纤维材料的结构与基本性能.pptVIP

第1页，共31页，星期日，2025年，2月5日二，成纤高聚物的结构要求从大分子组成和化学结构上看，成纤高聚物的大分子应是线型长链分子，支链较短，侧基要小，且大分子间基本上无相互作用力，以保证分子具有一定的柔曲性和内旋转能力，使纤维柔软。同时，相对分子质量要高，以使分子间能有更多的联系。从聚集态结构的角度看，则要求其分子排列有一定的取向度或各向异性，并应有形成部分结晶结构的能力，从而使纤维具备必要的强度和形态稳定性。同时还要保留一定的无定形区（非结晶区），以使纤维既有固态物质的基本物理性能，又有加工应用等方面需要的性能。第2页，共31页，星期日，2025年，2月5日第二节纤维的分子链结构一、纤维分子链的组成和结构（一）链的几何异构纤维基本上都是由碳原子构成主链的线型大分子，如果主链上存在双键，组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时，由于内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同即可以有顺式和反式构型之分，它们被互称为几何异构体。第3页，共31页，星期日，2025年，2月5日（二）链的键接异构键接异构是指结构单元在高分子链中的不同连接方式。单体单元的键合方式对成纤高聚物的性能，特别是化学性能影响很大。所以，凡用作纤维的聚合物，一般都要求分子链中单体单元排列规整，以提高其结晶度和强度，并要防止出现键接异构，否则性能就可能会发生很大变化。第4页，共31页，星期日，2025年，2月5日（三）链的支化异构一般成纤高聚物的链为线型链，但也有高分子链上有支化或交联结构。例如：3个或3个以上官能度的单体存在时，在加聚过程中发生自由基在缩聚过程中有的链转移反应时，均可生成支化或交联结构的高分子。第5页，共31页，星期日，2025年，2月5日（四）链的旋光异构凡具有不对称碳原子的有机化合物，均可呈现两种互成镜像的不同构型，这种出现在主体结构上的异构现象称为旋光异构或立体异构。符合这类构型的高聚物可分为全同立构高聚物、间同立构高聚物和无规结构高聚物三类。聚丙烯的三种立体异构体第6页，共31页，星期日，2025年，2月5日（五）链的序列结构当高聚物的长链分子中含有两个或两个以上的结构单元时，由于各种结构单元（单体）在长链中的分布不同，从而导致了链的排序不同，这种排序称为链的序列结构（或称结构异构）。第7页，共31页，星期日，2025年，2月5日二，纤维分子链的构象（一）链的内旋转构象及柔顺性根据热力学原理，在没有外力的作用下链会力图卷曲，它不能保持直线状态。由于高分子链是由若干个共价单键连结起来的，因单键可以绕键轴作内旋转，所以高分子链很容易卷曲成为无规线团状。不同的高分子链，因卷曲程度不同，形状也就不同。通常把表征高分子长链卷曲程度的特性称为柔性（或柔顺性）。第8页，共31页，星期日，2025年，2月5日（二）链段长度链段由若干链节所组成，是长链分子中可以发生独立运动的单元。如果某高聚物的链段很短，说明该高聚物链中能独立运动的单元很多，相应地，该高聚物的长链就会显得比较柔顺；相反，若链段很长，甚至长到与一个分子链一样长，那么它就很不容易运动，会呈现很大的刚性。所以链段长度也是表征长链分子柔顺性的一个参数。第9页，共31页，星期日，2025年，2月5日三，纤维分子链结构的测量与表征元素分析法：主要对成纤高聚物的碳、氢两种元素进行定量分析，判明碳、氢含量的百分率。红外吸收光谱法：主要对高聚物的官能基及各种成分吸收带强度进行定量分析。紫外与可见光谱法：主要在10-400nm紫外吸收光谱范围及400-800nm可见光范围内测定具有不饱和链及不对称电子的分子。核磁共振光谱法：主要测定在外部磁场作用下，分子内部发生化学位移的核群及吸收带以及相邻核的信息。相对分子质量及其分布的检测：对相对分子质量分布进行测量的方法大致有两类，一类是沉淀分级法、溶解分级法、管柱法等分级测定方法；另一类是凝胶渗透色谱法、浊度法、超速离心法等可直接测量的方法。第10页，共31页，星期日，2025年，2月5日第三节纤维的聚集态结构纤维的聚集态结构是指纤维大分子链之间的作用与堆砌方式，又称为超分子结构或凝聚态结构。据此形成的有高聚物的结晶结构、非晶结构、取向结构、液晶结构以及通过共混形成的织态结构或高分子合金结构等。第11页，共31页，星期日，2025年，2月5日一、纤维的结晶结构（一）成纤高聚物的结晶形态成纤高聚物分子链一般以整齐有序的方式排列，分子链上各基团或原子必处在三维空间的某一位置或区域，故可以形成规则有序且相对稳定的点阵排列结构，有较大的内聚能密度和明显的转变温度，这种结构称作结晶结构，具有结晶结构的区域称作