纺织材料7常用纤维的结构与性能要点
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第七章 常用纤维的结构与性质
第一节
纤维素纤维（棉、麻、粘胶）
一、结构 1.大分子结构 （1）化学组成 纤维素 （C、H、O组成） 伴生物-棉：蜡质、糖份、果胶、灰分，占5%左右 麻：比棉含量要高（各种麻不同） 粘胶：无
（2）单基 特征基团：氧六环；6个-OH；氧桥-O单基连接方式： 1-4 甙键连接，在空间转 180°,因为大分子内有氢键。 （3）空间形态：椅式结构 单基上的21个原子不在一个平面上。 1、3、5在下平面， 2、4、6在上平面； 两平面平行。
2. 超分子结构
大分子间作用力：强大的氢键力，还有范 德华力。 结 晶 度 ： 棉 -60-70% 左 右 ； 麻 >70% ； 粘 胶-30-40% 取向度：棉-20-30°；麻-7-8°； 粘胶-看抽伸倍数，可人为控制，普通粘纤 30°左右。。 缝隙空洞：棉-较小；粘纤-较大
3. 形态结构 棉 ：腰圆形，有中腔，扁平带状，有 天然转曲。 苎麻：腰圆形，有中腔裂缝。 粘胶：纵向有构槽，截面呈锯齿形，有 皮芯层。
1)鳞片层： 作用如下： ①保护纤维，使羊毛内层组织不受外界 的生物、 化学、机械等作用； ②由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦效 应。 鳞片形状： 环状、瓦状、龟裂状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2)皮质层：羊毛纤维的主体，占90%左右。 皮质细胞：正皮质——结构疏松； 偏皮质（副皮质）——结构紧密； 双边结构：细羊毛的正副皮质细胞（结构 与性能不同）分布于纤维的两侧，并在长 度方向上不断转换位置，正皮质一般在纤 维卷曲处的外侧，而副皮质处于卷曲的内 侧，使羊毛具有天然卷曲。这种结构成之。
（3）空间形态： 羊毛的稳定 结构是α型， α型加外力变 为β型，β型 去外力变为α 型；蚕丝的稳 定结构是β型。
2. 超分子结构 分子间力—— 羊毛：范德华力、盐式键、氢键、硫键力； 蚕丝：范德华力、盐式键、氢键 结晶、取向—— 羊毛的结晶度、取向度低，而蚕丝的较大。
3. 形态结构： 羊毛——鳞片层、皮质层、髓质层
好
好（15%） 较差 耐霉不耐蛀
较差
较好（11%）
耐酸不耐碱（蚕丝比羊毛稍差） 1.32 1.33~1.45
特性
缩绒性
光泽、悬垂性、丝鸣
缩绒性—— 羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械 外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧 密，并相互穿插，纠缠，交编毡化。这 一性能称之。 利：缩绒使毛织物有独特的风格； 弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗 涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性 与美观（起毛起球）
（3）热学性质 熔点高 255-265°C ；耐热性和热稳定性 好 （4）光学性质 耐光性好，仅次于腈纶 （5）耐酸不耐强碱，不霉不蛀 （6）密度： 1.38 g/cm3
二、锦纶 1、结构 分子式： H [ NH（CH2）5CO]
66
OH H [ NH（CH2）6NHCO（CH2）4 CO]
n
n
（3）热学性质 耐热性差； 安全使用温度：低于 93°C （锦纶 6 ），低于 130°C（锦纶66）； 熔点：215°C（锦纶6），250°C（锦纶66） （4）耐光性差 （5）耐碱不耐酸 （6）密度较小：1.14 g/cm3
三、腈纶
第一单体：丙烯腈（超过85%） 第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、 醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹 性、柔软性，同时还有利于染料分子进 入。 第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲 染料的基团改善纤维的染色性 。
二. 性质 1.机械性质
棉 强度（ g/d ） 3-4.9 湿强/干强 伸长率 初始模量 >1 3-7% 较大 麻 更高 >1 较小 最大 粘纤 2.5-3.1 g/d 40-50% 16-22% 较小
2.吸湿染色性
20℃, 65% 20℃, 100% 公定W
棉
7-8%
23-27%
11.1%( 纱 线 8.5%)
锦纶6 OH 锦纶
