與與溫度有關(guān)溫度有關(guān)鹽式鍵鹽式鍵在部分大分子側(cè)基上，某些成對基在部分大分子側(cè)基上，某些成對基團之間接近時，產(chǎn)生能級躍遷的原團之間接近時，產(chǎn)生能級躍遷的原子轉(zhuǎn)移，從而基團間形成相互結(jié)合子轉(zhuǎn)移，從而基團間形成相互結(jié)合的化學(xué)鍵的化學(xué)鍵是化學(xué)鍵中作用力較弱是化學(xué)鍵中作用力較弱的一種，能量的一種，能量30305

13、050千千卡卡/ /克分子克分子 化學(xué)鍵化學(xué)鍵少數(shù)纖維的大分子之間存在這橋式少數(shù)纖維的大分子之間存在這橋式側(cè)基。側(cè)基?；瘜W(xué)鍵化學(xué)鍵主要包括共價鍵、離主要包括共價鍵、離子鍵和金屬鍵子鍵和金屬鍵能量能量5050200200千卡千卡/ /克分克分子子 l四種結(jié)合力的能量大小：四種結(jié)合力的能量大?。夯瘜W(xué)鍵鹽式鍵氫鍵范德華力化學(xué)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，形成有較大纖維大分子以三維有序方式排列，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)，

14、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)稱為結(jié)晶結(jié)構(gòu), ,相應(yīng)的區(qū)域稱為晶區(qū)。相應(yīng)的區(qū)域稱為晶區(qū)。 。2. 2. 纖維的非晶結(jié)構(gòu)纖維的非晶結(jié)構(gòu) 纖維大分子呈不規(guī)則聚集排列的結(jié)構(gòu)，稱為非纖維大分子呈不規(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)。晶結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的區(qū)域稱為非晶區(qū)。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) 對于纖維聚集態(tài)的形式，有不同的兩相結(jié)構(gòu)模型：對于纖維聚集態(tài)的形式，有不同的兩相結(jié)構(gòu)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

15、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，互相接近的基團結(jié)合力飽和相互間結(jié)合力強，互相接近的基團結(jié)合力飽和 結(jié)晶度結(jié)晶度 纖維的拉伸強度、初始模量、纖維的拉伸強度、初始模量、 硬度硬度、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，纖維的吸濕性、染料吸著性、潤脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性著性、潤脹性、柔軟性、化學(xué)活潑性。 1)1)大分子鏈段排列混亂，無規(guī)律；大分子鏈段排

16、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，互相接近的基團結(jié)合力沒相互間結(jié)合力小，互相接近的基團結(jié)合力沒 飽和。飽和。 結(jié)晶度結(jié)晶度纖維吸濕性纖維吸濕性；容易染色；拉伸強；容易染色；拉伸強度較小，變形較大，纖維較柔軟，耐沖擊性，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)性比較活彈性有所改善，密度較小，化學(xué)反應(yīng)性比較活潑潑 。3. 3. 纖維的取向結(jié)構(gòu)纖維的取向結(jié)構(gòu) 纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度稱纖維大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度稱為取向度。一般將這一特征明顯的結(jié)構(gòu)稱為取向為取向度。一般將

17、這一特征明顯的結(jié)構(gòu)稱為取向結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。結(jié)晶與取向是兩個概念，結(jié)晶度大不一定取向度結(jié)晶與取向是兩個概念，結(jié)晶度大不一定取向度高高. .結(jié)晶與取向有一定聯(lián)系，對于加工絲，一般結(jié)晶與取向有一定聯(lián)系，對于加工絲，一般說來，結(jié)晶度高，取向度也高。說來，結(jié)晶度高，取向度也高。 取向度與纖維性能間的關(guān)系：纖維的取向度大，取向度與纖維性能間的關(guān)系：纖維的取向度大，大分子可能承受的軸向拉力也大，拉伸強度較大，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，各向異性明伸長較小，模量較高，光澤較好，各向異性明顯顯 。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

