第三章_化学纤维(3-5)

《化学纤维》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《化学纤维》（CHEMICAL FIBER）课程号（代码）：300024030课程类别：专业选修课学时：48 学分：3二、教学目的及要求化学纤维是高分子材料的一大类型，与人们的生产生活及国民经济的发展息息相关。

本课程针对化学纤维发展现状和趋势，主要讲授熔融法、湿法、干法、凝胶纺丝、干湿法纺丝等各种纺丝成形方法的基本原理，成纤聚合物在纺丝过程中纤维中大分子取向、结晶和形态结构的形成过程，成形工艺条件-结构-性能之间的相互关系。

结合纺丝技术，分别介绍各种纺丝方法生产的相应的化学纤维品种。

根据成纤聚合物的性能，选择满足其要求且合理可行的纺丝方法，并介绍近期研究发展起来的纺丝成型新技术。

使学生掌握化学纤维的基本概念、主要成型过程及原理等基础理论知识，同时掌握化学纤维的成型条件、结构与性能三者之间的关系，以及化学纤维领域相关的测试表征手段，了解化学纤维前沿发展现状和趋势，最终使学生能够应用化学纤维基础课程及相关基础理论知识，识别、表达、并通过文献研究分析化学纤维及相关领域复杂工程问题，以获得有效结论。

对毕业要求及其分指标点支撑情况：（1）毕业要求 1，分指标点1.4；（2）毕业要求2，分指标点2.5；（3）毕业要求3，分指标点3.2；三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）简要介绍化学纤维的国内外发展历史，化学纤维的定义、分类、应用及发展方向等内容，介绍本课程的学习目的、方法及要求。

要点：化学纤维作为三大高分子材料之一在结构与性能上的显著特点。

化学纤维的定义及分类按原料来源或加工方法对于化学纤维进行分类第二章化学纤维的基本概念及质量指标（2学时）介绍长丝、短纤、丝束、牵切纱、预取向丝、变形纱、异形纤维、复合纤维、超细纤维、差别化纤维、特种纤维、高性能纤维、功能纤维、智能纤维等化学纤维领域的基本概念，对纤维线密度、强伸度、弹性、燃烧性能、吸湿性能、染色性能、卷曲性等化学纤维常见质量指标进行讲解，并介绍相关测试方法。

第三章纤维素纤维的结构和性能天然纤维素纤维（棉、麻）纤维素纤维再生纤维素纤维（粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维）§3.1纤维素纤维的形态结构一棉纤维的形态结构棉纤维是种子纤维，其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。

外形：上端尖而封闭，下端粗而敞口，细长的扁平带子状，有螺旋状扭曲，截面呈腰子形，中间干瘪空腔。

最外层：初生胞壁从外到里分三层：中间：次生胞壁内部：胞腔1 初生胞壁决定棉纤维的表面性质，它又分为三层，最外层为果胶物质和蜡质所组成的皮层。

因而具有拒水性，在棉生长过程中起保护作用。

但在染整加工中不利。

2 次生胞壁纤维素沉积最后的一层，是构成纤维的主体部分，纤维素含量很高，其组成和结构决定棉纤维的主要性能。

3 胞腔输送养料和水分的通道，蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上，胞腔是棉纤维内最大的空隙，是染色和化学处理时重要的通道。

二麻纤维的形态结构麻纤维主要有：苎麻、亚麻是属于韧皮纤维，以纤维束形式存在单根纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞壁的长细胞苎麻两端呈锤头形或分支亚麻两端稍细呈纺锤形纵向有竖纹和横节主要化学组成和棉纤维一样是纤维素，但含量低。

§3.2纤维素大分子的分子结构纤维素是一种多糖物质，其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成，分子式为（C6H10O5）n复杂的同系物混合物，n为聚合度，棉聚合度为2500~ 10000，麻聚合度为10000~ 15000，粘胶纤维聚合度为250~ 500纤维素大分子的化学结构是由β-d-葡萄糖剩基彼此以1，4-甙键连接而成，结构如下每隔两环有周期性重复，两环为一个基本链节，链节数为（n-2）/2，n为葡萄糖剩基数，即纤维的聚合度，葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基，其中2，3位上是仲羟基，6位上伯羟基§3.3棉纤维的超分子结构超分子结构也称为微结构，主要指棉纤维中次生胞壁纤维素大分子的聚集态结构，纤维素大分子的排列状态，排列方向，聚集紧密程度等。

