【技术连载】《纺织材料学》-第二章-1

第二章 纤维的结构特征

纤维的结构是复杂的，是由基本结构单元经若干层次的堆砌和混杂所组成的，并决定纤维的性质。

第一节 纤维基本结构的构成

尽管纤维结构复杂，但人们对其认识一般分为三个方面，最为直观的纤维形态结构、较为间接的纤维聚集态结构和更为微观的纤维分子结构。

一、纤维的形态结构

1. 基本内容

纤维的形态结构，是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。

纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构成和多重原纤结构，以及存在于纤维中的各种裂隙与空洞等。

2. 纤维的原纤结构

(1)原纤结构特征 纤维中的原纤(fibril)是大分子有序排列的结构，或称结晶结构。

严格意义上是带有缺陷并为多层次堆砌的结构。

原纤在纤维中的排列大多为同向平行排列，提供给纤维良好的力学性质和弯曲能力。

纤维的原纤按其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。

(2) 各层次原纤的特征

基原纤(proto-fibril或elementary fibril)是原纤中最小、最基本的结构单元，亦称晶须，无缺陷。

微原纤(micro-fibril)是由若干根基原纤平行排列组合在一起的大分子束，亦称微晶须，带有在分子头端不连续的结晶缺陷，是结晶结构。

二、纤维的聚集态结构

具体所指纤维高聚物的结晶与非晶结构、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。

1. 纤维的结晶结构

将纤维大分子以三维有序方式排列，形成稳定点阵，形成有较大内聚能和密度并有明显转变温度的稳定点阵结构，称为结晶结构。

对于纤维聚集态的形式，上世纪40年代出现了“两相结构”的模型。

Hearle教授提出的缨状原纤结构模型(图2-3)对此作了很好的解释，并与纤维的原纤结构形成很好的对应。

2. 纤维的非晶结构

纤维大分子高聚物呈不规则聚集排列的区域称为非晶区，或无定形区。

3. 纤维的取向结构

不管天然纤维还是化学纤维，其大分子的排列都会或多或少地与纤维轴相一致，这种大分子排列方向与纤维轴向吻合的程度称作取向度。

纤维的取向结构使纤维许多性能产生各向异性。

三、纤维的分子结构

1. 大分子结构的基本概念

纺织纤维的分子一般都是线形长链分子，量很大，由n个(n约为10 2 ~10 5 数量级)重复结构单元 (称链节或单基)相互连接而成的，分子量很大，故多大分子或高分子。若纤维大分子的分子量为 M，单基的分子量为m，则聚合度(重复结构单元数n)为：

通常将大分子结构分为分子内(分子链)结构和分子间(超分子)结构两部分。

分子链结构是指单个分子的结构，也是大分子的化学结构，简称链结构或化学结构。

链结构又分为讨论链节(单基)组成及结构的近程结构和讨论分子链空间形态的远程结构。

分子间的结构属三级结构或称三次结构，就是前面所提的聚集态结构。

若干大分子聚集体或不同组份大分子聚集体的相互共混、复合，组合体是更高层次的结构体，属高次结构，或称织态结构。

编辑：纺织大学堂

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