紡織物理講義1要點(diǎn)

1、第一章 纖維的結(jié)構(gòu)概述1 纖維結(jié)構(gòu)：纖維的固有特征和本質(zhì)屬性，決定纖維性質(zhì)；涵蓋微觀到分子組成，宏觀到纖維形貌；結(jié)構(gòu)多樣性與結(jié)構(gòu)層次有多種劃分。2 結(jié)構(gòu)層次的模糊，纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)( fine structure ) ：可以追溯到 19 世紀(jì)。但卓有成效的研究和結(jié)構(gòu)理論的提出與驗(yàn)證是在 20 世紀(jì)的上半葉，近五十年又在許多纖維結(jié)構(gòu)理論和分析方法上有新的突破。3 纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)的研究，通常采用的研究方法有： 光學(xué)顯微術(shù)( optical microscopy )和電子顯微術(shù)( electron microscopy ) ：掃描電子顯微鏡SEM 和透射電子顯微鏡 TEM X 射線和電子衍射法( X r

2、ay Electron diffraction ) 紅外( infra-red ) 、紫外( ultraviolet ) 、熒光( fluorescence )和喇曼光譜法( Raman spectrum) 核磁共振法(nuclear magnetic resonance) 表面分析法(surface analysis) 原子力顯微鏡 AFM( atomic force microscope ) 或掃描隧道顯微鏡 STM( scanning tunneling microscope ) 等方法 熱分析法(thermal analysis ) 動(dòng)態(tài)和斷裂力學(xué)法 質(zhì)譜分析法( mass spect

3、rometry)4 .纖維結(jié)構(gòu)的研究和發(fā)展、問(wèn)題、未知性和不確定： 基本形式：對(duì)纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)作文字或簡(jiǎn)單模型圖來(lái)描述。 基本原因：結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和多樣性、表征方法的局限性、人們的認(rèn)識(shí)。第一節(jié) 纖維結(jié)構(gòu)理論一、纓狀微胞理論1 歷史N?geli 理論； Meyer 和 Mark 的微胞學(xué)； Spearkman 模型。30 年代的爭(zhēng)論： 纖維素及其他聚合物分子的長(zhǎng)度的問(wèn)題。 關(guān)于纖維究竟是由分離的晶體所組成，還是由連續(xù)的均勻的分子所組成的問(wèn)題。 Meyer 認(rèn)為分子是相當(dāng)短的，其聚合度約為 200 。而 Staudinger 則認(rèn)為，在天然纖維素中，聚合度在 2000 以上?！袄t狀微胞” (fringe

4、d micelle )說(shuō)的出現(xiàn)，分子通過(guò)若干個(gè)微胞，在微胞之間為非結(jié)晶區(qū)，通過(guò)這些連續(xù)的分子網(wǎng)絡(luò)將微胞結(jié)合在一起。 長(zhǎng)鏈分子間的規(guī)整排列構(gòu)成結(jié)晶微胞。 而伸出的無(wú)規(guī)則排列的分子成為纓狀須從。故稱為纓狀微胞理論( fringed micelle t theory )。邊界解釋分歧，兩種看法：兩相結(jié)構(gòu)；單相不均勻。2作用纓狀微胞理論，至今還是很成功的。它適合于纖維素纖維和一些化纖的結(jié)構(gòu)解釋。 與 x 射線衍射結(jié)果和電子顯微鏡觀察結(jié)果吻合； 可解釋纖維的吸濕和吸收染料性； 纖維密度的不同，可用不同的結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)的比例來(lái)說(shuō)明； 纖維分子的取向度，可用結(jié)晶區(qū)及非結(jié)晶區(qū)中分子排列的整齊度來(lái)解釋； 纖維

5、的各向異性，可以用纖維分子及微胞的部分取向排列來(lái)說(shuō)明； 纖維的力、熱、電、光學(xué)特征，可用纓狀微胞說(shuō)來(lái)解釋。二、纓狀原纖理論1 理由與理論電子顯微鏡對(duì)纖維更微細(xì)組織的觀察，提出了原纖解釋。1 )原纖內(nèi)的纓狀微胞組織的說(shuō)法2 )原纖即結(jié)晶區(qū)解釋3 )原纖是晶區(qū)與非晶區(qū)的交替形式4 )原纖是高有序排列的無(wú)定形結(jié)構(gòu)Hearle (1958)提出了纓狀原纖理論(fringed-frbril theory) ，其目的是將明確的兩相結(jié)構(gòu)和單相結(jié)構(gòu)理論結(jié)合起來(lái)。2特點(diǎn)纓狀原纖理論， 放棄了晶區(qū)是微胞的假設(shè)，結(jié)晶區(qū)是連續(xù)的纓狀原纖。 由許多長(zhǎng)鏈分子組成。 這些分子沿著本身的長(zhǎng)度方向， 在原纖的不同位置上分裂出來(lái)

6、， 有的進(jìn)入無(wú)定形區(qū)， 有的重新進(jìn)人其他原纖組織中，晶格的缺陷和混亂是可能產(chǎn)生的。用化纖成形過(guò)程來(lái)解釋。當(dāng)熔體離開噴絲板后， 分子將形成晶核，成為后續(xù)結(jié)晶發(fā)展的源。當(dāng)分子的定向流動(dòng)和外界牽伸作用時(shí)，晶核會(huì)發(fā)展而形成原纖化結(jié)晶。纓狀微胞理論可以作為纓狀原纖理論的特殊情況即尺寸的區(qū)別。三、折疊鏈片晶理論1 片晶的事實(shí)產(chǎn)生： 高分子熔體或溶液中的分子， 大部處于無(wú)規(guī)糾纏狀態(tài)。 經(jīng)噴絲孔噴出和導(dǎo)向牽伸后， 可能分子的某些鏈段處處于伸展?fàn)顟B(tài)或會(huì)存在折疊狀態(tài)的分子褳。這些折疊狀的分子鏈段極易形成規(guī)整的晶 體。幾種模型：折疊鏈片晶，插線板模型，縛結(jié)分子( tie macromolecule ) 。這種折疊鏈

7、片晶與纓狀微胞說(shuō)中的微胞相比，產(chǎn)生出新解釋，纓狀折疊鏈片晶理論( fringed micelle with chain-folding ) ，或簡(jiǎn)稱纓 狀片晶理論。成形：折疊鏈片晶在牽伸中能發(fā)生取向和部分晶體破裂、滑移，形成較小、均勻、有取向的片晶、隨牽伸度數(shù)的增大，形成混雜的結(jié)構(gòu)。在超大牽伸條件下形成類似于纓狀原纖狀的伸展鏈片晶結(jié)構(gòu)。四、纖維結(jié)構(gòu)的其他理論2 準(zhǔn)結(jié)晶狀態(tài)結(jié)構(gòu)Hosemann ( 1967)認(rèn)為，纖維存在準(zhǔn)結(jié)晶(Paracrystalline )狀態(tài)。在此結(jié)構(gòu)中，晶格參數(shù)在一定程度上受到隨機(jī)性的干擾不可能有長(zhǎng)片段的良好結(jié)晶，會(huì)存在少量的無(wú)序區(qū)和一維或二維有序結(jié)構(gòu)。3 無(wú)定型結(jié)構(gòu)

