第1章纖維結構的基礎知識(紡織材料學)

第一章纖維構造根底知識一、纖維大分子鏈的化學組成及銜接方式二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造三．線型非晶態(tài)高聚物的物理形狀1.纖維大分子構造一、纖維大分子鏈的化學組成及銜接方式纖維大分子是由許多構造一樣或相近的構造單元〔單基〕以化學健的方式銜接而成的線型長鏈分子。由于纖維資料的分子量很大，約在一萬以上，因此被稱為“大分子〞或“高分子〞。網狀型(b)枝杈型(c)直線型圖2-1纖維的長鏈分子2.纖維大分子鏈的支化、構型：一、纖維大分子鏈的化學組成及銜接方式3.鏈原子的類型與陳列〔1〕碳鏈高分子：主鏈是以碳原子的共價鍵(C-C健)方式組成大分子鏈；〔2〕雜鏈高分子：主鏈是由兩種以上的原子〔如C-O、C-N、C-S等〕以共價鍵相銜接而成；〔3〕元素有機高分子：大分子主鏈上含有磷、硼、呂、硅、鈦等元素，并在其側鏈上含有有機集團。按構成主鏈的化學組成不同，纖維大分子可以分為以下三類：4.纖維大分子的單體、鏈節(jié)、聚合度：高分子化合物的相對分子質量雖然很大，但其化學組成普通卻比較簡單。例聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯結合而成：單體聚合物聚合度鏈節(jié)*平均聚合度n×鏈節(jié)的式量=高聚物的平均相對分子質量簡寫：鏈節(jié)單體——聚合成高分子化合物的低分子化合物鏈節(jié)——組成高分子鏈的反復構造單元聚合度——高分子鏈所含鏈節(jié)的數目那么纖維大分子的通式可簡約表達為：5.纖維大分子鏈的單基、側基、端基及聚合度：錦綸分子式：滌綸分子式：RRRRRR

A/—A—A—A—…—A—A—A—A//假設纖維大分子的通式可簡約表達為：那么式中A為單基,那么A/、A//為分子的端基，R為側基。5.纖維大分子鏈的單基、側基、端基：單基的定義：構成纖維大分子主鏈的根本構造單元稱為“單基〞。側基的定義：分布在大分子主鏈兩側并經過化學鍵與主鏈銜接的化學基團。端基的定義：指大分子主鏈兩端的構造單元，且與主鏈單基構造有很大差別的基團。RRRRRR

A/—A—A—A—…—A—A—A—A//單基的化學構造、官能團的種類決議了該資料的最根本的物質屬性，即耐酸、耐堿、耐光以及染色等化學性能。側基的構造、性能對于大分子的柔順性、凝聚態(tài)和功能化都具有重要影響。端基對于纖維的熱、光學的穩(wěn)定能等性能具有重要影響。聚合度對于聚合物的加工型、最終纖維的性能等都具有較大的影響，棉、麻的聚合度高，成千上萬；羊毛576；蠶絲400；粘膠300－600；化學纖維聚合度不宜過高。同時一根纖維中各個大分子的n不盡一樣，具有一定的分布。6.常用纖維的單基纖維素纖維：-葡萄糖?；鞍踪|纖維：-氨基酸?；鶞炀]：對苯二甲酸乙二酯錦綸：己內酰胺丙綸：丙烯腈綸：丙烯腈常用纖維的單基構造式7.纖維大分子鏈的內旋性、構象及柔曲性分子的內旋轉表示圖1、內旋性：纖維大分子內的單基之間在鍵長鍵角堅持不變條件下，相鄰單基可繞單鍵旋轉的特性。2、構象：由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形狀稱為構象(或內旋轉異構體)構象與構型的根本區(qū)別在于，構象經過單鍵內旋轉可以改動，而構型無法經過內旋轉改動。8.纖維大分子鏈的內旋性、構象及柔曲性蛋白質的兩種二次構造〔構象〕8.纖維大分子鏈的內旋性、構象及柔性3、柔性：指纖維大分子在一定條件下，經過內旋轉或振動而構成各種外形的難易程度的特性。二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造

1.分子間的相互作用

★作用力的類型 共價鍵 主價力〔又稱化學鍵〕配位鍵作用力的類型 離子鍵

次價力〔又稱分子間力，包括：范德華力、氫鍵〕高分子鏈的構成主要靠主價力〔化學鍵〕高分子鏈聚集成高聚物主要靠次價力〔分子間的力〕。二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造

