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《高等纺织材料学》杜赵群（东华大学纺织学院）2013年-2014年第1学期《高等纺织材料学》第一章纤维的结构《高等纺织材料学》-第一章纤维的结构第一章纤维的结构•纤维结构为纤维固有特征，为本质属性，决定其使用特性。
•纤维结构的结构层次：•微细结构→集聚态结构→织态结构→宏观结构与形态•纤维微细结构的表征技术：•光学显微镜、电子显微镜、透射电子显微镜、X射线、红外、紫外、荧光、拉曼、原子力显微镜、核磁共振；•影响纤维理化性能的结构的表征技术：•热分析、动态和断裂力学法、质谱法等。
一、缨状微胞理论Nägeli：适宜淀粉和植物微胞+微胞间质Meyer & Mark：适宜淀粉和植物微胞+微胞间质阐述微胞中的晶体结构Spearkman：羊毛Staudinger：高聚物具有高的相对分子质量问题产生：1. 纤维素及其他聚合物分子的长度问题？2. 纤维究竟是分离的晶体组成，还是连续的均匀分子所连接而成？3. 天然纤维与化学纤维的微细结构异同？缨状微胞结构：微胞为晶区，由规整排列的长链分子构成；微胞间为非晶区，由晶区伸出的、无规则排列分子构成，为缨状须丛问题产生：1. 缨状微胞可解释基本的物理性能。
2. 但电子显微镜发现的纤维微细结构（原纤）的解释？2. 原纤内结构的假设，缨状微胞、？3. 原纤为结晶区？晶区与非晶区的交替？高度有序的无定形结构？二、缨状原纤理论晶区由连续的许多长链分子规整排列构成；大分子链从原纤中分裂出来，为缨状须丛，构成非晶区三、折叠链片晶体理论适用于合成的高分子量的化学纤维四、纤维结构的其他理论1. 准结晶状态结构四、纤维结构的其他理论2. 无定形结构3. 缺陷结晶形结构基于金属结构，无序区为结晶区中的缺陷构成四、纤维结构的其他理论3. 串晶结构五、纤维的弱节结构理论1. 弱节的定义与内涵由于结构弱节与形态弱节的差异，导致对应区域的力学性质较弱；结构弱节：纤维内部结构和外观形态的不匀或缺陷形态弱节：纤维明显的几何细颈部位、生长或加工、自然和人为造成的（1）纤维的细节：纤维均匀地由细→粗、由粗→细（2）天然生长的形态缺陷：风蚀、鳞片鼓胀、局部畸变（3）加工损伤：运输与加工过程中与机械的相互作用（4）内部结构缺陷：纤维原料的不均匀、加工与环境参数的变化一、纺织纤维结构的一般特征1.基本要求（1）分子链长度（2）线型长链、短支链、柔性（3）分子间相互作用（4）分子排列的取向、结晶，空隙或空间二、纤维结构的表征1. 聚合度及其分布凝胶色谱法、粘度法、光散射法、端基法相对分子质量的均值：Z均、重均、粘均、数均（大→小）2. 链段长度可运动的最小独立单元，公式均方末端距3.结晶度体积结晶度重量结晶度4.结晶区分布5.取向度大分子链节与纤维轴的平行程度，为平均值。
第一章纤维的结构概述1．纤维结构：纤维的固有特征和本质属性，决定纤维性质；涵盖微观到分子组成，宏观到纤维形貌；结构多样性与结构层次有多种划分。
2．结构层次的模糊，纤维的微细结构（fine structure）：可以追溯到19世纪。
但卓有成效的研究和结构理论的提出与验证是在20世纪的上半叶，近五十年又在许多纤维结构理论和分析方法上有新的突破。
