纺织材料学期末复习资料

第一章纤维的结构特征纤维：通常是指长径比在10^3数量级以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分。(是由一种或多种大分子通过某种形式集聚堆砌而成的。)纤维结构：（1）形态结构：表观形态（纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等）、表面结构、微细结构（原纤结构与排列）。（2）超分子结构：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度等；（3）大分子结构：化学组成、单基结构、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等；一、纤维的形态结构—微细结构(原纤结构)（1）微细结构：纤维内部的有序区(结晶或取向排列区)和无序区(无定形或非结晶区)的形态、尺寸和相互间的排列与组合，及细胞构成与结合方式。（2）纤维是柔软细长物，其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状的物质----原纤(fibril)原纤(fibril)：一统称，有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤，大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束，直径10～30nm。可能存在有序态较差的非晶态部分。（3）纤维的原纤按尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤（1-3nm）→微原纤（4-8nm）→原纤（10-30nm）→巨原纤（0.1-0.6微米）→细胞棉纤维无巨原纤，羊毛无原纤，且副皮质无巨原纤层次，化学纤维和天然丝无细胞层次（4）分子与分子间作用力：范德华力、氢键、盐式键、化学键二、纤维的聚集态结构（超分子结构）纤维的聚集态结构指构成该纤维的大分子链之间的作用形式与堆砌方式。具体指纤维的结晶与非晶结构、取向与非取向结构，以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。结晶结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。晶区特点：a.大分子链段排列规整；b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；c.相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。（4）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率（5）结晶度对纤维结构与性能的影响结晶度↑→纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度↑；纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性↓。结晶度↓→纤维吸湿性↑，容易染色，拉伸强度降低，变形较大，纤维较柔软，耐冲击，弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。2、非晶态：纤维大分子无规则聚集排列的状态。（1）非晶区（无定形区）：纤维大分子无规则聚集排列的区域。（2）非晶区特点：a.大分子链段排列混乱，无规律；b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞；c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。（3）直接影响着纤维的吸湿、染色、热定形、力学弹性及伸长等。“两相结构”模型：纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，一些大分子的长度可以远超过晶区或无定形区各自的长度﹐足够把若干个晶区和无定形区串连起来形成网络结构。粘胶纤维属于分散的晶相和连续的无定形相所组成的例子。棉及苎麻等则属于连续晶相和分散的无定形相的两相结构。三、纤维的大分子结构（一）、单基（链节）1、定义：构成纤维大分子的基本化学结构单元。2、常用纺织纤维单基的化学组成（二）聚合度n（degreeofpolymerization）1、定义：构成纤维大分子的单基的数目，或一个大分子中的单基重复的次数。2、常用纤维的n：棉、麻的聚合度高，成千上万；羊毛576；蚕丝400；粘胶300－600；化学纤维聚合度不宜过高。一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布。