纺织物理考试答案

1.什么是纤维的结晶度和取向度？请论述结晶度和取向度的测定方法，并举例说明结晶度、取向度对纤维性质的影响。

①②③④①大部分分子呈规律性整齐有序排列，形成结晶结构，称为结晶区，又称晶区。

结晶区部分占整根纤维的百分比称为结晶度。

结晶度可分为重量结晶度和体积结晶度两种，重量结晶度是由重量百分比表示的，体积结晶度则用体积百分比表示。

天然纤维或化学纤维内部，大分子的排列与纤维轴向相符合的程度称为取向度。

②纤维结晶度的测试可用密度法、x射线衍射法、红热光谱法和量热分析法。

取向度可用各个大分子与纤维轴向平角的平均数来量度。

通过下式可以计算取向度f 2=-(3cos1)/2fθθ为大分子链节排列方向与纤维几何轴线的夹角，2cosθ为平均取向因子。

当大分子的排列与纤维轴平行时，00θ=，1f=，表示完全取向。

红外光谱法具体如下:（纤维测试技术P88）高聚物的红外光谱图中，各谱带对高聚物结构变化的反映不同。

随着结晶度的增加，有些谱带的强度增加，有些谱带的强度减弱，也有些不变，显示各谱带与结晶状态的关系。

若将随结晶情况变化而不变的谱带作为参考谱带，将随着结晶度的加而强度增加的作为结晶谱带，将随着结晶度的增加而强度减弱的作为非晶谱带，则可以根据各谱带的情况可判定高聚物的结晶结构及变化。

在红外光谱仪的测量光路中加入一偏振器，可得到纤维的偏振红外光谱，利用偏振红外光谱图可以分析纤维的取向度。

③粘胶纤维和棉纤维都是纤维素纤维，分子构成基本相同，但粘胶纤维的结晶度比棉低，导致吸湿性要比棉好；麻和棉都是天然纤维素纤维，但麻纤维的取向度高于棉纤维，其强度也较高；羊毛纤维的大分子为螺旋形构象，导致其取向度低，其强度在天然纤维中为很低；化纤纤维的制造过程中，可以通过拉伸工艺来提高初生丝的取向度，从而提高其强度，改善了它的后加工性能。

2 什么是纤维的玻璃化温度、熔点？请论述玻璃化温度和熔点的测定方法，并说明玻璃化温度和熔点在纤维加工和使用中的作用①玻璃化温度：指高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度，指无定型聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度，通常用Tg表示。

没有很固定的数值，往往随着测定的方法和条件而改变。

高聚物的一种重要的工艺指标。

在此温度以上，高聚物表现出弹性；在此温度以下，高聚物表现出脆性。

熔点是固体将其物态由固态转变（熔化）为液态的温度②1．膨胀计法在膨胀计内装入适量的受测聚合物，通过抽真空的方法在负压下将对受测聚合物没有溶解作用的惰性液体充入膨胀计内，然后在油浴中以一定的升温速率对膨胀计加热，记录惰性液体柱高度随温度的变化。

