紡織纖維知識(shí)
4、蠶絲的形態(tài)結(jié)構(gòu)（sik）
蠶絲是蠶分泌的粘液凝固而成，沒(méi)有細(xì)胞。 蠶絲的基原纖基本上是直線狀曲折鏈的大分子來(lái)，它的微原纖和原纖與毛纖維相似，原纖組成巨原纖再形成纖維。 一根蠶絲是由二根絲纖維外夏絲膠而形成，絲纖維內(nèi)部是絲朊又稱絲素，絲素的斷面呈園三角形，縱面比較平直光滑。 絲膠中含有側(cè)帶親水性基因α-氨基酸的比例極高，因而絲膠的水溶性極強(qiáng)。 試樣。 第五節(jié) 合成纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能
用人工合成的高分子的化合物為原料經(jīng)紡絲和后加工而制得的化學(xué)纖維稱合成標(biāo)準(zhǔn)。按原料高分子聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，合成纖維可分成兩大類：雜鏈合成纖維和碳鏈合成纖維。雜鏈合成纖維是在聚合物大分子碳鏈主鏈上含有氧、氮、硫等雜鏈原子，通常是由具有雙功能團(tuán)的單體相互結(jié)合而得到，也可從雜環(huán)化合物開(kāi)環(huán)聚合而成，常見(jiàn)的有滌淪、錦綸、氨綸等；碳鏈合成纖維在大分子主鏈上全是碳原子，通常是由不飽和的的碳?xì)浠衔锘蚱溲苌镞M(jìn)行的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)聚合或進(jìn)行離子型復(fù)合而成，常見(jiàn)的有綸，維倫，丙綸，氯綸等。 合成纖維的分子聚合和纖維成形柯因采用不同的生產(chǎn)工藝條件得到不同結(jié)構(gòu)和不同性質(zhì)的纖維?，F(xiàn)將用常規(guī)方法制成的主要合成纖維的結(jié)構(gòu)及性能介紹如下： 一、滌綸（Poyester） 滌綸的學(xué)名叫聚酯纖維，形成單體： 單體為對(duì)苯二甲酸乙二酯，滌綸大分子即是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，它的大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式和基本鏈節(jié)結(jié)構(gòu)為： 大分子的的酯基的存在，使滌綸耐堿性并，只耐弱堿，在強(qiáng)堿的吸濕性，由于酯基的存在，使滌綸耐堿性差，只耐弱堿，在強(qiáng)堿中易水解，溫度起高越易水解。耐酸性好。但高溫下濃酸也會(huì)使其水解，對(duì)氧化劑較為穩(wěn)定，但在200-250℃以上的高溫下會(huì)發(fā)生氧化，熱裂解，對(duì)堿的穩(wěn)定性不如對(duì)酸穩(wěn)定性強(qiáng)。 由于大分子上缺乏與染料分子結(jié)合的官能團(tuán)，所以染色性差，常用載體染色，高溫高壓法染色，由于苯環(huán)的存在，阻礙了大分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使主鏈剛性增加，此外，大分子的基本鏈節(jié)中含有一定數(shù)量的亞甲基地，所以又有一定的柔曲性，剛?cè)嵯酀?jì)是滌綸最大特點(diǎn)，它彈性優(yōu)良，挺括，尺寸穩(wěn)定性好。 滌綸的聚合度100左右，由于滌綸大分子鏈的結(jié)構(gòu)比較對(duì)稱，無(wú)龐大的側(cè)基，苯環(huán)位于一個(gè)平面上，大分子形態(tài)比較伸直，呈稍帶曲折的直鏈狀。 滌綸不霉不蛀，耐日曬及耐氣候性能均好，僅次于腈綸而優(yōu)于其它合成纖維。 滌綸大分子間*分子間力結(jié)合，為則硬的淺型分子，結(jié)晶屬三斜晶系，結(jié)晶度高，取向度也高，滌綸的初始模量高，纖維在小負(fù)荷不易變形，變形的回復(fù)能力好。 溶紡合纖，截面為圓形，表面形態(tài)很光滑，孔洞也少，摩擦系數(shù)很大，易產(chǎn)生靜電，使織物易沾灰，易臟。 具有較好的熱塑性，在較高溫度下，可使纖維大分子間原有的某些物理結(jié)點(diǎn)拆散，在機(jī)械力的作用下發(fā)生變形，使重新建立新的連接點(diǎn)，從而使纖維具有較好的加工變形穩(wěn)定性。 二、錦綸（nyon尼龍） 錦綸的學(xué)名叫聚酰胺纖維，大分子中含有酰胺鍵-Co-NH-一般分為兩類，一類是由二無(wú)胺和二無(wú)酸的單體縮聚而成，常見(jiàn)的有錦66，就是含六個(gè)碳原子的已二胺和含有六個(gè)碳原子的二酸縮聚而成的聚酰胺纖維。 H2N-(CH2)6-NH2HOOC-(CH2)4-COOH 另一類是由內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合而成，如聚內(nèi)酰胺纖維。