8、用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)觀點(diǎn)導(dǎo)出的無(wú)規(guī)線團(tuán)( random coil )模型圖，在理論上說(shuō)明了非晶態(tài)高聚物中，是無(wú) 規(guī)纏結(jié)的線團(tuán)模型， 分子鏈間有一定的相互作用。 這種結(jié)構(gòu)不否定纖維分子的部分取向排列， 甚至有序 定向排列。4 缺陷結(jié)晶結(jié)構(gòu)有人從金屬結(jié)構(gòu)的概念出發(fā)，認(rèn)為纖維結(jié)構(gòu)中的無(wú)序區(qū)，是由結(jié)晶區(qū)中的缺陷所形成。5 串晶結(jié)構(gòu)（Shish-kebab fibrillar crystals ）串晶結(jié)構(gòu)是以伸展鏈構(gòu)成的原纖晶體與折疊鏈形成的片晶組合形成的結(jié)晶形式， 通常稱為 “羊肉串” 結(jié)晶。五、纖維的弱節(jié)結(jié)構(gòu)特征1 弱節(jié)的定義與內(nèi)涵纖維弱節(jié)的概念，由 Peirce最早提出。力學(xué)性質(zhì)上的弱點(diǎn)，與該部位的結(jié)構(gòu)狀

9、態(tài)有關(guān)，故又稱“結(jié) 構(gòu)弱節(jié)”或“形態(tài)弱節(jié)” 。結(jié)構(gòu)弱節(jié)是指纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)中和外觀形態(tài)上存在的明顯結(jié)構(gòu)不均勻性和缺陷。 形態(tài)弱節(jié)是指纖維明顯的幾何細(xì)頸部位。由此定義，取羊毛纖維為例，其弱節(jié)可以分為三類：內(nèi)部結(jié)構(gòu)弱節(jié)；形態(tài)細(xì)節(jié)或細(xì)頸；自然侵蝕和人為損傷的結(jié)構(gòu)缺陷。2 纖維弱節(jié)的特征（ 1）纖維的細(xì)節(jié)；（ 2）天然生長(zhǎng)的形態(tài)缺陷；（ 3）人為加工中的損傷：（ 4 ）內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷。六、結(jié)語(yǔ)纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)理論大致可分力三類，即單相結(jié)構(gòu)，過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)和兩相結(jié)構(gòu)理論。由于纖維結(jié)構(gòu)上有許多差別，單一模型解釋不合適。纓狀微胞模型，適合于人造絲結(jié)構(gòu)，而纓狀原纖模型則適合于棉、麻、絲、毛部分結(jié)構(gòu)的描述以及部分合成纖維。纓

10、狀片晶則較適合乙聚乙烯纖維、粘膠纖維和部分合成纖維的結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 紡織纖維結(jié)構(gòu)特征與表征一、紡織纖維的結(jié)構(gòu)特征基本特征要求：在宏觀形態(tài)上要求；在微觀分子排列上的要求。1 分子鏈要具有一定的長(zhǎng)度，即具有一定的聚合度（ DP ） ，使纖維具有必要的強(qiáng)度；2 分子應(yīng)該是線型長(zhǎng)鏈分子，支鏈要短，側(cè)基要小，以保證分子具有一定的柔性和運(yùn)動(dòng)自由度，使纖維柔軟；3 分子間要具有相互作用，使纖維形態(tài)穩(wěn)定和必要的吸附性；4 分子排列要有一定取向和結(jié)晶，但又有一定空隙或空間使纖維既保持基本的物理性能，又具有吸濕可染特性。其他要求是：如阻燃、耐高溫、導(dǎo)電、顯色、變溫、抗菌、高強(qiáng)、高模，以及智能等纖維，將須具備其他特殊

11、條件。二、纖維結(jié)構(gòu)的表征1 .聚合度Mz > Mw > M r> Mn(1.1)2 .鏈段長(zhǎng)度鏈段是指分子可以運(yùn)動(dòng)的最小獨(dú)立單元，是一個(gè)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)值， 并不等于單個(gè)鏈節(jié)的長(zhǎng)度 L。鏈段長(zhǎng)度Lp直接影響纖維分子的構(gòu)象數(shù)，或稱分子的柔順性。LP = Lexp( E/kT) (1.2) 與分子柔順性相關(guān)的還有大分子的自由鍵數(shù)n,以及均方末端距 h2值，1 cos :(1.3)(1.4)(1.5)h2 =nL2 1 一 cos ;3 .結(jié)晶度Xv =Vc/V =(>：a)/(：c -：a)1111 Xw=Wc/w = () a 'a - c結(jié)晶度的測(cè)定方法有多種，如X射

12、線衍射法，測(cè)結(jié)晶區(qū)衍射強(qiáng)度峰面積與背景面積及其關(guān)系；差熱分析法，測(cè)結(jié)晶或晶體熔融的吸、 放熱峰面積；紅外光譜法，測(cè)晶帶和非晶帶特征吸收峰的峰值或峰 面積及其相互比值關(guān)系；吸濕法、重水交換法等，測(cè)水對(duì)非晶區(qū)和晶體表面的可及度；以及密度梯度法等，但結(jié)果有較大差異。4 .結(jié)晶區(qū)分布晶區(qū)的分布可以在整個(gè)纖維上，也可指在幾個(gè)分子寬度上的分布。這種分布涉及結(jié)晶顆?；蚓^(qū)的大小，晶區(qū)與非晶區(qū)的過(guò)渡程度，以及晶格的形式與組合。晶區(qū)與非晶區(qū)分布狀態(tài)常用微區(qū)X射線衍射技術(shù)和電子衍射法測(cè)量。 5.取向度1 2 .32 .f (3cos 3-1) =1-sin 1(1.6)2 2取向度的高低主要影響纖維的強(qiáng)伸性，其測(cè)

13、量方法有，X射線或電子衍射法，紅外光譜法、染色法、聲速法，雙折射法等。測(cè)量原理不同，給出的取向度概念也不同。 其分別有晶區(qū)分子和晶體取向度f(wàn)cry；無(wú)序區(qū)分子取向度 fam：纖維大分子的取向度；分子極性基團(tuán)的取向度；形狀或界面取向度f(wàn) form等。嚴(yán)格地說(shuō)，取向度是一個(gè)綜合值，即f =*丫后(1% kf *(1.7)6.取向度分布取向度分布是指纖維分子在纖維徑向各層或在纖維長(zhǎng)度方向各段的取向度，尤其是前者實(shí)際意義更為重要。7微細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸微細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸反映纖維各層次結(jié)構(gòu)的形態(tài)及其大小，以及特有組織結(jié)構(gòu)和表面的形態(tài)特征。主要測(cè)量方法是電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡，并借助于各種制樣技術(shù)，如表面復(fù)形、超薄切片

14、、冷凍斷裂、撕裂 剝離、超聲波分離、化學(xué)腐蝕、酶分解、等離子體刻蝕，拉伸斷裂等，再現(xiàn)纖維各微細(xì)結(jié)構(gòu)特征。而近纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)的大致數(shù)量代圖像分析技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，使這些微細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察與分析更為清晰準(zhǔn)確。 級(jí)概念。8 .孔隙形態(tài)與大小纖維的固有孔隙人們不太關(guān)心，而在高吸性、膜分離過(guò)濾纖維中的微孔形態(tài)及其孔徑分布，卻是一個(gè)至關(guān)重要的特征參數(shù)。其包括，孔徑大小分布，孔的容積、孔的形態(tài)及分布形式。密度法，測(cè)孔的容積，用不滲透與滲透液體的比容差求得但其精確性有限制；顯微鏡法，可測(cè)孔徑、孔的形態(tài)及分布，光學(xué)顯微鏡分辨率低些(>0.4師)，電子顯微鏡分辨率高，但存在制樣的畸變和觀察數(shù)量的限制；氣體吸附法，

