《第1章纖維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)(紡織材料學(xué))》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第1章纖維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)(紡織材料學(xué))（41頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,,*,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,第一章 纖維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí),,,,,一、,,纖維大分子鏈的化學(xué)組成及連接方式,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),三．線型非晶態(tài)高聚物的物理形態(tài),,,1.,纖維大分子結(jié)構(gòu),一、,,纖維大分子鏈的化學(xué)組成及連接方式,,,纖維大分子

2、是由許多結(jié)構(gòu)相同或相近的結(jié)構(gòu)單元（單基）以化學(xué)健的方式連接而成的線型長(zhǎng)鏈分子。由于纖維材料的分子量很大，約在一萬以上，因而被稱為“大分子”或“高分子”。,,網(wǎng)狀型,(b),枝杈型,(c),直線型,,圖,2-1,纖維的長(zhǎng)鏈分子,2.,,纖維大分子鏈的支化、構(gòu)型：,一、,,纖維大分子鏈的化學(xué)組成及連接方式,,,3.,鏈原子的類型與排列,（,1,）碳鏈高分子：主鏈?zhǔn)且蕴荚拥墓矁r(jià)鍵,(C-C,健,),形式組成大分子鏈；,,（,2,）雜鏈高分子：主鏈?zhǔn)怯蓛煞N以上的原子（如,C-O,、,C-N,、,C-S,等）以共價(jià)鍵相連接而成；,,（,3,）元素有機(jī)高分子：大分子主鏈上含有磷、硼、呂、硅、鈦等元素，并

3、在其側(cè)鏈上含有有機(jī)集團(tuán)。,,按構(gòu)成主鏈的化學(xué)組成不同，纖維大分子可以分為以下三類：,,,4.,,纖維大分子的單體、鏈節(jié)、聚合度：,高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量雖然很大，但其化學(xué)組成一般卻比較簡(jiǎn)單。,例 聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯結(jié)合而成：,,單體,聚合物,聚合度,鏈節(jié),*平均聚合度,n ×,鏈節(jié)的式量,=,高聚物的平均相對(duì)分子質(zhì)量,簡(jiǎn)寫：,鏈節(jié),單 體,——,聚合成高分子化合物的低分子化合物,鏈 節(jié),——,組成高分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,聚合度,——,高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目,,,則纖維大分子的通式可簡(jiǎn)約表達(dá)為：,5.,纖維大分子鏈的單基、側(cè)基、端基,及聚合度：,錦綸分子式：,滌綸分子

4、式：,R R R R R R,,A/ — A — A — A — … — A — A — A — A//,,,,如果纖維大分子的通式可簡(jiǎn)約表達(dá)為：,,,,,則式中,A,為,單基,,,則,A/,、,A//,為分子的,端基,，,R,為,側(cè)基,。,5.,,纖維大分子鏈的單基、側(cè)基、端基：,單基的定義：,構(gòu)成纖維大分子主鏈的基本結(jié)構(gòu)單元稱為“單基”。,側(cè)基的定義：,分布在大分子主鏈兩側(cè)并通過化學(xué)鍵與主鏈連接的化學(xué)基團(tuán)。,端基的定義：,指大分子主鏈兩端的結(jié)構(gòu)單元，且與主鏈單基結(jié)構(gòu)有很大差別的基團(tuán)。,R R R

5、 R R R,,A/ — A — A — A — … — A — A — A — A//,,,單基的化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)的種類決定了該材料的最基本的物質(zhì)屬性，即耐酸、耐堿、耐光以及染色等化學(xué)性能。,,側(cè)基的結(jié)構(gòu)、性能對(duì)于大分子的柔順性、凝聚態(tài)和功能化都具有重要影響。,,端基對(duì)于纖維的熱、光學(xué)的穩(wěn)定能等性能具有重要影響。,,聚合度對(duì)于聚合物的加工型、最終纖維的性能等都具有較大的影響，棉、麻的聚合度高，成千上萬；羊毛,576,；蠶絲,400,；粘膠,300,－,600,；化學(xué)纖維聚合度不宜過高。同時(shí)一根纖維中各個(gè)大分子的,n,不盡相同，具有一定的分布。,,,6.,常用纖

