纤维化学与物理-知识点

什么是原纤化，微纤化

原纤化、微原纤是纺织纤维微观结构的不同级别。纺织纤维从大分子排列到堆砌组合成纤维，其间有许多的微观结构。一般为单分子结合成基原纤，基原纤平行排列结合成微原纤，微原纤排列成原纤，原纤堆砌成巨原纤，巨原纤堆砌成纤维。原纤化、微（原）纤化是说某种纤维在摩擦或其他物理、化学处理，纤维表面呈现原纤、微原纤的趋向。

天丝存在原纤化现象，所谓“原纤化”是指沿着纤维长度方向在纤维表面分裂出更细小的原纤，这些原纤一端固定在纤维本体上，另一端暴露在纤维表面形成许多微小绒毛。天丝是由微原纤构成的取向度非常高的纤维素分子的集合体，纤维大分子之间纵向结合力较强，而横向结合力较弱，这种明显的各向异构特征使得纤维可以沿纵向将更细的纤维逐层剖离出来，尤其是在湿态下经机械外力摩擦作用，天丝的原纤化现象更为明显，在极度原纤化作用下，原纤相互缠结使织物表面产生起球现象。天丝的原纤化性能具有双重效应：一方面对于要求表面光洁的纺织品来说，纤维原纤化会影响织物的外观；另一方面可利用纤维易原纤化的倾向，可以获得具有“桃皮绒”柔软舒适风格的织物。对于前者，可利用经过交联处理的天丝或通过染整化学加工来防止原纤化的产生。

什么是羟基？

羟基（-OH ）又称氢氧基。是由一个氧原子和一个氢原子相连组成的一价原子团，结构式为HO-。例: 乙醇 C2H5OH ，羟基（-OH ）此原子团在有机化合物中称为羟基，是醇（ROH ）、酚（ArOH ）等分子中的官能团；在无机化合物水溶液中以带负电荷的离子形式存在（-OH-），称为氢氧根。无机化合物中的氢氧化物（如氢氧化钠）以及有机化合物中的醇（如乙醇）、酚（如苯酚）和羧酸（如乙酸）等的分子中都含有这种原子团。

高分子材料的柔软性

高分子链具有柔顺性的本质原因是其分子链内单键内旋转，影响高分子柔顺性的因素包括主链结构，侧基，氢键等。相比C-C 这样的碳链高分子，当主链中含C-O 键时，因为O 原子周围的原子比C 原子少，内旋转的位阻小，柔顺性好。对于有取代基的高分子，取代基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。判断高分子柔软性大小主要看其单键旋转的容易程度，综合考虑键能以及空间位阻等信息。 非晶态高分子物的温度－形变曲线

（1）玻璃态：温度T ＜Tg 。

大分子运动特点（单元）：链段及大分子不能运动，处于“冻结”状态，只有分子中原子或原子团在平衡位置上转动和摆动，受外力作用只能使键长、键角产生变化。

力学性质（形变特点）：弹性模量很高，形变很小，形变与外力成正比，外力去除后，形变能立即回复，普弹形变。

（2）高弹态：温度介于Tg 和Tf 之间。

大分子运动特点（单元）：在外力作用下，链段运动，分子链的伸长和卷曲可以通过链段的运动而实现。

形变特点：弹性模量小，受外力作用，形变很大，形变包括普弹形变和高弹形变，形变与外力不成正比，外力去除后，普弹形变可立即回复，高弹形变需要一定的时间才能回复。力学性能依赖于链段的性质。

（3）粘流态：温度＞Tf 。

大分子运动机理（单元）：在外力作用下整个大分子发生相对滑移，分子的质量重心发生位移。

形变特点：弹性模量很小，受外力作用，形变很大，外力去除后形变不可回复，为塑性形变。力学性能依赖于整个分子链的性质。

高分子有几种运动单元？

①整个分子链的运动：即大分子与大分子间产生相对滑移，大分子的质量重心发生移动，即发生流动。温度T ＞Tf 。

②链段运动：高分子质量重心不发生位移，是分子链中一部分相对于其他部分的运动。温度范围：Tg ＜T ＜Tf 。

③支链、链节、侧基等尺寸小的运动单元的运动。

④晶区的运动：包括晶型的转变、晶区缺陷的运动，折叠链的“手风琴式”运动等。 ⑤原子在平衡位置附近的振动，键长、键角的变化。

永定和过缩现象的原理

过缩：将受到拉伸应力的羊毛在热水或蒸汽中处理很短时间，然后出去外力并在蒸汽中任其收缩，纤维能够收缩到比原来的长度还短，这种现象称为“过缩”。原因：外力和湿热作用使肽链的构象发生了变化，原来的次价键被拆散，但因处理时间过短，尚未在新的位置上建立起新的次价键，多肽链可以自由收缩。