15、可測(cè)孔徑大小，用于碳、硅膠微孔的測(cè)量尤其是V200?孔徑的測(cè)量，但受多層吸附的影響： X射線和電子小角衍射，可測(cè)V 200?孔的測(cè)定，尤其是小孔的存在與 形狀的測(cè)定；壓汞法，可測(cè)孔徑大小及其分布，最為有效和常用，孔徑測(cè)量范圍大。汞壓強(qiáng)P與孔徑R的關(guān)系為： P = -2¥cos8/R(1.8)9 .小結(jié)在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)中， 結(jié)晶度與取向度是不同概念，結(jié)晶是指三維有序的結(jié)構(gòu)，而取向只是一維有序的概念。在極端情況下，它們常趨于一致。一個(gè)全結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，一定是完全定向的。而一個(gè)完全無(wú)序的結(jié)構(gòu)， 則一定是完全不定向的。三、纖維弱節(jié)結(jié)構(gòu)的表征 1纖維弱節(jié)的力學(xué)特征纖維在外力作用下會(huì)伸長(zhǎng)并最終斷裂，這

16、種斷裂不是發(fā)生在纖維的最細(xì)部位，就是斷裂在結(jié)構(gòu)缺陷處?？傊w維的斷裂總是發(fā)生在纖維的最弱部位。纖維力學(xué)行為可分為均勻結(jié)構(gòu)相的力學(xué)行為，稱為“正常拉伸斷裂”；和缺陷結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，稱“結(jié)構(gòu)弱節(jié)拉伸斷裂”。可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)討論中有意識(shí)、或無(wú)意識(shí)地較多地關(guān)注纖維的正常斷裂過(guò)程和指標(biāo)，其原因是： 人們很少真正地測(cè)量纖維的應(yīng)力，而是纖維的受力值與纖維平均直徑的相對(duì)比值；纖維弱節(jié)的幾何尺寸對(duì)整個(gè)纖維來(lái)說(shuō)太小、 太隱蔽，而纖維的斷裂， 卻實(shí)實(shí)在在地是由于這些極小部分的作用而致；纖維弱節(jié)的最主要表現(xiàn)為纖維的力學(xué)性能的退化。因此在理論和實(shí)踐上，最方便和最直接的方式是以纖維的力學(xué)行為來(lái)表征其弱節(jié)的特征和弱節(jié)量。o

17、 o O o o O6 5 4 3 2 1EUQ陰W舞蘇d102。3040 150纖維的長(zhǎng)度上/mm圖1-1不同斷裂行為的拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖1-2纖維粗細(xì)的輪廓圖2纖維弱節(jié)斷裂的判定準(zhǔn)則與方法纖維弱節(jié)斷裂的判斷準(zhǔn)則8,即為上面提到的纖維的臨界應(yīng)力，或臨界比強(qiáng)度 Tcri（cN/tex）和臨界應(yīng)變 加。由纖維的實(shí)際斷裂應(yīng)力或比強(qiáng)度T）和斷裂應(yīng)變s,以及其拉伸曲線的特征，便可判斷纖維是弱節(jié)斷裂，還是正常斷裂，并可計(jì)算纖維弱節(jié)斷裂的概率。由于實(shí)測(cè)中可以測(cè)得纖維沿其長(zhǎng)度方向上的粗細(xì)輪廓，見圖 1-2。由此可以分出纖維斷裂的部位， 最細(xì)點(diǎn)（XDmin）處斷裂和非最細(xì)點(diǎn)Xbro處斷裂。根據(jù)其實(shí)際斷裂部位

18、的粗細(xì)值可以換算得纖維的截面面積或線密度值，求出纖維的實(shí)際斷裂應(yīng)力b （或比強(qiáng)度T）和斷裂應(yīng)變£值，從而給出纖維弱節(jié)的特征和比例的綜合評(píng)價(jià)。第三節(jié) 各種纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)一、天然纖維素纖維1 ,分子特征：葡萄糖?；–6H10。5）連接而成、聚合度約104的線型大分子。棉、麻纖維組成的區(qū)別在于，麻有較多的非纖維素物質(zhì)。2 .背背椅式結(jié)構(gòu)773 .結(jié)晶結(jié)構(gòu)天然纖維素的結(jié)晶形式主要是纖維素I和纖維素n ,為單斜晶系。4高次結(jié)構(gòu)棉、麻纖維大分子的取向都很高，原纖的螺旋排列結(jié)構(gòu)。天然纖維素纖維的結(jié)構(gòu)層次，原纖、微原 纖、原纖、“日輪”層。5形態(tài)結(jié)構(gòu)表皮層，初生層，次生層和中腔。果膠、棉蠟，化學(xué)可

19、及性。麻纖維品種較多，有能以單纖維紡紗的芒麻和能以工藝?yán)w維（束纖維）紡紗的大、亞、黃、槿麻等。二、天然蛋白質(zhì)纖維1 .天然蛋白質(zhì)纖維的組成與分子間作用形式1）氫鍵作用；2）鹽式鍵作用；3）二硫鍵作用。2天然蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)絲蛋白分子主要是 3曲折鏈構(gòu)象，故又稱 3角月元；角蛋白分子的主要形式“螺旋形構(gòu)象，又稱 a角骯。3折疊構(gòu)象較易形成規(guī)整排列，伸直性較好。3.蛋白質(zhì)纖維的結(jié)晶取向結(jié)構(gòu)a螺旋構(gòu)型分子的伸展可能性大，彈性好。羊毛和蠶絲天然蛋白質(zhì)纖維均存在一定的結(jié)晶形式。3折疊型大分子易形成規(guī)整排列；“螺旋大分子也能由幾個(gè)大分子相互螺旋規(guī)則排列構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)晶形式。取向度也隨a螺旋的變化以及微細(xì)結(jié)構(gòu)的

20、不同而變化。4 羊毛纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)羊毛的鱗片層：多個(gè)鱗片交疊，有偽棱脊，多層結(jié)構(gòu)，有細(xì)胞間質(zhì)( cell membrane complex )粘結(jié)，有鎖結(jié)。 羊毛的皮質(zhì)層： 有許多如紡錘狀( spindle-shaped ) 皮質(zhì)細(xì)胞， 沿纖維軸向基本平行排列而組成。又分為正皮質(zhì)細(xì)胞( orthocortical cell ) ，副皮質(zhì)細(xì)胞( parecortical cell )和偶爾出現(xiàn)的仲皮質(zhì)細(xì)胞(mesocortical cell) 。微原纖又由基原纖構(gòu)成。目前認(rèn)為基原纖是由3個(gè)雙螺旋，或2+2個(gè)多重復(fù)螺旋的a型大分子組成，直徑 20? 左右。正皮質(zhì)細(xì)胞為三級(jí)原纖構(gòu)成副皮質(zhì)細(xì)胞是二級(jí)原