第三章纤维素一、一次结构1.近程结构：链结构单元的组成和链接方式2.远程结构：分子的大小、形态、链的柔顺性和构象3.构象：构型一定的分子，在其键允许的限度内各基团绕单键内旋转形成聚合物的不同形态（分子热运动）4.构型：分子中的原子和基团由化学键所固定的空间几何排列。

（化学键断裂）5.纤维素大分子化学结构特点：⏹基本结构单元是D-吡喃式葡萄糖⏹纤维素大分子葡萄糖基都是β-苷键链接⏹纤维素大分子每个基环具有三个醇羟基-（2、3仲醇羟基，6伯醇羟基）⏹纤维素大分子的两个末端基性质不同（C1位还原性醛基，C4位隐形醛基非还原性），不同分子链具有极性和方向性6.纤维素链构象：⏹葡萄糖环的构象：4C1椅式构象（会画）⏹纤维素大分子链的构象：葡萄糖单元成椅式构象，每个单元上C2位羟基，C3位羟基和位取代基均处于水平位置C6⏹C5位羟甲基构象：tg构象⏹配糖角：β-1-4苷键的键角扭转角：葡萄糖苷键绕C1-O键形成夹角键形成夹角：葡萄糖苷键绕O-C4纤维素分子模型：伸直链模型弯曲链模型二、二次结构1.聚集态结构（超分子结构）：处于平衡态时纤维素大分子链相互间几何排列特征2.聚集态结构研究：结晶结构（晶区和非晶区、晶胞大小及形式、分子链在晶胞内的堆砌形式）、取向结构（分子链和微晶取向）、原纤结构3.纤维素晶体：c键直立，a键前后（氢键），b轴位于左右方向4.辨认不同晶胞结构：X射线衍射、红外光谱、正交极化/幻角旋转13C核磁共振谱5.纤维素ⅠMeyer-Misch模型的特点：⏹纤维素分子链占据晶胞的4个角和中轴⏹四角上的链为4个相邻晶胞所共有，每个晶胞只含有两个分子链⏹晶胞中间链的走向和角上链的走向相反——反平行链排列；在轴向高度彼此半个葡萄糖基⏹b轴长度正好为纤维素二塘的长度。

分子链葡萄糖基团绕纵轴扭转180°（纤维二糖为基本结构单元）6.纤维素ⅡBlackwell 模型特点⏹纤维素分子链占据晶胞的4个角和中轴⏹晶胞中间链的走向和角上链的走向相同——同向平行链；在轴向高度彼此半个葡萄糖基⏹分子链平行于ac 面，-CH 2OH 均为-tg 构象；（1，4苷键键角为114.8°）⏹a 轴方向分子间氢键（020面，O(3)-H...O(6’)；分子内氢键O(3)-H...O(5’)、O(2’)-H...O(6)，晶胞对角线无氢键）7.纤维素Ⅱ结晶结构特点⏹存在两条空间群为P21的分子链，具有二次螺旋对称，角上链和中心链为反向平行链⏹中心链—-CH 2OH 具有-tg 构象，角上链-CH 2OH 具有-gt 构象⏹中心链和角上链在高度上相差半个葡萄糖基⏹分子链投影与ac 面有偏角（30°），与110面方向一致在020面【O(3)-H...O(5’)、O(2’)-H...O(6)】和110面O(2)-H...O(2’)内形成氢键。

