常用纺织纤维性能5Word文件下载.docx
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纵向有螺旋形天然扭曲(convolution),横截面
呈腰圆形(kidneyshaped)。
(1)长度:
23~45mm;
细度:
0.15~0.2tex;
扭曲数:
60~120个/cm.
(2)单细胞纤维的化学成分:
纤维素94%wt.,蜡状物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果胶物0.9%,含氮物等。
(3)结构与性质:
*初生胞壁(primarywall)---层厚0.1~0.2µ
m,决定棉纤维表面性质。
外层由果胶物质和蜡状物组成(角皮层),内二层是纤维素网状结构,横缠竖绕。
拒水性,影响染整,前处理的去除对象。
*次生胞壁(secondwall)---层厚约4µ
m,占90%wt.,共生杂质少,决定棉纤维性质。
层中很多同心日轮,同心轮按走向S、Z、S分三层,纤维走向与轴向夹角20~30度,走向变化,内层直。
*胞腔(medulla,lumen)---中空,占横截面1/10,含蛋白质和色素,决定棉纤维颜色。
染料和化学处理剂通道。
空腔的大小及纤维细胞壁的厚薄视棉花的品种及成熟度(maturity)而定。
2、棉纤维的制取及初加工:
籽棉→轧制(轧棉—皮辊轧棉、锯齿轧棉)→(皮棉)原棉。
含糖棉(糖污棉)的处理。
(二)、麻纤维的生长、制取及形态结构特点
1、麻纤维:
韧皮纤维(bastfiber,stemfiber,phloemfiber)、叶纤维(leaffiber)、果壳纤维(nuthuskfiber)的总称。
韧皮植物茎结构:
青皮、韧皮部、木质部、髓腔。
♦苎麻(ramie):
中国草
苎麻麻茎→剥皮(扯剥、砍剥)→麻皮→刮青→原麻→脱胶→精干麻(degummedramie)。
(单纤维纺纱)
♦亚麻(flax):
亚麻麻茎(原茎)→浸渍(retting)→干茎→碎茎、打麻(breakingandscutching)→打成麻。
(工艺(束)纤维纺纱)
♦黄洋麻(jute,kenaf):
黄麻、洋麻麻茎→沤麻(清洗retting)→熟麻。
(束纤维纺纱)
2、麻纤维形态结构特点
苎麻、亚麻、黄麻等韧皮纤维:
厚壁、端闭、狭腔单细胞。
长短、外形、成分各异。
纤维素含量不高(伴生物含量高)。
特点:
纵向:
竖纹和横节,端头多样:
锤头、分支形(苎麻),细尖(亚麻)、钝角形(黄麻、大麻)。
横截面:
腰圆形、椭圆形或多角形。
长径:
苎麻—20~250mm(长),30-40µ
m(径);
亚麻—17~25mm(长),12-17µ
洋麻—2~6mm(长),14~33µ
m(径)
黄麻—2~4mm(长),15~18µ
m(径)。
(三)粘胶纤维形态结构特点
粘胶(Rayon,viscose)纤维经典的生产方法:
取之于木材等的天然纤维素→碱纤维素→老化→纤维素磺酸酯→溶于氢氧化钠→纺丝液→喷丝头→凝固浴→纤维素(纤维状)。
★特点:
*人造纤维,形态与纺丝成形方法有关。
常规粘胶纤维纵向为平直的圆柱体。
*横截面:
不规则的锯齿形,有皮芯(sheath-core)结构,皮层较芯层结构,结晶度、取向度高。
*纤维较纯净,在纺丝生产中已除杂。
小结:
主要讲了棉、麻、粘胶的生长及结构特点。
作业:
比较一下棉、麻在结构上的异同点。
板书设计:
常用纺织纤维的生长及结构
(四)小结
(五)作业
课后记:
上一学期,大家已经学习了纺织材料学,已经对纺织纤维的生长、结构特点有了一个初步的了解,
在此基础之上,进一步讲解生长及结构特点,同学们接受起来较为容易。
无迟到、旷课的现象。
参考资料:
染整概论张洵栓中国纺织出版社
纤维素纤维的化学结构
1、理解并掌握纤维素纤维的化学结构。
2、了解纤维素纤维的超分子结构。
3、了解纤维素纤维超分子结构与性能之间的关系。
培养独立思考问题的能力。
培养学生养成正确的学习态度。
化学结构提点
与酸、碱的反应