21、纖構(gòu)成體。羊毛的髓質(zhì)層是結(jié)構(gòu)疏松、 充滿空氣的薄壁細(xì)胞， 其中存在原生質(zhì)的沉積物， 色素和一些低分子物。羊毛纖維的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)：取決于羊毛皮質(zhì)細(xì)胞的分布形式。5 蠶絲的微細(xì)結(jié)構(gòu)蠶絲由絲膠( sericin )和絲素( fibroin )構(gòu)成。絲膠包覆于絲素之外，絲素是蠶絲纖維的主體。絲膠分為I、n、出、IV四種，為層狀包覆在絲素上，水溶性依次變小，結(jié)晶度依次變大。內(nèi)層最靠絲 素的為絲膠IV,很難被熱水或堿液溶解。絲素是由微原纖和原纖二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，微原纖直徑約為 4090? ，原纖為 250300 ? 。微原纖組合成原纖，原纖基本上呈同心環(huán)狀分布，構(gòu)成素素的層狀結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)在素素主體的表層尤

22、為明顯， 是 導(dǎo)致蠶素優(yōu)良光澤的主要因素之一。三、人造纖維人造纖維的劃分與叫法，主要指再生纖維，即用天然高分子材料，經(jīng)化學(xué)、物理加工而成的纖維，其與天然高分子纖維相對(duì)應(yīng)，分為人造纖維素纖維和人造蛋白質(zhì)纖維。人造纖維素纖維有粘膠纖維， 銅氨纖維和纖維素醋酸酯纖維。 人造蛋白質(zhì)纖維有酪朊， 素朊和大豆蛋白纖維， 但產(chǎn)量和使用極少， 放在結(jié)構(gòu)方面的討論很少，一般認(rèn)定分子結(jié)構(gòu)同天然蛋白質(zhì)纖維， 結(jié)晶 略好，是3型鏈的微小結(jié)晶顆粒。人造纖維素分子的鏈結(jié)構(gòu)形式比天然纖維素纖維要復(fù)雜些，主要是因人為的紡素加工過(guò)程而造成。其結(jié)構(gòu)除與天然纖維相同的伸展鏈和無(wú)規(guī)排列外，還有折疊鏈的形式。人造纖維素纖維結(jié)晶晶格形式

23、主要是纖維素n,還有纖維素出、IV、v形式，這在天然纖維素中是不存在的。纖維素出大都是液氨纖維素，再蒸發(fā)去氨或胺后，生成的一種晶格變體。纖維IV是由纖維素n或出在極性液體中加以高溫處理而成的，故又稱“高溫纖維素”。纖維素V是用濃HCl(38 %-40.3%)作用于纖維素產(chǎn)生的。纖維素分子折疊鏈的規(guī)整排列， 使單晶胞連續(xù)形成基原纖， 有片晶， 為人造纖維素的典型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。粘膠纖維，因?yàn)槟汤鋮s速度不同，表、芯層結(jié)構(gòu)不同。四、合成纖維合成纖維是由低分子物質(zhì)經(jīng)化學(xué)合成的高分子聚合物， 再經(jīng)紡素加工而成的纖維。 根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)，可分為碳鏈合成纖維： 如聚乙烯 ( polyethylene ) ， 聚丙

24、烯 ( polypropylene ) ,聚丙烯腈 ( polyacrylonitrile ) , 聚乙烯醇縮甲醛( polyvinyl-alcohol ) ， 聚氯乙烯 ( polyving chloride ) ， 或聚氟乙烯( polyvinyl fluoride ) 纖維；雜鏈合成纖維：如聚酰胺( polyamide)纖維，聚酯(polyethylene terephthalate)纖維等。合成纖維除上述的單一組成形式外，可通過(guò)共聚、共混、復(fù)合、接枝、滲入、涂層等方法改變其組 成，獲得不同的結(jié)構(gòu)與性能；也可通過(guò)變形，異形，超細(xì)、切斷等加工方法改變纖維形態(tài)；還可通過(guò)特 殊的紡絲及后加工方

25、式，獲得高性能的纖維。這些纖維與常規(guī)纖維在分子結(jié)構(gòu)，分子間結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)上有區(qū)別。1 .聚酯纖維在滌綸的結(jié)晶區(qū)中分子鏈節(jié)的構(gòu)型為反式結(jié)構(gòu):在非晶區(qū)則為順式，或稱旁式結(jié)構(gòu):° CH2-CHnO折疊鏈片晶的厚度一般在 250300?,而伸展鏈結(jié)晶厚度在 10002000?。滌綸是取向誘導(dǎo)結(jié)晶，故通常是高取向高結(jié)晶的結(jié)構(gòu)。滌綸的微細(xì)結(jié)構(gòu)(P28圖1-46),用纓狀折疊鏈片晶理論來(lái)解釋。2 .聚酰胺纖維聚酰胺纖維的分子，不管是聚酰胺 6(-NH CH2)5CO-)、聚酰胺66(-NH (CH2)&NH-CO- (CH2)4CO-)、 或是其他聚酰胺系列，其通式聚酰胺X為：-

26、NH- (CH?) x-1-CO-;和聚酰胺XY為：-NH (CH2)x-NH-CO-(CH2)y-2-CO-,均是由柔性鏈亞甲基的多個(gè)組合，并由酰胺鍵-CONH-聯(lián)接而成的。聚酰胺分子極易通過(guò)一定的鏈段運(yùn)動(dòng)和氫鍵作用，形成穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。初生絲的結(jié)晶度一般也可達(dá) 50%-60%。錦綸分子鏈構(gòu)象一般為折疊鏈形式，也有伸直鏈，折疊鏈結(jié)晶是主要形式。折疊鏈片晶隨熱處理作用，會(huì)發(fā)生變化，其結(jié)果是，折疊鏈片晶增加，片晶厚度增加，晶區(qū)增多增大，空穴也相應(yīng)變大。聚酰胺纖維分子中的亞甲基鏈，換成苯環(huán)，產(chǎn)生出新一代的芳香族聚酰胺纖維，如錦綸6T,Nomax,Kevlar 等。3 .聚乙烯纖維聚烯燒纖維主要是聚乙烯(

27、PE)聚丙烯(PP)纖維，普通聚乙烯纖維柔性較高，延伸性太大，故作為紡織纖維較少。其主要形式有：低密度聚乙烯( LDPE),中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。聚乙烯纖維分子可以形成規(guī)整的晶格排列，結(jié)晶為立方晶系。是折疊鏈結(jié)晶，片晶厚度為 100?左右。高強(qiáng)高模聚乙烯 70年代出現(xiàn)，為超高分子量聚乙烯( UHMW PE ),經(jīng)超拉伸(super drawing)和 區(qū)域拉伸法(Zone drawing),或凍膠紡絲超拉伸法制成?？尚纬奢^多的三維有序排列。加之分子的高 度取向，使纖維具備高強(qiáng)高模的特征，強(qiáng)度達(dá) 2530CN/dtex ,模量達(dá)80-100GPa。為斷續(xù)的伸展鏈微晶

