纤维的结构特征

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
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。
大分子
基原纤
微原纤
微原纤的堆砌形式示意图
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。 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。
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。
结晶度对纤维结构与性能的影响
结晶度↑→纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺 寸稳定性、密度↑；纤维的吸湿性、染料吸着性、 润胀性、柔软性、化学活泼性↓。
结晶度↓→纤维吸湿性↑，容易染色，拉伸强度降 低，变形较大，纤维较柔软，耐冲击，弹性有所 改善，密度较小，化学反应性比较活泼。
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。
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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 ）。
“两相结构” 模型 ：纤维中存在明显边界的晶区与非晶区， 一些大分子的长度可以远超过晶区或无定形区各自的长度﹐ 足够把若干个晶区和无定形区串连起来形成网络结构 。
取向和无序排列的缨状微胞（fringed micelle ）结构 缨状：无序区中分子排列的状态；微胞：分子有序排列的结构块
Hearle教授的缨状原纤结构模型
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
粘胶纤维属于分散的晶相和连续的无定形相所组成的 例子。棉及苎麻等则属于连续晶相和分散的无定形相 的两相结构。
两相结构的两种模型：缨状微胞模型中大分子可以穿 过若干晶区和无定形区﹐而折叠链缨状微胞模型中大 分子可以折叠在一个晶区内﹐也可以穿过无定形区进 入另一晶区折叠。
（2）非晶态：纤维大分子无规则聚集排列的状态。 ①非晶区（无定形区，amorphous region ）
纤维大分子无规则聚集排列的区域。
非晶区特点：
a.大分子链段排列混乱，无规律； b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞； c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。
直接影响着纤维的吸湿、染色、热定形、力学弹 性及伸长等 。
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)
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
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。
第二章 纤维的结构特征
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。
极矩作用而产生的
/克分子；与温度
有关
由相邻分子间的诱导电动势产生的，产 1.5～3千卡/克分子，
生于极性分子与非极性分子之间
与温度有关
由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时的 0.2～2千卡/克分子， 偶极矩而产生的，产生于一切非极性分 与温度无关 子中。
大分子侧基（或部分主链上）极性基团 能力1.3～10.2千卡
之间的静电吸引力（如－NH2，-COOH，/克分子，距离
-OH，-CONH等）
2.3～3.2埃；与温
度有关
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
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
巨原纤(macro-fibril)：由多个微原纤或原纤堆砌而成的结构 体。横向尺寸一般约为0.1～0.6μm 。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。
名称 范德华力
氢键 盐式键 化学键
定向力 诱导力 色散力
产生原因
特点
产生于极性分子间，是由它们的永久偶 作用能量3～5千卡
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；
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一、纤维的形态结构—微细结构(原纤结构)
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。
缚 结 分 子
取向和非取向折叠链片晶（fringed lamellar crystal）结构模型
折叠链缨状微胞模型中大分子可以折叠在一个晶区内﹐ 也可以穿过无定形区进入另一晶区折叠。
两相结构﹕其基本概念是纤维中存在明显边界的晶区 与非晶区，一些大分子的长度可以远超过晶区或无定 形区各自的长度﹐足够把若干个晶区和无定形区串连 起来形成网络结构。