特征基团：有极性集团 -CONH- ； -NH2 ； -COOH ； 单基较长，无支链，属柔性基团 锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。 有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低
2、性质 （1）机械性质 断裂强度、屈曲强度较高，伸长大； 初始模量较低，断裂功大； 弹性好，耐磨性好，织物的保形性和挺 括性较差。 （2）吸湿染色性 W=4.5%，比涤纶好
苎麻
7-8%
12-14%
粘纤
13-15%
29-35%
13%
3.耐酸碱性 与酸作用—氧桥断裂，氧化裂解； 与碱作用—碱纤维素。 4.其它 易燃烧，150℃分解； 棉、麻易霉；
5. 丝光棉 丝光——通常是指棉织品（纱、布）在 紧张状态下经浓碱液 (NaOH 或液氨 ) 处理， 以获得持久的光泽，并提高对染料吸附 能力的加工过程。 结构变化：天然转曲消失成为棒状； 无 定形区有所增加，结晶区有所下降； 取 向度视张力变化而定。 性能变化：光泽、染色性改善；强力增 大，延伸度下降；化学性能活泼。
第二节 天然蛋白质纤维
一. 结构 1. 大分子结构 （1）化学组成 羊毛：蛋白质角朊；C、H、O、N、S元素组 成。 丝 ：蛋白质丝素（ 70-80% ），少量丝胶 （20-30%）； C、H、O、N元素组成。 柞蚕丝：丝素85%
（2）单基
R侧基—羊毛：多、复杂，约25种氨基酸； 蚕丝：少、简单，约18种氨基酸。
3)髓质层 存在于粗羊毛中；羊毛越粗，中腔髓质 层的比例越大，羊毛品质越低。
蚕丝：丝素外包有丝胶； 纵向平滑，截面为不规则三角形。
2. 性质
羊毛 强度 伸长 初始模量 小 较大（25~-35%） 小 蚕丝 较大 较小（15~25%） 较大
弹性
吸湿性 耐热性 耐微生物性 化学性质 比重（g/cm3）
第三节
化学纤维
一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯） 1．结构 大分子结构：
特征基团：苯环——具有刚性和惰性； 酯基-COO- ——弱极性基团； 脂肪基——柔性基团。 大分子无卷曲，基本上带曲折状的直链； 超分子结构： 大分子间主要是靠范德华力；结晶度较 大，取向度也较高。
2．性质
（1）机械性质 断裂强度较高，伸长率大；初始模量高； 弹性回复性好； 织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定性较好。 （2）吸湿染色差 W=0.4%；不能采用常温染色。 易起静电，耐污性差
第一节
纤维素纤维（棉、麻、粘胶）
一、结构 1.大分子结构 （1）化学组成 纤维素 （C、H、O组成） 伴生物-棉：蜡质、糖份、果胶、灰分，占5%左右 麻：比棉含量要高（各种麻不同） 粘胶：无
（2）单基 特征基团：氧六环；6个-OH；氧桥-O单基连接方式： 1-4 甙键连接，在空间转 180°,因为大分子内有氢键。 （3）空间形态：椅式结构 单基上的21个原子不在一个平面上。 1、3、5在下平面， 2、4、6在上平面； 两平面平行。
2. 超分子结构
大分子间作用力：强大的氢键力，还有范 德华力。 结 晶 度 ： 棉 -60-70% 左 右 ； 麻 >70% ； 粘 胶-30-40% 取向度：棉-20-30°；麻-7-8°； 粘胶-看抽伸倍数，可人为控制，普通粘纤 30°左右。。 缝隙空洞：棉-较小；粘纤-较大
3. 形态结构 棉 ：腰圆形，有中腔，扁平带状，有 天然转曲。 苎麻：腰圆形，有中腔裂缝。 粘胶：纵向有构槽，截面呈锯齿形，有 皮芯层。
1)鳞片层： 作用如下： ①保护纤维，使羊毛内层组织不受外界 的生物、 化学、机械等作用； ②由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦效 应。 鳞片形状： 环状、瓦状、龟裂状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2)皮质层：羊毛纤维的主体，占90%左右。 皮质细胞：正皮质——结构疏松； 偏皮质（副皮质）——结构紧密； 双边结构：细羊毛的正副皮质细胞（结构 与性能不同）分布于纤维的两侧，并在长 度方向上不断转换位置，正皮质一般在纤 维卷曲处的外侧，而副皮质处于卷曲的内 侧，使羊毛具有天然卷曲。这种结构成之。
（3）空间形态： 羊毛的稳定 结构是α型， α型加外力变 为β型，β型 去外力变为α 型；蚕丝的稳 定结构是β型。
2. 超分子结构 分子间力—— 羊毛：范德华力、盐式键、氢键、硫键力； 蚕丝：范德华力、盐式键、氢键 结晶、取向—— 羊毛的结晶度、取向度低，而蚕丝的较大。
3. 形态结构： 羊毛——鳞片层、皮质层、髓质层
好
好（15%） 较差 耐霉不耐蛀
较差
较好（11%）
耐酸不耐碱（蚕丝比羊毛稍差） 1.32 1.33~1.45
特性
缩绒性
光泽、悬垂性、丝鸣