6、維的單基,纖維素纖維：,?,-,葡萄糖?；?蛋白質(zhì)纖維：?,-,氨基酸?；?滌綸：對(duì)苯二甲酸乙二酯,錦綸：己內(nèi)酰胺,丙綸：丙烯,腈綸：丙烯腈,,,,常用纖維的單基結(jié)構(gòu)式,,,,,,,7.,纖維大分子鏈的內(nèi)旋性、構(gòu)象及柔曲性,分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖,,1,、內(nèi)旋性,：,纖維大分子內(nèi)的單基之間在鍵長(zhǎng)鍵角保持不變條件下，相鄰單基可繞單鍵旋轉(zhuǎn)的特性。,,,2,、構(gòu)象,：由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的分子在空間的不同形態(tài)稱為構(gòu)象,(,或內(nèi)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體,),,構(gòu)象與構(gòu)型的根本區(qū)別在于，構(gòu)象通過單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)可以改變，而構(gòu)型無法通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)改變。,,8.,纖維大分子鏈的內(nèi)旋性、構(gòu)象及柔曲性,,,蛋白質(zhì)的兩種二次結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）,,

7、,8.,纖維大分子鏈的內(nèi)旋性、構(gòu)象及柔性,3,、柔性,：指纖維大分子在一定條件下，通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)而形成各種形狀的難易程度的特性。,,,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,1.,分子間的相互作用,,★作用力的類型,共價(jià)鍵,主價(jià)力（又稱化學(xué)鍵）　配位鍵,作用力的類型　 　　 離子鍵,,次價(jià)力（又稱分子間力，包括：范德華力、氫鍵）,高分子鏈的形成主要靠主價(jià)力（化學(xué)鍵）,高分子鏈聚集成高聚物主要靠次價(jià)力（分子間的力）。,,,,,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,★,范德華力,,,,,范,,,德,,,華,,,力,類型,定義,特點(diǎn),本質(zhì),,取向力,極性分子永久偶極之間的靜電相互作用產(chǎn)生的吸引力,

8、分子極性越大，取向力越大；溫度高、距離大，取向力越小。,,范圍：,4.2,×,10,4,～,2.1,×,10,4,J/mol,靜電引力,,誘導(dǎo)力,極性分子與非極性分子、極性分子作用產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極之間的吸引力,與極性分子偶極距的平方成正比，與被誘導(dǎo)分子的變形性成正比；距離大，誘導(dǎo)力??；與溫度無關(guān)。,,范圍：,0.6,×,10,4,～,1.2,×,10,4,J/mol,靜電引力,,色散力,各種分子之間的瞬間偶極距相互作用的吸引力,具有普遍性、加和性，與溫度無關(guān)。分子變形大、電離程度大，色散力大；距離大，色散力小,,范圍：,0.8,×,10,3,～,8.4,×,10,3,J/mol,靜電引力,,,取

9、向,非取向,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),（,1,）取向與取向度,分子取向：纖維大分子的分子鏈段在分子間相互作用力或外力作用下相互平行排列，稱之為大分子取向。,,取向度：大分子排列方向與纖維軸向的吻合度，稱為取向度。,2.,纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指纖維內(nèi)部大分子的取向與結(jié)晶結(jié)構(gòu)，也稱為纖維材料的超分子結(jié)構(gòu)。,,,晶 區(qū),非晶區(qū),晶態(tài)聚合物：,線型聚合物固化時(shí)可以結(jié)晶，但由于分子鏈運(yùn)動(dòng)較困難，不可能完全結(jié)晶。所以晶態(tài)聚合物實(shí)際為晶區(qū)（分子有規(guī)律排列）和非晶區(qū)（分子無規(guī)律排列）兩相結(jié)構(gòu)，一般結(jié)晶度（晶區(qū)所占有的重量百分比）只有50%～85%，特殊情況可達(dá)到98%。在結(jié)晶聚合物中，

