纤维的形态与表征(精)

低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征熔纺氨纶纤维是一种具有优良性能和广泛应用的合成纤维。

在熔纺氨纶纤维的制备过程中，为了获得所需的性能和形态特征，对其进行形态表征是非常重要的。

低熔点熔纺氨纶纤维具有较低的熔点和熔融黏度，可以通过降低熔融温度和延长熔化时间来制备。

下面将详细介绍低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征方法及其应用。

首先，一种常见的形态表征方法是扫描电子显微镜（SEM）。

SEM能够通过扫描采集样品表面的图像，并以高分辨率展示材料的形态特征。

对于低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征，SEM可以提供纤维的表面形貌、断面形貌以及纤维之间的结构联系等信息。

利用SEM观察可以了解低熔点熔纺氨纶纤维的表面形态特征，如平整度、光泽度、纤维形状等。

通过SEM还可以观察到纤维的断裂形态，这对于了解纤维的断裂机理和强度特性非常重要。

此外，SEM还可以用于观察纤维之间的连接情况，如熔着点、熔着线等，这对于纺织工艺的优化和纤维性能的提高具有指导意义。

除了SEM，透射电子显微镜（TEM）也是一种常用的形态表征方法。

TEM通过透射电子束对样品进行成像，可以提供更高的分辨率和更详细的形态信息。

对于低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征，TEM可以观察到更细微的结构特征，如纤维的晶体结构、纤维内部的孔隙结构等。

