文档介绍：固态物质的结构有简单、有复杂,如均匀简单结构的玻璃、金属、塑料等,多为人工作为的结果;而天然纤维、生物体乃至人工作为的化学纤维、微米或纳米结构的微机械系统(MEMS、NEMS)结构极为复杂。其中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的,并决定纤维的性质。本章介绍纤维的基本结构及典型纤维的结构特征。第一节纤维的基本结构和构成尽管纤维结构复杂,但人们对其认识一般分为三个方面,最为直观的纤维形态结构,较为间接的纤维聚集态结构和更为微观的纤维分子结构。分别涉及形态学、物理学和化学。特别是现有的形态观察已逼近微观的分子尺度,即化学家们讨论的对象。纤维的形态结构基本内容纤维的形态结构,是指纤维在光学显微镜或电子显微镜乃至原子力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。诸如纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构成和多重原纤结构,以及存在纤维中的各种裂隙和孔洞。一般将形态结构按尺度和部位分为表观形态、表面结构和微细结构三类。表观形态,主要讨论纤维的外观的宏伟形状和尺寸,包括纤维的长度、粗细、截面形状和卷曲或转曲等。表面结构,主要涉及纤维表面的形态及表层的构造,是微观形态和尺度的问题,微细结构,是指纤维内部的有序区(结晶或趋向排列区)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,以及细胞构成与结合方式。由于显微观察术的发展,微细结构的尺度已覆盖了纤维晶区的的一般尺寸(20~200nm),并可达到1nm尺度,(A0级)。因此,聚集态结构和分子结构的内容,已可或将可在以观察学为基础的纤维微细结构中讨论。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物质,统称为原纤(fibril),故纤维微细结构的主题内容是纤维的原纤结构与排列。纤维的原纤结构原纤的结构特征纤维中的原纤是大分子有序排列的结构,或称结晶结构。严格意义上是带有缺陷并为多层次堆砌的结构。原纤在纤维中的排列大多为同向平行排列,提供给纤维良好的力学性质和弯曲能力。原纤也有呈网状交叉排列,大多发生在天然纤维中,是人工纤维极难达到的结构形式,但此排列结构提供给纤维侧向的保护及结构稳定性。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。并非所有纤维都有如此清晰的结构层次或划分。如棉纤维无巨原纤之说;羊毛无原纤之分,且副皮质中无巨原纤结构层次。纤维有的就是单细胞体,如棉、麻等纤维;有的为多细胞体,故细胞的堆砌形成纤维,如毛纤维、麻的工艺纤维。化学纤维和天然丝无细胞之说,但单一组分的纤维可以看作“单细胞”纤维,如普通化纤、蜘蛛丝、蚕丝的单丝等;而多组分的复合、共混化学纤维,蚕吐出的等,可以看作为“多细胞”的纤维。原纤间的堆砌是通过低密度或无序排列的分子,甚至是孔隙过渡,愈低层次即愈微小,原纤间的过渡区愈小,结构愈紧密而稳定;愈高层次,即愈大原纤间的过渡区愈大,无连接的孔隙愈多愈大,结构愈疏松而不稳定。但后者适于染料分子和水分子的进入,这对一般服饰用纤维有利,面对高性能纤维来说,则是致命的缺陷。化学纤维由于结晶机理和生长方向会产生片晶(lamella),如折叠链片晶(fold-chainlamella)和伸展链片晶(extendedchainlamella),导致纤维原纤结构的淡化或模糊化,甚至产生点状或微晶粒“交联”联结的网状结构