10、晶區(qū)與非晶區(qū)相互穿插，緊密相連，一個(gè)大分子鏈可以同時(shí)穿過許多晶區(qū)和非晶區(qū)。,非晶態(tài)聚合物：,聚合物凝固時(shí)，分子不能規(guī)則排列，呈長(zhǎng)程無序、近程有序狀態(tài)。非晶態(tài)聚合物分子鏈的活動(dòng)能力大，彈性和塑性較好。由于其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)態(tài)是均相的，因而材料各個(gè)方向的性能是相同的。,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指纖維內(nèi)部大分子的取向與結(jié)晶結(jié)構(gòu)，也稱為纖維材料的超分子結(jié)構(gòu)。,（,2,）結(jié)晶與結(jié)晶度,,,取向和無序排列的纓狀微胞（fringed micelle ）結(jié)構(gòu),“兩相結(jié)構(gòu)” 模型 ：纖維中存在明顯邊界的晶區(qū)與非晶區(qū)，一些大分子的長(zhǎng)度可以遠(yuǎn)超過晶區(qū)或無定形區(qū)各自的長(zhǎng)度﹐足夠把若干個(gè)晶區(qū)和無定

11、形區(qū)串連起來形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,。,纓狀：無序區(qū)中分子排列的狀態(tài)；微胞：分子有序排列的結(jié)構(gòu)塊,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,Hearle,教授的纓狀原纖結(jié)構(gòu),模型,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,取向和非取向折疊鏈片晶,（,fringed lamellar crystal,）,結(jié)構(gòu)模型,,折疊鏈纓狀微胞模型中大分子可以折疊在一個(gè)晶區(qū)內(nèi)﹐也可以穿過無定形區(qū)進(jìn)入另一晶區(qū)折疊,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,（,3,）結(jié)晶態(tài)與非晶態(tài)：,結(jié)晶態(tài)：,,非晶態(tài)：,纖維大分子有規(guī)律地整齊排列的狀態(tài)；,,纖維大分子無規(guī)則聚集排列的狀態(tài)。,,（,4,）結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū),結(jié)晶區(qū),,非結(jié)晶區(qū),纖維大分子有

12、規(guī)律地整齊排列的區(qū)域；,,纖維大分子無規(guī)則聚集排列的區(qū)域。,結(jié)晶區(qū)的特點(diǎn)：,,非晶區(qū)特點(diǎn)：,大分子鏈段排列規(guī)整；,,a.,大分子鏈段排列混亂，無規(guī)律；,b.,結(jié)構(gòu)緊密，縫隙，孔洞較少；,,b.,結(jié)構(gòu)松散，有較多的縫隙、孔洞；,c.,相互間結(jié)合力強(qiáng)，互相接近的基團(tuán),,c.,相互間結(jié)合力小，互相接近的基,結(jié)合力飽和。,團(tuán),結(jié)合力不飽和。,,（,5,）,結(jié)晶度,：纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)占整個(gè)纖維的百分率,重量結(jié)晶度：纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)的重量占纖維總重量的百分率。,體積結(jié)晶度：纖維內(nèi)部結(jié)晶區(qū)的體積占纖維總體積的百分率。,二、纖維高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),,,不同晶系及晶格參數(shù)表,七大晶系,,晶格軸長(zhǎng)及夾角關(guān)系,,三

13、斜,,triclinic,,a≠b≠c,；,α≠β≠γ,,單斜,,monoclinic,,a≠b≠c,；,α=γ=90,o,≠β,,正交,,rthorhombic,,a≠b≠c,；,α=β=γ=90,o,,四方,,tetragonal,,a=b≠c,；,α=β=γ=90,o,,三方,,trigonal,,a=b=c,；,α=β=γ≠90,o,<120,o,,六方,,hexagonal,,a=b≠c,；,α=β=90,o,；,γ=120,o,,立方,,cubic,,a=b=c,；,α=β=γ=90,o,,,從點(diǎn)陣中取出一個(gè)仍能保持點(diǎn)陣特征的最基本單元叫,晶胞,。將陣點(diǎn)用一系列平行直線連接起來，構(gòu)

