第四章通用高分子材料课件.ppt
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- 第四 通用 高分子材料 课件
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1、第四章第四章 通用高分子材料通用高分子材料 之纤维篇之纤维篇4.3.3 纤维结构与性能的一般关系纤维结构与性能的一般关系4.3.3.1 分子结构分子结构T(2)分子中有极性基团存在。分子中有极性基团存在。T(3)高分子链立体结构具有一定的规整性。高分子链立体结构具有一定的规整性。T(4)具有相当高的分子量和比较窄的分子量具有相当高的分子量和比较窄的分子量分布。分布。T(1)具有线型的可伸展大分子链,没有庞大具有线型的可伸展大分子链,没有庞大的侧基,且大分子之间无化学键。的侧基,且大分子之间无化学键。结构特征:结构特征:nM成纤高聚物的分子量上限:随着高聚物分子量的增大,成纤高聚物的分子量上限:
2、随着高聚物分子量的增大,纺丝液的粘度大大增大,对纺丝及后加工不利。纺丝液的粘度大大增大,对纺丝及后加工不利。如果成纤高聚物的分子量低于一定值,就不能制得强如果成纤高聚物的分子量低于一定值,就不能制得强度和弹性好的纤维。聚合度的下限与其化学结构有关,度和弹性好的纤维。聚合度的下限与其化学结构有关,特别是随所含极性基团的种类和性质而变化。特别是随所含极性基团的种类和性质而变化。分子量分布对纤维的性质也有很大影响,采用多分分子量分布对纤维的性质也有很大影响,采用多分散性大的散性大的PET时,纤维强度较低,断裂伸长率大。时,纤维强度较低,断裂伸长率大。4.3.3.2 形态结构形态结构纤维的形态结构:多
3、重原纤结构和表面形态、纤维的形态结构:多重原纤结构和表面形态、横截面形状和皮芯结构以及纤维中的孔洞等横截面形状和皮芯结构以及纤维中的孔洞等对纤维的宏观性能都有很大影响。对纤维的宏观性能都有很大影响。多重原纤维结构多重原纤维结构 纤维是由线型大分子链排列、堆纤维是由线型大分子链排列、堆砌组合而成。其间有许多丝状结构(原纤结构)通砌组合而成。其间有许多丝状结构(原纤结构)通过分子间的作用力相互结合而构成整根纤维单丝。过分子间的作用力相互结合而构成整根纤维单丝。原纤结构又由各级微结构组成,称多重原纤结构原纤结构又由各级微结构组成,称多重原纤结构基原纤基原纤微原纤微原纤原纤原纤由几条线型长链分子由几条
4、线型长链分子互相平行地结合而成互相平行地结合而成的很细的分子束,直的很细的分子束,直径约径约13nm由若干根基原纤平由若干根基原纤平行排列而成的大分行排列而成的大分子束,直径约子束,直径约1050nm由若干根基本平行排由若干根基本平行排列的微原纤结合而成列的微原纤结合而成的大分子束,直径约的大分子束,直径约100500nm纤维组成:纤维组成:基原纤微原纤原纤大原纤纤维基原纤微原纤原纤大原纤纤维A 纤维的多重原纤结构和表面形态纤维的多重原纤结构和表面形态 多重纤维结构使纤维中不仅存在着大多重纤维结构使纤维中不仅存在着大小不等、排列方式不同的晶区和非晶区,小不等、排列方式不同的晶区和非晶区,而且还
5、存在许多不同尺寸的缝隙、沟槽、而且还存在许多不同尺寸的缝隙、沟槽、孔洞等。纤维的各种物理、化学、机械性孔洞等。纤维的各种物理、化学、机械性质均与纤维的多重原纤结构有关,在很大质均与纤维的多重原纤结构有关,在很大程度上取决于程度上取决于纺丝工艺条件纺丝工艺条件。表面形态表面形态 化学纤维的表面形态取决于纤维品种、化学纤维的表面形态取决于纤维品种、成型方法和纺丝工艺条件。对摩擦性、粘着性以及成型方法和纺丝工艺条件。对摩擦性、粘着性以及纺织加工性等有很大影响纺织加工性等有很大影响 化学纤维具有化学纤维具有连续光滑和较规整的表面形态连续光滑和较规整的表面形态,对光线的反射比较均匀,因而纤维表面具有对光