永定：如果将伸长的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理的时间足够长，则外力去除后，即使再经蒸汽处理，也仅能使纤维稍微收缩，这种现象称为永定。原因：由于处理时间较长，次价键被拆散后，在新的位置上又建立起新的、稳固的次价键，使多肽链的构象稳定下来，从而能阻止羊毛纤维从形变中恢复原状。

纤维的疲劳性与哪些因素有关？

外因：所发生的形变或所加外力的大小、作用时间的长短。

内因：分子流动和次价键的断裂、分子链受力断裂、老化而产生的分子链断裂、链的取向、结晶度和晶体大小、结晶的形态、玻璃化转变等。线密度和纤维的结构，一般地说，但纤维线密度降低时，纤维的耐疲劳性高；分子量的大小，分子量增大，耐疲劳性提高；晶粒小，晶区分布均匀，耐疲劳性提高；取向度过高时，耐疲劳性低；疲劳寿命还和温度及施加应力或应变的振幅与频率等条件有关。

什么是应力松弛？为什么未硫化橡胶应力可松弛到零，而经硫化的橡胶不能松弛到零？ 在一定温度下，使高分子试样迅速产生形变，试样内产生与外力向抗衡的内应力，在保持形变不变的情况下，随时间延长，应力不断衰减的现象，叫应力松弛。

应力松弛与分子结构有关，分子链柔性越大，应力松弛愈快；反之愈慢；交联后应力只能松弛到一定值，不能松弛到零。硫化后的橡胶发生交联，交联点不能在应力作用下通过分子热运动而解开，交联键力图使高分子保持一定的形状，因而必然存在着与外力相抗衡的内部应力，所以应力不能松弛到零。

结晶和取向有什么不同？非晶态高聚物取向后有什么变化？

结晶和取向两者都是高分子的排列有序，但取向只是一维或二维有序，是被动过程；结晶是三维有序，是自发过程，结晶时要释放出晶格能而是分子链趋于稳定。能结晶的高分子一般都能取向，能取向的高分子不一定都能结晶。取向态的高分子又分为结晶取向和非结晶取向。 非晶态高聚物取向按取向单元大小可分为整链取向和链段取向。前者整个分子链沿外力方向取向，但链段不一定取向，在高弹态时就能实现；后者分子链的链段取向，整个分子链的[排列是无规的，在粘流态时才能实现。取向后分子变得有序。

亲水涤纶与易染涤纶分子结构相同吗？

亲水涤纶与易染涤纶在结构方面有相同之处，比如可能在两种纤维中含有相同的基团，既具

有亲水性，又可以与染料结合，具体还要看其制备方法，以及分子链中所含基团的差别。 亲水涤纶：

亲水涤纶的制备方法一般为两种，为物理改性和化学改性。

物理改性可以从纤维横截面的大小、形状及纤维的平直度、容积等方面进行改性，以增加纤维的内外表面积来提高亲水性。

从化学改性上讲，可以通过化学处理来改变纤维的超分子结构，或对纤维上的羟基进行酸化或醚化，以增加或改变纤维的生物活性物质来提高亲水性。

具体方法为：

（1）用亲水性基团接枝共聚

此法是在涤纶分子的结构中，引人醚键、经基、磺酸基等亲水性基团，在大分子上进行接枝共聚，从而增强涤纶纤维的吸湿性。

（2）用亲水性化合物进行涂层处理

用亲水性整理剂对纤维进行涂层处理以改变涤纶的疏水表面层性能。

（3）超细涤纶纤维

在同样线密度的丝束中，由于超细纤维单丝根数比普通纤维多，从而改变了织物密度。超细涤纶织物比普通涤纶织物结构细密，纤维间间隙多，所以极易形成毛细现象而吸水。

（4）中空微孔纤维

中空微孔纤维通常是指芯部有中孔、皮层有微孔的差别化纤维，其中有部分微孔成为从表面到中空部分的贯穿孔。当涤纶织物与汗水接触时，在毛细效应作用下，一面从内侧贯穿孔将汗水输向中孔并沿中空部分分布，一面又通过外侧微孔向空气中蒸发，因而吸水迅速，保水率和输水率都高，透气性好，较好地满足了穿着舒适性的要求。

（5）异形截面纤维

几乎所有的天然纤维都属于非标准圆形截面。在化学纤维生产中，采用改变喷丝板孔形及纺丝工艺条件等方法制造出的各种非圆形截面形状纤维，统称异形纤维。由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关，借助纤维截面形状的改变可获得人们所需要的各种特性。故采用异形截面的涤纶纤维可增强涤纶纤维的吸湿性。