14、成一空間格架叫,晶格。,,纖維高分子的晶胞結(jié)構(gòu),,,,,,,玻璃態(tài)：,分子鏈節(jié)或整個(gè)分子鏈無法產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，高聚物呈現(xiàn)如玻璃體狀的固態(tài)。例如常溫下的塑料。,,高彈態(tài)：,鏈節(jié)可以較自由地旋轉(zhuǎn)，但整個(gè)分子鏈不能移動(dòng)。例如常溫下的橡膠。高彈態(tài)是高聚物所獨(dú)有的罕見的一種物理形態(tài)，能產(chǎn)生很大形變，除去外力后能可逆恢復(fù)原狀。,,粘流態(tài)：,高聚物分子鏈節(jié)可以自由地旋轉(zhuǎn)，整個(gè)分子鏈也能自由移動(dòng)，從而成為能流動(dòng)的粘液，比液態(tài)低分子化合物的粘度要大得多，又稱為塑性態(tài)。例如膠粘劑或涂料。,三．線型非晶態(tài)高聚物的物理形態(tài),線性非晶態(tài)聚合物的物理形態(tài)與溫度的關(guān)系,,,高聚物的各種特征溫度與測(cè)定,,●,常見的高聚物特征溫度,

15、,,,,,,,,,玻璃化溫度,,●,定義,高聚物分子鏈開始運(yùn)動(dòng)或凍結(jié)的溫度。,,●,玻璃化溫度的使用價(jià)值,玻璃溫度是非晶態(tài)高聚物作為塑料使用的最高溫度；是作為橡膠使用的最低溫度。,,●,影響玻璃化溫度的因素,,,高聚物特征溫度,T,g,-,玻璃化溫度（,glass-transition temperature,）,T,m,-,熔點(diǎn)（,melting point,）,T,f,-,黏流溫度（,viscous flow temperature,）,T,s,-,軟化溫度（,softening temperature,）,T,d,-,熱分解溫度（,thermal destruction temperat

16、ure,）,T,b,-,脆化溫度（,brittlenss temperature,）,,,,玻璃化溫度：,由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，用,T,g,,,表示。,,粘流化溫度：,由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，用,T,f,表示。,,塑料與纖維,:,,要求,T,g,,高，,T,f,低（較耐熱，加工成型溫度不高）,橡膠：,要求,T,g,低，,T,f,,高（耐寒又耐熱）,一些非晶態(tài)高聚物的,T,g,和,T,f,值：,聚氯乙烯,T,g,=81,℃,,T,f,,=175,℃,聚苯乙烯,T,g,=100,℃,,T,f,,=135,℃,聚丁二烯,(,順丁橡膠,),T,g,=-108,℃,天然橡膠,T,g,=-73,

17、℃,,T,f,,=122,℃,,,第二節(jié) 纖維的結(jié)構(gòu)特征與測(cè)量,典型天然纖維的結(jié)構(gòu)與特征,棉纖維,麻纖維,羊毛,蠶絲,典型再生纖維素纖維的結(jié)構(gòu)特征,典型合成纖維的結(jié)構(gòu),常規(guī)合成纖維,差別化纖維,,纖維結(jié)構(gòu)特征的測(cè)量,,,三、纖維結(jié)構(gòu)的測(cè)試方法,光學(xué)顯微鏡,,,掃描電子顯微鏡,,,纖維,化學(xué),結(jié)構(gòu)的測(cè)量,質(zhì)譜分析,,通過對(duì)纖維樣品的氣相離子的質(zhì)量電荷比，對(duì)纖維的組成和鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量化的表征,紅外吸收光譜,可對(duì)高聚物或混合物的極性基團(tuán)及其含量的吸收帶強(qiáng)度進(jìn)行識(shí)別和定量分析,紫外與可見光譜,,可測(cè)定在,10,～,400,nm,紫外吸收光譜范圍及,400,～,800,nm,可見光范圍具有不飽和鏈及不對(duì)

18、稱電子的分子。,核磁共振光譜,可測(cè)定在外部磁場(chǎng)作用下，分子內(nèi)部發(fā)生化學(xué)位移的核群及吸收帶，以及相鄰核的信息，計(jì)算出各吸收強(qiáng)度與各核群的比例。可用于大分子的構(gòu)型及構(gòu)象和分子量的分析。,,,,,,纖維種類,,,制樣方法,,,主要吸收譜帶及其特性頻率,,,cm,-1,,,棉麻纖維,,,壓片法,,,3450～3200,1640,1160,1064～980,893,671～667,610,,,毛纖維,,,壓片法,,,3450～3300,1658,1534,1163,1124,926,,,絲纖維,,,壓片法,,,3450～3300,1650,1520,1220,1163～149,1064,993,970,