初中化学教案纤维一、教学目标：1. 了解纤维的定义及分类。

2. 掌握常见纤维的特点和用途。

3. 了解纤维在日常生活中的重要性。

二、教学重点和难点：1. 纤维的定义和分类。

2. 纤维的特点和用途。

三、教学内容：1. 纤维的定义：纤维是指天然或合成的纺织用原料，主要用于制作纺织品。

根据来源的不同，纤维分为天然纤维和合成纤维。

2. 纤维的分类：（1）天然纤维：包括植物纤维（如棉、麻、亚麻等）和动物纤维（如丝、羊毛等）。

（2）合成纤维：包括人造纤维（如人造纤维、锦纶等）和合成纤维（如涤纶、尼龙等）。

3. 常见纤维的特点和用途：（1）棉纤维：质地柔软，透气性好，吸湿性强，适合制作夏季服装。

（2）丝绸：光泽柔滑，质地细腻，适合制作高档服装。

（3）涤纶：弹性好，耐磨性高，适合制作运动服装和户外用品。

四、教学方法：1. 讲授法：介绍纤维的定义、分类、特点和用途。

2. 实验法：展示不同纤维的特点和性能。

五、教学过程安排：1. 导入：通过展示不同纤维制品，引导学生讨论纤维在生活中的应用。

2. 讲解：介绍纤维的定义和分类，重点讲解各种纤维的特点和用途。

3. 实验：让学生观察不同纤维的特点，比较它们的性能。

4. 总结：总结纤维在日常生活中的重要性，强调选购纺织品时的注意事项。

六、作业布置：1. 完成纤维相关的作业题目。

2. 收集不同纤维制品，了解其原料和制作工艺。

七、板书设计：纤维- 定义：纺织用原料- 分类：天然纤维、合成纤维- 特点和用途八、教学反思：通过本节课的教学，学生应该能够了解纤维的定义、分类、特点和应用，增加对纤维的认识和了解。

在今后的生活中，可以更好地选择适合自己的纺织品，保护好纤维资源，提高纤维利用率。

化学纤维手册摘要：一、化学纤维的定义与分类1.化学纤维的定义2.化学纤维的分类二、化学纤维的制造过程1.原料的制备2.聚合物的熔融纺丝3.纤维的拉伸与取向4.冷却与卷绕三、化学纤维的性能与用途1.力学性能2.热性能3.化学稳定性4.用途领域四、化学纤维的发展趋势与挑战1.新型化学纤维的研发2.可持续发展与环保要求3.国内外政策与市场环境4.行业发展挑战与机遇正文：化学纤维是一种人造纤维，通过化学方法将原料制成纤维。

根据原料和制造工艺的不同，化学纤维可以分为许多种类，如聚酯纤维、聚酰胺纤维、腈纶纤维等。

化学纤维广泛应用于纺织、服装、家纺、产业用等领域，其性能和用途因纤维类型的不同而有所差异。

本文将对化学纤维的定义与分类、制造过程、性能与用途以及发展趋势与挑战进行详细介绍。

一、化学纤维的定义与分类化学纤维是指通过化学方法将原料制成纤维的物质。

根据原料和制造工艺的不同，化学纤维可以分为许多种类，如聚酯纤维、聚酰胺纤维、腈纶纤维等。

二、化学纤维的制造过程化学纤维的制造过程主要包括原料的制备、聚合物的熔融纺丝、纤维的拉伸与取向以及冷却与卷绕。

首先，将原料经过一系列化学反应和处理，形成适合纺丝的熔体。

接着，将熔体通过喷丝板或喷丝孔挤出，形成纤维。

然后，对纤维进行拉伸与取向，以提高纤维的力学性能。

最后，将纤维冷却并卷绕成一定的规格。

三、化学纤维的性能与用途化学纤维具有多种性能，如力学性能、热性能、化学稳定性等。

不同类型的化学纤维在性能上有所差异，因此具有不同的用途。

例如，聚酯纤维具有良好的弹性和耐磨性，广泛应用于纺织和服装领域；聚酰胺纤维具有高强度和耐热性，适用于产业用和军事领域；腈纶纤维具有柔软舒适的手感和优良的染色性能，常用于家纺和针织品。

四、化学纤维的发展趋势与挑战随着科技的发展，化学纤维行业呈现出以下发展趋势：新型化学纤维的研发，如生物基纤维和纳米纤维；可持续发展与环保要求的提高，促使企业改进生产工艺，降低能耗和排放；国内外政策与市场环境的变化，对行业产生不同程度的影响；行业发展挑战与机遇并存，企业需不断创新和调整战略以适应市场需求。

第三章纤维的力学性质第一节纤维的拉伸性质纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中，会受到各种外力的作用，要求纺织纤维具有一定的抵抗外力作用的能力。