上一次课我们学习了常用纤维(棉、麻、粘胶)的生长、制取及形态结构特点,对这几种纤维有了一个更加深入的了解。
在此基础上,我们进一步学习其化学结构。
(一)纤维素纤维基本结构:
来源不同,形态结构不同,但其化学分子的单元结构和链接方式都一样——由β-D-葡萄糖残基(剩基)(glucoseresidue)彼此以1,4苷键联结而成。
*纤维素分子化学式:
(C6H10O5)n
式中n:
聚合度dp(degreeofpolymerization)
不同种纤维,葡萄糖剩基单元数不同,即平均分子链长不同。
n:
10000~15000(棉、麻);
250~500(粘胶);
n:
500-600(富强纤维);
450-550(Modal纤维);
500~550(Tencel纤维)
(二)纤维素化学结构特点:
1)每个环上有三个—OH,反应活性点
2)环间—O—(苷键)连接
3)链端:
有一个半缩醛羟基(潜在醛基),具还原性
4)链刚性,氢键(hydrogenbond)多,强度高。
(三)纤维素纤维的化学性质
由纤维素分子化学结构所决定,受超分子结构、形态结构影响。
根据纤维素的化学结构,纤维素的化学反应主要通过两方面表现出来:
(1).与苷键有关的反应。
大分子截断的反应(水解剂与苷键相互作用,在一定条件下引起苷键的断裂)
(2).与羟基有关的反应。
很多试剂都能与葡萄糖基环中的羟基发生反应,生成不同的纤维素衍生物。
1、与酸(acid)作用
酸促使苷键水解(hydrolysis):
酸做为催化剂(catalyst)
酸的作用:
酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。
酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。
生产上应用:
含氯漂白剂漂白后,稀酸处理,起进一步漂白作用;
中和过剩碱;
烂花、蝉翼等新颖印花处理。
用酸注意:
稀酸、低温、洗净,避免带酸干燥。
2、与碱作用
常温稀碱中稳定,浓碱溶胀,高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键,强力下降。
浓碱溶胀:
各向异性、不可逆。
结晶度下降,无定形区增加
——棉织物丝光、碱缩处理理论根据。
反应:
酸性纤维素分子与碱拟醇钠反应
C2H5OH+NaOHC2H5ONa+H2O
Cell-OH+NaOHCell-ONa+H2O+热;
or以分之间力结合
Cell-OH﹡NaOH+热
反应可逆,水洗除碱,恢复纤维素分子。
溶胀(swelling):
绝大多数的线型高分子物都能在适当的溶剂中发生溶解,但在溶解以前,可以观察到体积显著增大的现象,这是低分子物中所没有的一种现象,通常称之为溶胀。
对于无取向的高分子物来说,这种溶胀是各向同性的,但是对于具有某种取向的线型高分子物,例如纺织纤维,则存在着各向异性。
实际上可以将高分子物在某种溶剂中的溶解看作是一种无限溶胀。
3、与氧化剂作用
纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。
强氧化剂完全分解纤维素。
中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱,可用来漂白织物。
发生氧化的情况:
碱性介质条件下,空气中的O2直接氧化;
漂白处理。
氧化反应:
Cell-OH+[O]Cell-CHO,Cell-C=O,Cell-COOH
还原型—-CHO,=C=O,潜在损伤
氧化纤维素:
酸型—-COOH
防止发生氧化的措施:
(1)碱性介质条件下加工时,隔绝与氧气的接触(采用较大浴比waterbath,bathratio;
加压加工时排净空气);
(2)加还原剂(reductant,reducingagent);
(3)采用合理的漂白工艺参数(parameter)。
4.纤维素对还原剂稳定。
5.纤维素的酯醚化反应
酯醚化反应一般以碱纤维素作为中间过程。
