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第5章　纤维结构特征 第1节 纤维的基本结构及组成 纤维结构分为： 纤维分子结构 纤维聚集态结构 纤维形态结构 1. 纤维的分子结构（近程结构和远程结构） ——构成该纤维成纤高聚物的单个长链分子的原子组成以及这些原子或原子团相互间的在空间的排列状态 包括： 近程结构（一次结构、一级结构） （1）链节的组成：原子和键的组成及序列 （2）构型（链节的空间组成）：构造异构体、立体异构体 远程结构（二次结构、二级结构） （1）大小及分布——分子量（聚合度）分布 （2）链的尺寸——粗细、平均长度 （3）链的构象——大分子链的空间形态 分子柔顺性原因 一个典型的线形高分子链长度与直径之比L/D是很大的。例如某一纤维大分子 这个大分子长度是直径的5万倍。这样一根细而长的“网丝”，在无外力作用下，不可能是一条直线，而是自然的曲线。 高分子链的各个“环节”在不断运动，各个化学键和各个原子在不停地转动和振动，如在室温时，C-C键地振动频率约为1013次/s，其转动频率约为1011次/s。所有高分子地形状不但成无轨线团状，而且瞬息万变。这种特性，称为高分子的柔韧性（或柔性、柔顺性） 高分子柔韧性的必要条件：长链结构 高分子柔顺性的实质：大量单键的内旋转 为什么分子链有卷曲的倾向呢？ 高分子主链虽然很长，但通常并不是伸直的，它可以蜷曲起来，使分子采取多种形态，这些形态可以随条件和环境的变化而变化。 大多数高分子主链中存在许多的单键（PE，PP，PS）的主链是100%的单键，PB聚异戊二烯主链上也有75%是单键）。 单键是由σ电子组成，σ电子云分布是轴形对称的，因此高分子在运动时单键可以绕轴旋转（自转）称为内旋转。 2. 纤维的聚集态结构（分子间结构） 指纤维高聚物的结晶与非晶结构、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 对于纤维聚集态的形式，上世纪40年代出现了“两相结构”的模型。 2.1 纤维的晶态结构 结晶结构：纤维中部分长链大分子以三维有序方式排列，形成稳定点阵，形成有较大内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构。 结晶区：将具有结晶结构的区域 无定形区（非晶区）：纤维中部分大分子呈不规则聚集排列的区域。 结晶性高聚物：包括结晶区和非晶区 纺织纤维是结晶性高聚物 2.1.1 缨状微胞模型 来源：Nagely理论（淀粉及植物的细胞膜微胞，均由亚微观的结晶颗粒组成）； 早期的微胞学说：随着X射线衍射法的出现，1828年Meyer和Mark提出改进——大分子在一个完整的晶胞中，晶胞之间是分离的，连接是由微胞间质粘合在一起。 大分子可以穿越若干个晶区（微胞），在晶区之间则为一非结晶区（无定形区）。晶区与非晶区存在明显边界的。 而长链分子间的规整排列构成结晶微胞，而伸出的无规则排列的分子成为缨状须丛。 2.1.2 缨状原纤模型 结晶区是连续的缨状原纤，由许多长链分子组成。这些分子沿着本身的长度方向，在原纤的不同位置分裂出来，有的进入无定形区，有的重新进入其他的原纤组织中，晶格的缺陷和无序排列是可能发生的。 原纤是由长的但并不完善的结晶区组成，由许多聚合物分子间较短的结晶聚集而成。 原纤是纤维的基本组成单位，原纤之间通过非整齐排列的分子联结起来形成无定形区 ，原纤之间有很大的微隙。 原纤又是由侧序度高的分子所组成的微原纤堆砌而成，微原纤间可能存在着较小的微隙，并被一些排列较不规则的分子联系起来。 本理论与电子显微镜的观察相一致，并能解释纤维特性。本理论在天然纤维中被较多接受。 缨状微胞理论是缨状原纤理论的特殊情况，二者主要是尺寸上的区别。 取向和无序排列的缨状微胞结构缨状原纤结构模型 2.1.3 化纤大分子的结晶形态 折叠链片晶 折叠链片晶结构模型 (a)近邻规则折叠结构模型 (b)松散环圈折叠结构模型 (c)拉线板折叠结构模型 2. 1.4 化纤的晶态结构 与缨状微胞理论相结合，产生缨状（折叠链）片晶理论，与实际观测结果相一致，在化学纤维结构理论有相当的地位和作用。 2.1.5 大分子的非晶形态 指的是非晶区中的大分子链的排列结构。 一般描述为无轨线团或三维无序 影响吸湿、染色、热定形、力学弹性及伸长等 实际上从结晶结构（三维有序）到非晶结构（三维无序），存在着序态的过渡 可能会出现二维或一维有序或部分有序，也可能出现各种缺陷 2.1.6 结晶测量 纤维是结晶结构与非晶结构共存的材料 结晶度：纤维中结晶部分占纤维整体的比率，不涉及晶体的形式及分布 晶体类型、结晶大小和形状、晶区分布及非晶区结构 测量方法：密度法、X射线衍射法、热分析法、红外光谱法、电子显微镜法 2.2　纤维的取向结构 纤维为一维有序 纤维的取向结构使纤维许多性能产生各向异性 取向度：纤维大分子排列方向与纤维轴