纤维化学与物理复习题.doc

纤维重点提纲 1.玻璃化温度：非晶态高分子的玻璃态与高弹态的相互转化温度 2.柔顺性：高分子内各个“环节”在不断地运动，各个化学键和各个原子也在不停地转 动和振动，所以高分子的形状不单是弯弯曲曲或卷曲成无规线团状，而且是瞬息万变 的，这种特性称为高分子的柔顺性 促使高分子具有柔顺性的根本原因：分子内单键的内旋转 3.刚性：高分子链中的 σ 单键受到阻碍，可旋转性降低，柔性减小，并表现为刚性 4.结晶：高分子链从无序转变为有序的过程 结晶度：结晶高分子中,晶相部分所占的百分率，它反映了高分子链聚集时形成结晶的程度 5.取向：在外力作用下，高分子链沿外力场方向舒展并有序排列的现象叫高分子取向 （被动） 6.表示纤维细度的指标及相互转换： A.特[克斯]（tex）：俗称号数，指纤维在公定回潮率下，1000m长度所具有的质量（克） 分特[克斯] ：1 tex=10 dtex=0.000001kg/m=1mg/m B.旦[尼尔]（denier，D） （习惯，渐遭淘汰）：指 纤维在公定回潮率下，9000m长度所具有的质量（克） ，蚕丝和化纤常用 1 tex= 9 denier 1 dtex= 0.9 denier C.公制支数（Nm）——非法定单位,指纤维在公定回潮率下，1g重纤维所具有的长度（m）,支 数越大，纱线越细。

1Nm=0.001tex D.英制支数（Ne）------(S)指纤维在公定回潮率下，公定质量为1磅（1b）的纤维（或纱线） 所具有的长度码（yd）数棉纺行业常用支数表示1Ne=840Nm 7.纤维截面形状：8.纤维变形难易(拉伸曲线图、模量)：P122 应力：应力：外力使材料发生形变，同时在材料内部产生相等的反作用力抵抗外力，单位面积上 产生的反作用力即为应力 变形变形: 物体在平衡的力作用下,发生形状或尺寸的变化 张应变张应变εε（伸长率）：（伸长率）：单位长度上的伸长弹性模量弹性模量E（杨氏模量）：（杨氏模量）：产生单位张应变所需的张应力E= σ/ ε E表征材料抵抗变形能力的大小模量越大，材料越不容易变形，表示材料刚度越大 抗张强度（抗拉强度、断裂强度、极限强度）抗张强度（抗拉强度、断裂强度、极限强度）：使单位面积材料断裂所需的最大张力 材料破坏有二种方式，可从拉伸应力材料破坏有二种方式，可从拉伸应力~应变曲线的形状和破坏的断面形状来区分：应变曲线的形状和破坏的断面形状来区分： • 脆性破坏:①试样在出现屈服点之前断裂，σ～ε的关系是线性（或微曲） ，断裂应变低 ５％② 断裂表面光滑 • 韧性破坏:①试样在拉伸过程中有明显屈服点和“细颈”现象， σ～ε关系非线性，断裂前 形变大得多②断裂表面粗糙由应力～应变曲线上可获得的反映破坏过程的力学量由应力～应变曲线上可获得的反映破坏过程的力学量: 杨氏模量、屈服应力、屈服伸长、 断裂强度（抗拉强度） 、断裂伸长 • 软（柔）和硬（刚）区分模量的低或高。

• 弱和强是指强度的大小 • 脆指无屈服现象，而且断裂伸长很小 • 韧指断裂功的大小，一般为断裂伸长和断裂应力都较高的情况 • 断裂功：到B点处纤维应力-应变曲线下的面积，韧性的标志 •判断高聚物软硬、强弱、脆嫩的方法判断高聚物软硬、强弱、脆嫩的方法 模量----软硬 拉伸强度------强弱 断裂功--------脆韧 几种纤维分析：几种纤维分析： 棉：刚而脆，初始模量较高，断裂强度中等，断裂伸长和断裂功较低，无屈服应力 蚕丝：刚而强，断裂强度和初始模量较高，断裂伸长和断裂功中等 涤纶：刚而韧，初始模量、断裂强度、断裂伸长和断裂功较高 羊毛：柔而弱，断裂强度、初始模量和断裂功较低，断裂伸长中等锦纶：柔而韧，初始模量较低，断裂强度、断裂伸长和断裂功较高 9.合成纤维的纺丝方法: 常用的纺丝方法有熔体纺丝法和溶液纺丝法两大类常用的纺丝方法有熔体纺丝法和溶液纺丝法两大类 1、熔体纺丝 是将熔融的成纤高聚物熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，在周围空气（或水）中冷却凝固成 丝的方法 2、溶液纺丝 根据凝固方法的不同分为湿法纺丝和干法纺丝 （1）湿法纺丝：将高聚物溶解所制得的纺丝液从喷丝孔中压出，在凝固液中固化成丝的方 法。

