第1章 常用纺织纤维的结构和性能

第1章常用纺织纤维的结构和性能

纺织纤维属于高分子化合物（高聚物）

由分子量很大的大分子组成

由比较简单的原子团（基本链节或单基），以主价键的形式相互重复联结而成。

有一定的结晶度和取向度

纺织纤维分类

第1节纤维素纤维的结构和性能

天然纤维素纤维：棉、彩棉、麻、竹纤维

再生纤维素纤维：粘胶、Lyocell 纤维、Modal纤维

1.1 天然纤维素纤维

1.1.1 棉纤维的形态和结构

上端尖而封闭，下端粗而敞口，有天然转曲，截面呈腰圆形一般可分为三层，初生胞壁、次生胞壁、胞腔

（1）初生胞壁

厚度0.1～0.2μm，纤维素含量低

果胶、蜡状物质的含量较高

初生胞壁决定棉纤维的表面性质，具有拒水性阻碍化学品向纤维内部扩散，织物渗透性差可分为三层：外层是由果胶物质和蜡状物质组成的皮层，二、三层纤维素成

网状结构，对纤维溶胀起束缚作用。

（2）次生胞壁

为棉纤维主体，质量约占整个纤维的90％以上

纤维素淀积形成日轮，呈螺旋式排列

（3）胞腔

含有蛋白质及色素，决定棉纤维颜色

为纤维最大空隙，是化学品的主要通道

1.1.2 纤维素的化学结构

化学结构

由β-D-葡萄糖剩基彼此以1,4苷键联结而成

分子式为(C6H10O5)n

相邻葡萄糖剩基扭转180°，每隔两环有周期性重复

两环为一基本链节，链节数为（n-2）/2

n为聚合度，棉和麻为10000～15000，粘胶纤维为250～500

纤维大分子的结构特点

两个末端葡萄糖剩基，一端为四个自由羟基，另一端有三个自由羟基和一个半缩醛羟基（称为潜在醛基），可显示醛基性质

因此具有还原性，可利用醛基含量变化测定平均聚合度变化

每个葡萄糖剩基有三个自由羟基，具有一般醇羟基的性质，能起酯化、醚化等反应 羟基可以在分子间和分子内形成氢键，使大分子链挺直而有刚性，排列紧密，纤维素强度高

大分子链中的苷键对碱的稳定性较高，酸中易水解，大分子链聚合度降低，纤维强度降低

1.1.3 棉纤维的超分子结构

超分子结构指的是棉纤维次生胞壁中纤维素大分子的聚集态结构包括纤维素大分子的排列状态、排列方向、聚集紧密程度等

结晶度和取向度

棉纤维约为70％，麻纤维约为90％，丝光棉纤维约为50％，粘胶纤维约为40％棉纤维的超分子结构模型

纤维中的晶体在自然生长中成一定的取向性棉纤维次生胞壁外层螺旋角30°～35 °，麻纤维平均为6 °左右

樱状原纤模型

大分子－微原纤－原纤

结晶度对纤维强度的影响

纤维素分子的羟基在结晶部位以氢键结合，形成立体规整排列，分子间力强

晶区使分子链之间交联，防止分子链滑移

结晶度愈高，纤维强度越高

取向度对强度的影响

分子链顺应排列，次价力增高

影响纤维内的受力状况，大分子能均匀承受外力

取向度高，强度高

如丝光棉、粘胶丝拉伸

结晶度对染色的影响

染色时，染液只能渗透到纤维的无定形区和晶区边缘。

结晶度高，无定形区少，染料不易进入，平衡吸附量少，得色浅

棉纤维丝光前后，同样染色条件，得色深浅不一样

1.1.4 化学性质

（1）碱的作用

苷键对碱的作用比较稳定

浓碱下发生不可逆的各向异性溶胀，施加张力，就是丝光

可以生成碱纤维素，水洗后可恢复，但使纤维微结构发生不可逆变化，用于丝光

酸性越强，水解速率越快

强酸催化作用强，弱酸较弱，有机酸更缓和

浓度越大，水解速率越高

温度越高，水解速率愈快

温度升高10℃，速率增加2～3倍

麻、棉、丝光棉、粘胶水解速率依次递增

棉织物用酸处理生产蝉翼纱、涤/棉织物的烂花

中和织物上的残余碱

含氯漂白后处理，加强漂白作用

注意：酸的浓度很稀，温度低于50℃，彻底洗净，避免带酸干燥

（3）与氧化剂的作用

生成氧化纤维素，使纤维变性、受损

在碱存在条件下，空气中的氧会产生氧化作用

氧化剂漂白时，应注意工艺条件

可生成还原型氧化纤维素（含大量醛基或羰基）或酸型氧化纤维素（羧基）伯羟基—醛基—羧基

仲羟基－酮基－醛基或羧基

半缩醛羟基－羰基

1.1.5 纤维共生物

主要有果胶物质、含氮物质、蜡状物质、天然色素等，还有棉籽壳。

影响纤维的吸水、染色、白度等性能

（1）果胶物质

主要成分为果胶酸钙、果胶酸镁、果胶酸甲脂和多糖类

在碱性条件下，使酯水解成羧基，并转变成钠盐

（2）含氮物质

蛋白质和简单的含氮无机盐，存在于纤维的胞腔中

（3）蜡状物质

不溶于水，但能被有机溶剂萃取的物质

存在于初生胞壁

脂肪族高级一元醇、游离脂肪酸、脂肪酸的钠盐、高级一元醇的酯和固体、液体的碳氢化合物

借助皂化作用（脂肪酸或酯）和乳化作用（高级醇和碳氢化合物）去除

（4）灰分

由硅酸、碳酸、盐酸、硫酸和磷酸的钾钠、钙、镁、锰盐以及氧化铁和氧化铝组成 能溶于酸，可通过酸洗去除

（5）天然色素

（6）棉籽壳

纤维初加工时带入

可在织物煮炼时去除

1.2 天然有色棉

白棉使通过对原始棉花长期驯化得来的

主要有棕色、绿色和褐色三种

可纺性差、色素不稳定、产量低

1.2.1 化学组成