28、 結(jié)構(gòu)。4 .聚丙烯纖維聚丙烯纖維分子與聚乙烯相比只是H換了個(gè)甲基(CH3)。甲基在鏈上的排列位置不同，形成不同的立體構(gòu)型，分為等規(guī)、間規(guī)和無(wú)規(guī)。等規(guī)和間規(guī)能形成規(guī)則有序的排列，導(dǎo)致纖維的結(jié)晶。尤其是等 規(guī)形式，其空間構(gòu)型是螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)晶形式。低密度的近晶型或稱準(zhǔn)晶型的結(jié)構(gòu)有較高的透明度。等規(guī)、間規(guī)聚丙烯，結(jié)晶有 “、3、乎8和擬六方變體五種，丙綸纖維的結(jié)晶度為6570%,未經(jīng)拉伸的只有30%50%。膜裂加工的丙綸纖維，是由丙綸膜單軸向拉伸球晶和片晶的分裂。5 .聚丙烯睛纖維睛綸纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 結(jié)晶形式是一準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。 造成這種結(jié)構(gòu)的原因是在聚丙烯睛分子結(jié)構(gòu) 本身中引入的第二、 三單

29、體，也有認(rèn)為是極性氟基 （-C三N）的作用。分子鏈的螺旋構(gòu)型，同丙綸分子。 由于強(qiáng)極性的鼠基作用，使分子的取向成為一個(gè)很難測(cè)量表征的量。純聚丙烯睛大分子的主要空間構(gòu)型是螺旋棒狀結(jié)構(gòu)，其堆砌排列，如教材P33圖1-57,螺旋周期為3個(gè)鏈節(jié)，直徑約為 6?。強(qiáng)極性氟基，使其以等角度轉(zhuǎn)動(dòng) 120。，以形成最穩(wěn)態(tài)的排列。這種規(guī)整 螺旋棒構(gòu)成的晶格為六角晶系或正交晶系。睛綸纖維結(jié)構(gòu)中幾乎很難尋找到與分子軸向垂直的層面，故定義睛綸聚集態(tài)結(jié)構(gòu)為側(cè)向有序，軸向無(wú)序的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。6 .聚乙烯醇纖維聚乙烯醇纖維（PVA）嚴(yán)格地說(shuō)是聚乙烯醇縮甲醛纖維，簡(jiǎn)稱維綸或維尼綸。維綸分子中的羥基是CH _ch2 ch極性基團(tuán)，

30、是維綸優(yōu)良吸濕性的主要作用部位。而縮醛化后產(chǎn)生的O CH2-O是維綸耐水和穩(wěn)定的部分。維綸長(zhǎng)鏈分子上-OH在空間的排布有全同立構(gòu)（等規(guī)）I-PVA,間同立構(gòu)（間規(guī)）S-PVA和無(wú)規(guī)立構(gòu)（無(wú)規(guī)）A-PVA。不同的立構(gòu)形式，對(duì)-OH形成氫鍵的難易程度不同。S-PVA最易形成氫鍵，所以該立構(gòu)度的增加其耐水性提高。聚乙烯醇的晶胞屬單斜晶系， 晶胞含有兩個(gè)單元鏈節(jié)， 晶格參數(shù)為a=7.81? , b=2.52 ? , C=5.51 ?, 戶91?42?,結(jié)構(gòu)形式如教材圖1-59。常規(guī)維綸的結(jié)晶度約為 30%。晶格密度為 1.345g/cm3。纖維的結(jié) 晶度越高，耐水溶性越好。維綸纖維的結(jié)構(gòu)有皮芯結(jié)構(gòu)，皮

31、層取向高，結(jié)構(gòu)致密，芯層結(jié)晶度略高，結(jié)構(gòu)較疏松，截面形狀為 腰圓形。皮芯結(jié)構(gòu)差異是導(dǎo)致染色不勻的主要原因。其微細(xì)結(jié)構(gòu)中有原纖和微孔，增加原纖化結(jié)構(gòu)是提高該纖維性質(zhì)的有效途徑。高性能維綸，如高強(qiáng)高模；功能性維綸，如水溶性維綸，離子交換型生物醫(yī)藥用維綸和衛(wèi)生醫(yī)用維綸；以及共混類維綸，在結(jié)構(gòu)上力求合理化，性能上趨于功能化。7 .聚氯乙烯纖維聚氯乙烯（PVC）纖維簡(jiǎn)稱氯綸，其目前作為單一成分的纖維較少。而與睛綸，維綸共混加工的較 多。如果純氯綸纖維的立構(gòu)規(guī)整性好，構(gòu)型單一性強(qiáng)，結(jié)晶度可達(dá)90%。一般聚氯乙烯結(jié)晶度較低。氯綸的晶格形式屬正交晶系，每個(gè)晶胞含4個(gè)單元鏈節(jié)，晶胞參數(shù)為，a= 10.6

32、7;0.1?, b=54±0.1?,c=5.1?,結(jié)晶區(qū)密度為 1.44g/cm3,非結(jié)晶區(qū)的密度為1.3891.390 g/cm3。五、彈性纖維結(jié)構(gòu)400%800%）。彈性纖維的分子彈性纖維主要是指聚氨酯類纖維，主要特征是很大的彈性變形（ 是由軟鏈段和交朕組成。（a）物理交聯(lián)（b）化學(xué)交聯(lián)聚氨酯彈性纖維根據(jù)鏈結(jié)構(gòu)中軟鏈段是聚酯還是聚醚，可分為聚酯型和聚醚型聚氨酯彈性纖維。美國(guó)橡膠公司的 Vyrene 是聚酯型，美國(guó) Dupont 的 Lycra 是聚醚型。第四節(jié) 特種纖維結(jié)構(gòu)一般概述特種纖維（Special fibre ）主要是指那些與普通三大類纖維（天然、人造和合成纖維）有別的，

33、具有特殊使用價(jià)值，或特殊性能和功能的纖維。 高性能纖維（ high performance fibre ） ，主要體現(xiàn)在高強(qiáng)、高模、耐高溫特性上； 功能化纖維，體現(xiàn)一定的或某一方面的自引發(fā)作用功能其發(fā)展為智能化纖維； 差別化纖維，主要在某一或某些性質(zhì)上優(yōu)于普通纖維，更利于使用或加工，更接近天然化和更為舒適。一、聚合物共混體纖維結(jié)構(gòu)聚合物混合體纖維，又稱混合聚合物纖維，也有人稱其為“聚合物合金”纖維。物理混合與化學(xué)共混。從纖維聚集態(tài)角度出發(fā)， 不管聚合物是單聚物還是共聚物， 聚合物混合體纖維或稱共混聚合物纖維 可分為三種。均相共混聚合物，其不同組分的分子在分子水平上互相混合而成，結(jié)構(gòu)討論中主要關(guān)

34、心分子間 的相容性，即適合的自由能AF< 0。非均相共混聚合物，其不同分子不能達(dá)到分子水平混合（AF>0）,各成一相，可連續(xù)或分散，其一般以亞微觀結(jié)構(gòu)為特征。雙組份復(fù)合聚合物， 其直接以兩種聚合物在宏觀結(jié)構(gòu)上的相互合并混合形成， 又稱雙成分、 雙組 分纖維、或復(fù)合纖維。二聚四氟乙烯纖維結(jié)構(gòu)聚四氟乙烯是一種高度對(duì)稱， 整體不帶極性的高分子化合物， 為不含任何支鏈的線型高分子， 原因在于，作用力極強(qiáng)的 C-F 鍵是很難打開的。氟原子的作用半徑較大7.2? ，故分子鏈的穩(wěn)定構(gòu)型是螺旋狀結(jié)構(gòu)。鏈結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱性和規(guī)律性，使聚四氟乙烯具有良好的結(jié)晶性（結(jié)晶度 60%）和高密度特征。結(jié)晶區(qū)密度

