纤维化学与物理课后答案 作业题

1、什么是纤维的原纤化现象？试解释Lyocell容易原纤化的原因。

答：原纤化指沿着纤维长度方向在纤维表面分裂出更细小的原纤，这些原纤一端固定在纤维本体上；另一端暴露在纤维表面形成许多微小绒毛。

Lyocell是由微原纤构成的取向度非常高的纤维素分子的集合体，纤维大分子之间纵向结合力较强，而横向结合力相对较弱，这种明显的各项异构特征使得纤维可以沿纵向将更细的纤维逐层剖离出来。

2、分析说明氧化剂对纤维素的作用情况。

答：纤维素对氧化剂是不稳定的，一些氧化剂能使纤维素发生严重降解。

氧化剂对纤维素的氧化作用主要发生在C2、C3、C6位的三个自由羟基和大分子末端C1的潜在醛基上，根据不同条件相应生成醛基、酮基或羧基。

3、试述β—分裂的条件及其对纤维素制品造成的危害。

答：条件：当强吸电子基的α－碳原子上连结着氢原子时，β－碳原子上的醚键变得不稳定，在碱的作用下容易发生断裂。

如果纤维素只发生基团的氧化和葡萄糖剩基的破裂，并未发生分子链的断裂，这时纤维的强度变化不大，而纤维素铜氨溶液（碱性）的粘度却明显下降。

4、棉纤维经液氨处理后结构和性能发生了哪些变化？与碱溶液处理相比有哪些异同之处？答：液氨的作用：与浓烧碱类似，不仅能进入纤维的无定形区，而且可以渗透到原纤及结晶区内，并引起纤维的剧烈溶胀，使截面积增大，长度收缩，但溶胀的程度较烧碱小些，光泽和染色性能改善程度均不及碱丝光。

液氨对棉纤维溶胀作用的优点：（1）扩散速率快（因分子小，粘度低）（2）溶胀作用迅速而且均匀（而烧碱粘度高，渗透困难，一接触纤维表面就可剧烈溶胀，阻止其进一步向内渗透，所以易导致处理不均匀或只局限于表面。

）5、试用Donnan膜平衡理论解释蛋白质纤维在稀烧碱溶液中OH-在纤维内外分布情况，在溶液中若有大量中性盐（NaCl）存在，影响如何？答：蚕丝一般在碱溶液中脱胶：无盐时[OH-]内<[OH-]外，即pH内<pH外，所以在pH较高的精练液中，丝纤维内部pH总比精练液中低，对丝素有一定保护作用；加入少量中性盐，可使纤维内部pH增高，对提高精练效果有利，但过高则导致丝素损伤加重。

6、试述羊毛永定和过缩现象的原理。

答：永定：羊毛在热水或蒸汽中拉伸较长时间（1-2h），长度增加稳定，当除去外力在更高温度条件下松弛处理，纤维长度不回复或稍有回复。

原因：由于受力时间较长，被破坏的副键有时间在新的位置上全部建立起新的稳固的副键，使多肽链构象稳定下来，从而能阻止羊毛纤维从形变中回复原状。

过缩：羊毛在热水或蒸汽中拉伸很短时间，长度增加很不稳定，当除去外力并在蒸汽中任其收缩，纤维长度收缩到比原来还短，甚至只有原长的2/3。

原因：由于温度提高，分子热运动增加，在外力拉伸作用下，肽链的构象将发生变化，分子间氢键、盐式键、二硫键等被破坏，因此纤维沿受力方向长度增加。

但由于受力时间很短，被破坏的副键尚未在新的位置上建立起新的副键，多肽链可以自由收缩，所以遇到更高条件产生过缩。

7.羊毛或蚕丝织物能否用NaClO进行漂白，为什么？答;不能，羊毛或蚕丝织物耐碱性差。

含氯氧化剂，如漂白粉、亚氯酸钠等不宜用于丝绸漂白，对丝素不仅有氧化作用，而且还有氯化作用，致使纤维强力降低乃至完全丧失。

8.什么叫蚕丝的盐缩？说明蚕丝纤维发生盐缩的基本原理。

答：蚕丝纤维在氯化钙、硝酸钙等中性盐类的浓溶液中处理，会发生显著膨润、收缩的现象，称为“盐缩”。

基本原理：氯化钙、硝酸钙等中性盐中的金属离子（如Ca2+）具有较强的水合能力，在它们周围存在较厚的水化层，当Ca2+进入蚕丝无定形区时会带入大量的水分子，从而引起蚕丝纤维的剧烈溶胀。

