纤维化学与物理复习

纤维化学与物理复习1/13纤维化学与物理复习2/13第一章绪论1、了解纤维的定义、来源和分类定义：指一种长度与截面直径之比较大，具有一定柔性和强度的细长物体。来源：针叶木，阔叶木，竹类，禾草类，韧皮类，籽毛类，棉，麻类，动物皮，毛，人造，合成等等。分类：天然纤维（植物纤维，动物纤维），化学纤维（人造纤维，合成纤维）2、掌握聚合物结构的三个层次分子结构（近程分子结构、远程分子结构）高分子链的近程结构：一.构造（分子中原子和键的序列而不考虑其空间排列）1）聚合物分子链的化学组成：碳链高分子-主链由C原子以共价键连接杂链高分子-主链由两种或更多原子以共价键联结(主要是C、O、N、S等原子)元素有机高分子-主链中含有Si、P、B等无机元素2）结构单元的键接方式:一般头-尾相连占主导优势，而头-头相连所占比例较低。结构单元在分子链上的键接方式会影响聚合物的结晶性能和化学性能。3）支化、交联和端基支化类型（1）根据支链的长度:短链支化、长链支化（2）根据支链的连接方式不同:无规支化（Randombranching）,梳形支化（Combbranching）,星形支化（Starbranching）4）序列结构:无规共聚,交替共聚,嵌段共聚,接枝共聚二.构型（取代基空间排列方式）1）几何异构：由大分子链中双键两侧的基团排列方式不同所形成，又称为顺反异构。2）旋光异构：存在不对称的碳原子化合物，能形成互为镜影的两种异构体。要改变构型必需经过化学键的断裂与重排。高分子链的远程结构：分子量及分子量分布:分子量大小及分布，聚合度，高聚物的统计平均分子量平均分子量的测定空间几何形状：构象与链柔性构象：由于化学键的旋转所导致的原子或基团在空间的几何排列高分子链的柔顺性构象、高分子链的柔顺性聚集态结构（晶态结构、非晶态结构、取向态结构）：处于平衡态时组成该纤维的高聚物长链分子相互间的几何排列特征形态结构（微原纤维—原纤维—基础纤维—纤维）：(P12)掌握纤维结构对纤维性能的影响：纤维的一次结构对纤维的二次结构、三次结构以及纤维的物理化学性能具有决定性的作用。3、了解共混高聚物的结构和形态，聚苯乙烯增韧(见课件)4、掌握聚合物分子运动的特点A、分子运动单元的多重性：1、高分子整链的运动：高分子链质量中心发生位移纤维化学与物理复习3/132、高分子链段的运动：高分子链的构象发生变化，高分子链的质量中心位置不变3、高分子链中的小运动单元：链节、侧基和支链等的运动B、分子运动的松弛特性：从一种平衡状态通过分子热运动，达到与外界环境相适应的新的平衡态，这个过程的完成需要一定的时间——热力学上称松弛过程C、分子运动的温度依赖性：温度升高分子热运动能升高使更活化温度升高体积升高分子运动空间升高最终使松弛时间下降5、掌握线性非晶态高聚物的三个力学状态（玻璃态、高弹态、粘流态）：玻璃态：模量大，1010～12达因/厘米2，形变小，～0.1%或更小，形变可逆且瞬时完成为塑料性状，分子运动机制：仅有链节侧基等小单元能运动,分子链段和整个分子链处于冻结状高弹态：模量小，105～7达因/厘米2，形变大，可达800%或更大，形变可逆、是一个松弛过程，为橡胶性状，分子运动机制：分子链段解冻可以进行运动粘流态：模量极小可流动，形变很大，形变不可逆、是一个松弛过程，呈粘性流动状分子运动机制：整个分子链解冻，可以运动,使高分子链质量中心发生位移的运动了解玻璃化转变的自由体积理论要点；了解影响玻璃化温度Tg的因素：（见课件）6、了解高聚物的线性粘弹性，蠕变、应力松弛，力学模型，时温等效原理（见课件）7、了解纤维的吸湿性能，理解影响纤维吸湿的原因纤维的吸湿：纤维的吸湿性是指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。纤维的大分子上的极性基团依靠氢键与水分子缔合形成水合物，这是纤维具有吸湿性的主要原因。天然纤维的吸湿性优于合成纤维。因为蛋白质纤维、纤维素纤维中都含有很多的极性基团如：羟基、氨基、羧基、酰胺基等，容易与水形成氢键。合成纤维中的极性基团要相对少得多。影响纤维吸湿的原因：①、影响纤维吸湿的内因纤维聚集态结构中的结晶度：结晶度越大，吸湿性越差，因为吸湿主要发生在纤维的无定形区，水分子一般不能进入结晶区。纤维内部的孔隙：当湿度较大时，水分可填充到纤维的孔隙中形成毛细管水，所以纤维孔隙越多，吸湿性越强。表面吸附：纤维越细，比表面积越大，则吸附水分子的能力越强。②、影响纤维吸湿的外因吸湿时间：吸湿与脱湿是一个平衡过程，达到平衡的时间很长。所以在进行各种纤维材料物理性能的检验时，需要把它们放置在标准的湿度、温度环境中进行定时调湿。环境的湿度：相对湿度增大，纤维的吸湿性增强。吸湿等温线（Moisturesorptionisotherm)纤维在一定的温度下，通过改变相对湿度所得到的平衡回潮率曲线称为吸湿等温线。吸湿滞后：同样的纤维在一定的大气温、湿度条件下，从脱湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称为吸湿滞后。