35、為2.35±0.06g/cm3,非晶區(qū)密度為 2.00± 0.04g/cm3。聚四氟乙烯纖維的結(jié)晶形式有兩種， 可相互轉(zhuǎn)換。 當(dāng)溫度小于19 時(shí)， 晶胞為三斜晶系， C 軸 （纖維軸）恒等同期為16.5?,每個(gè)晶胞含有14個(gè)-CF2-基。當(dāng)溫度高于19c時(shí)，晶胞開始轉(zhuǎn)變?yōu)榱骄担?晶胞參數(shù)為 a=5.61? , b=5.61? , c= 16.8?。三、碳纖維的結(jié)構(gòu)1 碳纖維的結(jié)晶與取向結(jié)構(gòu)碳纖維是高強(qiáng)、高模、耐高溫纖維，屬高性能纖維。主要由腈綸（ PAN ）纖維、粘膠纖維或?yàn)r青纖維經(jīng)預(yù)氧化、碳化和石墨化加工而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)主要是六環(huán)穩(wěn)定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。見教材P37 圖 1

36、-16。2 .碳纖維的微細(xì)組織結(jié)構(gòu)1）原纖特征：Fordeaux等人用X射線衍射和暗場(chǎng)電子顯微鏡觀察提出的結(jié)構(gòu)模型。2）層狀特征：纖維橫截面電子顯微鏡觀察表明，碳纖維原纖徑向結(jié)構(gòu)是層狀分布。3）皮芯特征：偏光顯微鏡對(duì)碳纖維皮層和內(nèi)芯層的分析，表明碳纖維內(nèi)外層結(jié)構(gòu)存在不均勻性。4）微結(jié)構(gòu)的不均一性：碳纖維中不均一性的主要原因是纖維中的無(wú)機(jī)雜質(zhì)，以及原絲加工中的牽伸作 用。四.液晶及芳綸高聚物的結(jié)構(gòu)液晶是指具有液態(tài)流動(dòng)特征，又有晶體的有序和光學(xué)各向異性特征的物質(zhì)。液晶有小分子液晶， 也有大分子液晶。液晶按照形成液態(tài)的方法可分為近晶型（Smectic）、向列型（nematic）和膽管型(choles

37、teric)。1 .溶致液晶高聚物最典型的是芳綸纖維，尤其是Kevlar纖維，其在15%的硫酸液或N-甲基口比咤溶劑中，于70c形成液晶。經(jīng)干噴或濕紡得到高強(qiáng)高模芳綸纖維。聚對(duì)苯并曝陛（PBT）,其分子剛硬。2 .熱致液晶聚合物多為芳香族聚酯類物質(zhì)，當(dāng)溫度高于熔融溫度時(shí)轉(zhuǎn)變成液晶態(tài)聚合物。圖1-72主鏈和側(cè)鏈液晶聚合物分子結(jié)構(gòu)模型圖3 .液晶聚合物結(jié)構(gòu)條件液晶高分子必須含有形成液晶態(tài)的基本分子結(jié)構(gòu)單元，這種結(jié)構(gòu)單元能促使大分子鏈形成棒狀或板狀的構(gòu)圖，并具有一定的長(zhǎng)徑比（即長(zhǎng)度與直徑之比），分子鏈要具有一定的伸展度和剛性?；谶@些要求，其分子鏈的基本單元結(jié)構(gòu)或應(yīng)為：剛性結(jié)構(gòu)(1.11)x-Bd-

38、RHy4 .液晶紡絲結(jié)構(gòu)處于溶液狀的大分子有四種狀態(tài) （參見教材P41圖1-73）。（a）是典型的普通大分子為無(wú)規(guī)線團(tuán)， （b） 是剛性大分子，在沒(méi)有良好的側(cè)向作用和導(dǎo)向情況下的狀態(tài)；（c）是無(wú)規(guī)的棒狀液晶；（d）為向列型液晶。5 .液晶纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)芳綸Kevlar的分子因液晶紡絲，而高度取向和伸展。芳族中的Nomex是耐高溫高強(qiáng)纖維，其晶格為三斜晶系。五、功能化及差別化纖維1 .高吸水性纖維：具備多微孔和空隙，造成毛細(xì)作用；表層分子的高親水性和吸附能；分子的 溶脹性，以保持和蓄存最大量的水分。2 .水溶性纖維：具有可水解的分子間作用和分子鏈段，較低的結(jié)晶度和結(jié)晶熔化溫度。3 .光、熱敏感性

39、纖維：在光或熱作用下的變色或顯色的變色纖維，由于分子構(gòu)型和晶格形式的變化而 致。在光或熱作用下，發(fā)生晶一晶，晶一液，液一晶等轉(zhuǎn)換，而產(chǎn)生吸放熱過(guò)程的變溫、變色纖維，以 及在光、熱作用下蓄放熱量和光熱相互轉(zhuǎn)換的纖維。4 .膜分離中空纖維：存在典型的層狀密度、孔隙梯度分布結(jié)構(gòu).集微過(guò)濾，分子吸附及傳遞為一體， 完成氣、液混合體的分離與純化。膜分離中空纖維具有極強(qiáng)的選擇性過(guò)濾。5 .過(guò)濾纖維：具有超細(xì)化形態(tài)，高表面吸附能性質(zhì)，甚至具有選擇性吸附，如活性碳纖維等。其集合 體微孔的大小及孔徑分布，決定了過(guò)濾的效果；其表面積和表面張力的大小，決定其吸附作用。6 .光導(dǎo)纖維：纖維母材為結(jié)構(gòu)均一，透明度高的單

40、一均相性材料。纖維表面的涂覆材料一般為反光性 極好，且吸光率幾乎為零。表皮和芯層材料的折射率差越大越好，并要求其界面平整。7 .導(dǎo)電纖維：纖維分子或基體中的電子導(dǎo)電機(jī)制增大，導(dǎo)電成分的連續(xù)性好，尤其在電流方向上。通 常為摻雜高聚物材料或復(fù)合纖維。8 .抗輻射、屏蔽纖維：其分子構(gòu)成和集合態(tài)結(jié)構(gòu)要有很好輻射熱轉(zhuǎn)換、吸收機(jī)制，即具有相應(yīng)的分子共振吸收形式和表層反射阻擋作用。差別化纖維：較注重宏觀形態(tài)，纖維空間彎、轉(zhuǎn)曲狀態(tài)，表層物質(zhì)與結(jié)構(gòu)的改變，故大多為變形、 改性、多孔、減量等加工產(chǎn)品。滌綸仿真絲表面絲光化處理，就是典型的差別化加工，其表面變化見教 材 P44 圖 1-79。功能纖維：特殊功能和被動(dòng)

41、性智能纖維：自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)、可控和功能轉(zhuǎn)換第二章纖維的吸濕性一、纖維吸、放濕的動(dòng)態(tài)平衡概念二、吸濕指標(biāo)及其測(cè)試方法回潮率與含水率；標(biāo)準(zhǔn)回潮率；公定回潮率。測(cè)試方法：直接法；間接法。三、吸濕滯后性及其機(jī)理四、吸濕等溫線及其機(jī)理由吸濕等溫線和吸濕滯后性理解在紡織測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中要求的預(yù)調(diào)濕一調(diào)濕平衡過(guò)程 五、纖維的吸濕熱一一微分熱（Qi）和積分熱（W）rW = °Q1dr/100Q1 =-100dW/dr六、纖維吸濕與纖維性能間關(guān)系七、纖維的吸濕機(jī)理及其理論吸濕機(jī)理：定性解釋影響纖維吸濕的因素（纖維本身因素和外界條件）吸濕理論：從理論上分析說(shuō)明吸濕等溫線即纖維回潮率與相對(duì)濕度間關(guān)系的理論曲線八