在较高温度下，Ca2+引起的溶胀作用可破坏丝素蛋白质大分子间的盐式键、氢键和范德华力等各种结合力。

在无张力条件下，丝素纤维内蛋白质大分子链的构象发生变化，产生自由卷曲，宏观上表现为纤维或织物的急剧收缩。

9.基本概念:差别化纤维、弹力丝、膨体纱、超细纤维等。

答：差别化纤维：在原化学纤维的基础上，用物理或化学方法进行改性，既保留了原纤维品种中的基本特性，又克服了本身固有的不足之处。

弹力丝：即变形长丝——高弹丝和低弹丝。

变形加工方法：假捻法、填塞箱法、空气喷射法、插过法等，应用最广泛的是假捻法。

膨体纱：将两种热收缩性能不同的合成纤维毛条混合，经受热处理，高收缩毛条迫使低收缩毛条卷曲，使混合纱具有伸缩性和蓬松性。

超细纤维：指单丝线密度较小的纤维，又称微细纤维。

10.成纤高聚物需要具备哪些主要条件？答：（1）合适的分子量，且分子量的分布要窄；（2）线型结构（或支化程度很低的支链型，无庞大侧基）；（3）分子间有适当的相互作用力，或具有一定规律性的化学结构和空间结构；（4）应具有一定的热稳定性，即Tg应高于日常使用温度，Tm、T 软应比允许使用温度高得多（以适合染整加工），T分解要高，具有实用价值。

（5）必须具有可溶性或可熔融性。

11、根据涤纶纤维结构说明：吸湿性、静电性、酸作用、烧碱作用、氧化剂作用、染色性。

答：（1）吸湿性：涤纶吸湿性差，原因：除了大分子两端各有一个羟基（－OH）外，分子中不含其他亲水性基团；结晶度高，分子链排列很紧密。

（2）静电性：涤纶由于吸湿性低，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，不仅给纺织染整加工带来困难，而且穿着时不舒服。

（3）酸作用：涤纶的耐酸性较好，大分子链中的羧基和苯环发生共轭效应可抑制酯键水解。

（4）烧碱作用：由于涤纶结构紧密，热稀碱液能使其表面的大分子发生水解。

水解作用由表面逐渐深入，当表面的分子水解到一定程度后，便溶解在碱液中，使纤维表面一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，而对纤维的芯层则无太大影响。

（5）氧化剂作用：对一般的氧化剂有较好的抵抗能力，常用的漂白剂如次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水都可使用，但在高温下也可损伤纤维，漂白时要注意漂白的条件。

（6）染色性：涤纶染色比较困难，原因：缺乏亲水性，在水中膨化程度低；分子结构中缺少像纤维素或蛋白质那样能和染料发生结合的活性基团，因此原来能用于纤维素或蛋白质纤维染色的染料，不能用来染涤纶，但可以采用醋酯纤维染色的分散染料；即使采用分散染料染色，除某些分子量较小的染料以外，也还存在困难。

主要是由于涤纶分子排列比较紧密，纤维中只存在较小的空隙，即使湿态下也难以剧烈溶胀而使空隙增大。

12、请分析碱对涤纶的作用，并说明涤纶碱减量仿真丝加工的基本原理。

答：碱对涤纶的作用特点：碱对涤纶的酯键起催化水解的作用，比酸水解剧烈，是不可逆的水解；由于涤纶具有非常致密的微结构和很大的疏水性，碱对涤纶纤维的水解是由表及里的进行的（不象纤维素等纤维的水解是整个非晶区几乎同时在起作用）。

结果：导致涤纶纤维表面被溶蚀，出现凹秃不平的孔穴，纤维变细，涤纶失重但涤纶的强伸度、分子量没有明显下降，所以涤纶纤维好象是在碱液中被剥了一层皮；碱减量处理后，表面产生较多的极性基团，表面亲水性提高。

碱减量处理后具有较好的仿真丝性能：真丝织物具有柔软滑爽的手感，柔和的光泽。

涤纶碱减量处理后，纤维变细，在纱线或织物中具有更大的运动余地，表面被溶蚀产生的孔穴则增加了漫反射程度，光泽更柔和，而且也降低甚至消除了普通合纤织物的蜡状感，呈现出真丝织物的特征。

