第1章-纤维结构基础知识技巧.ppt

王春广 五邑大学纺织服装学院;影响;第一章 纤维结构基础知识 ; 一、 主链化学组成及连接方式 纤维大分子主链是由某种结构单元（链节）以化学键的方式重复连接而成的线型长链分子。 链结构的化学成分：主要是C和H，也有O，N、P、Cl、S等，它们以共价键的形式连接。 ; 第一节 纤维大分子结构 按主链的化学组成，纤维大分子可分为： 1.均链高分子 主链由一种原子组成，通常是以C-C键相连。 2.杂链高分子 主链由两种或两种以上的原子组成 ;单基: 构成纤维大分子主链的结构单元。不同的纤维大分子具有不同的单基，比如：;第一节 纤维大分子结构;按结构单元的种类，纤维大分子可分为： 均聚物纤维：只含有一种结构单元。 纤维素、聚丙烯等，单基完全相同； 蛋白质，侧基R不同。 共聚物纤维：含有两种或两种以上的结构单元。 如聚酯、聚酰胺等。;大分子链的组成不同，纤维大分子的性能具有本质的差异；然而即使组成相同，纤维大分子的性能也可能具有较大的差异。 构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何 排列。 构造同分异构体：原子和基团在顺序上的改变，如聚丙烯纤维（丙纶），头-头和头-尾的连接 立体同分异构体，原子和基团在空间位置的改变，包括全同、间同和无规立构。 ;全同立构：取代基全在平面的一侧 ; 二、侧基与端基 侧基：分布在大分子主链两侧并通过化学键与大分子主链连接的化学基团，通常会影响大分子的柔顺性和凝聚态结构。 端基：大分子两端的结构单元，对纤维的光、热稳定性影响较大。 侧基和端基对纤维的功能化和改性处理尤为重要。;三、大分子的柔性 大分子链的柔性是指能够改变分子构象的性质。 构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。 ;大分子旋转示意图 ; 第一节 纤维大分子结构 ;大分子链柔性的影响因素： C—C、C—O、 Si—O柔性好 –C=C –、 刚性强 侧基极性和体积大，僵硬 大分子间形成氢键，刚性增加 环境因素（温度、湿度、应力）及添加剂 ;四、相对分子质量及其分布 聚合度：大分子链中单基的重复个数。成纤用大分子对聚合度有一定的要求，比如，成纤用聚氯乙烯纤维的聚合度要求为1000~1500。 纤维大分子的相对分子量可以通过重复单元和聚合度计算得到，但其通常不是一个定值，而呈现一个分布，表示方式有以下三种： 数均相对分子质量法，可通过端基分析法测定； 重均相对分子质量法，可通过光散射法测定； 黏均相对分子质量法，可通过黏度法测定。;超分子结构: 在分子间作用力下，纤维内大分子链间的排列和堆砌结构。 一、纤维大分子间的作用力 表现形式：范德华力、氢键、盐式键、化学键和熵联。;范德华力：范德华力包括取向力、诱导力和色散力三种作用形式，其特点是普遍存在于大分子之间，没有方向性和饱和性。 取向力，也叫静电力，存在于极性分子间，作用的能量为12-20kJ/mol； 诱导力，存在于极性分子与非极性分子之间； 色散力，比取向力和诱导力小得多，只有在非极性分子之间才能表现出来。 ;氢键：是氢原子与其他电负性很强的原子之间形成的一种较强的相互作用，具有方向性和饱和性。 通常能形成氢键的元素：O、N和F等。 ;盐式键：部分纤维的侧基在成对的某些专门基团之间产生能级跃迁原子转移，形成络合物类型配价键性质的化学键。 化学键：部分纤维的大分子之间，存在着化学键的形式联接，如蛋白质纤维中，蛋白质大分子中的胱氨酸，用二硫键（化学键）将两个大分子主链联结起来。;熵联：高聚物大分子之间吸附的（溶剂）分子撤离后成为自由分子过程中，高聚物分子熵增加所显示的相互吸引能。它主要存在于无氢键、盐式键、化学键的分子之间，但其作用能显著高于范德华力。 表征指标：内聚能密度 内聚能是将1mol的固体气化所需要的能量，可表示为 ΔU=ΔH-RT 式中，ΔU为内聚能，ΔH为摩尔汽化热，RT为汽化时的膨胀功。;第二节 纤维的凝聚态结构;纤维品种;取向度和结晶较低纤维结构;纺织纤维是由晶区和非晶区构成的混合体，两者间隔出现，每个大分子可能间隔穿越几个晶区和非晶区，晶区靠非晶区的大分子之间的结合力和缠结相互联结在一起。 ;第二节 纤维的凝聚态结构;2 纤维结晶态结构 纤维大分子晶体由晶胞重复构成，总共有7大晶系和14种晶格。 ;纤维素;晶胞的结构参数不同，表示晶体中大分子的排列方式和结构不同。因此，对于相同大分子纤维，若所形成的晶体中的晶胞具有不同晶格参数，其性能特征具有较大差异。 晶胞结构参数除了取决于大分子性质，还会受到纤维生长（天然纤维）、加工过程中的条件的影响。; ;球晶;化学纤维一般是在高压力挤出加工条件下形成，在纤维的结晶区中，常存在着串晶、柱晶和原纤状晶体等结晶