通过TEM观察可以揭示低熔点熔纺氨纶纤维的晶体结构和非晶区域的分布情况。

晶体结构对纤维的机械性能和热稳定性有着重要影响，因此通过TEM的形态表征可以评估纤维的力学性能和热稳定性。

此外，X射线衍射（XRD）是一种用于材料结构分析的常用技术。

通过XRD可以确定低熔点熔纺氨纶纤维的结晶度、晶格参数以及晶体的相位组成。

XRD的形态表征方法对于了解纤维晶体结构和相变行为具有非常重要的意义。

研究低熔点熔纺氨纶纤维的XRD图谱可以揭示纤维的晶体生长机制和相对位置的关系。

另外，拉伸试验是一种常用的力学性能测试方法，在研究低熔点熔纺氨纶纤维的形态表征时也可以采用。

第二章纤维的结构特征纤维是一种由有机或无机物所组成的细长物质，具有高强度、高模量和高延伸性等特点，广泛应用于纺织、建筑、医疗和航空等领域。

纤维的结构特征对其力学性能、吸湿性能和耐久性能等方面都有重要影响。

本章将介绍纤维的结构特征，包括纤维的形态结构、化学结构和晶体结构等方面。

1.纤维的形态结构纤维的形态结构主要包括纤维的形状、尺寸和表面特征等方面。

纤维的形状可以分为长纤维和短纤维两种。

长纤维一般指长度大于10mm的纤维，如天然纤维中的棉纤维和麻纤维等；短纤维一般指长度小于10mm的纤维，如化学纤维中的涤纶和尼龙等。

纤维的尺寸一般通过直径和长度来描述，直径一般在0.001-0.06mm之间，长度则根据纤维的用途而有所不同。

纤维的表面特征可以分为光滑、粗糙和多孔等类型，不同的表面特征对纤维的力学性能和吸湿性能有重要影响。

2.纤维的化学结构纤维的化学结构主要由纤维素、蛋白质、聚合物和无机物等组成。

纤维素是主要存在于植物纤维中的一种天然高分子化合物，由葡萄糖分子通过β-1,4-吡喃糖苷键结合而成，具有良好的机械强度和吸湿性能。

蛋白质是主要存在于动物纤维中的一种生物大分子化合物，由氨基酸通过肽键结合而成，具有较好的延展性和柔软性。

聚合物是由合成纤维中的单体分子通过化学反应而形成的聚合体，如涤纶和尼龙等。

无机物是指存在于纤维中的无机成分，如金属离子和无机盐等，对纤维的颜色和耐久性有重要影响。

3.纤维的晶体结构纤维的晶体结构主要由无序区和有序区两部分组成。

无序区指纤维结构中没有明显规则排列的部分，包括无规则卷曲和断裂等；有序区指纤维结构中存在明显规则排列的部分，包括晶核、晶体和晶须等。

纤维的晶体结构对其力学性能、吸湿性能和耐久性能等方面都有影响。

晶体结构的形成和稳定性主要受到纤维的化学组成、加工方式和纤维之间的相互作用等因素的影响。

总之，纤维的结构特征对其功能性能和应用性能具有重要影响。

了解纤维的形态结构、化学结构和晶体结构等方面，可以为纤维的设计和应用提供科学依据，有助于提高纤维的性能和功能。

1.纤维：指长宽比在103数量级以上，粗细为几微米到上百微米的柔软细长体，有连续长丝和短纤维之分。

2.纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维天然纤维：由自然界直接取得的纤维（植物纤维，动物纤维，矿物纤维）化学纤维：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，通称为化学纤维（再生纤维：黏胶纤维合成纤维）棉纤维3.棉纤维生长分为三期：伸长期，、加厚期，转曲期横截面：腰圆形，有空腔纵向：呈不规则的沿长度方向不断改变的螺旋形转曲。

成熟度：纤维胞壁的加厚程度，用成熟度系数M表示4.棉纤维的主要组成物质及化学性质纤维素占93-95（%）化学结构式：（C6H10O5）n，n=6000~11000化学性质：耐碱不耐酸二、棉纤维的分类一）按棉花种类分长绒棉（海岛棉）：长度：33~45mm，细度小于1.43 dtex细绒棉（陆地棉）：长度：23~33mm，细度1.43~2.22 dtex粗绒棉：纤维粗短，品质较差。

（二）按棉花初加工分：1、锯齿棉：采用锯齿轧棉机轧得的原棉。

特点：含杂、含短绒少2、皮辊棉：采用皮辊轧棉机轧得的原棉。

特点：含杂、含短绒多；麻纤维纤维分类：苎麻、亚麻、大麻、黄麻、二、纤维形态纵向形态：纵向平直，有竖纹横节。

横向截面：苎麻：扁圆形，有中腔，胞壁上辐射状条纹。

亚麻：多角形。

主要组成物质纤维素耐碱不耐酸三、性能：吸湿性很好（W K=12-13%）；强度高（是棉的两倍），湿强大于干强毛纤维一、1.羊毛的形态结构：同质毛：导向毛细，与簇生毛细度、长度差异小。

质量好。

异质毛：导向毛与簇生毛细度、长度差异大，质量差。

截面形态：由表皮层、皮质层和髓质层组成。

纵向形态：表面覆盖有鳞片层2.羊毛的性质羊毛纤维大分子由20多种氨基酸组成，分子结构中以—CONH---基团为主价键。

羊毛化学性质：耐酸不耐碱羊毛的特有性质：摩擦性能和缩绒性缩绒性：当羊毛在热湿条件及化学试剂作用下，经外力揉搓，挤压，纤维发生相互间滑移，纠缠，咬合，使织物收缩形成紧密的毡片，这种现象称为缩绒。