18、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)和微細結(jié)構(gòu)。面結(jié)構(gòu)和微細結(jié)構(gòu)。影響纖維的形態(tài)的因素影響纖維的形態(tài)的因素: : 天然纖維的形態(tài)由品種決定天然纖維的形態(tài)由品種決定化學(xué)纖維的形態(tài)由噴絲孔形狀、紡絲方法決定化學(xué)纖維的形態(tài)由噴絲孔形狀、紡絲方法決定2. 2. 纖維的原纖結(jié)構(gòu)纖維的原纖結(jié)構(gòu)基原纖基原纖微原纖微原纖原纖原纖巨原纖巨原纖細胞細胞（1 1）基原纖）基原纖 由幾根以至十幾根長鏈分子，相互平行或螺由

19、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，直徑分子束組成，直徑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由若干根基原纖平行排列組合在一起的大分子束，直徑子束，直徑4-8nm4-8nm，也有高達，也有高達100nm100nm。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（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，直徑合在

20、一起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，直由多個微原纖或原纖堆砌而成的結(jié)構(gòu)體，直徑徑100-600nm100-600nm。（5 5）細胞）細胞 由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的，并有明由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的，并有明顯的細胞邊界。顯的細胞邊界。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度；較從形態(tài)上看：要求具有一定的長度和細度；較高的長徑比；具備形成一維材料的基本條件；高的長徑比；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，從聚集態(tài)結(jié)構(gòu)看：

21、要求具有一定的結(jié)晶和取向，但又必須有一定的無定形區(qū)；但又必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、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。且分子量分布應(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)量電荷比和通過對纖維樣品的氣相離子的質(zhì)量電荷比和離子的強度，對纖維的組成和鏈結(jié)構(gòu)進行定量化離子的強度，對纖維的組成和鏈結(jié)構(gòu)進行定量化的表征，或直接依據(jù)質(zhì)譜圖對纖維組分進行識別。的表征，或直接依據(jù)質(zhì)譜圖對纖維組分進行

22、識別。（2 2）紅外吸收光譜）紅外吸收光譜 可對高聚物或混合物的極性基團及其含量的可對高聚物或混合物的極性基團及其含量的吸收帶強度進行識別和定量分析，尤其是對鏈結(jié)吸收帶強度進行識別和定量分析，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。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400-400-800nm800nm可見光范圍具有不飽和及不對稱電子的分可見光范圍具有不飽和及不對稱電子的分子。子。（4 4）核磁共振光譜）核

23、磁共振光譜 可測定在外部磁場作用下，分子內(nèi)部發(fā)生化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，計算出各吸收強度與各核群的比例。算出各吸收強度與各核群的比例。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

24、量方法 密度法密度法 X X射線衍射法射線衍射法 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）表征指標 結(jié)晶度結(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，或進行各結(jié)構(gòu)單元間的可用顯微觀察方法，或進行各結(jié)構(gòu)單元間的染色增強的制樣方法來觀察。其最為重要的表染色增強的制樣方法來觀察。其最為重要的表征指標是取向度。征指標是取向度。（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

25、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、對于纖維的橫向截面：可采用切

26、斷后的溶脹、等離子體刻蝕等，以及快速或慢速拉斷、冷凍等離子體刻蝕等，以及快速或慢速拉斷、冷凍斷裂、超薄切片等方法；斷裂、超薄切片等方法；對于纖維的縱向：可采用縱向切開及其斷面的對于纖維的縱向：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化，等離子體刻蝕處理，超薄切片及其片染強化，或研磨、撕裂、扭轉(zhuǎn)劈裂破壞等方法；或研磨、撕裂、扭轉(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。附法和密度法等。一、典型天然纖維的結(jié)構(gòu)與特征一、典型天然纖維的結(jié)構(gòu)與特征1. 1. 棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征 纖維素大分子的基本

27、鏈結(jié)是纖維素大分子的基本鏈結(jié)是- -葡萄糖剩基葡萄糖?；弧⒌湫吞烊焕w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. 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）分子結(jié)構(gòu)及分子間結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)及分子間結(jié)構(gòu)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）細胞形態(tài)與構(gòu)成）細胞形態(tài)與構(gòu)成棉纖維縱、橫截面棉纖維縱、橫截面 棉纖維是細長的，有天然轉(zhuǎn)曲，纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)一棉纖維是細長的，有天然轉(zhuǎn)曲，纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)一般為般為6 61010個個/mm/mm；截面呈腰圓形帶中腔；為扁平管；截面呈腰圓形帶中腔；為扁平管狀纖維，頭端變細、封閉，尾端稍細為截斷開口狀，

