第三章纤维素纤维

图3－12棉花纤维的结晶区与无定形区结构的STM图像(隧道电流 0.31nA ， 偏压508mV， 扫描范围40nm×40nm )
图3－13 棉花纤维的分叉结构的STM图道电流0.31nA ， 偏压 506mV，扫描范围40nm×40nm
O
H
H
OH
H
O
OH
H
CH2OH
H H
O OH
OH
H
H
H
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
H
H
H
OH
❖ 纤维素分子中的葡萄糖剩基（不包括两端） 上有三个自由存在的羟基，2、3位上是两个 仲羟基，6位上是一个伯羟基，它们具有一般 醇的特性；
❖ 右端的剩基中含有一个潜在的醛基，使纤维 素具有还原性。
第三节 纤维素纤维的超分子结构
棉纤维是从棉籽表皮上 细胞突起生长而成的。 每根棉纤维就是一个细 胞。
成熟棉纤维的外形可描 述为：上端尖而封闭， 下端粗而敞口，整根纤 维为细长的扁平带子状， 有螺旋状扭曲，纤维截 面呈腰子形，中间有干 瘪的空腔，成熟棉纤维 的形态如图3－1所示。
图3－1 成熟棉纤维的形态结构
❖ 一、棉纤维的形态结构
第三章 纤维素纤维的结构和性能
本章主要内容
❖ 第一节 纤维素纤维的形态结构 ❖ 第二节 纤维素大分子的分子结构 ❖ 第三节 纤维素纤维的超分子结构 ❖ 第四节 纤维素纤维的主要物理—机械性能 ❖ 第五节 纤维素纤维的主要化学性质 ❖ 第六节 纤维素共生物 ❖ 第七节 黏胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维的基本特性 ❖ 第八节 亚麻纤维结构和特性 ❖ 第九节 新型纤维素纤维 ❖ 第十节 天然彩色棉
其投影如图3-8。
图3-8天然纤维素单元晶格及其投影
❖ 一、X射线研究
（二）棉纤维中纤维素的单元晶格
(2) 投影图 图3-8天然纤维素单元晶格及其投影
0.79nm
❖ 一、X射线研究
（三）纤维的结晶度与取向度
❖棉纤维的结晶度约为70%，麻纤维约为90%，无张力 丝光棉纤维约为50%，黏胶纤维约为40%。
长度（毫米） 127～152 11～38 13～25 2～5
截径（微米） 20～75 11～20 16～50 20～25
❖ 二、麻纤维的形态结构
麻纤维的主要化学成分和棉纤维一样也是纤维素， 但含量较低，此外还有蜡状物、木质素、果胶物 质、含氮物质和灰分等。
我国苎麻化学成分见表3-4。
表3－4 苎麻组成
棉纤维从外到里分成三 层，最外层称为初生胞 壁，中间为次生胞壁， 内部为胞腔。
图3-2为棉纤维形态结构 模型示意图。
图3－2为棉纤维形态结构模型示意图
❖ 二、麻纤维的形态结构
苎麻单纤维两端呈锤头 形或分支；
亚麻两端稍细，呈纺锤 形。
见图3－4。
图3－4麻纤维纵切面和横截面
❖ 二、麻纤维的形态结构
图3－9棉纤维的SEM图（SEM p hotograp h of dewaxed cotton fiber (2860X ， bar : 10μm)
图3－10 棉花纤维超显微结构的STM 图像 (隧道电流0.28nA ， 偏压 420mV ，扫描范围 128nm ×128nm
图3－11 棉花纤维超显微结构的STM 图像 (隧道电流 0.28nA ， 偏压420mV ，扫描范围 32nm ×32nm
❖ 纤维素是一个复杂同系物的混合物，棉的聚 合度为2500～10000，麻的聚合度为10000～ 15000，黏胶的聚合度为250～500 。
❖ 纤维素大分子的化学结构是由β—D- 葡萄糖 剩基彼此以1-4苷键联结而成，结构如下：
H
OH
③ OH
OH
② H
H
④
H⑤
H
O ⑥
① O
CH2OH
CH2OH
H
❖ 纤维素纤维的超分子结构，也称微结构，主 要是指纤维素纤维中次生胞壁纤维素大分子 的聚集态结构。
❖ 本节主要内容
一、X射线研究 二、电子显微镜和扫描隧道显微镜(STM )研究
❖ 一、X射线研究
（一）棉纤维的X射线图像
❖当用X射线对棉纤维及丝光棉纤维进行衍射实验时， 发现它们的衍射图像并非完全模糊的阴影，也不是明 暗相间的同心圆，而是有干涉弧或点存在，说明这两 个纤维的超分子结构不是完全无定形的，而是有晶体 存在，并且它们的长轴虽非完全与纤维轴相平行，但 也非完全杂乱无序，而是具有一定的取向度。如图3-7 所示。
电子显微镜观察苎麻纤维结构，有交叉和扭曲现象，扭曲 主要是在近端部，中部较少。见图3－5和图3－6。
麻纤维上有竖纹和横节。
图3－5 苎麻茎段切片纤维
图3－6 光学显微镜下苎麻纤维扭曲状态
❖ 二、麻纤维的形态结构
几种麻纤维的长度和截径见表3－3。
表3－3 几种麻纤维的长度和截径
纤维 苎麻 亚麻 大麻 黄麻
❖ 一、X射线研究
（一）棉纤维的X射线图像
（1）棉
（2）丝光棉
图3-7 棉及丝光棉纤维的X射线衍射图
❖ 一、X射线研究
（二）棉纤维中纤维素 的单元晶格
根据丝光前后棉纤维的
X衍射图中干涉点与弧的
位置、间距，以及纤维
素的分子结构推算出其
单元晶格属于单斜晶系，
天然纤维素被称为纤维
素Ⅰ，它的单元晶格及
❖棉纤维次生胞壁外层的螺旋角在30°～35°，麻纤维 的螺旋角为6°左右。
❖ 二、电子显微镜和扫描隧道显微镜(STM )研 究
（一）棉纤维的扫描隧道显微镜(STM )图
❖用扫描电镜(SEM)可以直接观察到棉纤维中的原纤组 织（图3－9）。
❖电子显微镜的分辨率较低，现在可用更为先进的扫描 隧道显微镜(STM )对微晶纤维素的超显微结构进行直 接观察（图3－10和图3－11）。
成分 纤维素 水分 蜡状物 木质素 果胶物质 未测定部分 合计
含量% 61.02 11.10 1.02 2.00 14.81
9.05
100
第二节 纤维素大分子的分子结构
❖ 棉、麻和黏胶纤维的基本组成物质都是纤维 素。纤维素是一种多糖物质，其大分子主要 是由很多葡萄糖剩基联结起来的， 分子式可 写成（C6H10O5）n。
第一节 纤维素纤维的形态结构
❖ 纤维素纤维包括天然纤维素纤维和再生纤维 素纤维
天然纤维素纤维：棉、麻 再生纤维素纤维：
❖常规：黏胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维 ❖新型：Lyocell纤维 、竹浆纤维 、Modal 纤维
❖ 本节主要内容
一、棉纤维的形态结构 二、麻纤维的形态结构

❖ 一、棉纤维的形态结构