3、聚合度与力学性质的关系n→临界值，纤维开始具有强力；n↑，纤维强力↑；但增加的速率减小；n至一定程度，强力趋于不变。n的分布：n分布集中，分散度小，对纤维的强度、耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。（三）、纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性1、内旋性（internalrotation）：纤维大分子内的单基之间在键长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单键旋转的特性。2、构象（conformation）：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象(或内旋转异构体)构象与构型的根本区别在于，构象通过单键内旋转可以改变，而构型无法通过内旋转改变。3、大分子构型定义：指分子中链节内各原子和基团通过化学键固定的空间排列。要改变构型，必须经过化学键的断裂和重组。4、柔曲性（1）定义：指纤维大分子在一定条件下，通过内旋转或振动而形成各种形状的难易程度的特性。（2）纤维大分子结构与柔曲性的关系：①主链弹性好，柔曲性↑②侧链较少，柔曲性↑③主链四周侧基分布对称，柔曲性↑④侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性↑⑤温度↑，内旋转加剧，大分子链柔曲性↑单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源；大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一。第二章纤维的分类及介绍一、纺织纤维：（1）长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤维。（2）纺织纤维应具备的基本性能一定的长度和长度整齐度一定的细度和细度均匀度；一定的强度和模量一定的延伸性和弹性；一定的抱合力和摩擦力一定的吸湿性和染色性；一定的化学稳定性特种工业用纺织纤维有特殊要求二、纤维的分类与命名（1）天然纤维：凡是自然界里原有的或从经人工种植的植物中、人工饲养的动物毛发和分泌液中直接获取的纤维，统称为～（2）化学纤维：凡用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体，统称为～分类定义组成物质纤维来源植物纤维自植物种子、茎、韧皮、叶或果实上获得的纤维纤维素，少量木质素、半纤维素等①种子纤维：单细胞纤维，如棉纤维；②韧皮纤维：如苎麻、亚麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻、苘麻；③叶纤维：如剑麻、蕉麻、菠萝叶纤维；④竹纤维：如竹子纤维。附：果实纤维（木棉、椰子纤维）分类定义组成物质纤维来源动物纤维取自于动物的毛发或分泌液的纤维主要为蛋白质，但蛋白质的化学组成有较大差异①毛纤维：取自动物的毛发，由角蛋白组成的多细胞纤维，如绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、驼羊毛、兔毛、牦牛毛、马海毛、羽绒等；②丝纤维：指由昆虫的丝腺分泌物形成的纤维，如桑蚕丝、柞蚕丝、蓖麻蚕丝、木署蚕丝、天蚕丝、蜘蛛丝等。矿物纤维从纤维状结构的矿物岩石获得二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁等各类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹石棉等合成纤维以石油、煤、天燃气及一些农副产品为原料制成单体，经化学合成为高聚物，纺制的纤维①涤纶：指大分子链中的各链节通过酯基相连的成纤聚合物纺制的合成纤维；②锦纶：指其分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维；③腈纶：通常指含丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维；④丙纶：分子组成为聚丙烯的合成纤维；⑤维纶：聚乙烯醇在后加工中经缩甲醛处理所得的纤维；⑥氯纶：分子组成为聚氯乙烯的合成纤维；⑦其他的如乙纶、氨纶、乙氯纶及混合高聚物纤维等三、常用纤维（一）天然纤维素纤维（植物纤维）棉（1）生长周期：A.伸长期---B.加厚期--C.转曲期转曲期：由于纤维素是以螺旋状原纤形态一层一层地淀积，螺旋方向有左旋也有右旋，在一根纤维的长度方向反复改变，因而当棉铃裂开，纤维干涸后，胞壁产生扭转，形成不规则的螺旋形，称为“天然转曲”。（2）棉纤维形态特征横截面：腰圆形有中腔；（初生层、次生层、中腔）纵向：有天然转曲的扁平带状。成熟正常的棉纤维转曲最多。未成熟棉纤维呈薄壁管状物，转曲少。