28、狀纖維，頭端變細、封閉，尾端稍細為截斷開口狀，是單細胞纖維。是單細胞纖維。（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 表皮層表皮層 初生層初生層 次生層次生層2. 2. 麻纖維的結(jié)構(gòu)特征麻纖維的結(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（1 1）麻纖維種類多，結(jié)構(gòu)特征各不相同）麻纖維種類多，結(jié)構(gòu)特征各不相同（2 2）工藝纖維為單纖維加膠質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)）工藝纖維為單纖維加膠質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu)3. 3

29、. 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）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螺旋大分子。氨基酸螺旋大分子。圖圖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) 羊毛纖維是多細胞結(jié)構(gòu)體，主要有兩類細胞：鱗羊毛纖維是多細胞結(jié)構(gòu)體，主要有兩類細胞：鱗片細胞和皮質(zhì)細胞，皮質(zhì)細胞又有正皮質(zhì)細胞和副皮片細胞和皮質(zhì)細胞，皮質(zhì)細胞又有正皮質(zhì)細胞和副皮質(zhì)細胞之分；較粗的羊毛在皮質(zhì)層中心還有髓質(zhì)層。質(zhì)細

30、胞之分；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)化細胞，在形成后失去了細胞核和鱗片為角質(zhì)化細胞，在形成后失去了細胞核和 原生質(zhì)，形成為死細胞組織的角質(zhì)薄片；原生質(zhì)，形成為死細胞組織的角質(zhì)薄片；鱗片分為外表皮層、次表皮層和內(nèi)表皮層。鱗片分為外表皮層、次表皮層和內(nèi)表皮層。圖圖2-14 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)細胞）羊毛的皮質(zhì)細胞主要成分為角質(zhì)蛋白，分為正皮質(zhì)細胞和副皮主要成分為角質(zhì)蛋白，分為正皮質(zhì)細胞和副皮質(zhì)細胞；質(zhì)細胞；正皮質(zhì)細胞原纖化結(jié)構(gòu)明顯，層

31、次分明；正皮質(zhì)細胞原纖化結(jié)構(gòu)明顯，層次分明；副皮質(zhì)細胞也是原纖化結(jié)構(gòu)，但無明顯的巨原副皮質(zhì)細胞也是原纖化結(jié)構(gòu)，但無明顯的巨原纖結(jié)構(gòu)；纖結(jié)構(gòu)；正、副皮質(zhì)細胞的結(jié)構(gòu)差異，是羊毛的整體外正、副皮質(zhì)細胞的結(jié)構(gòu)差異，是羊毛的整體外觀形態(tài)呈彎曲狀的主要原因。觀形態(tài)呈彎曲狀的主要原因。圖圖2-15 2-15 羊毛纖維的細胞間質(zhì)羊毛纖維的細胞間質(zhì)（5 5）細胞間質(zhì)）細胞間質(zhì)細胞間質(zhì)的結(jié)構(gòu)是典型的三明治結(jié)構(gòu)。細胞間質(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) 蠶絲無細胞結(jié)構(gòu)，大分子也是蠶絲無細胞結(jié)構(gòu)

32、，大分子也是氨基酸氨基酸構(gòu)成，但為構(gòu)成，但為 折疊構(gòu)象，稱為絲蛋白質(zhì)。折疊構(gòu)象，稱為絲蛋白質(zhì)。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）微細結(jié)構(gòu)及形態(tài)）微細結(jié)構(gòu)及形態(tài) 蠶絲又絲膠和絲素構(gòu)成，絲膠包覆與絲蠶絲又絲膠和絲素構(gòu)成，絲膠包覆與絲素之外，絲素是蠶絲纖維的主體。素之外，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 粘膠纖維的結(jié)晶形式主要是纖維素粘膠纖維的結(jié)晶形式主要是纖維素形成形成的折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)。的折疊鏈片晶結(jié)構(gòu)。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3030