其中酰胺基-CO-NH-和端基-COOH、-NH2為官能團(tuán)，由于大分子鏈上的酰胺基易發(fā)生酸解而導(dǎo)致酰胺鏈的斷裂，使聚合度下降，所以錦綸對(duì)酸的作用比較敏感，特別是無(wú)機(jī)酸和較強(qiáng)的有機(jī)酸，表現(xiàn)為較不耐酸耐堿性能。端基-COOH和-NH2對(duì)光、熱、氧化較為敏感會(huì)使錦綸變色、變脆，所以錦比值不耐日曬，大分子柔曲性好，由于大分子間存在有許多亞甲基。 錦綸6大分子聚合物度在160左右，錦綸66在100左右，它們的大分子基本上呈曲折鏈。 錦綸大分子間除依*分子間結(jié)合力以外，在NH基和CO基間還形成氫鍵結(jié)合，其間對(duì)位和數(shù)目隨著兩大類品種的不同，纖維性質(zhì)也不同。 由于聚酰胺在大分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，沒(méi)有龐大的側(cè)基，以及柔曲性好還有氫鍵存在，所以容易結(jié)晶，比滌綸還穩(wěn)定，也屬三斜晶系。 初始模量低，在小負(fù)荷作用下容易變形，做外衣時(shí)保形性差。 熔紡合纖，它的形態(tài)結(jié)構(gòu)與滌綸相仿。 錦綸吸濕性較大，強(qiáng)度高，其優(yōu)良的回彈性，耐磨性和耐疲勞性都較突出，用于混紡織物中可以提高耐磨性，即使少量混用也可產(chǎn)生明顯效果。 摩擦系數(shù)大，加工前必須添加油劑，類同滌綸具有較好的熱塑性，錦綸的品種很多，有其不同的結(jié)構(gòu)及性能，此外，一此耐高濕、高模量，高強(qiáng)度，低延伸度，抗輻射等各種新型聚酰桉纖維，正在不斷出現(xiàn)，例如，芳香族聚酰胺纖維的芳綸具有抗輻射、耐熱、耐光、耐老化、耐有機(jī)溶劑，適用于易燃、易爆環(huán)境下的工作服以及宇航服和消防服等。 三、腈綸 腈綸的學(xué)名叫聚丙烯腈纖維，單體是丙烯腈，腈綸大分子就是由于均衡的聚丙烯腈分子間的作用力太強(qiáng)，對(duì)它的大分子鏈段的活動(dòng)有較強(qiáng)的束縛，剛性過(guò)大，纖維脆硬，不適應(yīng)紡織加工和服用要求，為了改善這些性能，須在丙烯腈中添加其它單體組分，進(jìn)行無(wú)規(guī)則共聚，但所加的含量應(yīng)少于15%，否則不能充分保持聚丙烯腈的某些優(yōu)點(diǎn)，或?yàn)楦男跃郾╇胬w維，添加的第二單體，如丙烯酸甲酯等，約7～9%，用以增加大分子間的空隙，微觀結(jié)構(gòu)上趨于疏松。第三單體如甲基丙烯磺酸鈉等，約1～3%，以提高和染料的親和性，所以市售聚丙烯腈纖維大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下： 由于聚丙烯腈為碳鏈結(jié)構(gòu)，所以化學(xué)穩(wěn)定性較好，使腈綸對(duì)酸氧化劑及其它有機(jī)溶劑均較穩(wěn)定，在堿液中纖維泛黃，但濃酸強(qiáng)堿會(huì)使氰基（-CN）水解，破壞纖維性能，氰基能吸收能量較高的紫外線并轉(zhuǎn)化熱能釋放出來(lái)，從而保護(hù)主鏈不使之?dāng)嗔?，使腈綸具有優(yōu)良的耐光性。氰基為強(qiáng)極性基因，可以形成偶極子，由于同一個(gè)大分子的氰極同極相近，所以相互排斥，使大分子鏈菜成歪扭和曲折的螺旋狀構(gòu)象，第二，第三單體的加入使這種螺旋現(xiàn)象更不規(guī)則，這使腈綸有類似羊毛的性質(zhì)。 腈綸大分子聚合度為1000～1500左右。 除依*分子間結(jié)合力以外，還有氰基異極相近而結(jié)合，由于大分子鏈的歪扭螺旋構(gòu)象，使原子無(wú)法堆砌整齊，所以一般認(rèn)為腈綸不具有真正的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，沒(méi)有嚴(yán)格的結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)，只有高序區(qū)和低序區(qū)之分，為準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)反映出腈綸纖維的反熱彈性，可以加工成膨體紗，有近似羊毛的性能，故有合成羊毛之稱。 