19、550,,,粘膠纖維,,,壓片法,,,3450～3250,1650,1430～1370,1060～970,890,,,醋酯纖維,,,薄膜法,,,1745,1376,1237,1075～1042,900,602,,,滌綸,,,熱壓成膜,,,3040,2358,2208,2079,1957,1724,1242,1124,1090,870,725,,,錦綸,6,,,甲酸成膜,,,3300,3050,1639,1540,1475,1263,1200,687,,,錦綸,66,,,甲酸成膜,,,3300,1635,1535,1467,1237,1190,936,689,,,腈綸,,,壓片法,,,2242,

20、1449,1250,1075,,,維綸,,,壓片法,,,3300,1449,1242,1149,1099,1020,848,,,乙綸,,,熱壓成膜,,,2925,2868,1471,1460,730,719,,,丙綸,,,熱壓成膜,,,1451,1475,1357,1166,997,972,,,芳綸,1313,,,壓片法,,,3072,1642,1602,1528,1482,1239,856,818,779,718,684,,,芳綸,1414,,,壓片法,,,3057,1647,1602,1545,1516,1399,1308,1111,893,865,824,786,726,664,,,,,

21、,纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的測(cè)量,,結(jié)晶結(jié)構(gòu)及非晶結(jié)構(gòu),,纖維是結(jié)晶與非晶結(jié)構(gòu)共存的材料。主要指標(biāo)有結(jié)晶度、晶體類型、結(jié)晶大小和形狀、晶區(qū)分布及非晶區(qū)結(jié)構(gòu)等。,測(cè)量方法常采用密度法、,X,射線衍射法、熱分析法、紅外光譜法、電子顯微鏡法等。,取向結(jié)構(gòu),纖維取向度的測(cè)量可有顯微鏡觀察法、,X,射線或電子衍射法、紅外二色性法、光學(xué)偏振法、聲速模量法、染色二色性法、導(dǎo)熱系數(shù)法、介電系數(shù)法等,,,纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的測(cè)量,,對(duì),>0.2,μm,以上的微細(xì)及外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，一般采用光學(xué)顯微鏡的方法，，可以采用透射、反射、偏光、熒光干涉。,對(duì)于觀察結(jié)構(gòu),≤0.2,μm,以下的須借助掃描電鏡,(,SEM),和透射電鏡,(,

22、TEM),進(jìn)行觀察與記錄,SEM,和,TEM,試樣制備與觀察流程示意圖,,,,作業(yè)：,名詞解釋：,,差別化纖維、復(fù)合纖維、異形纖維、原纖、兩相結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、取向度,,P41 T7,,P60 T3、T4,,,演講完畢，謝謝觀看！,內(nèi)容總結(jié),第一章 纖維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)。（1）碳鏈高分子：主鏈?zhǔn)且蕴荚拥墓矁r(jià)鍵(C-C健)形式組成大分子鏈。聚合度——高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目。端基對(duì)于纖維的熱、光學(xué)的穩(wěn)定能等性能具有重要影響。同時(shí)一根纖維中各個(gè)大分子的n不盡相同，具有一定的分布。3、柔性：指纖維大分子在一定條件下，通過內(nèi)旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)而形成各種形狀的難易程度的特性。分子變形大、電離程度大，色散力大。范圍：0.8×103～8.4×103J/mol。折疊鏈纓狀微胞模型中大分子可以折疊在一個(gè)晶區(qū)內(nèi)﹐也可以穿過無定形區(qū)進(jìn)入另一晶區(qū)折疊。α=γ=90o≠β。α=β=γ≠90o<120 o。α=β=90o。玻璃溫度是非晶態(tài)高聚物作為塑料使用的最高溫度。Tg-玻璃化溫度（glass-transition temperature）。粘流化溫度：由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，用Tf 表示?？蓪?duì)高聚物或混合物的極性基團(tuán)及其含量的吸收帶強(qiáng)度進(jìn)行識(shí)別和定量分析。演講完畢，謝謝觀看,