高分子材料 总结

但纤维的染色性有所下降。 • 在纤维的聚集态结构中，晶粒的尺寸宜小不宜 大。
二、纤维的非晶结构
• 成纤高聚物中分子聚集状态呈不规则排列的区域 称为非晶区（或称为无定形区），其结构为非晶 结构。
• 无规线团模型
• 非晶结构导致纤维强度降低、变形增大，但吸湿
和染色性变好，它也会使纤维的一些物理性能
（如电学性能、声学性能、热学性能、光学性能 等），随着温度变化而产生较大差异。
二、纤维的吸湿、溶胀和溶解
1，纤维的吸湿 纤维的吸湿性：纤维从大气中吸水或 纤维中的水逸散到大气中的综合现象。 纤维大分子上的极性基团依靠氢键与水 分子缔合形成水和物是其主要原因。 纤维素纤维，每个葡萄糖单元含有三 个羟基，易形成氢键，故吸湿性强。 合成纤维，吸湿性低。
2)纤维的溶胀与溶解 溶胀：组成纤维的高分子与溶剂的结合， 即由溶剂化产生的局部溶解。 溶解性与分子结构密切相关， 受结晶度影响
聚酯纤维
一、对苯二甲酸乙二酯的制备
（一）酯交换法 1. 酯交换原理
（二）直接酯化法
总结
纤维材料的分类
纤维材料性能常用的名词术语
1. 线密度 线密度（Tt）是用单位长度的质量来表征纤维和
纱线的粗细程度。
纤维的线密度是指1000m长纤维材料的质量克数（g），具 体的度量单位是特克斯（tex）。线密度越大，材料越粗， 反之，则细。
2. 拉伸强度和伸长 纤维材料抵抗拉伸破坏的能力可 以用拉伸断裂强力和拉伸断裂强度（也称相对强度） 来表征： （1）拉伸断裂强力：指拉伸到断裂时纤维材料所能 承受的最大负荷（N），简称断裂强力。 （2）拉伸断裂强度：指拉伸到断裂时产生在材料单 位截面积上的破坏力，这是一个应力指标，是指材 料的结构对断裂破坏的抵抗能力。常用的具体指标 有断裂应力（N/m2 ）和比强度（Cn/dtex ）。
二 ，成纤高聚物的结构要求
从大分子组成和化学结构上看，成纤高聚物的大分 子应是线型长链分子，支链较短，侧基要小，且 大分子间基本上无相互作用力，以保证分子具有 一定的柔曲性和内旋转能力，使纤维柔软。同时， 相对分子质量要高，以使分子间能有更多的联系。 从聚集态结构的角度看，则要求其分子排列有一定 的取向度或各向异性，并应有形成部分结晶结构 的能力，从而使纤维具备必要的强度和形态稳定 性。同时还要保留一定的无定形区（非结晶区）， 以使纤维既有固态物质的基本物理性能，又有加 工应用等方面需要的性能。
6) 变形纱 (Textured filament, Textured yarn) ： 经过变形加工的丝和纱，如弹力丝，膨体纱 7) 超细纤维 (Superfine fiber)，线密度为0.110.55dtex 8) 差别化纤维 (Differential fiber) 9) 特种纤维 （Special fiber） 如:高性能纤维（High performance fiber) 功能纤维 （Functional fiber)
第三节 纤维的聚集态结构
• 纤维的聚集态结构是指纤维大分子链之 间的作用与堆砌方式，又称为超分子结 构或凝聚态结构。 • 据此形成的有高聚物的结晶结构、非晶 结构、取向结构、液晶结构以及通过共 混形成的织态结构或高分子合金结构等。
一、纤维的结晶结构 （一）成纤高聚物的结晶形态
• 成纤高聚物分子链一般以整齐有序的方式排列，分子链上 各基团或原子必处在三维空间的某一位置或区域，故可以 形成规则有序且相对稳定的点阵排列结构，有较大的内聚 能密度和明显的转变温度，这种结构称作结晶结构，具有 结晶结构的区域称作结晶区。成纤高聚物的一部分分子链 也可以不形成上述结构，具有非晶的结构特征，许多高分 子纤维都有这种结晶结构与非晶结构的组合。
• 单晶体 高聚物稀溶液在接近于熔点的温度下以 极缓慢的结晶速度制得的晶体。整个晶体有规则 的外形，内部的长链分子能全部按点阵结构作规 则排列，并近程有序和远程有序地贯穿于整个晶
体。在这种结晶高聚物中，通常都含有众多微小
的单晶粒。 • 多晶体 由多个取向不同的、微小的单晶体所组 成的晶体单元，常见形态有球晶、丝晶等。
四、纤维的光学性能
1）纤维的双折射 寻常光（O光），n⊥振动面与光轴垂直 非常光（E光），n∥ 振动面与光轴平行 △n=n∥-n⊥ 纤维的双折射的大小，与分子的取向度和分 子本身的不对称程度有关。 双折射的大小可以计算纤维的平均取向度。
五、 纤维的热性能
比热容：单位质量的纤维温度变化1℃时所 吸收或放出的热量，J/(g· K) 导热系数（λ ）；kJ/(m· K· h) λ 值越小，即导热性越低，绝热性或保温 性越好 纤维的耐热性：纤维在高温下保持自己性 能的能力。
六、纤维的燃烧性能
物质燃烧可分为分解和燃烧两个相继发生的化学 过程，两者通过火和热反馈相互作用相互影响， 其中分解（热裂解和热氧裂解）反应是主要的。 纤维的燃烧性能是指纤维在空气中燃烧的难易程 度，用极限氧指数（limiting oxygen index, LOI) 表示。 LOI指使着火的纤维离开火源，保持纤维继续燃 烧时环境中氮和氧混合气体内所含氧的最低百 分数。
