第1章 天然纤维素纤维
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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。
第一章纤维素纤维1、画出棉纤维的横向形态结构图,并标示出其各部分的名称,以及各部分的物质组成,描述纵向结构横向形态结构初生胞壁:主体是纤维素,但含较多杂质。
次生胞壁:主要是纤维素。
胞腔:原生质残渣(沉积在纤维内壁上),蛋白质,矿物盐,色素。
棉纤维的纵向形态:扁平带状,有天然扭曲,6-10捻/毫米,纤维越细,捻数越多2、麻纤维形态结构的主要特征是什么?横向:椭圆形或多角形,内有胞腔;纵向:有竖纹或横节(麻节)。
3、写出纤维素的分子结构式,指出其分子结构特征分子结构特征:1.由卩-d-葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成,含大量甙键(缩醛性质)。
2.相邻葡萄糖环倒置,在纤维素大分子上对称分布,形成晶格;无定形区可以有阶梯式。
3.重复单元数不等于聚合度(以倒置式代表纤维素的结构式)DP=n,重复单元数=(n-2)/2。
4.含有大量羟基,可发生醇类的反应。
分子间可形成氢键。
仲羟基伯羟基甙羟基(潜在醛基)左端31中间21右端2114、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构(包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集态结构模型)棉、麻:可用缨状原纤维模型。
它们的无定形区是由原纤之间由一些大分子联结起来形成的。
普通粘胶纤维:适用缨状微胞模型,无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕,结晶区和非结晶区不能截然分开,同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。
麻纤维:聚合度高,结晶度高,取向度高。
棉纤维:聚合度高,结晶度高,取向度较高。
粘胶纤维:聚合度低,结晶度低,取向度低。
丝光棉比普通棉取向度大,结晶度小。
5、画出棉、麻、普通粘较纤维的S-S曲线,比较棉、麻、粘胶的S-S曲线的差异(模量、断裂强度、断裂延伸度、屈服点等)并从结构的角度进行解释。
粘胶低高有低软弱虽棉中中无中硬强麻高低无高硬脆强度: 延伸度:屈服点:初杨氏模量评价:从结构来分析:①一般取向度越高,结晶度越高,强度越高,模量越大,断裂延伸度越小。
②断裂肌理不同:棉麻(天然纤维素纤维)断裂肌理:由于大分子排列的不整齐性,纤维上存在薄弱环节,当纤维受力时,会在此处首先断裂,这是共价键先断裂。
(完整版)纺织材料学(于伟东-纺织出版社)课后答案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。
第一章天然纤维素纤维名词解释:原棉:供纺织厂作纺纱原料等用的皮棉。
皮棉:籽棉经轧棉机加工,除去棉籽所得的纤维。
皮辊棉:用皮辊式轧棉机加工的皮棉。
锯齿棉:用锯齿式轧棉机加工的质棉。
陆地棉:纤维长而细,又称细绒棉,它产量较高,纤维长,品质好,是世界上的主要裁培种,我国的种植量占棉田总面积的95%海岛棉:纤维特别细长,又称长绒棉。
是棉纤维中品质最好的,可纺很细的纱,生产高档织物或特种工业用纱。
白棉:正常成熟,为纺用棉黄棉:霜黄棉。
少量使用。
灰棉:雨灰棉,棉铃开裂时由于日照不足或雨淋,潮湿,霜等原因造成。
很少用。
成熟度:棉纤维细胞壁的加厚程度。
越厚,成熟越高,这是棉纤维所独有的一个物理性能指标,是一个反映内在质量的综合指标。
成熟度系数:天然转曲:棉纤维的外形特征之一,转曲的存在,使抱合力增大,有利于纺纱,提高产品的质量。
形成的原因主要在于:棉纤维生长发育过程中微原纤集体性沿纤维轴向的螺旋变向所致。
双边结构:在棉纤维横截面上,次生胞壁在各部位处的结构显著不同,主要表现为堆砌密度的差异。
这种结构上的纤维素对称型密度不匀堆砌状态称之为:双边结构,即两个最密点连成的直线两边密度是一大一小。
手扯长度:用手扯尺量的方法测得的棉纤维长度.以mm为单位,接近于主体长度. 主体长度:棉纤维长度分布中,占根数最多的一种长度品质长度:短绒率:是指棉花含短绒棉的比率,它是棉花品质的重要指标。
基数:长度均匀度:跨度长度:马克隆值M:用马克隆尼气流仪测得的综合表达棉纤维细度与成熟度的指标。
值越大,纤维越粗。
精干麻:精干麻是指经过脱胶处理后得到的麻,可被用于纺纱加工。
工艺纤维:半脱胶的束撞纤维经梳理加工制成的适合于纺纱工艺要求的麻纤维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。
品种:1、亚洲棉(亦叫中棉):是中国利用较早的天然纤维之一,已有2000多年,因纤维粗而短,又称粗绒棉,为一年生草本植物。
种植面积很少,基本作为种子源保留。
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。
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。
《纺织材料学》习题集宗亚宁编2008年6月目录绪论 (1)第1章天然纤维素纤维 (1)第2章天然蛋白质纤维 (2)第3章化学纤维 (2)第4章纤维形态特征 (3)第5章纤维的结构特征 (3)第6章纺织材料的吸湿性 (4)第7章纤维力学性质 (4)第8章纺织材料的热学、光学及电学性能 (5)第9章纱线的分类与基本特征参数 (6)第10章纱线的力学性质 (7)第11章织物的分类及基本结构 (7)第12章织物基本力学性质 (8)第13章织物的保形性 (8)第14章织物的舒适性 (9)第15章织物的风格与评价.................................................绪论一、名词解释(1) 纺织材料(2)纺织纤维(3)化学纤维(4)天然纤维(5)再生纤维(6)合成纤维二、问答题试述纺织纤维的主要类别,并分别举例。
第1章天然纤维素纤维一、名词解释1. 丝光2. 皮棉3. 棉纤维天然转曲4. 皮辊棉5. 锯齿棉6. 原棉疵点7. 成熟度8. 衣分率9. 原棉品级10. 工艺纤维11. 主体长度12. 平均长度13. 品质长度14. 短绒率15. 跨越长度二、问答题1. 简述正常成熟的棉纤维纵向、横截面的形态特征。
2. 简述棉纤维天然转曲的影响因素。
3. 简述棉纤维截面结构层次、各层次的特点及各层次与纤维性能的关系。
4. 简述棉纤维长度及其分布与纺纱工艺、纱线性能之间的关系。
5. 简述棉纤维细度及其分布与纺纱工艺、纱线性能之间的关系。
6. 棉纤维成熟度与纺纱工艺及产品性能之间的关系7. 中国细绒棉品级评定的分级情况及主要依据是什么。
8. 原棉品质评定(商业检验)的内容。
9. 简述麻纤维的种类。
10. 简述苎麻、亚麻纤维的形态特征、性能特点及检测方法。
11. 试述细绒棉与长绒棉、锯齿棉与皮辊棉的特点12. 原棉标志的含义。
试述327A、231B和527代表什么样的原棉第2章天然蛋白质纤维一、名词解释1. 品质支数2. 加权主体长度3. 加权主体基数4. 短毛率5.卷曲度6. 缩绒性7. 绒毛8. 两型毛9. 粗腔毛10. 死毛11. 同质毛12. 异质毛13. 生丝二、问答题1.羊毛纤维的宏观形态特征是怎样的?结构组成是什么?各层特点及对纤维性质有什么影响?2. 羊毛为什么会有卷曲?卷曲与纺纱性能、成品品质有什么关系。