（2）干法纺丝：将用溶液法所制得的纺丝液从喷丝孔中压出，形成细流，在空气中迅速挥 发而凝固成丝的方法 特殊纺丝方法特殊纺丝方法 静电纺丝：聚合物熔体或其在挥发性溶剂中的溶 液在静电场中形成纤维目前新技术：气 泡静电 纺丝 冻胶纺丝：将浓聚合物溶液或塑化的冻胶从喷丝 头细孔挤出到某气体介质中，细流冷却， 伴随溶 剂挥发，聚合物固化得到纤维，又称半熔体纺丝 乳液纺丝、悬浮纺丝、干湿法纺丝、液丝纺丝、相分离纺丝、反应纺丝 7.蛋白质纤维的两性性质，蚕丝、羊毛的等电点，什么时候带正电/负电？ 两性性质：两性性质：蛋白质分子中除末端的氨基与羧基外，侧链上还含有许多酸、碱性基团，因而 蛋白质具有既像酸又像碱一样的性能，是典型的两性高分子电解质（P202反应式） 等电点（等电点（PI））：把蛋白质纤维放在溶液中，调节溶液的pH值，使蛋白 质分子的正、负离 子数目相等，此时溶液的pH值称为等电点 羊毛 PI＝4.2－4.8 桑蚕丝 PI＝3.5－5.2 pH＞PI 带负电 pH＝PI 呈中性 pH＜PI 带正电 8.丝素和丝胶的比较： 丝素中丝素中：a.乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸含量最 多，总和占90%以上（结构最简单的 乙氨酸和丙氨 酸的含量最高，占全丝素的65%左右，其次是丝 氨酸和酪氨酸，占23%）  b.乙：丙：丝=4:3:1(摩尔比)，位于结晶区 c. 有较大侧基的酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等主要位 于非晶区 丝胶中丝胶中极性氨基酸含量高 极性氨基酸（丝、苏、酪、天冬、谷、赖、精、组等） 含量高，酸性氨基酸多于碱性氨 基酸 （1）近程结构 桑蚕丝素的分子链——多肽链，DNA测序证明有丝素蛋 白的基本单元为三种肽链： 1）H链，含5112个氨基酸剩基，M≈3.5×105 2）L链，含244个氨基酸剩基，M≈2.85×104 3）糖蛋白，含203个氨基酸剩基和3个寡糖链， M≈2.36×104 H链与L链以二硫键相连，6个H链和L链复合体围绕糖蛋白 形成丝素蛋白复合体 平均分子量为2.3×106 （2） 远程结构 丝素蛋白分子的构象分为两类：Silk I(无规线团、α－螺旋)、 silk II(反平行β－折叠) Silk II稳定，蚕吐出的丝主要以该种形式构象存在。

（3） 聚集态结构 丝素蛋白由结晶部分和无定形部分组成，结晶度50%～60% 丝素蛋白结晶区以伸直的反向平行β－构象为基础 丝素的无定形结构 在丝素分子链的另一部分，由于含有酪氨酸、脯氨酸、天冬氨酸和谷氨酸等侧基大、复杂 的氨基酸组成，阻碍了多 肽链整齐而紧密的排列，因而形成结构松散的无定形区 丝胶是蚕丝表面的水溶性球状蛋白（亲水性基团含量高） 9.棉的丝光：（P168） 稀烧碱溶液（9%以下）使棉纤维发生可逆溶胀； 浓烧碱溶液（9%以上）可使棉纤维发生剧烈的不可逆溶胀 （因为浓烧碱溶液可进入无定 形区和 结晶区，水则只能进入无定形区） ，截面积增加，纵向收缩 溶胀后纤维素的变化：溶胀后纤维素的变化：• 微结构变化：结晶度下降，取向度提高； • 光泽：提高； • 织物尺寸稳定性：提高； 浓碱引起棉纤维发生剧烈溶胀的主要原因：浓碱引起棉纤维发生剧烈溶胀的主要原因： 纤维素大分子上的羟基可视为具有弱酸性的基团，它与浓碱作用时，可能生成醇钠化合物， 同时也可能生成加成化合物，钠离子是一种水化能力很强的离子，固定在它周围的水分子 很多，或说其水化层很厚，当它与纤维素大分子结合时，有大量水分子被带入纤维内部， 从而引起纤维的剧烈溶胀。