缩绒性—— 羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械 外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧 密，并相互穿插，纠缠，交编毡化。这 一性能称之。 利：缩绒使毛织物有独特的风格； 弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗 涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性 与美观（起毛起球）
（3）热学性质 熔点高 255-265°C ；耐热性和热稳定性 好 （4）光学性质 耐光性好，仅次于腈纶 （5）耐酸不耐强碱，不霉不蛀 （6）密度： 1.38 g/cm3
二、锦纶 1、结构 分子式： H [ NH（CH2）5CO]
66
OH H [ NH（CH2）6NHCO（CH2）4 CO]
n
n
（3）热学性质 耐热性差； 安全使用温度：低于 93°C （锦纶 6 ），低于 130°C（锦纶66）； 熔点：215°C（锦纶6），250°C（锦纶66） （4）耐光性差 （5）耐碱不耐酸 （6）密度较小：1.14 g/cm3
三、腈纶
第一单体：丙烯腈（超过85%） 第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、 醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹 性、柔软性，同时还有利于染料分子进 入。 第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲 染料的基团改善纤维的染色性 。
二. 性质 1.机械性质
棉 强度（ g/d ） 3-4.9 湿强/干强 伸长率 初始模量 >1 3-7% 较大 麻 更高 >1 较小 最大 粘纤 2.5-3.1 g/d 40-50% 16-22% 较小
2.吸湿染色性
20℃, 65% 20℃, 100% 公定W
棉
7-8%
23-27%
11.1%( 纱 线 8.5%)
锦纶6 OH 锦纶
特征基团：有极性集团 -CONH- ； -NH2 ； -COOH ； 单基较长，无支链，属柔性基团 锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。 有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低
2、性质 （1）机械性质 断裂强度、屈曲强度较高，伸长大； 初始模量较低，断裂功大； 弹性好，耐磨性好，织物的保形性和挺 括性较差。 （2）吸湿染色性 W=4.5%，比涤纶好
苎麻
7-8%
12-14%
粘纤
13-15%
29-35%
13%
3.耐酸碱性 与酸作用—氧桥断裂，氧化裂解； 与碱作用—碱纤维素。 4.其它 易燃烧，150℃分解； 棉、麻易霉；
5. 丝光棉 丝光——通常是指棉织品（纱、布）在 紧张状态下经浓碱液 (NaOH 或液氨 ) 处理， 以获得持久的光泽，并提高对染料吸附 能力的加工过程。 结构变化：天然转曲消失成为棒状； 无 定形区有所增加，结晶区有所下降； 取 向度视张力变化而定。 性能变化：光泽、染色性改善；强力增 大，延伸度下降；化学性能活泼。
第二节 天然蛋白质纤维
一. 结构 1. 大分子结构 （1）化学组成 羊毛：蛋白质角朊；C、H、O、N、S元素组 成。 丝 ：蛋白质丝素（ 70-80% ），少量丝胶 （20-30%）； C、H、O、N元素组成。 柞蚕丝：丝素85%
（2）单基
R侧基—羊毛：多、复杂，约25种氨基酸； 蚕丝：少、简单，约18种氨基酸。
3)髓质层 存在于粗羊毛中；羊毛越粗，中腔髓质 层的比例越大，羊毛品质越低。
蚕丝：丝素外包有丝胶； 纵向平滑，截面为不规则三角形。
2. 性质
羊毛 强度 伸长 初始模量 小 较大（25~-35%） 小 蚕丝 较大 较小（15~25%） 较大
弹性
吸湿性 耐热性 耐微生物性 化学性质 比重（g/cm3）
第三节
化学纤维
一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯） 1．结构 大分子结构：
特征基团：苯环——具有刚性和惰性； 酯基-COO- ——弱极性基团； 脂肪基——柔性基团。 大分子无卷曲，基本上带曲折状的直链； 超分子结构： 大分子间主要是靠范德华力；结晶度较 大，取向度也较高。
2．性质
（1）机械性质 断裂强度较高，伸长率大；初始模量高； 弹性回复性好； 织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定性较好。 （2）吸湿染色差 W=0.4%；不能采用常温染色。 易起静电，耐污性差