（6）与其他纤维共纺

在制作涤纶纤维时，加入亲水性的纤维，比如粘胶纤维、棉纤维、蛋白质纤维等，以改善涤纶的亲水性。

易染涤纶：

主要是对涤纶进行化学改性，在分子链中引入其他单体，如阳离子可染涤纶，既是在涤纶分子链中引进能结合阳离子染料的酸性基团，制得能用阳离子染料染色的涤纶。

氢键

氢原子与电负性大、半径小的原子X （氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y （与X 相同的也可以）接近，在X 与Y 之间以氢为媒介，生成X-H „Y 形式的一种特殊的分子间相互作用，称为氢键。（X 与Y 可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键） 锦纶6、锦纶66、锦纶610形态相同吗？分别有什么性质、用途？

锦纶的主要品种为脂肪族聚酰胺纤维，它可以用一种单体合成，如内酰胺或氨基酸。此时锦纶名称后的阿拉伯数字即表明所用内酰胺或氨基酸的碳原子数目，如锦纶6、锦纶11等；亦可以用两种单体合成，即一种二元胺与一种二元酸。此时锦纶名称后的两组阿拉伯数字中，第一组代表二元胺的碳原子数目，第二组代表二元酸的碳原子数目，如锦纶66，锦纶610，锦纶1010等。

一般说来锦纶66的手感比锦纶6好，另外锦纶66的舒适性也比锦纶6好，但从表面上很难区分锦纶6和锦纶66。

锦纶纺织品特点：良好的形状稳定性和抗皱性，锦纶有优异的强度和耐磨性。

锦纶特点

长丝：大部分以变形丝的形式制造各种袜子、内外衣料、手套及装饰织物等。

短纤维：通常以低于20%的比例与其他纤维混纺，以提高织物的耐磨性，也可以与天然纤维等交织

聚酰胺6

（1）学名：聚己内酰胺。

（2）分子结构：

广泛用于化工机械，防腐设备的制齿轮及零件坏料。耐磨零件，传动结构件，家用电器零件，汽车制造零件，丝杆防止机械零件，化工机械零件，化工设备等。

聚酰胺66

（1）学名：聚己二酰己二胺。

（2）分子结构：

尼龙66主要用于汽车、机械工业、电子电器、精密仪器等领域。从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。

尼龙-610

（1）学名：聚癸二酰己二胺

用途:用于制机械、交通业的零部件，电子工业中的绝缘材料、仪表壳体。

三者结构特征

1. 分子结构

线型长链分子，柔性较好，晶体中分子链为完全伸展的平面锯齿形结构。

聚集态结构

初生丝：部分结晶，无取向。因分子链较柔软，易结晶。

拉伸后处理后：有结晶及取向，有皮芯层结构。

结晶度：50～60%，有的甚至高达70%。

超分子结构：涤纶相似，折叠链晶体和伸直链晶体共存。

拉伸的作用：能提高取向度、结晶度，且取向度提高的程度＞结晶度的提高。

超分子结构模型：折叠链－樱状微原纤模型。

晶系

锦纶6：α、β、γ三种晶体，α晶体最稳定，单斜晶系。晶体中大分子呈完全伸展的平面锯齿构象，相邻分子链以反平行方式排列。

锦纶66：α、β两种晶体，三斜晶系。晶体中分子链构象：完全伸展平面锯齿构象。 形态结构（似涤纶）

截面：圆形。

纵向：光滑平直的圆柱体。

2. 机械性能

（1）初始模量：接近羊毛，＜涤，手感柔软，易变形。

（2）断裂强度和断裂延伸度：与生产时拉伸比有关，拉伸比↑，纤维结晶度及取向度↑，断强↑，断延↓。

（3）锦纶的韧性较大：断裂功较大。

（4）温、湿度的影响

温度↑：断强↓，初始模量↓，断延↑。

湿度↑：初始模量↓，断强↓，断延↑。

原因：分子结构中有酰胺键，吸湿性较好。

（5）弹性：具有高超的弹性，在所有纤维中最高。

分子链中有大量的亚甲基，大分子柔性好，结构较疏松，在松弛状态下，纤维大分子易处于无规卷曲状态，当受外力拉伸时，分子链被拉直，长度明显增加。外力去除后，分子链又可通过内旋转转变成卷曲状态，使形变回复。

分子中有酰胺键，分子间可形成氢键，氢键既可防止纤维分子链之间发生相对滑移，又可促使形变的回复。

（6）耐磨性

表现：是所有纤维中最好的。耐磨性比棉和蚕丝高10倍，为羊毛的4～5倍，

耐磨性好的用途：

特适合做袜子。

与其他纤维混纺，可提高织物耐磨性。

耐磨性好的原因：强度高，延伸性及弹性好。