纤维化学与物理.doc

第一章 纤维素纤维1、画出棉纤维的横向形态结构图，并标示出其各部分的名称，以及各部分的物质组成，描述纵向结构横向形态结构： 初生胞壁：主体是纤维素，但含较多杂质次生胞壁：主要是纤维素胞腔：原生质残渣（沉积在纤维内壁上），蛋白质，矿物盐，色素棉纤维的纵向形态：扁平带状，有天然扭曲，6-10捻/毫米，纤维越细，捻数越多2、麻纤维形态结构的主要特征是什么？横向：椭圆形或多角形，内有胞腔；纵向：有竖纹或横节（麻节）3、写出纤维素的分子结构式，指出其分子结构特征分子结构特征：1.由b-d-葡萄糖剩基通过1,4-甙键连接而成，含大量甙键(缩醛性质)2.相邻葡萄糖环倒置，在纤维素大分子上对称分布，形成晶格；无定形区可以有阶梯式3.重复单元数不等于聚合度（以倒置式代表纤维素的结构式）DP=n，重复单元数=（n-2)/24.含有大量羟基，可发生醇类的反应分子间可形成氢键4、比较棉、丝光棉、麻、普通粘较纤维的聚集态结构（包括无定形部分、结晶度、取向度、适用的聚集态结构模型）棉、麻：可用缨状原纤维模型它们的无定形区是由原纤之间由一些大分子联结起来形成的普通粘胶纤维：适用缨状微胞模型，无定形区的大分子链无规卷曲且相互缠绕，结晶区和非结晶区不能截然分开，同一根分子链可能穿过晶区和非晶区。

麻纤维：聚合度高，结晶度高，取向度高棉纤维：聚合度高，结晶度高，取向度较高粘胶纤维：聚合度低，结晶度低，取向度低 丝光棉比普通棉取向度大，结晶度小5、画出棉、麻、普通粘较纤维的S-S曲线，比较棉、麻、粘胶的S-S曲线的差异（模量、断裂强度、断裂延伸度、屈服点等）并从结构的角度进行解释从结构来分析：①一般取向度越高，结晶度越高，强度越高，模量越大，断裂延伸度越小 ②断裂肌理不同：棉麻（天然纤维素纤维）断裂肌理：由于大分子排列的不整齐性，纤维上存在薄弱环节，当纤维受力时，会在此处首先断裂，这是共价键先断裂原因：聚合度高，取向度高，结晶度高，∑氢键>∑共价键粘胶纤维的断裂肌理：分子间氢键断裂，产生相对滑移原因：聚合度低，取向度低，结晶度低，∑氢键<∑共价键6、棉的干、湿强度哪个大？粘胶的干、湿强度哪个大？为什么？从分子结构和聚集态结构加以解释棉纤维：湿强力>干强力水有润滑作用，能缓和应力不匀，部分消除弱点，分子间建立交联，强度下降粘胶：湿强力<干强力分子间建立交联，强度提高断裂机理：首先发生在未取向部分的氢键或范德华力的破坏，随后应力集中到取向的主链上，使共价键破坏，随着范德华力和共价键的不断破坏，最后导致被拉伸织物的破坏。

在湿态下，水的增塑作用可以部分消除棉纤维的弱点，使应力分布趋于均匀，从而增大纤维强度而粘胶纤维大分子的聚合度较低，结晶度、取向度也较低，其次价力的总和小于主价力在湿态下，由于水分子的溶胀作用，使分子间力消弱，更容易发生分子链间的相对滑移，所以它的湿强度比干强度低7、试从分子结构和超分子结构的角度对下表的数据进行分析棉和粘胶纤维的强度纤维比强度（克/旦）干湿棉3.0—4.93.3—6.4粘胶2.21.1①从结构分析：大分子的结构中如果存在着能产生氢键的基团或其他极性分子（如棉有-OH），分子间作用力大，则纤维的强度较高，棉的分子间作用力远大于粘胶棉的相对分子质量大于粘胶当相对分子质量低时，纤维的断裂是以分子链的滑移为主，强度较低；随着相对分子质量的增加，次价力总和增加，纤维的强度也随之增加②从超分子结构分析：棉的结晶度大于粘胶，纤维中的结晶部分能限制大分子链的相对滑移，所以结晶度高的纤维其强度也高棉的取向度大于粘胶；纤维的取向度高，有利于应力的均匀分布，故取向度高的纤维强度也高棉的聚集态结构模型：缨状原型模型粘胶的聚集态结构模型：缨状微胞模型缨状微胞模型具有较短的结晶区，而缨状原型模型具有长的结晶区，而且缨状原型模型中纤维分子排列比缨状微胞模型更紧密有序，因此，棉纤维的强度>粘胶纤维的强度。