13、说明锦纶6、锦纶66的的基本合成反应，并分析它们的分子结构特点。

答：聚酰胺6的制备：加聚→缩聚→链的交换和裂解→平衡，部分己内酰胺在一定温度下发生水解开环，生成氨基已酸，氨基已酸与己内酰胺进行加聚反应，形成聚合体。

聚酰胺66的制备：聚酰胺66盐的制备：聚酰胺66盐通常用己二酸的20％甲醇溶液和己二胺的50％甲醇溶液中和制得。

另外，也可以以水为溶剂，即所谓水溶液法制得。

聚酰胺66盐缩聚反应：成纤聚己二酰己二胺的分子量为20000～30000左右。

特点：（1）均为通过酰胺键连接起来的线型长链分子，柔性大，易结晶（通常，大分子结构愈简单，愈对称，柔性越大，结晶速率越大），在晶体中为完全伸展的平面锯齿形结构。

由于分子链内旋转容易，柔性大，无定形区分子间作用力较小，所以初模低，纤维太软；（2）大分子之间可以通过-NHCO-形成氢键（尤其是晶区分子间）。

（3）由于聚酰胺6的单体二端端基不同，且不是偶数碳，在空中排列有方向性，在晶体中反向排列时全部形成氢键，而顺向排列只有一半能形成氢键；（4）大分子链两端有-NH2，-COOH，不可忽视（具有一定的吸湿性，染色性较好），但仍属于疏水性纤维，具有具两性性质。

（涤纶结构致密，链两端-OH几乎不起作用）（5）平均分子量和分子量的分布要控制在一定范围内。

通常，成纤聚己内酰胺的数均分子量为14000～20000左右；成纤聚己二酰己二胺的分子量为20000～30000左右。

（6）存在酰胺键，容易在酸碱作用下发生水解反应。

14、简要说明锦纶66的形态结构和聚集态结构。

答：形态结构：由熔体纺丝制成，形态与涤纶差不多，其截面接近圆形，有皮芯特征，纵向光滑平直；在电子显微镜下可以观察到丝状的原纤组织。

锦纶66的原纤宽度约为10～15nm。

聚集态结构：与涤纶相似，是折叠链和伸直链晶体共存的体系，可用折叠链-缨状原纤模型解释。

聚酰胺分子链间相邻酰胺基可以定向形成氢键，易形成结晶。

15、分析锦纶6、锦纶66熔点差异性的原因。

答：由于锦纶66的氢键密度比锦纶6高得多。

锦纶6晶体中，只有当大分子呈反向平行排列时，所有的酰胺基均能形成氢键，顺向平行排列时只有一半的酰胺基能形成氢键；锦纶66大分子中羰基上的氧和氨基上的氢都能形成氢键，不受顺反平行排列的影响，所以熔点高，熔融热也大。

16、分析锦纶纤维的力学性能，为什么锦纶具有优异的弹性和耐磨性？答：锦纶大分子结构中具有大量的亚甲基—CH2—，在松弛状态下，纤维大分子易处于无规则的卷曲状态，当受外力拉伸时，分子链容易被拉直，长度明显增加。

外力取消后，由于氢键的作用，被拉直的分子链重新转变为卷曲状态，表现出高伸长率和良好的回弹性。

由于锦纶的强度高、弹性回复率高，是所有纤维中耐磨性最好的纤维。

17、说明水、酸、碱对锦纶的作用。

答：与碳链纤维相比，锦纶含酰胺键，因此容易发生水解，在100℃以下水解作用不明显，但温度超过100℃时，则水解反应逐渐剧烈。

酸是酰胺键水解反应的催化剂，锦纶对酸是不稳定的，对浓的强无机酸特别敏感。

锦纶对碱的稳定性较高，在85℃的10% 氢氧化钠溶液中浸渍10h，纤维强度只降低5%。

在100℃、10％苛性钠溶液中浸渍10h，纤维强度下降不多。

对其他碱及氨水的作用也稳定。

18、说明氧化剂对锦纶的作用，锦纶漂白时适用哪类漂白剂?答：锦纶对氧化剂的稳定性较差。

亚氯酸钠、过氧醋酸能使锦纶获得良好的漂白效果。