纤维的强度也是纤维制品其他物理性能得以充分发挥的必要基础，因此，纤维的力学性质是最主要的性质，它具有重要的技术意义和实际意义。

纺织纤维的长度比直径大1000倍以上，这种细长的柔性物体，轴向拉伸是受力的主要形式，其中，纤维的强伸性质是衡量其力学性能的重要指标。

一、拉伸曲线及拉伸性质指标1．纤维的拉伸曲线特征纤维的拉伸曲线由拉伸试验仪得到，图3-1是一试样长度为20cm，线密度为0.3 tex，密度为1．5R/cm3的纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的一根典型的纤维拉伸曲线。

它可以分成3个不同的区域：A为线性区(或近似线性区)；B为屈服区，在B区负荷上升缓慢，伸长变形增加较快；C为强化区，伸长变形增加较慢，负荷上升较快，直至纤维断裂。

图3-1 纤维的拉伸曲线纤维的拉伸曲线可以是负荷-伸长曲线，也可以将它转换成应力-应变曲线，图形完全相同，仅坐标标尺不同而已。

纤维拉伸曲线3个不同区域的变形机理是不同的。

当较小的外力作用于纤维时，纤维产生的伸长是由于分子链本身的伸长和无定形区中缚结分子链伸展时，分子链间横向次价键产生变形的结果。

所以，A区的变形是由于分子链键长(包括横向次价键)和键角的改变所致。

变形的大小正比于外力的大小，即应力-应变关系是线性的，服从虎克定律。

当外力除去，纤维的分子链和横向连接键将回复到原来位置，是完全弹性回复。

由于键的变形速度与原子热振动速率相近，回复时间的数量级是10-13s，因此，变形的时间依赖性是可以忽略的，即变形是瞬时的。

当施加的外力增大时，无定形区中有些横向连接键因受到较大的变形而不能承受施加于它们的力而发生键的断裂。

这样，允许卷曲分子链伸直，接着分子链之间进行应力再分配，使其他的横向连接键受力增加而断裂，分子链进一步伸展。

在这一阶段，纤维伸长变得较容易，而应力上升很缓慢。

《纺织材料学》课程教学大纲课程名称：纺织材料学（Textile Materials）课程编号：511001 适用专业：纺织工程总学时数：51 学分数：3一、课程的性质、目的和任务纺织材料学属于纺织工程专业的专业基础课程，其主要任务是使学生掌握天然纤维和化学纤维以及纱线、织物的性能、测试方法的基础知识，其主要目的是为了学习专业课程打基础。

二、课程教学的基本要求1. 知识、能力、素质的基本要求（1）熟练掌握棉、羊毛、丝、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等纤维的结构与性能之间的关系与影响规律；纱线、织物的结构、形态、工艺性能、物理机械性能及其间的关系；棉纤维、纱线品质评定的考核指标、测试方法、评价方法及其标准化。