利用酯醚化反应,可改变纤维的性质。
(酯醚化程度用DS表示)
(四)、纤维素纤维的超分子结构
超分子结构:
在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分子聚集态结构。
介于纤维形态结构和分子结构之间。
描述纤维中长链分子(高分子)排列状态、排列方向、聚集松紧程度。
(五)超分子结构与性能:
超分子结构对纤维的化学、物理或力学性能影响很大。
•结晶度与物理性能:
结晶度高,分子间紧密、作用力大,纤维强度大;
纤维断裂在于超分子结构缺陷处。
结晶度低,分子间松散,纤维强度也较低,断裂延伸度可能较大。
•取向度与物理性能:
取向度高(丝光棉),纤维强度高,断裂延伸度降低,因为分子链、微晶排列轴向平行,分子间作用力大,应力集中点(缺陷)少,分子链不易断裂和滑移。
•超分子结构与化学性能:
结晶度高,结构紧密,空隙小又少,化学物质不能进入结晶区,例如染料分子不易进入,只在无定形区,得色深不易(麻)。
(可极度accessibility)
主要讲了纤维素纤维的化学结构及超分子结构。
比较一下棉、麻在性能、超分子结构上的异同。
纤维素纤维的化学结构
(二)化学结构特点
(四)纤维素纤维的超分子结构
(五)超分子结构与性能
(六)小结
(七)作业
本次课主要讲解了纤维素纤维的化学结构及超分子结构,理论与实践联系的较为紧密,有一定的难度,希望同学们课后认真复习、巩固。
纪律良好,无迟到、旷课的现象。
蛋白质纤维的结构和主要性能
1、理解并掌握蛋白质纤维的化学结构。
2、掌握蛋白质纤维分子结构与性能之间的关系。
化学结构特点
上一次课我们学习了常用纤维(棉、麻、粘胶)的生长、制取及形态结构特点、化学特点,继续对蛋白质纤维。
蛋白质分子为最小组成单元。
蛋白质纤维:
天然—羊毛、丝、
人造—大豆、牛奶、蚕蛹、猪毛等等。
(一)蛋白质的基本知识
﹡蛋白质分子:
由α-氨基酸(aminoacid)缩合反应而得的高分子。
﹡组成元素:
C、H、O、N,少量S、P、I、…
﹡分子链:
NH2CHC-NH-CH-C-NH-…-CH-C-NH-CH-COOH
-NH-CHR-CO-:
氨基酸剩基,构成蛋白质大分子主链(多肽链)。
侧基-R:
20多种,即20多种氨基酸。
多肽链中各种氨基酸按一定顺序相互连接而成蛋白质的初级结构。
由主链和侧链上各种基团间的氢键、盐式键、胱氨酸键(二硫键)等构成蛋白质的空间构象。
﹡蛋白质分子副键:
由分子主链、侧基的极性或非极性基团、离子基团相互作用而成。
由于副键数量众多而能稳定蛋白质分子空间构象。
(二)蛋白质的性质
﹡蛋白质两性性质:
H+3N-P-COOHH2N-P-COOHH2N-P-COO-H+3N-P-COO-
等电点(PI):
蛋白质分子上正、负电荷数量相等时溶液的pH值。
此时分子不会向电极移动。
羊毛的PI:
4.2-4.8,桑蚕丝的PI:
3.5-5.2。
等电点时纤维溶胀、溶解度最低。
(三)羊毛纤维的生长及初加工
1、基本知识
原毛:
从羊身上剪下来未经任何加工的毛。
原毛中的杂质、污物:
(1)生长过程中自身产生的:
羊毛脂、羊毛汗;
(2)生长过程中由外界因素造成的:
草杂、沙土、粪尿、印记、药物等。
原毛组成:
羊毛角蛋白~50%-~70%,羊毛脂等杂质~50%-30%
套毛:
一只羊身上剪下的完整的毛。
羊毛纤维的初加工:
原毛(经拣选)→开毛、洗毛→洗净毛→炭化()→炭化净毛。
2、羊毛纤维的结构和主要化学性能
形态结构:
鳞片层(、皮质层()、髓质层(粗纤维有)
元素构成:
C、H、O、N、S---
构成羊毛角蛋白的氨基酸中,二氨基氨基酸(精氨酸、赖氨酸)、二羧基氨基酸(天门冬氨酸)和含硫氨基酸(胱氨酸)的含量很高。
空间构象:
α-螺旋结构。
外力作用下,可变成β构型。
网状结构。
基原纤、微原纤、原纤。
3、羊毛性质:
(1)、可塑性:
低温、干态,羊毛分子结构、高层次结构调整较慢,加工产生的内应力难消除。