材料科学中纤维材料表征的技术要点总结纤维材料是材料科学领域中的重要研究方向之一，广泛应用于各个领域，如纺织品、复合材料、生物材料等。

在材料科学中，对纤维材料的表征是十分关键的。

准确而全面的表征可以帮助科学家了解纤维材料的结构和性能，并为进一步的研究和应用提供依据。

本文将对纤维材料表征的技术要点进行总结。

一、形态表征形态表征是对纤维材料外观形态进行观察和描述的过程。

纤维材料可以是自然纤维（如棉、麻、丝等）或合成纤维（如聚酯纤维、尼龙纤维等），其外观形态可以通过显微镜观察和图像分析进行表征。

在纤维形态表征中，可以通过测量其长度、直径、形状、表面特征等参数来详细描述纤维的外观特征。

同时，还可以通过扫描电子显微镜（SEM）观察纤维的表面形貌和细节结构，帮助研究人员深入理解纤维的内部结构。

二、化学成分分析化学成分分析是对纤维材料中各种化学成分的定性和定量分析。

纤维材料的化学成分可以通过红外光谱分析、拉曼光谱分析、核磁共振谱分析等技术手段来确定。

红外光谱分析能够通过测量纤维材料在红外光区的吸收峰来鉴定纤维的化学组成。

拉曼光谱分析则能够通过激光照射样品后测量样品散射光的频率和强度来获得纤维材料的结构信息。

核磁共振谱分析则通过测量样品中核磁共振吸收峰的情况来分析样品中不同分子的存在情况。

三、物理性能测试纤维材料的物理性能是指其力学、热学、电学、磁学等方面的性能指标。

物理性能测试是对纤维材料的机械性能、热学性能、导电性能等进行定量分析的过程。

常见的物理性能测试方法包括拉伸试验、硬度测试、热重分析、导电性测量等。

拉伸试验能够测量纤维材料的力学性能，如抗拉强度、弹性模量等。

硬度测试则通过将纤维材料用硬度计进行测量，来评价其硬度。

热重分析则是通过测量纤维材料在不同温度下的质量变化情况来研究其热学性能。

导电性测量则用于评估纤维材料的导电性能，广泛应用于电子材料等领域。

四、结构表征结构表征是对纤维材料内部结构的分析和描述。

第一章纤维的分类及发展2、棉，麻，丝，毛纤维的主要特性是什么？试述理由及应该进行的评价。

棉纤维的主要特性：细长柔软，吸湿性好（多层状带中腔结构，有天然扭转），耐强碱，耐有机溶剂，耐漂白剂以及隔热耐热（带有果胶和蜡质，分布于表皮初生层）；弹性和弹性恢复性较差，不耐强无机酸，易发霉，易燃。

麻纤维的主要特性：麻纤维比棉纤维粗硬，吸湿性好，强度高，变形能力好，纤维以挺爽为特征，麻的细度和均匀性是其特性的主要指标。

（结构成分和棉相似单细胞物质。

）丝纤维的特性：具有高强伸度，纤维细而柔软，平滑有弹性，吸湿性好，织物有光泽，有独特“丝鸣”感，不耐酸碱（主要成分为蛋白质）毛纤维的特性：高弹性（有天然卷曲），吸湿性好，易染色，不易沾污，耐酸不耐碱（角蛋白分子侧基多样性），有毡化性（表面鳞片排列的方向性和纤维有高弹性）。

3、试述再生纤维与天然纤维和与合成纤维的区别，其在结构和性能上有何异同？在命名上如何区分？答：一、命名再生纤维：“原料名称+浆+纤维”或“原料名称+黏胶”。

天然纤维：直接根据纤维来源命名，丝纤维是根据“植物名+蚕丝”构成。

合成纤维：以化学组成为主，并形成学名及缩写代码，商用名为辅，形成商品名或俗称名。

二、区别再生纤维：已天然高聚物为原材料制成浆液，其化学组成基本不变并高纯净化后的纤维。

天然纤维：天然纤维是取自植物、动物、矿物中的纤维。

其中植物纤维主要组成物质为纤维素，并含有少量木质素、半纤维素等。

动物纤维主要组成物质为蛋白质，但蛋白质的化学组成由较大差异。

矿物纤维有SiO2 、Al2O3、Fe2O3、MgO。

合成纤维：以石油、煤、天然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7、试述高性能纤维与功能纤维的区别依据及给出理由。

高性能纤维（HPF）主要指高强、高模、耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。

功能纤维是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有某特定的物理和化学性质。

第二章纤维的结构特征纤维的结构是复杂的，是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成的，并决定纤维的性质。