濕紡合纖，截面呈圓形成啞鈴形，縱面平滑或有1-2根溝槽。 腈綸的初始模量低于滌綸而高于錦綸，伸長(zhǎng)彈性優(yōu)于纖維素纖維，低于羊毛，但多次使用后的剩余伸長(zhǎng)率較大。因此，腈綸針織物的袖口、領(lǐng)口等保形性并不很好。 此外，聚丙烯腈可制成碳纖維，如含碳量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維，還具有比重小，耐熱性極好，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大耐腐蝕性和導(dǎo)電性良好等性以，可用于功能性服裝。 四、丙綸 參照“丙綸短纖毛毯的服用性能及其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究” 丙綸的學(xué)名叫聚丙烯纖維，單體是丙烯，只有等規(guī)聚丙烯才能制成紡織纖維，大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為，等規(guī)聚丙烯大分子中甲基-CH3，是全部處于大分子主鏈的一側(cè)，其中沒(méi)有極性基團(tuán)，所以它的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸也耐堿，但是大分子上叔碳原子上氫原子相當(dāng)活潑，易受光，熱等影響而使大分子鏈斷裂，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，所以丙綸的耐日曬很差，制造時(shí)加入防老劑可以改善這一現(xiàn)象。由于沒(méi)有親水基團(tuán)，幾乎不吸濕，染色性及抗靜電性都很差。 大分子柔曲性好，呈螺旋形構(gòu)象，聚合度310～430。 大分子間依*分子間力結(jié)合，由于等規(guī)聚丙烯大分子結(jié)構(gòu)規(guī)整了，沒(méi)有大的側(cè)基，結(jié)晶度很高，可達(dá)65～70%，所以即使其丙聚能密度較低，所得的纖維仍可獲得較好的力學(xué)性能，此外，為獲得較強(qiáng)的分子間作用力，要求成纖高聚物有較高的聚合度。 可制成“丙綸裂膜纖維”。 熔紡合纖，它的形態(tài)結(jié)構(gòu)與滌綸相仿。 丙綸價(jià)格低廉，具有強(qiáng)度高，濕、干強(qiáng)度基本相同，此重小、回彈性好、耐磨損、耐腐蝕、耐濕熱等優(yōu)點(diǎn)，亦廣泛用于混紡織物和針織服裝中，丙綸絮質(zhì)輕、保暖、彈性好。 五、維綸 維綸的學(xué)名叫聚工烯醇縮甲醛纖維。單體是醋酸乙烯酯。 由于大分子每個(gè)基本鏈節(jié)上都有一個(gè)親水性極強(qiáng)的羥基-OH，因此制成的纖維水深性強(qiáng)，實(shí)用性差。由此經(jīng)過(guò)甲醛化處理，使部分羥基縮甲醛化，以減少自由羥基，提高纖維的耐熱水性，大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)式為被封閉的羥基數(shù)約為30%，成為水不溶纖維。 聚合度為1700左右，大分子柔曲性好。 大分子間依*分子間力和氫鍵結(jié)合，縮甲醛化如發(fā)生在大分子之間又有共價(jià)鍵結(jié)合。 由于大分子結(jié)合的無(wú)規(guī)整性，沒(méi)有龐大側(cè)基，柔曲性較好，大分子間有氫鍵，結(jié)晶度較高，屬單斜晶系。 大多采用濕法紡絲，有微孔存在，微孔大小取決于纖維成形和熱處理工藝，纖維微孔越粗大，纖維力學(xué)性能越差，還會(huì)影響染色性能，截面一般為腰子形，有明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，皮芯染色差異大，如損傷皮層，會(huì)產(chǎn)生染色不同。 維綸性質(zhì)與棉花相似，有合成棉花之稱。吸濕性能好，耐腐蝕和耐日光性較好，保暖性較好，不易霉蛀。主要缺點(diǎn)是耐熱水性差，會(huì)影響織物的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，彈性差，易折皺，染色性較差，色澤不鮮艷。 |
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