3．纤维微细结构的研究，通常采用的研究方法有：※光学显微术（optical microscopy）和电子显微术（electron microscopy）：扫描电子显微镜SEM 和透射电子显微镜TEM※X 射线和电子衍射法（X－ray ＆Electron diffraction）※红外（infra-red）、紫外（ultraviolet）、荧光（fluorescence）和喇曼光谱法（Raman spectrum）※核磁共振法（nuclear magnetic resonance）※表面分析法（surface analysis）※原子力显微镜AFM（atomic force microscope）或扫描隧道显微镜STM（scanning tunneling microscope）等方法※热分析法（thermal analysis）※动态和断裂力学法※质谱分析法（mass spectrometry）4.纤维结构的研究和发展、问题、未知性和不确定：※基本形式：对纤维微细结构作文字或简单模型图来描述。
※基本原因：结构的复杂和多样性、表征方法的局限性、人们的认识。
第一节纤维结构理论一、缨状微胞理论1．历史Nägeli理论；Meyer和Mark的微胞学；Spearkman模型。
30年代的争论：※纤维素及其他聚合物分子的长度的问题。
※关于纤维究竟是由分离的晶体所组成，还是由连续的均匀的分子所组成的问题。
Meyer认为分子是相当短的，其聚合度约为200。
而Staudinger则认为，在天然纤维素中，聚合度在2000以上。
常用纤维结构和主要性能一、天然纤维1.棉纤维：棉纤维是植物的种子毛，主要以纯状存在。
具有良好的吸湿性，能迅速吸收人体的汗水，保持干燥舒适；透气性好，具有良好的透气性，使皮肤可以自由呼吸；柔软度高，纤维柔软，适合制作内衣等贴身衣物。
2.麻纤维：麻纤维是麻科植物的茎皮和木质部分离子化的细胞。
具有较高的强度和耐磨性，是一种具有良好耐磨性的纤维；透气性好，纤维间有许多气孔，透气性良好，不易产生异味；吸湿性强，纤维具有很强的吸湿性，可吸湿约20%的湿度。
3.羊毛纤维：羊毛纤维是由绵羊的外部绒毛的剪切获得的。
具有良好的弹性和弯曲性，纤维可以弯曲并恢复其原始形状；保暖性能好，具有很好的保温性能，适合制作冬季衣物；吸水性能好，可以吸收湿气并迅速释放。
二、合成纤维1.聚酯纤维：聚酯纤维是将聚合物化合物熔融并拉丝制得的纤维。
具有较高的强度和耐磨性，是一种具有良好耐磨性的纤维；抗皱性能好，不易起皱，易于熨烫；耐温性能好，可耐受较高的温度。
2.聚酰胺纤维：聚酰胺纤维是通过聚合酰胺单体制备的高分子化合物。
具有良好的强度和耐磨性，并且具有良好的弹性；优异的抗老化性能，不易受潮和腐蚀；抗紫外线性能好，能有效防护对人体有害的紫外线。
3.聚丙烯纤维：聚丙烯纤维是从丙烯基合成物中制备的纺织品。
具有较高的耐化学腐蚀性，纤维不容易受到化学物质的腐蚀；保温性能好，在低温下也具有很好的保温性能；具有良好的弹性和弯曲性。
总结起来，常用的纤维结构包括棉纤维、麻纤维、羊毛纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维等。
其主要性能包括强度高、耐磨性强、吸湿性好、透气性良好、保暖性能好、耐温性好、抗紫外线性能好、抗皱性好等。
这些性能使得不同的纤维适用于不同的纺织品领域，满足了人们对不同用途纺织品的需求。
常用纺织纤维的结构和主要性能常用的天然纤维包括棉花、麻、蚕丝和羊毛等，而常用的化学纤维则包括涤纶、尼龙和丙纶等。
接下来，我将介绍一些常用纺织纤维的结构和主要性能。
1.棉花：棉花是纤维素纤维，主要由纤维素和微纤维素组成。
它的主要优点是柔软、透气、吸湿性好且易于染色。
然而，棉花的劣势在于容易起皱并且不耐磨损。
2.麻：麻纤维具有天然的光泽和牢度，并且结实耐磨。
它的优点包括耐高温、透气性好以及吸湿性强。