第一节纤维基本结构的构成尽管纤维结构复杂，但人们对其认识一般分为三个方面，最为直观的纤维形态结构、较为间接的纤维聚集态结构和更为微观的纤维分子结构。

一、纤维的形态结构1. 基本内容纤维的形态结构，是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。

纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构成和多重原纤结构，以及存在于纤维中的各种裂隙与空洞等。

2. 纤维的原纤结构(1)原纤结构特征纤维中的原纤(fibril)是大分子有序排列的结构，或称结晶结构。

严格意义上是带有缺陷并为多层次堆砌的结构。

原纤在纤维中的排列大多为同向平行排列，提供给纤维良好的力学性质和弯曲能力。

纤维的原纤按其尺度大小和堆砌顺序可分为基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞。

(2) 各层次原纤的特征基原纤(proto-fibril或elementary fibril)是原纤中最小、最基本的结构单元，亦称晶须，无缺陷。

微原纤(micro-fibril)是由若干根基原纤平行排列组合在一起的大分子束，亦称微晶须，带有在分子头端不连续的结晶缺陷，是结晶结构。

大分子基原纤微原纤图2-1 微原纤的堆砌形式示意图原纤(fibril)是一个统称，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。

巨原纤(macro-fibril)是由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体。

细胞(cell)是由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的，并有明显的细胞边界。

二、纤维的聚集态结构具体所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。

1. 纤维的结晶结构将纤维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，称为结晶结构。

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。

第三章 纤维形态的表征纤维形态表征是指纤维长短、粗细、截面形态和卷曲及转曲的表达与测量。

第一节 纤维的长度及其分布一、纤维长度指标的基本表达1．纤维长度 （1）根数加权长度l l N N N N L l d 1maxn⋅==⎰∑∑λλλλ （3-1）图3-1 纤维长度分布示意图（2）质量加权长度⎰∑∑⋅⋅==maxd 1 l l l W W W l W B λλλ （3-2）（3）截面加权长度⎰∑∑⋅⋅==maxd 1l l l S S S l S H λλλ （3-3）2．纤维长度界限及含量值 （1）长度界限纤维长度界限或称界限长度（mm ）是在某特定纤维含量值C （％）条件下的纤维长度L C ，即超出此长度L C 纤维的含量只有C 。

如C =2.5％，则长度界限为L 2.5。

（2）短纤维含量纤维长度表达中纤维含量值一般是指短纤维的含量值SFC 。

通过设定最大短纤维长度界限L SF确定，⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⋅==⋅==⋅==⎰∑⎰∑⎰∑<<<SF SFSF SF SF SF0 s 0 w 0 n d )(d )(d )(L L l L L l L L l l l s S S SFC l l w W W SFC l l n N N SFC λλλ （3-4）SFC n ≥SFC s ≥SFC w二、纤维长度分布的基本测量1．一端整齐法 （1）拜氏图24315图3-2 拜氏图的意义及长度求法（a ）直接量取特征长度值 （b ）作图及计算的长度特征值（2）Almeter 测量图3-3 Almeter 长度测量仪工作原理示意图⎰⋅=max d )()( ll l l f l F （3-5）max图3-4 累计分布和频率密度函数（3）罗拉法图3-5 累计分布和频率密度该测量可得到重量加权的长度分布数列或直方图，可计算前述所有指标。

（4）梳片法图3-6 梳片式长度测量原理图2．逐根测量（1）Wira法图3-7 Wira单纤维长度仪机构及原理示意图（2）AFIS测量单根纤维光束透镜检测器V(40O)V(0O)光源气流气流图3-8 AFIS纤维长度测量原理图3．纤维须丛法（1）光照影法(HVI)HVI900 (High Volume Instruments)是在上世纪80年代初研制出的一种大容量棉纤维测试仪，可以测量原棉品质的多个指标，如长度和长度均匀度、跨距长度、短纤维指数、强力和伸长率、细度和成熟度、色泽、杂质和棉结以及含水率等。