再生纤维以天然高聚物为原料制成浆液其化学组成基本不变并高纯净化后制成的纤维①再生纤维素纤推：指用木材、棉短绒、蔗渣、麻、竹类、海藻等天然纤维素物质制成的纤维，如粘胶纤维、Modal纤维、铜氨纤维、竹浆纤维、醋酯纤维、Lyocell纤维富强纤维等；②再生蛋白质纤维：指用酪素、大豆、花生、毛发类、丝素、丝胶等天然蛋白质制成的，绝大部分组成仍为蛋白质的纤维，如酪素纤维、大豆纤维、花生纤维、再生角朊纤维、再生丝素纤维等；③再生淀粉纤维：指用玉米、谷类淀粉物质制取的纤维，如聚乳酸纤维（PLA）；④再生合成纤维：指用废弃的合成纤维原料熔融或溶解再加工成的纤维。无机纤维以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接炭化制成的无机纤维①玻璃纤维：以玻璃为原料，拉丝成形的纤维；②金属纤维：以金属物质制成的纤维，包括外涂塑料的金属纤维、外涂金属的高聚物纤维以及包覆金属的芯线；③陶瓷纤维：以陶瓷类物质制得的纤维。如氧化铝纤维，碳化硅纤维、多晶氧化物；④碳纤维：是指以高聚物合成纤维为原料经碳化加工制取的，纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维，是无机化的高聚物纤维。过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。（3）化学组成：纤维素，占94~95％，分子式为（）其他物质5％~6％，存在于纤维的主体层（次生层）中；果胶和蜡质，分布于表皮初生层上，其含量随纤维产地和品种不同；中腔内层附有微量的色素、灰分和蛋白质，色素决定纤维的颜色。（4）结构棉纤维大分子的聚合度为6000～15000，分子量为1～2.43百万，纤维中约2/3为结晶部分，结晶晶格是单斜晶系（5）棉纤维的特性1细长柔软，吸湿性好、耐强碱、耐有机溶剂、耐漂白剂以及隔热耐热，可方便地进行各种染色和纺织加工；2弹性和弹性恢复性较差、不耐强无机酸、易发霉、易燃。（6）分类1、按种类：陆地棉（细绒棉）、海岛棉（长绒棉：又长又细又强）、亚洲棉（粗绒棉）、非洲棉（草棉，已淘汰）2、按初加工：锯齿棉皮辊棉对纤维作用剧烈，纤维损伤较大缓和，纤维损伤小外观形态松散薄片状主体长度及整齐度主体长度短，整齐度较高主体长度长，整齐度较低，短绒没法去除除杂设备有排杂、排僵设备无排杂设备轧工疵点多，如棉结、索丝等少，有黄根适宜加工细绒棉长绒棉产量高低（7）棉的初加工传统的棉花初加工是指将籽棉上的纤维（俗称衣分）与棉籽分离的加工，也称轧花或轧棉。其得率称为衣分率，一般为30%～40%，所得纤维称为皮棉或原棉。头发、丙纶丝、动物毛发等物质，俗称“三丝”。麻（1）麻纤维是单细胞物质，但其长度太短（苎麻除外），故纺纱用纤维是多细胞自粘合成束的纤维。工艺纤维：多个单细胞纤维由细胞间质粘合而成的纤维束。特性：麻纤维的吸湿性好、强度高、变形能力小，纤维以挺爽为特征。比棉纤维粗硬，易引起穿着中的刺痒。耐热性好于棉纤维，当达到200℃时，纤维开始分解。与其他纤维素纤维相似，耐碱不耐酸。反映麻纤维可纺价值和品质的最主要的指标是麻纤维的细度及均匀性。（4）麻类纤维的初加工主要目的是除去非纤维类物质。（5）1、苎麻(ramie)：(中国草）截面：腰圆或跑道形，有中腔；纵向：无明显扭转，有横节竖纹。单纤维较长，可单纤维纺纱。苎麻纤维的细度直接影响可纺性和柔软性，纤维愈细，可纺支数愈高，成纱愈柔软。头麻最细，三麻次之，二麻最粗。2、亚麻(flax)（工艺纤维纺纱）截面：呈圆形和扁圆形；纵向中段粗两头细，有横节竖纹。吸湿性好、导湿快、细度相对较细，是夏季衣衫的主要纤维原料。3、黄麻与红麻（工艺纤维纺纱）包装、地毯底布，或混纺纤维制品的原料。叶纤维剑麻和蕉麻，这类纤维比较粗硬，商业上称为“硬质纤维”，纤维长，强度高，伸长小，耐海水浸蚀，不易霉变，适宜制作绳缆，织制包装用布或粗麻袋。竹纤维(维管束纤维)（1）原生纤维物质。（工艺纺纱）（2）竹纤维为单细胞物质，其细胞壁为多层结构，纤维素含量约为50%，木质素30%左右（3）性能上与麻纤维接近，有较好的吸湿、导湿和防臭性能，这可能源于竹纤维本身的多孔微细结构。（4）本身主要为纤维素物质，可以制成竹浆粕，制造粘胶类纤维。这同棉浆、木浆粘胶是一样的，已不再具有原天然纤维的结构特征，甚至某些组成成分特征。（二）天然蛋白质纤维（动物纤维）棉羊毛（角质蛋白）纵向：天然卷曲的圆柱状表面有鳞片。横向：为圆形或椭圆形，由外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。（细毛纤维没有髓质层，仅有鳞片层和皮质层。）皮质层：是羊毛的主要组成部分，主要由正、偏皮质组成，通常呈双边分布，是羊毛卷曲的本质原因。（2）羊毛纤维的基本组成是a氨基酸螺旋大分子，最为特殊的是胱氨酸，即在羊毛角朊大分子间形成二硫键的氨基酸。（3）多细胞纤维，有鳞片细胞（角质化细胞）和皮质细胞（正副皮质）两类细胞。（4）摩擦性和缩绒性1、定向摩擦效应：由于鳞片的指向特点，羊毛