纺织物理第一章纤维的结构

《纺织物理第一章纤维的结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第一章　纤维的结构1．纤维结构：纤维的固有特征和本质属性，决定纤维性质；涵盖微观到分子组成，宏观到纤维形貌；结构多样性与结构层次有多种划分。2．结构层次的模糊，纤维的微细结构(finestructure)：可以追溯到19世纪。但卓有成效的研究和结构理论的提出与验证是在20世纪的上半叶，近五十年又在许多纤维结构理论和分析方法上有新的突破。3．纤维微细结构的研究，通常采用的研究方法有：光学显微术(opticalmicroscopy)和电子显微术(electronmicroscopy)：扫描电子显微镜SEM(scanningelectronmi

2、croscope)和透射电子显微镜TEM(transmissionelectronmicroscope)，2X射线和电子衍射法（X-ray&Electrondiffraction），3红外（infra-red）、紫外（ultraviolet）、荧光（fluorescence）和喇曼光谱法（Ramanspectrum），太赫兹光谱分析法4核磁共振法（nuclearmagneticresonance），5表面分析法（surfaceanalysis），6原子力显微镜AFM（atomicforcemicroscope）或扫描隧道显微镜STM（sc

3、anningtunnelingmicroscope）等方法[,]。7热分析法（thermalanalysis），8动态和断裂力学法，9质谱分析法（massspectrometry）。4．纤维结构的研究的发展、问题、未知性和不确定：1基本形式：对纤维微细结构作文字或简单模型图来描述。2基本原因：结构的复杂和多样性、表征方法的局限性、以及人们的认识。66第一节纤维结构理论一、缨状微胞理论　一百多年前Nägeli的理论认为，在淀粉及植物的细胞膜中，均由亚微观的结晶颗粒所组成。这种颗粒，他称之为微胞(micelle)，如图1-1所示。Meyer和

4、Mark(1928)[]等提出了一种改进的微胞学说，如图1-2所示。Spearkman(1931)[]对羊毛结构的讨论也提出类似的模型。图1-1Nägeli的微胞结构图1-2Meyer的微胞结构及微胞中结晶形式30年代的争论：7纤维素及其他聚合物分子的长度的问题。早期的微胞说（micelletheory）1930年以前，由于对分子长度的不确定。Hengstenberg和Mark等（1928）根据Ｘ射线衍射法观察认为苎麻的微胞约600Å长，50Å宽，而粘胶纤维的则为300Å长，40Å宽。因为300-600Å与其分子长度的估计相接近，故把这个

5、长度作为纤维素分子的长度。7关于纤维究竟是由分离的晶体所组成，还是由连续的均匀的分子所组成的问题。Staudinger(1932)发展了这种认识[]，他通过对聚合物的详细测定，得出分子长度尺寸比上述微胞长度要大得多的结论，如图1-3所示。Neale(1933)66等也认为，天然棉纤维素是由连续的单元所组成，它们之间由化学价键所键合，而不是由分离的，象砖块一样的微胞单元组合而成。Meyer认为分子是相当短的，其聚合度约为200。而Staudinger则认为，在天然纤维素中，聚合度在2000以上，在再生纤维素中，约400-800。分别相当于1

6、0000Å及2000-4000Å长度。图1-3Staudinger的结晶高聚物的连续结构由于纤维分子长度比原猜测的要长得多，因此，对原来分离状的微胞学说产生冲击。“缨状微胞”（fringed-micelle）说出现，如图1-4所示。假设分子将通过若干个微胞，而在微胞之间则为一非结晶区，或称之为无定型区。通过这些连续的分子网络将微胞结合在一起。长链分子间的规整排列构成结晶微胞。而伸出的无规则排列的分子成为缨状须丛。故称为缨状微胞理论(fringedmicelletheory)。图1-4缨状微胞结构,a)Abitz等假设,b)Kratky假设

7、图1-5从结晶到无定型的分子有序度66缨状微胞结构理论，初步统一了关于微胞及连续结构之间的矛盾。但边界解释，存在分歧。两种看法：①结晶区是由分散的结晶体所组成，在结晶区之间，由无序排列的分子链连接起来，而结晶区与非结晶区的界面是明确的。（两相结构）②Howsmon和Sisson(1954)则认为[]，在结晶区与非结晶区之间，不存在着明确的界限，但是确实存在着高序区向低序区的逐步转化，如图1-5所示。（单相不均匀）这两种观点的典型缨状微胞结构的画法如图1-6所示。两相结构观点，略占上风。图1-6两种缨状微胞说的画法缨状微胞理论，至今还是很成

8、功的。它适合于纤维素纤维和一些化纤的结构解释。1与Ｘ射线衍射结果和电子显微镜观察结果吻合；2可解释纤维的吸湿和吸收染料性；3纤维密度的不同，可用不同的结晶区与非结晶区的比例来说明;4纤维分子的