8、纤维素纤维的形变机理是什么？①氢键交键的形变：形变很小，类型：普弹形变，可恢复②分子链间或结构单元的取向：形变较大，类型：（强迫）高弹形变，Tg以上时可恢复③分子链间的滑移：形变大，类型：塑性形变，不可恢复9、什么是纤维的弹性？其大小用什么来表征？弹性大小会影响织物的哪些服用性能？从分子结构和聚集态结构来分析纤维素纤维中棉、麻、粘胶的弹性性质纤维的弹性：纤维变形后回复原状的能力纤维弹性指标:形变回复度，功回复度弹性影响织物的外观：回弹性高，外观挺括； 耐用性：回弹性高，耐用性高棉、麻纤维弹性差的原因：①主链是糖环比较僵硬，内旋转困难，难产生高弹形变，一般产生普弹形变②氢键太多分子间氢键进一步限制了内旋转，低形变时，可产生普弹形变，高应力时，氢键可被拆散，产生分子链段的移动，形变较大，分子链段移动到新的位置后，可产生新的氢键，将形变固定——“应变硬化”现象粘胶弹性差的原因：除上述原因同外，粘胶分子量小，结晶度小，取向度低变形特点：分子链易滑移，易产生塑性形变弹性小，湿态弹性更小10、织物的耐用性与纤维的哪些物理机械性能有关？强度：足够高后，就不是主要因素延伸度：越高耐用性越好。

弹性：越大耐用性越好外力：越小耐用性越好松弛时间：越长耐用性越好各因素的影响作用：高应力时，强度起决定作用；低应力时，弹性起决定作用11、什么是纤维的吸湿率和含水率？纤维的吸湿性能与哪些因素有关？与织物的服用性能有何关系？吸湿率（回潮率）：纺织纤维内水分质量与绝对干燥纤维质量之比的百分数含水率：纺织纤维内水分质量与未经烘干纤维质量之比的百分数影响纤维吸湿性的因素：极性基团（羟基、氨基）越多，吸湿率越大；吸湿发生在无定形区和结晶区表面；吸水量与无定形区含量成正比吸湿性越高，舒适性（吸湿排汗）、抗静电性越好，防污性越差12、酸对纤维素纤维的作用发生在大分子结构的何部分？什么反应？酸的作用？对结构和性能有什么影响？为了保持纤维的性能，在用酸处理时要注意些什么？纤维素纤维在受酸处理后的损伤可以从哪几个方面判断？酸对纤维素纤维的作用发生在大分子结构的甙键，属于水解反应 酸降解对纤维素纤维的影响：①聚合度降低：甙键断裂后，纤维素纤维聚合度降低，分子量下降，水解产物是水解纤维素，完全水解产物是葡萄糖②末端增加：潜在醛基增加，还原性增加——铜值增加③强度下降：聚合度、分子量下降酸处理注意事项：纤维素纤维对弱的有机酸有一定的稳定性，可小心使用；温度越高，降解越大，高温强酸是最危险的；使用强酸后一定要充分洗净，决不能带酸烘干；降解程度与时间成正比，与酸接触时间越短越好。

酸损伤的测定：聚合度越低，损伤越严重；铜值越大，损伤越严重；强度越低，损伤越严重13、纤维素的氧化降解形成哪些产物？对纤维的强度有何影响？纤维素的氧化降解产物：不同的氧化剂会形成不同的降解产物，共7种①HIO4 ：同时将相邻的两个羟基氧化成醛；有潜在损伤②NaClO2：只能将醛基氧化成羧基，末端的潜在醛基，先经其他氧化剂氧化的产物；氧化作用缓和；无潜在损伤③NaClO：将羟基直接氧化成醛基；氧化作用较剧烈；有潜在损伤对纤维强度的影响：表面上看分子链未断裂，分子量不下降，强力不下降；但有可能发生“潜在损伤”， 将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降14、什么是纤维的潜在损伤，其机理和条件是什么？用什么方法测出漂白以后的潜在损伤？“潜在损伤”现象：氧化后的纤维直接测定其强力时，强力无明显下降，氧化的产物只是某些葡萄糖环发生破裂，并无真正的分子链断裂将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降潜在损伤”机理：还原型氧化纤维素发生β-醚键分裂，反应造成纤维素分子链断裂，从而使分子量降低，强度降低β分裂条件：①α-C上接负电性强的基团②α-C上有H③β-C上有醚键④碱性条件测量漂白后的潜在损伤的方法：氧化后的纤维直接测定其强力时，强力无明显下降用铜铵溶液（碱性）测定氧化产物的分子量时，分子量降低将氧化后的纤维先经碱煮处理再测其强力，强力下降15、试述纤维素纤维的碱氧化作用，为什么印染厂规定轧碱以后的棉织物不能长时间堆置在布车中？碱氧化作用：在高温碱性条件下，纤维素会发生损伤。