42、、合成纖維親水化的原理與方法問(wèn)題討論1 .吸濕熱的測(cè)量用量熱器可測(cè)積分熱一回潮率曲線，然后進(jìn)行微分得不同回潮率時(shí)的微分熱。微分熱也可由不同溫度下的吸濕等溫線計(jì)算得到。2 .皮爾斯（Peirce）理論P(yáng)65,圖 2-19, P67,圖 2-20第三章 纖維的力學(xué)性能第一節(jié)拉伸性質(zhì)一、拉伸性質(zhì)指標(biāo)：代表性拉伸曲線的繪制。二、影響纖維拉伸性質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)因素和試驗(yàn)條件因素。纖維結(jié)構(gòu)因素：聚合度，取向度，結(jié)晶度，交聯(lián)，分子鏈的剛?cè)嵝?。試?yàn)條件因素：1.試樣長(zhǎng)度（皮爾斯弱環(huán)定律）2 .試樣根數(shù)（平行纖維束的拉伸性質(zhì)）3 .加荷速度（與纖維的粘彈性能有關(guān)）4 .力口荷方式（同上，強(qiáng)度 CRL>CRE

43、,模量CRL<CRE）5 .溫濕度條件第二節(jié)紡織纖維的粘彈性力學(xué)性能粘彈性性質(zhì)即時(shí)間效應(yīng)（time dependent）纖維是高分子聚合物，與虎克材料相比其變形特點(diǎn)：紡織纖維虎克材料各向異性各向同性大變形小變形時(shí)間效應(yīng)與荷重的歷史和速度無(wú)關(guān)非線性線性產(chǎn)生不可逆塑性變形只產(chǎn)生急彈性變形本章主要討論時(shí)間效應(yīng)，即：粘彈性性質(zhì)E, 2(112)各向異性的概念也很重要， 紡織纖維是一個(gè)橫向各向同性的各向同性體，其獨(dú)立彈性常數(shù)有五個(gè)。C11C12C13000C12C11Ci3000C13C13C33000000C44000000C440000001/2 ( C11-C12 )可以測(cè)定的工程彈性常數(shù)有

44、七個(gè):E1 = E2,E3，21，加3，42，紡織纖維的彈性常數(shù)矩陣（剛度矩陣）G31、G12 °但有二個(gè)關(guān)系式:G12口13 口31 oE3 =E1、粘彈性現(xiàn)象及其分子解釋蠕變；應(yīng)力松弛；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。、粘彈性力學(xué)的分析方法微分表達(dá)式一一用力學(xué)模型模擬（希望掌握三元件模型或標(biāo)準(zhǔn)線性固體模型的解法步騾）。積分表達(dá)式一一玻爾茲曼疊加原理。理解 P89,式（3-29）和圖3-21的物理含義。三、動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) E?, E?勺物理含義。當(dāng)交變（正弦）應(yīng)力作用于紡織纖維時(shí)，其應(yīng)變也是交變（正弦）的，且應(yīng)變落后應(yīng)力一個(gè)相位角四、對(duì)紡織纖維粘彈性常數(shù)間關(guān)系有一個(gè)概念性的了解。五、非線性粘彈性力

45、學(xué)模型。請(qǐng)閱參考文獻(xiàn)16, 17。第三節(jié)粘彈性能的測(cè)量及其應(yīng)用、測(cè)試方法應(yīng)力松弛（Instron Tester）,蠕變（掛重法）。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：1.強(qiáng)迫振動(dòng)法一一DDV n動(dòng)態(tài)粘彈譜儀2.脈沖波傳遞法一聲速法利用時(shí)溫等效原理：1 .將不同溫度下短時(shí)間的v t和E間關(guān)系轉(zhuǎn)換得到某一溫度下的應(yīng)力松弛和蠕變主曲線。2 .將E?, E? tgM t （3）間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成 E?, E? tgM T間的關(guān)系 或?qū)㈩l率力學(xué)譜轉(zhuǎn)換成溫度 力學(xué)譜。根據(jù)溫度力學(xué)譜可以分析纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動(dòng)以及其他應(yīng)用；耐沖擊性能，耐磨性能和摩擦如：轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定，取向度，結(jié)晶度，纖維性能判別，疲勞性能 性能等。第四節(jié)纖維的彈

46、性對(duì)高分子鏈的嫡彈性只作概念性了解。要求熟悉：纖維的回彈性指標(biāo)、測(cè)量方法和影響纖維回彈性的因素。第五節(jié)纖維的斷裂與疲勞破壞一、理解為什么纖維的實(shí)際斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論強(qiáng)度的原因。P118119二、疲勞破壞的機(jī)理傳統(tǒng)觀點(diǎn)：次價(jià)鍵斷裂和分子鏈間相互滑移一一本質(zhì)上是流動(dòng)或塑性變形的累積。近代觀點(diǎn)：1裂縫擴(kuò)展理論一一Griffith理論。2 .由于材料正切損耗一一疲勞發(fā)熱導(dǎo)致熱老化。三、纖維的疲勞壽命的影響因素3 .內(nèi)因：a.提高材料內(nèi)聚力b.提高材料模量和斷裂功c.提高纖維的彈性回復(fù)性能d.結(jié)構(gòu)完整、減少缺陷.e.降低材料的內(nèi)耗（tg S）4 .外界條件：a.溫度1nL=A/T+Bb.外力1nL=D-

47、Cff一應(yīng)力振幅 、-bc.頻率L（t）= au時(shí)間壽命下降L（n）= a 丁疲勞次數(shù)壽命下降d.濕環(huán)境下疲勞壽命下降第六節(jié)其他力學(xué)性質(zhì)一、沖擊性能許多紡織材料是在高速?zèng)_擊或高應(yīng)變率條件下工作的，如防彈衣，頭盔，降落傘吊帶，高速縫紉線等。極高速?zèng)_擊紗線時(shí)，紗線尾部尚未產(chǎn)生位移而紗線已產(chǎn)生斷裂破壞，因?yàn)閼?yīng)變?cè)谠嚇又袀鬟f速度C= Je / P , E材料彈性模量，p材料密度。當(dāng)沖擊速度大于C時(shí)就會(huì)產(chǎn)生上述情況。為什么當(dāng)槍彈射擊玻璃時(shí)，玻璃不碎，出現(xiàn)一彈孔？為什么芳綸可制成防彈衣？其原因都與應(yīng)變?cè)诓牧现械膫鬟f速度有關(guān)。彈射試驗(yàn)中，V50指標(biāo)的定義；V50越大，材料抗沖擊性能越好。二、纖維的力學(xué)各向異