由于高分子聚合物在玻璃化温度前后体积的突变，因此惰性液体柱高度-温度曲线上对应有折点。

折点对应的温度即为受测聚合物的玻璃化温度。

2．折光率法利用高分子聚合物在玻璃化转变温度前后折光率的变化，找出导致这种变化的玻璃化转变温度。

3．热机械法（温度-变形法）在加热炉或环境箱内对高分子聚合物的试样施加恒定载荷；记录不同温度下的温度-变形曲线。

类似于膨胀计法，找出曲线上的折点所对应的温度，即为：玻璃化转变温度。

取供试品适量，缓缓搅拌并加热至温度达90～92℃时，放入一平底耐热容器中，使供试品厚度达到12mm±1mm,放冷至较规定的熔点上限高8～10℃；取刻度为0.2℃、水银球长18～28mm、直径5～6mm的温度计(其上部预先套上软木塞,在塞子边缘开一小槽),使冷至5℃后,擦干并小心地将温度计汞球部垂直插入上述熔融的供试品中，直至碰到容器的底部（浸没12mm）,随即取出，直立悬置，俟黏附在温度计球部的供试品表面浑浊,将温度计浸入16℃以下的水中5分钟，取出，再将温度计插入一外径约25mm、长150mm的试管中，塞紧，使温度计悬于其中，并使温度计球部的底端距试管底部约为15mm；将试管浸入约16℃的水浴中，调节试管的高度使温度计上分浸线同水面相平；加热使水浴温度以每分钟2℃的速率升至38℃，再以每分钟1℃的速率升温至供试品的第一滴脱离温度计为止；检读温度计上显示的温度，即可作为供试品的近似熔点。

再取供试品，照前法反复测定数次；如前后3次测得的熔点相差不超过1℃,可取3次的平均值作为供试品的熔点；如3次测得的熔点相差超过1℃时，可再测定2次，并取5次的平均值作为供试品的熔点③使用（纺织材料学P146）3举例论述纤维的吸湿机理，并说明吸湿对纤维性能的影响。

①（纺织材料学P89）②（纺织材料学95）4 什么是纤维的粘弹性力学性能？并以某种纤维或纱线或织物的力学性能为例，采用合适的力学模型进行分析、解释。

①（纺织材料学P110）甲壳素的发现1811年，法国一位研究自然科学史的H. Braconnot 教授，用温热的稀碱溶液反复处理蘑菇，最后得到一些纤维状的白色残渣，他以为从蘑菇中得到了纤维，并把这种来源于蘑菇的的纤维称之为Fungine，意即真菌纤维素。

1823年．又一位法国科学家A. Odier从甲壳类昆虫的翅膀中分离出同样的物质，他认为此物质是一种新型的纤维素，使命名为Chitin。

1843年，法国的A. Payen发现Chitin与纤维素的性质不大相同。

同年，法国人J. L. Lassaigne发现Chitin中含有氮元素，从而证明Chitin不是纤维素，而是一种新的具有纤维性质的化合物。

1878年，G. Ledderhose从Chitin 的水解反应液中检出了氨基葡萄糖和乙酸；1894年，E. Gilson进一步证明了Chitin中含有氨基葡萄糖，而后来的研究表明，Chitin是由N-乙酰氨基葡萄糖缩聚而成的，或者说组成Chitin的单体是N-乙酰氨基葡萄糖。

甲壳素的存在地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素，前者主要由植物生成，后者主要由动物生成。

估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。

甲壳素亦是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。

仅此两点，就足以说明甲壳素的重要地位。

在自然界的存在甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、昆虫的甲壳、真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中。

尽管自然界存在大量的甲壳素，但估计全世界每年可获得的甲壳素只有15万吨，真正能生成出来的，估计不过数万吨而已。

存在状态甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素，它既有生理作用，又能保护机体防止外来机械性冲击；同时，还具有吸收高能辐射的性能。

在真菌的细胞壁中，甲壳素与其他多糖相连，在动物体内，则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。

甲壳素的生物合成甲壳素在体内的生物合成，与其他多糖一样，是一个想到相当复杂的生物化学过程，在乙酰CoA的存在下，磷酸氨基葡萄糖转移酶催化6-磷酸氨基葡萄糖合成6-磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖。

与甲壳素合成酶共存的还有甲壳素脱乙酰酶，在甲壳素的合成过程中同时发生着N-脱乙酰基的过程，因此，合成出来的甲壳素，其分子链的糖单元不是100%的N-乙酰氨基葡萄糖，还有一部分是氨基葡萄糖，也就是说，生物合成不只是生成甲壳素，也生成少量的壳聚糖。

在自然界中，非但存在着大量的甲壳素，也还存在着一些壳聚糖。

1.4 甲壳素的性质甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体、分子量因原料不同而有数十万至数百万，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂，可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸，但同时主链发生降解。

