文档介绍：第二章纤维的结构特征
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2018/6/12
研究纤维结构的目的:
了解纤维结构与性能关系,正确选择和
使用纤维;
通过各种途径改变纤维结构,有效地改
变纤维性能。
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纤维通常是指长径比在103数量级以上、粗细为几微米到上百微米的柔软细长体,有连续长丝和短纤之分。
纤维是由一种或多种大分子通过某种形式集聚堆砌而成的。
纤维的结构是相当复杂的,是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成,并决定纤维的性质。
纤维结构:
组成纤维的结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。
形态结构(morphological structure ):表观形态(纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等)、表面结构、微细结构(原纤结构与排列)。
超分子结构(supermolecular structure ):晶态、非晶态、结晶度、晶粒大小、取向度等;
大分子结构:化学组成、单基结构、端基组成、聚合度及其分布、大分子构象、大分子链柔曲性等;
一、纤维的形态结构—微细结构(原纤结构)
纤维是柔软细长物,其微细结构的基本组成单元大多为细长纤维状的物质----原纤(fibril)
微细结构:纤维内部的有序区(结晶或取向排列区)和无序区(无定形或非结晶区)的形态、尺寸和相互间的排列与组合,及细胞构成与结合方式。
纤维的原纤按尺度大小和堆砌顺序可分为:
基原纤→微原纤→原纤→巨原纤→细胞
微原纤的堆砌形式示意图
基原纤(proto-fibril):一般由几根以至十几根长链分子,互相平行或螺旋状地按一定距离、相位稳定地结合在一起的大分子束,直径为1~3nm(10~30Å),具有一定的柔曲性。
微原纤(micro-fibril):由若干根基原纤平行排列组合在一起粗一点的,基本上属结晶态的大分子束,直径大约4~8nm(40~80 Å),个别高达100nm。
原纤(fibril):一统称,有时可代表由若干基原纤或含若干根微原纤,大致平行组合在一起的更为粗大的大分子束,直径10~30nm 。可能存在有序态较差的非晶态部分。
巨原纤(macro-fibril):由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构体。~ 。普通光学显微镜可见。
细胞(cell):由巨原纤或微原纤直接堆砌而成的,有明显的细胞边界。
微原纤之间依靠相邻的分子结合力和穿越的大分子主链联结。
名称
产生原因
特点
范德华力
定向力
产生于极性分子间,是由它们的永久偶极矩作用而产生的
作用能量3~5千卡/克分子;与温度有关
诱导力
由相邻分子间的诱导电动势产生的,产生于极性分子与非极性分子之间
~3千卡/克分子,与温度有关
色散力
由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的偶极矩而产生的,产生于一切非极性分子中。
~2千卡/克分子,与温度无关
氢键
大分子侧基(或部分主链上)极性基团之间的静电吸引力(如-NH2,-COOH,-OH,-CONH等)
~,~;与温度有关
盐式键
在部分大分子侧基上,某些成对基团之间接近时,产生能级跃迁的原子转移,从而基团间形成络合物类型、配价键性质的化学键
化学键中作用力较弱,能量30~50千卡/克分子
化学键
少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基
能量50~200千卡/克分子
二、纤维的聚集态( state of aggregation )结构
纤维的聚集态结构指构成该纤维的大分子链之间的作用形式与堆砌方式。
具体指纤维的结晶与非晶结构、取向与非取向结构,以及通过某些分子间共混方法形成的“织态结构”等。
二、纤维的聚集态( state of aggregation )结构
1、结晶
(1)结晶态:纤维大分子有规律地整齐排列的状态。
①结晶区:纤维大分子有规律地整齐排列的区域。
晶区(crystalline zone )特点:
a. 大分子链段排列规整;
b. 结构紧密,缝隙,孔洞较少;
c. 相互间结合力强,互相接近的基团结合力饱和。
②结晶度:纤维内部结晶区占整个纤维的百分率
重量结晶度:纤维内部结晶区的重量占纤维总重量的百分率。
体积结晶度:纤维内部结晶区的体积占纤维总体积的百分率。