第2章纤维的结构特征技巧.ppt

第二章 纤维的结构特征 ;纤维结构： 组成纤维的结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。 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； 超分子结构（supermolecular structure ）：晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度、侧序分布等； 形态结构（morphological structure ）：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 ）。;一、纤维的形态结构—微细结构，原纤结构 ;微原纤的堆砌形式示意图 ;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 。;名称;二、纤维的聚集态（ state of aggregation ）结构;结晶度对纤维结构与性能的影响 ;（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，amorphous region ） 纤维大分子无规则聚集排列的区域。 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。 直接影响着纤维的吸湿、染色、热定形、力学弹性及伸长等 ;取向和无序排列的缨状微胞（fringed micelle ）结构 ;Hearle教授的缨状原纤结构模型;取向和非取向折叠链片晶（fringed lamellar crystal）结构模型 ;两相结构﹕其基本概念是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。 两相结构的两种模型：缨状微胞模型中大分子可以穿过若并晶区和无定形区﹐而折叠链缨状微胞模型中大分子可以折叠在一个晶区内﹐也可以穿过无定形区进入另一晶区折叠。 ;2、取向度（orientation degree） （1）定义：大分子排列方向与纤维轴向吻合的程度称作取向度 。 （2）取向度与纤维性能间的关系： 取向度大→大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向异性明显。;3、侧序（lateral order）：在垂直于纤维取向轴方向上分子链排列的有序性。 高聚物分子链间具有强次价力，例如氢键相互作用时，分子间的侧向排列具有有序性，甚至完全规整的有序排列。 测定方法：将试样置于逐渐增加浓度或温度的溶剂内，依次测定各物理量，如溶胀、溶解、收缩、吸附或吸收等性质的变化。凡侧序较低的部分首先受到溶剂的影响而发生相应的变化。 ;;三、纤维的分子结构（molecular structure ）;大分子链原子的类型与排列;（二）、聚合度n（degree of polymerization ） 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（internal rotation ）：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) ;纤维大分子的典型构象示意图 ;蛋白质的两种二次结构（构象）;3、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↑ （3）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。;（四）、链原子的类型与排列 1、碳链大分子： 大分子主链都是靠相同的碳原子以共价键形式相联接的。 如乙纶、丙纶、腈纶——可塑性比较好，容易成型加工。 2、杂链大分子： 大分子主链除碳原子以外，还有其他原子，如氮、氧等，即主链是由两种以上的原子所构成的。 例如：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶 3、梯形和双螺旋形大分子 纤维的主链是像一个