湿热条件下,由于羊毛分子肽链构象α、β变换,副键拆开、重建较易,因此,羊毛在外力下作用不同时间,然后在蒸汽中自由放置,出现过缩、暂定、永定三种现象。
A、过缩(很短时间)B、暂定(更高温收缩)C、永定(新形态固定住,不收缩)
(2)、热:
耐干热性差
(3)、水和蒸汽:
吸湿,回潮率14%。
水中异向溶胀。
沸水、蒸汽中长时间,分解(-S-S-)、失重。
(4)、酸:
耐酸,pH2-4沸染,H2SO4炭化除草。
高浓酸,损伤羊毛:
肽键水解、氨离子化、离子键拆开重接。
(5)、碱:
碱使羊毛严重损伤、变黄、溶解、含S降低:
主链水解、氨基酸水解、离子键拆开、二硫键断开。
(6)、还原剂:
羊毛二硫键、离子键被还原剂断开,羊毛损伤。
(7)、氧化剂:
强氧化剂分解羊毛,中强氧化剂对羊毛有损伤作用,控制条件可漂白羊毛:
NaClO,H2O2
三、蚕丝结构和性能
蚕丝形态结构、超分子结构、分子结构示意:
1、蚕丝组成:
丝素70~80%,丝胶20~30%,其他杂质:
少量。
与羊毛区别:
(1)、组成-C、H、O、N,硫很少。
(2)、构成丝素的氨基酸主要是简单的乙氨酸、丙氨酸、丝氨酸组成,丝素的分子链含有许多-CONH-键结构,肽链在结晶区几乎是完全展直的。
另外还有有较大侧基的芳香族氨基酸、单氨基二羧基氨基酸和单羧基二氨基氨基酸,形成无定形区,属于β-折叠链构象。
无α-螺旋构象。
2、丝素
丝素结构:
分子线形、支形,聚合度400~500,晶区伸直链,不如羊毛弹性、延伸。
无定形区亲水基集中,
丝素性质:
v吸湿性:
10%,水中异向溶胀。
v耐热性:
好,120℃也不变。
热传导性低,保暖性好。
v盐作用:
因交联少,溶胀、溶解。
高价盐溶胀不明显,被丝素吸收后增重。
v酸作用:
不如羊毛。
酸缩处理。
丝鸣处理。
v碱作用:
差,比羊毛好。
弱碱性精练。
v氧化还原:
氧化与羊毛相似,漂白不用NaClO。
耐还原剂。
3、丝胶
丝胶结构:
无定形、球状蛋白,从外到里分四个层次。
组成:
侧基含较多亲水基团(-COOH、-OH、-NH2),支化程度比丝素高。
丝胶性质:
丝胶吸湿性好,水易进入,具有水溶性。
低温溶胀,在100℃沸水煮能溶解,脱胶:
pH~10,95℃,30分钟。
丝胶结构不稳定,在存放中会变性,无规结构变成折叠链晶状,疏水基分布到丝胶表面。
变性后丝胶不易溶于水,对蚕丝脱胶不利。
主要讲了蛋白质纤维的相关性质。
比较一下羊毛、蚕丝在结构及性质上的异同。
蛋白质纤维的结构和主要性能
(四)、蚕丝结构和性能
(五)小结
(六)作业
本次课主要讲解了蛋白质纤维的化学结构,理论与实践联系的较为紧密,有一定的难度,希望同学们课后认真复习、巩固。
合成纤维的结构和主要性能
1、理解并掌握合成纤维的化学结构。
2、了解合成纤维的超分子结构及结构与性能之间的关系。
我们已经学习了纤维素纤维、蛋白质纤维的生长特点、结构特点及化学性质,接下来继续学习合成纤维的相关性质。
合成纤维形态结构(和超分子结构)与纺丝方法、喷丝口形状相关性大,比天然纤维的形态结构简单,层次少。
(一)、涤纶(PET)的结构和主要性能
聚对苯二甲酸乙二醇酯
1、形态结构:
纵向光滑、均匀无条痕,横向圆形实体,或异形。
2、分子结构特点:
•只有弱极性基团(酯基),吸湿性差、染色性差。
•-COO-酯基具有一定反应性,如水解;
但苯基、亚乙基稳定,故涤纶化学稳定性好。
•分子线性、没有大的侧基及支链,规整,分子聚集时容易紧密堆积(结晶),使纤维形状、强度好。
-OCH2CH2O-具柔性,故可折叠。
3、超分子结构:
与纺丝工艺有关——初生丝:
完全无定形。
经热拉伸,40~60%结晶度。
成形后的涤纶纤维仍然可以再经加热熔化,是热塑性纤维超分子结构模型:
折叠链缨状原纤模型——伸直链晶体+折叠链晶体+无定形区。
4、涤纶性能:
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- 常用 纺织 纤维 性能
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