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        纖維基本結構的構成

        瀏覽次數:724509/23/2013  

                  纖維制品在我們的日常生活中隨處可見,但很少有人知道纖維的具體結構 ,今天我們一起來了解一下。

                纖維的結構一般分為三個方面,最為直觀的纖維形態結構、較為間接的纖維聚集態結構和更為微觀的纖維分子結構。

          一、纖維的形態結構

          1.基本內容

          纖維的形態結構,是指纖維在光學顯微鏡或電子顯微鏡,乃至原子力顯微鏡(AFM)下能被直接觀察到的結構。

          纖維的外觀形貌、表面結構、斷面結構、細胞構成和多重原纖結構,以及存在于纖維中的各種裂隙與空洞等。

          2.纖維的原纖結構

          (1)原纖結構特征

          纖維中的原纖(fibril)是大分子有序排列的結構,或稱結晶結構。嚴格意義上是帶有缺陷并為多層次堆砌的結構。原纖在纖維中的排列大多為同向平行排列,提供給纖維良好的力學性質和彎曲能力。

          纖維的原纖按其尺度大小和堆砌順序可分為基原纖→微原纖→原纖→巨原纖→細胞。

          (2)各層次原纖的特征

          基原纖(proto-fibril或elementaryfibril)是原纖中最小、最基本的結構單元,亦稱晶須,無缺陷。

          微原纖(micro-fibril)是由若干根基原纖平行排列組合在一起的大分子束,亦稱微晶須,帶有在分子頭端不連續的結晶缺陷,是結晶結構。(圖1)

          原纖(fibril)是一個統稱,有時可代表由若干基原纖或含若干根微原纖,大致平行組合在一起的更為粗大的大分子束。

          巨原纖(macro-fibril)是由多個微原纖或原纖堆砌而成的結構體。

          細胞(cell)是由巨原纖或微原纖直接堆砌而成的,并有明顯的細胞邊界。

          二、纖維的聚集態結構

          具體所指纖維高聚物的結晶與非晶結構、取向與非取向結構、以及通過某些分子間共混方法形成的“織態結構”等。

         

        1.纖維的結晶結構

          將纖維大分子以三維有序方式排列,形成穩定點陣,形成有較大內聚能和密度并有明顯轉變溫度的穩定點陣結構,稱為結晶結構。

          對于纖維聚集態的形式,上世紀40年代出現了“兩相結構”的模型。(圖2)

          Hearle教授提出的纓狀原纖結構模型(圖3、4)對此作了很好的解釋,并與纖維的原纖結構形成很好的對應。

          2.纖維的非晶結構纖維大分子高聚物呈不規則聚集排列的區域稱為非晶區,或無定形區。(圖5)

          3.纖維的取向結構不管天然纖維還是化學纖維,其大分子的排列都會或多或少地與纖維軸相一致,這種大分子排列方向與纖維軸向吻合的程度稱作取向度。纖維的取向結構使纖維許多性能產生各向異性。

          三、纖維的分子結構

          1.大分子結構的基本概念

          紡織纖維的分子一般都是線形長鏈分子,量很大,由n個(n約為102~105數量級)重復結構單元(稱鏈節或單基)相互連接而成的,分子量很大,故多大分子或高分子。若纖維大分子的分子量為M,單基的分子量為m,則聚合度(重復結構單元數n)為:n=Int(M/m)

          通常將大分子結構分為分子內(分子鏈)結構和分子間(超分子)結構兩部分。分子鏈結構是指單個分子的結構,也是大分子的化學結構,簡稱鏈結構或化學結構。鏈結構又分為討論鏈節(單基)組成及結構的近程結構和討論分子鏈空間形態的遠程結構。(圖6、7)

          分子間的結構屬三級結構或稱三次結構,就是前面所提的聚集態結構。若干大分子聚集體或不同組份大分子聚集體的相互共混、復合,組合體是更高層次的結構體,屬高次結構,或稱織態結構。

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