48、性剛度常數(shù)一柔量常數(shù)CijSijoij = Cij j可=Sij oijQ以修正。如計(jì)算纖維的三、纖維的彎曲、扭轉(zhuǎn)和壓縮性能由材料力學(xué)基本公式，考慮纖維非正圓形截面而引入一截面形狀系數(shù)（彎曲剛度時(shí)：4圓形截面的彎曲剛度為Rf =（兀/ 64） Ed4非正圓形截面的彎曲剛度為Rf =（兀/ 64） Ed n重點(diǎn)討論問(wèn)題一、力學(xué)模型的解題方法二、動(dòng)態(tài)力學(xué)指標(biāo)的物理概念與推導(dǎo)三、玻爾茨曼疊加原理第四章 纖維的電學(xué)性質(zhì)概述 纖維的電學(xué)性質(zhì)， 雖不如力學(xué)性質(zhì)如此經(jīng)典。 導(dǎo)電和絕緣的功能，尤其是后者，在應(yīng)用中為人們所關(guān)注。 材料的抗靜電性變得日益重要。在加工和使用中考慮。 在高技術(shù)纖維材料（ High-t

49、ech fibres ）中，纖維的導(dǎo)電，屏蔽，制振等功能，均涉及纖維的電學(xué)性質(zhì)，如高導(dǎo)電纖維，抗靜電纖維，耐高壓擊穿材料，納米導(dǎo)電或制振纖維材料等。 尤其是白川英樹、MacDiarmid 和 Heeger 教授在導(dǎo)電高分子材料及其化學(xué)和物理研究中的開創(chuàng)性工作。 主要說(shuō)清纖維材料的導(dǎo)電性能，介電性能和靜電特征三問(wèn)題。第一節(jié) 纖維的導(dǎo)電性討論：纖維導(dǎo)電機(jī)理：影響纖維導(dǎo)電的因素；導(dǎo)電量表征與測(cè)量。一、纖維的導(dǎo)電機(jī)理1 纖維導(dǎo)電的一般形式： （物質(zhì)的電傳導(dǎo)的基本方式） 電子導(dǎo)電：自由電子的定向運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)生在金屬類物質(zhì)中。 離子導(dǎo)電：電離離子的定向運(yùn)動(dòng)，這主要發(fā)生在電解溶液中或電離氣體中。 孤波傳導(dǎo)：

50、孤子或反孤子的換位移動(dòng)產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移，主要發(fā)生在摻雜高聚物物質(zhì)中。所謂導(dǎo)電是指帶電粒子（或截流子）的定向移動(dòng)，即為導(dǎo)電。2 .電導(dǎo)公式。=N.q舉（4.1）3 .纖維的導(dǎo)電機(jī)理對(duì)纖維大分子來(lái)說(shuō)，是共價(jià)鍵連接，無(wú)自由電子。電導(dǎo)率（7< 10-20以下，實(shí)際纖維電導(dǎo)率 Q10-13 / Qm,原因在于纖維不是純高分子物質(zhì)，存在水分、雜質(zhì)等低分子物質(zhì)。電離的載流子在外界電場(chǎng)、 溫度和壓力作用下增多和導(dǎo)電。4 .纖維導(dǎo)電機(jī)理的證實(shí)電子導(dǎo)電的特點(diǎn)是：離子導(dǎo)電的特點(diǎn)是： 二、影響纖維導(dǎo)電性的因素從電導(dǎo)率公式電離離子數(shù)2.從電導(dǎo)率公式離子遷移速率N = 2n =2n01 . eE0/2kT ；(4.2

51、)2qa6kTexp(kT(4.3)3.雜質(zhì)與空隙：雜質(zhì)增加有利于增加可電離的粒子數(shù)n0,并可使N增加。而空隙的增加有二方面作用，一是通道；另一是空隙。溫度與濕度：相對(duì)溫度的作用：Hearle討論了纖維素纖維和羊毛與蠶絲，得出電阻的關(guān)系為：R與溫度T-d（log k）a-bM 。CT dT相對(duì)纖維含水的作用：同樣由Hearle的結(jié)果可得：(4.4)Rm M n = K(4.5)與相對(duì)濕度的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)結(jié)果可證明，相對(duì)濕度RH與質(zhì)量比電阻存在下述關(guān)系:log Rm = -aRH b(4.6)三、纖維導(dǎo)電性的測(cè)量與表征1.表面比電阻（Surface Specific Resistance） SSR.

52、其定義為電流在通過(guò)纖維表面時(shí)，所呈現(xiàn)出的電阻值，用單位長(zhǎng)度上加的電壓（電場(chǎng)強(qiáng)度 位寬度上流過(guò)的電流（電流線密度）的比值來(lái)表示。E）與單U /l chRs 一I /h l(4.7)從通常因素看纖維的結(jié)構(gòu)因素：纖維的分子量或聚合度。纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。主要導(dǎo)電機(jī)制是離子導(dǎo)電。2.體積比電阻（Volume Specific Resistance） VSR.其定義為電流通過(guò)纖維體內(nèi)時(shí)所呈現(xiàn)出的電阻值。用單位長(zhǎng)度上施加的電壓（電場(chǎng)強(qiáng)度 面積內(nèi)流過(guò)的電流（電流面密度）的比值來(lái)表示。- U /lS:VRvI /Sl由于幾何尺寸包括截面 S與長(zhǎng)度l,又是材料體內(nèi)導(dǎo)電性，故稱體積比電阻。E）與單位(4.8)3.質(zhì)

53、量比電阻（Mass Specific Resistance） MSR在一定電場(chǎng)下，電流通過(guò)隨機(jī)排列的纖維集合體時(shí)，以單位線密度（tex）流過(guò)的電流所呈現(xiàn)出的電阻，稱為質(zhì)量比電阻。其用體積比電阻PV和被測(cè)纖維的密度 丫乘積來(lái)表示。U /II /(W /I )：V (4.9)第二節(jié)纖維的介電性能纖維的介電性能是指在電場(chǎng)作用下束縛電荷運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。其特征是外加電場(chǎng)作用下電介質(zhì)的偶極化。在恒定電場(chǎng)作用下的介電性能，可用介電常數(shù) £來(lái)表示；而在交變電場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)介電性能可用復(fù)介電常數(shù)才來(lái)表示。一、介電常數(shù)材料的介電性通常用材料的介電系數(shù)（ 大多實(shí)用情況下，采用相對(duì)介電系數(shù)（Permitti

54、vity ） C來(lái)表示。介電系數(shù)可以用二種方式來(lái)定義。relativepermittivity ）來(lái)表示，其也常稱為介電常數(shù)（ dielectricconstant),CCoFo(4.10)l.介電常數(shù)定義介電常數(shù)是相對(duì)介電系數(shù), 電場(chǎng)中被極化的程度。是介質(zhì)中的介電系數(shù)與真空的介電系數(shù)的比值。其本質(zhì)上是反映材料在2.極化與介電性介電效應(yīng)，是由于介質(zhì)在電場(chǎng)中被極化而形成的。P = 0 (； -1) E(4.11)克勞修斯莫索蒂（Clausuis-Mosotti）方程:N ;一二或者3 0(4.12)3.介電常數(shù)的頻率特性在交變電場(chǎng)中：介電e與極化率a的關(guān)系應(yīng)該為:;* 1 N;* 23-(“Fs 0(4.13)eE/kT為松弛時(shí)間，0200式中：花為頻率值趨向無(wú)窮大時(shí)的極化率；密為靜態(tài)電場(chǎng)時(shí)的極化率;為自振角頻率。顯然當(dāng):(4.14)(4.15)8=n2, n為纖維的