★范德華力范德華力類型定義特點本質取向力極性分子永久偶極之間的靜電相互作用產生的吸引力分子極性越大，取向力越大；溫度高、距離大，取向力越小。范圍：4.2×104～2.1×104J/mol靜電引力誘導力極性分子與非極性分子、極性分子作用產生的誘導偶極之間的吸引力與極性分子偶極距的平方成正比，與被誘導分子的變形性成正比；距離大，誘導力?。慌c溫度無關。范圍：0.6×104～1.2×104J/mol靜電引力色散力各種分子之間的瞬間偶極距相互作用的吸引力具有普遍性、加和性，與溫度無關。分子變形大、電離程度大，色散力大；距離大，色散力小范圍：0.8×103～8.4×103J/mol靜電引力取向非取向二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造〔1〕取向與取向度分子取向：纖維大分子的分子鏈段在分子間相互作用力或外力作用下相互平行陳列，稱之為大分子取向。取向度：大分子陳列方向與纖維軸向的吻合度，稱為取向度。2.纖維的凝聚態(tài)構造高分子的聚集態(tài)構造是指纖維內部大分子的取向與結晶構造，也稱為纖維資料的超分子構造。晶區(qū)非晶區(qū)晶態(tài)聚合物：線型聚合物固化時可以結晶，但由于分子鏈運動較困難，不能夠完全結晶。所以晶態(tài)聚合物實踐為晶區(qū)〔分子有規(guī)律陳列〕和非晶區(qū)〔分子無規(guī)律陳列〕兩相構造，普通結晶度〔晶區(qū)所占有的分量百分比〕只需50%～85%，特殊情況可到達98%。在結晶聚合物中，晶區(qū)與非晶區(qū)相互交叉，嚴密相連，一個大分子鏈可以同時穿過許多晶區(qū)和非晶區(qū)。非晶態(tài)聚合物：聚合物凝固時，分子不能規(guī)那么陳列，呈長程無序、近程有序形狀。非晶態(tài)聚合物分子鏈的活動才干大，彈性和塑性較好。由于其聚集態(tài)構造態(tài)是均相的，因此資料各個方向的性能是一樣的。二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造高分子的聚集態(tài)構造是指纖維內部大分子的取向與結晶構造，也稱為纖維資料的超分子構造?！?〕結晶與結晶度取向和無序陳列的纓狀微胞〔fringedmicelle〕構造“兩相構造〞模型：纖維中存在明顯邊境的晶區(qū)與非晶區(qū)，一些大分子的長度可以遠超越晶區(qū)或無定形區(qū)各自的長度﹐足夠把假設干個晶區(qū)和無定形區(qū)串連起來構成網絡構造。纓狀：無序區(qū)中分子陳列的形狀；微胞：分子有序陳列的構造塊二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造Hearle教授的纓狀原纖構造模型二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造取向和非取向折疊鏈片晶〔fringedlamellarcrystal〕構造模型折疊鏈纓狀微胞模型中大分子可以折疊在一個晶區(qū)內﹐也可以穿過無定形區(qū)進入另一晶區(qū)折疊二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造〔3〕結晶態(tài)與非晶態(tài)：結晶態(tài)：非晶態(tài)：纖維大分子有規(guī)律地整齊陳列的形狀；纖維大分子無規(guī)那么聚集陳列的形狀。〔4〕結晶區(qū)與非結晶區(qū)結晶區(qū)非結晶區(qū)纖維大分子有規(guī)律地整齊陳列的區(qū)域；纖維大分子無規(guī)那么聚集陳列的區(qū)域。結晶區(qū)的特點：非晶區(qū)特點：大分子鏈段陳列規(guī)整；a.大分子鏈段陳列混亂，無規(guī)律；b.構造嚴密，縫隙，孔洞較少；b.構造松散，有較多的縫隙、孔洞；c.相互間結合力強，相互接近的基團c.相互間結合力小，相互接近的基結合力飽和。團結合力不飽和?！?〕結晶度：纖維內部結晶區(qū)占整個纖維的百分率分量結晶度：纖維內部結晶區(qū)的分量占纖維總分量的百分率。體積結晶度：纖維內部結晶區(qū)的體積占纖維總體積的百分率。二、纖維高分子資料的聚集態(tài)構造不同晶系及晶格參數表七大晶系晶格軸長及夾角關系三斜triclinica≠b≠c；α≠β≠γ單斜monoclinica≠b≠c；α=γ=90o≠β正交rthorhombica≠b≠c；α=β=γ=90o四方tetragonala=b≠c；α=β=γ=90o三方trigonala=b=c；α=β=γ≠90o<120o六方hexagonala=b≠c；α=β=90o；γ=120o立方cubica=b=c；α=β=γ=90o從點陣中取出一個仍能堅持點陣特征的最根本單元叫晶胞。將陣點用一系列平行直線銜接起來，構成一空間格架叫晶格。纖維高分子的晶胞構造玻璃態(tài)：分子鏈節(jié)或整個分子鏈無法產生運動，高聚物呈現如玻璃體狀的固態(tài)。例如常溫下的塑料。高彈態(tài)：鏈節(jié)可以較自在地旋轉，但整個分子鏈不能挪動。例如常溫下的橡膠。高彈態(tài)是高聚物所獨有的稀有的一種物理形狀，能產生很大形變，除去外力后能可逆恢復原狀。粘流態(tài)：高聚物分子鏈節(jié)可以自在地旋轉，整個分子鏈也能自在挪動，從而成為能流動的粘液，比液態(tài)低分子化合物的粘度要大得多，又稱為塑性態(tài)。例如膠粘劑或涂料。三．線型非晶態(tài)高聚物的物理形狀線性非晶態(tài)聚合物的物理形狀與溫度的關系高聚物的各種特征溫度與測定●常見的高聚物特征溫度玻璃化溫度●定義高聚物分子鏈開場運動或凍結的溫度?！癫ＡЩ瘻囟鹊倪\用價值玻璃溫度是非晶態(tài)高聚物作為塑料運用的最高溫度；是作為橡膠運用的最低溫度?！裼绊懖ＡЩ瘻囟鹊囊?/p>