• 化学反应活性提高，吸附性及对染料吸收提高 丝光：用浓NaOH溶液（18%-24%）在张力下处理棉织物，然后经水洗去碱的过程 丝光后：棉纤维的吸附能力、光泽、强度及尺寸稳定性提高（聚集态结构改变所致） 10. 羊毛的缩绒性： 羊毛在湿、热条件下经力的反复作用，纤维之间互相穿插纠缠，纤维集合体逐渐收缩变得 紧密，这种性能称为羊毛的缩绒性 原因：：羊毛的缩绒性主要是由于其表面有鳞片结构，纤维移动时，顺鳞片方向和逆鳞片 方向的摩擦系数不同，在反复的外力作用下，每根纤维都带着与它纠缠在一起的纤维向着 毛根的指向缓缓蠕动，从而使纤维紧密纠缠毡合，此外，羊毛的高度拉伸与回复性能以及 羊毛纤维具有的稳定卷曲，也是促进羊毛缩绒的因素 防缩的方法：防缩的方法： 减法减法--使用化学药剂如含氯氧化剂（次氯酸钠、氯胺等） ，使羊 毛鳞片损伤，以降低定向 摩擦效应，减少纤维的单向运动和纠缠 能力，也叫羊毛的丝光 加法加法--树脂整理：使用各种树脂处理，树脂沉积在织物表面，使 鳞片失去作用，限制纤维 的移动，从而失去缩绒性 11. 试说明在湿态下，棉纤维强力提高和粘胶纤维强力下降的原因 棉：干态下，棉纤维的断裂很可能是由于其聚集态结构中存在某些缺陷和薄弱环节，在受 到拉伸时这些部位首先被破坏，并逐渐伸展，进而将应力集中于部分取向的大分子主链上， 最后这些分子链被拉断而导致纤维素断裂。

湿态下，由于水的增塑作用，使应力分布趋于均匀，从而增加了纤维的强度粘胶纤维：干态：其结晶度、取向度和聚合度都较低，分子链之间的作用力较弱，在外力 拉伸时，分子链或其它结构单元之间的相对滑动可能是纤维断裂的主要原因 湿态下，由于水分子的作用削弱了大分子间的作用力，有利于分子链及其他结构单元间的 滑移，它的湿强比干强低得多 12. 纤维的吸湿性（比较不同纤维的吸湿性） （P115） 吸湿性吸湿性:纺织纤维吸收和放出水分的性能 回潮率：回潮率：纺织纤维内水分重量与绝对干燥纤维重量之比的百分数R=( G0-G)*100%/G • 含水率：纺织纤维内所含水分重量与未经烘干纤维重量的百分数 M=( G0-G)*100%/ G0 R－回潮率 M－含水率 G0－未经烘干的纤维的重量 G－绝对干燥纤维的重量 几种表示方法：几种表示方法： • 实际回潮率：纤维制品在实际所处环境条件下具有的回潮率 （大气条件不同结果不同） • 标准回潮率：在标准状态下，纤维制品达到吸湿平衡的回潮率 （可以比较纤维材料的吸 湿性）同一材料的标准回潮率不是定值，在一定范围内波动 • 公定回潮率（商业回潮率） ：为贸易、计价、检 验等需要而定的回潮率。

国际上将生丝的回潮率统一规定为11％，称为公定回潮率 • 一般公定回潮率接近标准回潮率吸湿平衡吸湿平衡：纤维在某一温度和湿度下的回潮率逐渐趋于一个定值，这种现象称为吸湿平衡– 平衡是相对一定的空气温、湿度而言，温度、湿度发生变化，平衡回潮率亦发生变化， 是一个条件值吸湿等温线吸湿等温线：纤维在一定的温度下，通过改变相对湿度所得到的平衡回潮率曲线不同纤 维的吸湿等温线不同 棉纤维的吸湿等温线显示反棉纤维的吸湿等温线显示反S形？？形？？ 原因：•首先和无定形区的亲水基形成单分子层吸附，结合水 • 水分子继续进入纤维空隙，多分子层吸附，游离水 • 吸湿膨化，新的吸湿中心增加，毛细作用，斜率上升 吸湿滞后现象原因吸湿滞后现象原因：水分子进入纤维后，纤维素分子间的氢键被纤维素分子与水分子间的 氢键所代替形成新的氢键，在解吸过程中（水分子离开纤维，无定型区纤维素分子之间的氢键重新形成） ，但由于受内部阻力的抵抗，纤维素分子与水分子之间的氢键不能全部可逆 的打开，故吸着的水较多，因而有较高的平衡回潮率，形成吸湿滞后现象 13. 烧碱对涤纶如何作用？（涤纶仿真丝） a．NaOH作用后，大分子链酯键水解是从链端酯键开始，逐 步降解的，残存部分的分子 无明显变化 b. 涤纶大分子结构紧密，烧碱对涤纶的损伤是由表及里，逐步 进行的，当涤纶表面分子 被损伤到一定程度后，在烧碱溶液中 均匀地剥落的现象，称为“剥皮”现象。