第三章 化学纤维
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第一章总论1.化学纤维的基本概念天然纤维:由纤维状的天然物质直接分离、精制而成。
化学纤维:用天然或人工合成的聚合物为原料,经化学处理和机械加工制得的纤维。
①按原料分类人造纤维:以天然高分子化合物为原料,经化学处理和机械加工制得的纤维,也称再生纤维。
合成纤维:以石油、天然气、煤及农副产品等为原料,经一系列的化学反应制成合成高分子化合物,再经加工而制得的纤维。
无机纤维:主要成分是由无机物构成的纤维。
②按尺寸分长丝:在化学纤维制造过程中,经纺丝成形和后加工工序后,得到的连续不断的长度以千米计的纤维称为长丝。
短纤维:化学纤维经切断而成的、一定长度规格的纤维。
丝束:丝束是由大量单纤维汇集而成。
牵切纤维:化纤丝束经牵伸拉断而成的长度不相等(而有一定比例)的短纤维。
③按性能分类⑴差别化纤维:泛指对常规化学纤维产品有所创新或赋予某些特性的化学纤维。
异形纤维:在合成纤维成形过程中,采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形截面的纤维或中空纤维称为异形截面纤维,简称异形纤维。
复合纤维:在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物,这种化学纤维称为复合纤维,或称双组分纤维,多组分纤维。
共混纤维:由两种或两种以上不同的聚合物混合后纺制成的化学纤维。
超细纤维:化学纤维可按单纤维的粗细(线密度)分类,一般分为常规纤维、细旦纤维、超细纤维和极细纤维。
有光纤维:生产过程中,未加入消光剂经行消光处理的光泽较强的化学纤维消光纤维(无光纤维):生产过程中,经过消光处理(通常用二氧化钛为消光剂)制成的化学纤维。
纤维表面的反射光减弱。
半消光纤维(半光纤维):生产过程中,经部分消光处理(加入消光剂约0.5%)而制成的化学纤维。
⑵高性能纤维:具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、特别优异的一类新型纤维。
⑶功能纤维:在常规化学纤维原有性能的基础上,又增加了某种特殊功能的一类新型纤维。
⑷智能纤维:一维的纤维状智能材料。
2.化学纤维的主要质量指标一、线密度1.定义:线密度是表示纤维粗细程度的量,在我国化学纤维工业中,也称“纤度”。
高中化学选修一第三章知识点总结一、合金。
1. 定义。
- 由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2. 性能特点。
- 硬度:一般比它的各成分金属的硬度大。
例如,纯铝较软,而硬铝(含铜、镁、锰等)是制造飞机和宇宙飞船的理想材料,硬度比纯铝大得多。
- 熔点:一般比它的各成分金属的熔点低。
如保险丝是由铋、铅、锡、镉等金属组成的合金,其熔点比这些金属都低,在电流过大时能及时熔断,起到保护电路的作用。
二、金属的腐蚀和防护。
1. 金属腐蚀的本质。
- 金属原子失去电子变成金属阳离子,即M - ne^-→ M^n +。
2. 金属腐蚀的类型。
- 化学腐蚀。
- 定义:金属跟接触到的物质(如O_2、Cl_2、SO_2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀。
- 特点:反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。
例如,铁与氯气直接反应2Fe + 3Cl_2 = 2FeCl_3,铁被腐蚀。
- 电化学腐蚀。
- 定义:不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。
- 吸氧腐蚀(以钢铁为例)- 正极反应:O_2+2H_2O + 4e^-=4OH^-。
- 负极反应:Fe - 2e^- = Fe^2 +。
- 总反应:2Fe+O_2 + 2H_2O = 2Fe(OH)_2,后续Fe(OH)_2还会被氧化为Fe(OH)_3,Fe(OH)_3分解为Fe_2O_3· xH_2O(铁锈的主要成分)。
- 析氢腐蚀(酸性较强条件下,以钢铁为例)- 正极反应:2H^++2e^- = H_2↑。
- 负极反应:Fe - 2e^- = Fe^2 +。
- 总反应:Fe + 2H^+=Fe^2 ++H_2↑。
3. 金属的防护。
- 改变金属的内部结构。
- 例如,把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。
- 覆盖保护层。
- 在金属表面覆盖一层保护膜,使金属与周围具有腐蚀性的气体或电解质溶液隔离。
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。
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。