6、线的反射比较均匀,因而纤维表面具有明显的明显的光泽光泽。生产中为了获得消光或半消光纤维,通过改。生产中为了获得消光或半消光纤维,通过改变成型条件或进行后处理破坏纤维的光滑表面,以变成型条件或进行后处理破坏纤维的光滑表面,以及在纺丝液中添加与成纤高聚物折射率不同的物质,及在纺丝液中添加与成纤高聚物折射率不同的物质,以减弱纤维表面的光泽。以减弱纤维表面的光泽。B.纤维横截面形状和皮芯结构纤维横截面形状和皮芯结构纤维横截面形状:纤维横截面形状:几乎所有的天然纤维都属于非标准圆形几乎所有的天然纤维都属于非标准圆形截面纤维。截面纤维。(a)棉花的横截面;棉花的横截面;(b)蚕丝的横截面;蚕丝的横截面;(
7、c)羊羊毛不同染色的横截面;毛不同染色的横截面;(d)羊毛不对称皮质羊毛不对称皮质的名称和性质。的名称和性质。天然纤维的形态结构天然纤维的形态结构棉花是一种具有天然卷曲棉花是一种具有天然卷曲的空心纤维,具有良好的的空心纤维,具有良好的保暖性和吸湿性。保暖性和吸湿性。蚕丝的三角形截蚕丝的三角形截面使它产生特殊面使它产生特殊的光泽。的光泽。羊毛是由两种吸水能力羊毛是由两种吸水能力不同的组分组成的双组不同的组分组成的双组分纤维,使它具有稳定分纤维,使它具有稳定的卷曲与良好的蓬松性的卷曲与良好的蓬松性和弹性。和弹性。用简单的方法改变合成纤维的截面形状就用简单的方法改变合成纤维的截面形状就可赋予用化学方
8、法所不能获得的特性,这可赋予用化学方法所不能获得的特性,这是异形纤维得到迅速发展的原因。是异形纤维得到迅速发展的原因。化学纤维通常具有圆形或近似圆形横截化学纤维通常具有圆形或近似圆形横截面,使纤维表面光滑、抱合力差、光泽面,使纤维表面光滑、抱合力差、光泽不好。不好。反弹性好,蓬松、特殊的风格,具有反弹性好,蓬松、特殊的风格,具有蚕丝般的柔和的光泽。蚕丝般的柔和的光泽。仿毛仿毛 高膨松度,手感好,覆盖性好,抗起球高膨松度,手感好,覆盖性好,抗起球仿毛、质轻保暖仿毛、质轻保暖纺丝纺丝 闪光性强、耐污、覆盖性强闪光性强、耐污、覆盖性强复合纤维是仿羊毛形态结构的化学纤维。复合纤维是仿羊毛形态结构的化学
9、纤维。将两种或两种以上成纤聚合物的熔体或溶液输入将两种或两种以上成纤聚合物的熔体或溶液输入同一个喷丝头,汇合后从同一纺丝孔喷出而形成。同一个喷丝头,汇合后从同一纺丝孔喷出而形成。双组分复合纤维横截面双组分复合纤维横截面并列型并列型皮芯型皮芯型按不同组成按不同组成在横截面中在横截面中的分布情况的分布情况a 并列型并列型 b 皮芯型皮芯型 由于组成复合纤维的两种组分,在热处由于组成复合纤维的两种组分,在热处理时会发生不同程度的收缩,使纤维产生三理时会发生不同程度的收缩,使纤维产生三维空间的螺旋状稳定卷曲形状。因此,具有维空间的螺旋状稳定卷曲形状。因此,具有很高的体积蓬松性、弹性和覆盖能力,使纤很高
10、的体积蓬松性、弹性和覆盖能力,使纤维的毛型感强维的毛型感强.皮芯结构皮芯结构 湿纺纤维的结构特征之一。由于凝湿纺纤维的结构特征之一。由于凝固液在纺丝液细流内外分布不均匀,使固液在纺丝液细流内外分布不均匀,使细流内部和周边的高聚物以不同的机理细流内部和周边的高聚物以不同的机理进行相分离和固化,从而导致纤维沿径进行相分离和固化,从而导致纤维沿径向有结构上的差异。向有结构上的差异。皮层含量一般随凝固液的组分而皮层含量一般随凝固液的组分而改变。皮芯结构对纤维的吸附性改变。皮芯结构对纤维的吸附性能、染色性、强度及断裂伸长等能、染色性、强度及断裂伸长等影响较大。影响较大。外层有一层外层有一层极薄的皮膜极薄
11、的皮膜皮膜内部是纤维的皮膜内部是纤维的皮层皮层,含有较小的微含有较小的微晶,并具有较高的晶,并具有较高的取向度。取向度。里边是芯层里边是芯层,结构较疏结构较疏松,微晶尺寸较大松,微晶尺寸较大4.3.4 天然纤维和人造纤维天然纤维天然纤维植物纤维植物纤维动物纤维动物纤维棉纤维(主要成分是纤维棉纤维(主要成分是纤维素,强度较低,延伸率较素,强度较低,延伸率较低,湿强度高)、麻纤维低,湿强度高)、麻纤维天然纤维天然纤维毛纤维毛纤维(组成物质主要是蛋白组成物质主要是蛋白质,弹性好,质,弹性好,吸湿率较高,吸湿率较高,耐酸性好;但强度低,耐热耐酸性好;但强度低,耐热性和耐碱性较差性和耐碱性较差)、蚕丝、
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