1963年，Rudall根据X射线衍射光谱得到的结果，提出了甲壳素存在着α—、β—、γ—三种晶型。

这三种晶型是分子内和分子间不同的氢键而形成的。

在植物体中，甲壳素与纤维素密切相关；在动物体中，它与胶原密切相关。

甲壳素纤维的发展概况早在20世纪60年代末，富士纺公司的研究人员就对甲壳素进行了研究。

这些天然材料来源广泛且安全无毒性，特别适合制作绷带类的产品，能加速伤口的愈合，并且通过动物试验证明：这种新型的材料对由细菌引起的感染具有比普通抗菌素相同或更好的疗效。

20世纪90年代初期，日本最先利用甲壳素纤维的特性，制成与棉混纺的抗菌防臭类内衣和裤袜，深受广大消费者的青睐。

日本富士纺织公司开发了一种适合婴儿服面料的高湿模量粘胶纤维（商品名“キトソィ”）。

这种纤维在制造过程中加入了具有保湿抗菌成分的甲壳素，可抑制微生物的繁殖，对皮肤过敏者有预防效果。

用这种材料制成的服装或床上用品，对人体无刺激，对皮肤的亲和性较好，临床经验也证实它对预防过敏性皮炎有效。

与国外相比，我国开发研制甲壳素纺织品的工作起步较晚。

中国是1952年开展甲壳素试验的，先是上海，后来是青岛等沿海城市，1954年发表第一篇实验报告。

20世纪90年代是我国甲壳素、壳聚糖研究和开发的全盛时期，到90年代中期，全国有上百家大专院校和科研单位投入到甲壳素的研究和开发中来。

1991年东华大学（原中国纺织大学）研制成功甲壳素医用缝合线，接着又研制成功甲壳胺医用敷料（人造皮肤）并已申请专利。

1999年至2000年，东华大学研制开发了甲壳素系列混纺纱线和织物并制成各种保健内衣、裤袜和婴儿用品。

2000年在山东潍坊，世界第一家量产纯甲壳素纤维的韩国独资企业投入生产，月产3吨（见图：盈甲壳100纯甲壳素纤维）。

除上海之外，北京、江苏、浙江等省市的有关厂家也开发了甲壳素保健内衣或床上用品，并已推向市场。

3 甲壳素纤维的主要特性甲壳素和它的衍生物壳聚糖，具有一定的流延性及成丝性，都是很好的成纤材料，选择适当的纺丝条件，通过常规的湿纺工艺可制的具有较高强度和伸长率的甲壳素纤维。

在壳聚糖大分子结构中由于含有大量的氨基，其溶解性能和生物活性高。

甲壳素纤维具有以下特性。

（1）优异的生物医学功能用它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。

（2）可生物降解原料一般采用虾、蟹类水产品的废弃物，一方面这可减少这类废弃物对环境的污染，另一方面甲壳素纤维的废弃物又可生物降解，不会污染周边环境，所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。

（3）优良的吸湿保温功能由于甲壳素纤维在其大分子链上存在大量的羟基（—OH）和氨基（—NH2）等亲水性基团，故纤维有很好的亲水性和很高的吸湿性。

甲壳素纤维的平衡回潮率一般在12%~16%之间，在不同的成形条件下，其保水值均在130%左右。

（4）较好的可纺性通常采用甲壳素纤维与棉纤维或其他纤维混纺来改善其可纺性。

此外，甲壳素纤维由于吸湿性良好，具有优良的染色性能，可采用直接、活性、还原、碱性及硫化等多种染料进行染色，且色泽鲜艳。

甲壳素纤维和壳聚糖纤维的保健功能主要有以下几方面：（1）抗菌除臭功能。

（2）对皮肤的护理功能。

（3）对过敏性皮肤的辅助治疗功能。

（4）对环境的保护功能。

（5）抗静电功能。