然而，麻的劣势在于易于皱缩和不易染色。
3.蚕丝：蚕丝是由蚕茧中解丝得到的纤维。
它具有良好的光泽和柔软度，并且质地轻盈。
蚕丝的优点包括吸湿性强，透气性好以及舒适性好。
然而，蚕丝的劣势在于容易破损且不耐久。
4.羊毛：羊毛是从绵羊身上剪下的纤维。
它具有很好的保暖性和弹性，并且耐磨损和吸湿性好。
羊毛的优点还包括具有良好的弹性回复性和易于染色。
然而，羊毛的劣势在于易缩水和较高的维护要求。
5.涤纶：涤纶是一种合成纤维，主要由聚酯脂合成。
它具有耐磨损、耐皱纹和易护理的优点。
此外，涤纶也有很好的弹性、强度和耐腐蚀性。
然而，涤纶的劣势在于不透气、易起静电以及对热敏感。
6.尼龙：尼龙是一种合成纤维，主要由聚酰胺合成。
它具有优秀的强度和弹性，并且具有较高的耐磨损性。
尼龙的优点还包括染色性良好、抗皱和轻盈。
然而，尼龙的劣势在于容易静电、易吸湿和不耐高温。
7.丙纶：丙纶是一种合成纤维，主要由聚丙烯合成。
它具有良好的弹性和耐磨损性，并且具有较高的阻燃性能。
丙纶的优点还包括不起皱、透气和易护理。
然而，丙纶的劣势在于易融化和容易毛玻璃化。
总的来说，不同的纺织纤维具有不同的结构和性能，在选择适合的纤维材料时，需要根据所需纺织品的特定要求来进行选择。
重要的是要权衡各种优点和劣势，以便选择最适合的纺织纤维。
常用纺织纤维的结构与性能纺织纤维属于高分子化合物（高聚物）由分子量很大的大分子组成由比较简单的原子团（基本链节或单基），以主价键的形式相互重复联结而成。
有一定的结晶度和取向度所谓纺织纤维，指的是长度远大于直径（一般长度与直径之比大于1000），并且具有一定柔韧性的物质。
纺织纤维都是高分子化合物。
分子量在1000以上。
平均分子量一般在104～107之间。
一、纺织纤维分类：天然纤维和化学纤维。
①天然纤维包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维。
A 植物纤维如：棉、麻。
B 动物纤维如：羊毛、免毛、蚕丝。
C 矿物纤维如：石棉。
②化学纤维包括再生纤维、合成纤维和无机纤维。
A 再生纤维（利用天然原料经过一定的加工如溶解或熔融而纺制成的纤维）如：粘胶纤维、醋酯纤维。
B 合成纤维（是一类以水、空气、石油或煤为原料，通过化学合成的方法制得的高分子化合物，再经纺丝制得的纤维）如：锦纶、涤纶、腈纶、氨纶、维纶、丙纶等。
C 无机纤维如：玻璃纤维、金属纤维等。
第一节纤维素纤维的结构和主要化学性质纤维素纤维天然纤维素纤维（棉、麻）再生纤维素纤维（粘胶纤维、醋酯纤维等）一、天然纤维素纤维1. 棉纤维外形：纵向呈扁平带状，并有天然扭曲，横截面呈腰子形或耳形，中间干瘪空腔。
棉纤维从外到内分成三层：初生胞壁：纤维素含量低，纤维素共生物特别是果胶物质、蜡状物质的含量较高。
初生胞壁决定棉纤维的表面性质，具有拒水性阻碍化学品向纤维内部扩散，织物渗透性差。
可分为三层：外层是由果胶物质和蜡状物质组成的皮层，二、三层纤维素成网状结构，对纤维溶胀起束缚作用。
次生胞壁：由纤维素组成，为棉纤维的主体，质量约占整个纤维的90％以上。
胞腔：含有蛋白质及色素，决定棉纤维颜色。
为纤维内最大的空隙，是化学品的主要通道。
纤维素结构特点中间葡萄糖剩基三个自由羟基两个仲羟基、一个伯羟基醇羟基：酯化、醚化分子间和分子内氢键：刚性、强度高棉纤维聚集态结构结晶度棉70%，麻90%，丝光棉50%，黏胶40%取向度（取向因子）陆地棉0.62，苎麻0.97，普通黏胶0.542. 麻纤维主要化学组成和棉纤维一样是纤维素，但含量低。
