纺织材料学课件.ppt
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- 纺织 材料 课件
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1、苏州大学纺织与服装工程学院纺织工程专业 本科教程杨旭红第一章 纤维结构基本知识 Back第一节 纤维结构的层次概念 n一、纺织纤维的结构层次n结构:指在平衡态分子中原子的几何排列(分子结构)及分子与分子之间的几何排列(聚集态结构)。 远程结构(二次结构):涉及链的长度以及构像(链的形态)纤维大分子的链结构近程结构(一次结构):长链分子的化学结构及其化学的与立体的异构成纤高聚物大分子链相互间的几何排列及结构形态;纤维的聚集态结构主要研究和分析各种纤维长链分子的堆砌方式,如有无结晶、如何形成、结晶形态、晶区与非晶区的异同,以及长链分子与纤维轴的平行程度等。形态结构:多重原纤结构、断面结构、外观与表
2、面形态、孔隙、裂纹等。纤维大分子的聚集态结构二、成纤高聚物的结构要求n1从大分子形态上看,具有一定的长度和细度、有较高的长径比。n2从聚集态结构的角度看,分子排列有一定的取向度或各向异性,有形成部分结晶结构的能力,同时还要保留有一定的无定形区(非结晶区)。n3从大分子组成和化学结构上看,大分子应是线形长链分子,支链较短,侧基要小,且大分子间作用力要小,同时,相对分子质量要高。 第二节 纤维的分子链结构 n一、纤维分子链的组成与结构n链节:成纤高聚物长链分子中最小化学组成的重复结构单元。n聚合度:大分子中基本结构单元的重复数。np.15 表1-1 主要纤维的基本结构单元(链节) n(一)链的几何
3、异构n(二)链的键接异构n(三)链的支化异构 n(四)链的旋光异构 n(五)链的序列结构 二、纤维分子链的分子量与分布 n(一)纤维高分子的相对分子质量n纤维高分子聚合度与分子量可按不同的统计方法计算出来,因此,是一个统计平均值。在化学纤维生产中,经常将分子量及其分布作为控制生产和改进产品质量的重要手段。 n (二)分子量及其分布n由于统计方法不同,有各种平均分子量的定义方式,使用较多的是数均分子量 和重均分子量 。 nMwM三、纤维分子链的构型、构象和能垒的概念 n构型指某一原子的取代基在空间的排列,它是分子为化学键所固定着的几何形态。n构象由于单键内旋转而形成的原子在空间的排布。n内旋转单
4、键绕轴作自身回转。n自由链段单基与单基沿大分子链的方向形成连结,在纤维大分子之间侧向会形成一定的连结,但在两个形成了连结的连结点之间必须有一段长度的链是自由的,这段链段称为自由链段。 n纤维大分子主链上常有各种各样的原子或基团,它们对n相邻分子链上的原子或基团n 发生影响n同一分子链上的原子或基团n纤维大分子(1)受同一主键上相邻原子或基团的近程力作用;n(2)受同一主键和相邻主键的远程力作用。n 最后停留在一个对它来说来自各方面斥力相平衡的位置上。 n能垒(或势垒、内旋转活化能)若原子或基团之间斥力最小与最大的位置分别取为势能的最低值与最高值,则两者之差为能垒。n能谷“势能-位移”曲线中峰值
5、间的凹陷部位。三、纤维大分子的柔性和刚性n链的柔顺性(柔曲性)在外力作用下分子链伸直;外力去除,分子链自行卷曲,纤维大分子在刚柔程度上表现出的一定的柔性和一定的刚性称为链的柔顺性。n链段由若干链节所组成,是长链分子中可以独立发生运动的单元。链段长度是表征长链分子柔顺性的一个参数。链段长度越短,链段数越多,该长链分子越柔软。 第三节 纤维的聚集态结构 n纤维的聚集态结构是指纤维大分子链之间的作用与堆砌方式,又称为超分子结构或凝聚态结构。据此形成的有高聚物的结晶结构、非晶结构、取向结构、液晶结构,以及通过共混形成的织态结构或高分子合金结构等。 一、纤维的结晶结构n(一)成纤高聚物的结晶形态n结晶结
6、构:成纤高聚物分子链以整齐有序的方式排列,形成较为规则有序且相对稳定的点阵排列结构。n非晶结构:不形成上述结构的具有非晶的结构特征。n结晶区:成纤高聚物中具有结晶结构的区域称作结晶区。n非晶区(或称为无定形区):分子聚集状态呈不规则排列的区域。 常见的结晶形态: n1折叠链片晶n2伸直链片晶n3纤维状晶体n4单晶体n5 多晶体(二)成纤高聚物的结晶模型 n1.缨状胶束结构(又称缨状微胞结构)模型特点: n(1)纤维中有胶束组成的规则的晶区合胶束与胶束间区域形成的非晶区(无定形区);n(2)胶束由分子集束而成,但长度比分子链要短得多;n(3)大分子链在胶束间互相穿插,把晶区合非晶区联结起来;n(
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