原因（防止纤维素被氧化和降解）：①高温下，空气中的氧气将纤维素氧化，碱有催化作用②氧化纤维素在碱性条件下发生β分裂③高温下，碱可能会从末端开始使纤维素逐渐降解第二章 聚酯纤维1、涤纶的分子结构与分子结构特征涤纶的分子结构：结构特征：①PET是具有对称性苯环结构的线型分子，没有大的支链，因此分子线型很好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列②PET分子中的 刚性较大，因此，纯净的PET熔点高③由于分子内C-C键的内旋转，故分子存在两种空间构象④PET分子链的结构具有高度的立体规整性，所以苯环几乎处在同一个平面上，这样使得相邻分子上的凹凸部分便于彼此镶嵌，从而具有紧密敛集能力和结晶倾向⑤PET分子间没有特别强大的定向作用力，相邻分子的原子间距均是正常的范德华距离，其单元晶格属三斜系，大分子呈平面性2、试述涤纶的聚集态结构（结晶度、取向度、聚集态结构模型）涤纶的结构比较紧密（无定形区也较紧密）涤纶分子的基本结构中虽含有苯环，难以绕单键内旋转，该部分较为硬挺，但在基本结构单元中还存在一定数量的亚甲基，能比较容易地绕单键内旋转，显得比较柔顺，因而涤纶分子就能在该处发生折叠，形成折叠链结晶。

因此，涤纶是伸直链和折叠链结晶共存的体系，即可用折叠链-缨状原纤模型来解释3、涤纶纤维热收缩的原因是什么？怎么提高其热稳定性？涤纶热收缩的原因：①无定形区分子链的解取向；②产生折叠链结晶提高涤纶热稳定性方法：热定形作用： 4、结合涤纶的结构，试述涤纶的S-S曲线以及弹性性质，并与棉和粘胶进行比较？涤纶大分子是线型分子链，分子上侧面没有连接大的基团和支链，因此涤纶大分子是分子间紧密结合在一起而形成的结晶，使纤维具有较高的机械强度和形状稳定性涤纶与棉相比：初始模量较高；断裂强度高得多；断裂延伸度大得多；断裂功大涤纶弹性比棉和粘胶好很多，原因：①亚甲基有较大的柔性，从形变中回复能力较强②大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点，新位置不会建立新的联结点不易变形（弹性模量较大）原因：结晶度高，取向度高5、从分子结构和聚集态结构来说明涤纶纤维的吸湿性、染色性以及静电现象涤纶吸湿性差的原因：①极性基团太少，缺少吸湿中心；②结构紧密，孔隙小涤纶的染色较困难的原因：①纤维结构紧密孔穴小，染料难进入纤维内部②缺少极性基团：吸湿溶胀小，不易与水溶性染料结合③无活性基团，染料无法与纤维发生共价键结合。

静电现象严重的原因：涤纶吸水性差，表面具有较高的比电阻，因此当它与别的物体相互摩擦并又立即分开时，涤纶表面易积聚大量电荷而不易逸散，产生静电6、涤纶纤维与酸碱的作用如何？（写出反应方程式）涤纶的耐酸性很好：弱酸煮沸也无显著损伤；强酸低温下稳定，高温下有损伤涤纶的耐碱性差，碱使聚酯发生降解反应，碱处理涤纶产生“剥皮现象”7、试说明涤纶纤维受碱处理时发生的现象及其原因？碱处理涤纶产生“剥皮现象”：涤纶受碱作用由表及里的，表层分子水解到一定程度后，便溶解在水里，使纤维一层层剥落，从而强度降低，纤维变细的现象。