高聚物特征溫度Tg-玻璃化溫度〔glass-transitiontemperature〕Tm-熔點〔meltingpoint〕Tf-黏流溫度〔viscousflowtemperature〕Ts-軟化溫度〔softeningtemperature〕Td-熱分解溫度〔thermaldestructiontemperature〕Tb-脆化溫度〔brittlensstemperature〕玻璃化溫度：由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉變的溫度，用Tg表示。粘流化溫度：由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉變的溫度，用Tf表示。塑料與纖維:要求Tg高，Tf低〔較耐熱，加工成型溫度不高〕橡膠：要求Tg低，Tf高〔耐寒又耐熱〕一些非晶態(tài)高聚物的Tg和Tf值：聚氯乙烯 Tg=81℃ Tf=175℃聚苯乙烯 Tg=100℃ Tf=℃聚丁二烯(順丁橡膠) Tg=-108℃ 天然橡膠 Tg=-73℃ Tf=122℃第二節(jié)纖維的構造特征與丈量典型天然纖維的構造與特征棉纖維麻纖維羊毛蠶絲典型再生纖維素纖維的構造特征典型合成纖維的構造常規(guī)合成纖維差別化纖維纖維構造特征的丈量三、纖維構造的測試方法光學顯微鏡掃描電子顯微鏡纖維化學構造的丈量質譜分析經過對纖維樣品的氣相離子的質量電荷比，對纖維的組成和鏈構造進展定量化的表征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吸收帶強度進展識別和定量分析紫外與可見光譜可測定在10～400nm紫外吸收光譜范圍及400～800nm可見光范圍具有不飽和鏈及不對稱電子的分子。核磁共振光譜可測定在外部磁場作用下，分子內部發(fā)生化學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。可用于大分子的構型及構象和分子量的分析。纖維種類制樣方法主要吸收譜帶及其特性頻率,cm-1棉麻纖維壓片法3450～3200,1640,1160,1064～980,893,671～667,610毛纖維壓片法3450～3300,1658,1534,1163,1124,926絲纖維壓片法3450～3300,1650,1520,1220,1163～149,1064,993,970,550粘膠纖維壓片法3450～3250,1650,1430～0,1060～970,890醋酯纖維薄膜法1745,6,1237,1075～1042,900,602滌綸熱壓成膜3040,2358,2208,2079,1957,1724,1242,1124,1090,870,725錦綸6甲酸成膜3300,3050,1639,1540,1475,1263,1200,687錦綸66甲酸成膜3300,1635,1535,1467,1237,1190,936,689腈綸壓片法2242,1449,1250,