（2）掌握纺织纤维微观结构的基本理论，纤维的形态参数、物理机械性质、化学性质及其表达指标，测试原理与方法；纯纺和混纺产品的组成、结构、性能之间的关系。

（3）熟悉其它动物毛、各种麻纤维及其它化学纤维的结构与性能特点；影响纺织最终产品的组成、结构、物理机械性能、化学性能的因素。

（4）了解研究纤维结构的几种测试原理；特种纺织面料、产品的性质和应用研究方法。

2.教学模式的基本要求本课程采用理论教学与实验相结合，重视学生的动手能力3. 考核方法基本要求平时成绩占20%，期末成绩占80%。

平时成绩包括课堂提问、答疑、作业及出勤情况等。

三、课程的主要内容绪论1.纺织材料的分类；2.纺织纤维结构的基本理论；3.纺织纤维的一般性问题及细度指标。

第一章天然纤维素纤维1. 原棉的种类、品质、生长及组成、生产、分级，以及原棉各种性质的检验；2. 麻纤维的分类及品质概述。

第二章天然蛋白质纤维1. 国内外羊毛的生产，羊毛的结构及品质特征、品级评定，特种动物毛；2. 蚕丝的形成、形态、加工工艺、结构与性质、以及生丝的品质评定.。

第三章化学纤维1. 化学纤维的分类与命名；2. 成纤高聚物的特征；3. 化学纤维的形态尺寸与检验；4.化学纤维的特征；品质评定。

初中化学纤维教案
一、教学目标：
1.了解化学纤维的定义和种类。

2.了解不同化学纤维的特点及用途。

3.学习化学纤维的生产方法。

4.认识化学纤维对环境的影响。

二、教学重点：
1.了解化学纤维的种类。

2.学习化学纤维的生产方法。

三、教学难点：
1.理解化学纤维的生产方法。

2.分辨不同化学纤维的特点。

四、教学内容：
1.化学纤维的定义和种类。

2.化学纤维的特点及用途。

3.化学纤维的生产方法。

4.化学纤维对环境的影响。

五、教学过程：
1.引入
老师向学生展示不同种类的纤维，让学生观察和猜测它们的材质和特点，引导学生思考这些纤维是如何生产出来的。

2.学习化学纤维的定义和种类
讲解化学纤维的定义，并介绍常见的化学纤维种类，如涤纶、尼龙、腈纶等，让学生了解不同纤维之间的差异和特点。

3.学习化学纤维的特点及用途
通过图片和案例展示，让学生了解不同化学纤维的特点及其在生活中的应用领域，比如涤纶适合制作运动服装，腈纶适合制作防寒服装等。

4.学习化学纤维的生产方法
介绍化学纤维的生产原理和方法，如聚合法、溶胶法等，让学生了解纤维是如何从化学原料中制造出来的。

5.讨论化学纤维对环境的影响
引导学生讨论化学纤维在生产和使用过程中对环境的影响，鼓励他们提出减少纤维污染的方法和建议。

六、小结
通过本节课的学习，学生了解了化学纤维的定义、种类、特点及生产方法，更加深入地了解了纤维在生活中的重要作用和对环境的影响，培养了学生的环保意识和创新能力。

纺织材料学习题库纺织材料学习题库绪论1、名词解释：纺织材料、纺织材料学、纤维、纺织纤维、单基、聚合度、结晶度、取向度、两相结构、特克斯、旦尼尔、公制支数、产业用纺织品2、纺织材料学是研究内容是什么？3、纺织工业在政治、经济、生活中的地位和作用如何？4、列表对纺织纤维做一简要分类。

5、纺织纤维应具备什么条件？6、构成纺织纤维的大分子一般具有什么条件？7、结晶度与纤维结构及性能有何关系？8、取向度与纤维结构及性能有何关系？9、天然纤维与化学纤维的形态结构分别由什么因素决定的？10、说出纤维的六级微观结构的名称。

第一章天然纤维素纤维1.名词解释：原棉、细绒棉、长绒棉、锯齿棉、皮辊棉、白棉、黄棉、灰棉、成熟度、成熟度系数、天然转曲、双边结构、手扯长度、主体长度、品质长度、短绒率、基数、长度均匀度、跨距长度、马克隆值、精干麻、工艺纤维2、试述棉纤维的品种、初加工方式、生长发育特点及形态特征。

3、试述细绒棉与长绒棉、锯齿棉与皮辊棉的特点。

4、为什么成熟度是棉纤维的特征性质？5、试述棉纤维的结构层次和各层次的结构特点。

6、棉纤维的组成是什么？具有何化学特性？7、何谓丝光处理？丝光处理后棉纤维的结构与性能有何变化？8、试述纤维长度与纺纱加工及成纱质量的关系。

9、常用的测定纤维长度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？10、试述纤维细度与纺纱加工及成纱质量的关系。

11、常用的测定纤维细度的方法有哪些？各适合于测哪些纤维？12、原棉检验通常有哪些方法和项目？13、何谓棉纤维成熟度，其与纺纱加工及成纱质量有何关系？14、作出棉纤维的自然排列图、长度-重量分布曲线、照影仪曲线，说明它们的关系。

15、试述原棉标志的含义。

16、简述常用麻纤维的基本品质特征、形态特征。

17、何谓工艺纤维？为什么苎麻可用单纤维纺纱，而亚麻、黄麻等却不可以？18、试介绍不同类别麻纤维的应用。

19、列表比较棉与苎麻的结构与性能异同点。

20、亚麻在产业用纺织品领域有何应用？第二章天然蛋白质纤维1、名词解释：同质毛、异质毛、支数毛、级数毛、两型毛、卷曲、品质支数、摩擦效应、鳞片度、茧丝、丝素、生丝、精炼丝、丝鸣1.单根羊毛的宏观形态特征是怎样的？羊毛纤维从外向里由哪几层组成？2.概述羊毛的细度特点及指标。