(3) 纤维材料拉伸到断裂时的伸长变形能力，可以用 断裂伸长率表征，即以产生的变形量与原长之比的 百分率（%）来表示。
3. 模量与弹性 模量或称初始模量是用来表征纤维材料的结构对变形抵抗 的能力，用产生单位应变时所需的应力值（N/m2 ）来衡 量。 弹性或称回弹性是用来表征纤维材料变形后的恢复能力，
• 伸直链片晶 在结晶形态中，不是所有的片晶都是由折叠 链组成的，在外力作用下，长链分子也可能形成伸直链的 片晶。伸直链片晶是指长链分子在片晶中呈充分伸展的形 态。伸直链片晶是在较高压力下，由聚合物熔体等温缓慢 结晶生成的。
• 伸直链结晶结构被公认为聚合物中热力学最稳定的一种 凝聚态结构。
• 纤维状晶体
分子，支链尽可能少，没有庞大侧基。
（2）聚合物分子之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。
（3）聚合物应具有适当高的相对分子质量和较窄的 相对分子质量分布。 （4）聚合物应具有一定的热稳定性，其熔点或软化 点应比允许使用温度高得多。
(一) 纺丝液的制备 将成纤高聚物加工成纤维，首先要制备纺丝液。 纺丝液的制备目前主要有熔体纺丝法和溶液纺 丝法两种方法。凡高聚物的熔点低于其分解温 度的，多采用将高聚物熔融成流动的熔体进行 纺丝；对于熔点高于分解温度的，借用适当的 溶剂将高聚物溶解成具有一定粘度的纺丝液。
缨状原纤结构模型图
折叠链结构模型：线形 的高分子链束因具有较 大的表面能，很不稳定， 在一定的条件下能自发 折叠成带状结构，并排 列成规整的折叠链片晶。
缨状折叠链（片晶）模型
（四）结晶结构对纤维性能的影响
• 随着纤维结晶度的增大，长链分子间的敛集密 度也随之增大，纤维的性能，如密度、断裂强
度、初始模量、尺寸稳定性等都会有所提高，
(二)纺丝 常用的纺丝方法有熔体纺丝和溶液纺丝两种方法。
1．熔体纺丝 是将熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔 中压出，在周围空气 (或水)中冷却凝固成丝的方法。如涤 纶、丙纶、锦纶、乙纶等采用熔体纺丝方法。此法优点是 流程短、纺丝速度高、成本低等。
2．溶液纺丝 根据凝固方法的不同分为湿法纺丝和 干法纺丝。
• 纤维大分子的排列很少是完全有序、规整的，并且总会存 在非晶区（无序排列）、某些结构缺陷区或因聚合物掺杂 而形成的织态结构。
几种常见的纤维结晶形态
• 折叠链片晶 片晶的厚度大约为10nm。电子衍射的数据表 明，在这种纤维结晶形态中，分子链垂直于片晶平面排列， 大分子链的伸展长度一般可达数千以至数万，这说明大分 子在片晶中是呈折叠状分布的。在结晶生长过程中，这种 折叠状片晶还有可能发展成球晶或树枝晶等多晶体。
(1)湿法纺丝：将高聚物溶解所制得的纺丝液从喷 丝孔中压出，在凝固液中固化成丝的方法。如腈 纶、维纶、氯纶、粘胶纤维等都采用湿法纺丝。 湿法纺丝的纺丝速度较慢，但喷丝孔数较多(可达 5 万孔以上 ) 。由于液体凝固剂的固化作用，截面 大多不呈圆形，且有较明显的皮芯结构。
(2)干法纺丝：将用溶液法所制得的纺丝液从喷丝 孔中压出，形成细流，在空气中溶剂迅速挥发 而凝固成丝的方法。醋酯纤维、腈纶、氯纶、 维纶等可以采用干法纺丝。干法纺丝要求采用 品挥发的溶剂溶解高聚物，而且高聚物的含量 应尽可能的高，才能保证纺丝液细流迅速固化 成丝。干法纺丝质量好，喷丝孔数少(300一600 孔)，但成本较高，对环境的污染较为严重。
用变形前后材料尺寸变化的百分率（%）来衡量。
4. 回潮率 回潮率用来表征纤维材料吸取空气中水分（即气态水） 的能力，用吸湿后纤维材料增加的质量与材料原重量（干 燥重量）之比的百分率（%）来表示，它不能用来说明材 料对液态水的接收能力。
第二节 化学纤维制造
对成纤聚合物的一般要求： （1）成纤聚合物大分子必须是线型的、能伸直的
（二）成纤高聚物的结晶模型
两相结构： 高聚物中同时存在晶区和非晶区两部分，一个 高分子链可以贯穿几个晶区与非晶区，晶区的尺寸很小（左 右）。在晶区，分子链有规则排列，而在非晶区，分子链则 完全无规堆砌。
两种缨状微胞结构模型图
缨状原纤结构模型：放弃了缨 状微胞采用的晶区是微胞的假 设，认为结晶区中是连续的缨 状原纤，由许多排列规整的长 链分子组成，这些分子会沿着 自身长度的方向，在原纤的不 同位置上分裂出去，形成分枝， 有的进入非晶区，有的重新进 入其他的原纤组织中，晶格缺 陷和无序排列随时都可能发生。
2. 化学纤维的常用基本概念
1) 长丝（filament yarn) 2) 短纤维 (staple fiber)： 棉型短纤维； 毛型短纤维； 中长纤维 3) 丝束 （Tow）
4) 异形纤维 （shaped fiห้องสมุดไป่ตู้er, profiled fiber）
5) 复合纤维 （Bicomponent fiber, Composite fiber）