8、了解纤维的有关力学术语（应力、应变、弹性模量、断裂伸长率、断裂强度、断裂功）（教材：P17）9、掌握纤维的应力应变曲线所表示的意义，了解纤维的主要力学性能（教材：P17）10、了解纤维的电学性能，理解纤维静电产生的原因及消除纤维的电学性能：是指纤维在外加电压或电场作用下的行为及其表现出来的各种物理现象。（介电性能，导电性能，静电现象）纤维化学与物理复习4/13静电现象的产生在外界因素影响下使物体产生电荷的过程，就是所谓的起电现象；如果这种产生的电荷固定在物体上而不流动，称为静电荷或静电。纤维之间相互摩擦或纤维与其他材料进行摩擦都能起电。消除静电的方法：1.抑制带电的产生；促进带电的消失。2.提高空气的相对湿度3.用能形成相反电荷的两种纤维材料配合在一起，使产生的静电荷相互抵消；4.加抗静电剂：5.混入少量导电纤维第二章合成纤维1、理解合成纤维的常见术语（长丝、短纤维、异形纤维、复合纤维、超细纤维）（教材：P453）2、了解合成纤维的一般理化性能（教材：P468--475）3、掌握合成纤维的生产方法高聚物合成纺丝液制备（熔融纺丝液纺丝溶液）纺丝（熔融纺丝溶液纺丝）后加工4、掌握聚酯纤维（涤纶）的合成路线、纺丝过程（教材：P464）涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的中国商品名，涤纶是以对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），经纺丝和后处理制成的纤维。涤纶的生产过程：熔融纺丝法纺前准备干燥（含水率从0.4%下降到0.01%以下）、温度在180℃以下。熔融，温度控制在290-300℃纺丝熔体温度控制在285-290℃卷绕速度一般控制在2000m/min以下后处理集束——拉伸——上油——卷曲——热定形——切断5、了解涤纶的结构、物理性能及应用（教材：P468--475）涤纶的分子结构PET是具有对称性芳环结构的线形大分子，没有大的支链。PET分子链中的基团刚性较大，纯净的PET熔点较高（约267℃）。PET分子存在两种空间构象，无定形PET为顺式构象，结晶时转变为反式nHO－CH2－CH2－OH＋nHOOC－－COOHHO［C－－C－O－CH2－CH2－O］HOOn重复结构单元结构单元结构单元纤维化学与物理复习5/13构象。PET分子链的结构具有高度的立体规整性，所有的芳环几乎处在一个平面上，具有结晶倾向。涤纶的形态结构常规涤纶纤维表面光滑，纵向均匀无条痕。横截面为实心圆形。6、了解涤纶化学性能酸对涤纶的作用：涤纶对无机酸和有机酸都有良好的稳定性。碱对涤纶的作用：在碱的作用下酯键将发生水解。氧化剂和还原剂对涤纶的作用：涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高，染整加工中常使用的漂白剂如：次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水和还原剂如：保险粉、二氧化硫脲等都可使用。溶剂对涤纶的作用：常用有机溶剂如丙酮、苯、三氯甲烷、苯酚-氯仿等在室温下能使涤纶溶胀，在70-110℃下很快溶解。酚类化合物常用作涤纶染色的载体。7、掌握聚酰胺纤维（锦纶）的合成路线、纺丝过程（教材：P482）锦纶66的合成主要原料为己二酸和己二胺该缩聚反应需要严格控制两种单体原料的摩尔比，才能得到高相对分子质量的高聚物。在进行缩聚反应前，先将已二酸和已二胺混合制成已二胺-已二酸盐（简称66盐），再分离精制，确保没有过量的单体存在，再进行缩聚反应。8、了解锦纶的结构、物理性能、化学性能（教材：P486--490）9、掌握聚丙烯腈纤维的合成、纺丝过程（教材：P494）腈纶的生产过程：由于丙烯腈共聚物受热时既不熔化又不熔融，所以只能采用溶液纺丝法——干法及湿法纺丝。其中干法纺丝主要生产长丝，湿法主要生产短丝。腈纶湿法纺丝介绍纺前准备：以硫氰酸钠为溶剂，纺丝原液的组成为：硫氰酸钠浓度44%左右，聚合物浓度12%-13%。脱泡、调温、过滤纺丝：采用卧式纺丝机纺丝，凝固浴组成为10%-12%硫氰化钠，温度10-12℃，浸长约1m。后处理10、了解腈纶的结构、物理性能、化学性能（教材：P497--500）11、了解氨纶、丙纶、维纶、氯纶的结构及性能特点（教材：P500--514）第三章：植物纤维原料的形态结构及化学成分1、了解植物纤维原料的种类（P40）木材纤维原料针叶材:杉、松、柏等阔叶材：杨、桦、枫、桉、榉、榕、槭等非木材纤维原料竹类：毛竹、慈竹、楠竹等禾草类：稻草、麦草、芦苇、甘蔗渣、高梁秆等韧皮类：树皮类：桑皮、构皮、棉杆皮、檀皮、雁皮、纤维化学与物理复习6/13棉杆皮麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻、苎麻等籽毛类：棉花、短棉绒2、了解棉、麻纤维的形态结构（P40）3、了解植物细胞的结构特点（P49）4、了解植物纤维原料的主要化学成分（P41）主要成分：纤维素－－骨架物质；半纤维素－－填充物质；木素－－粘合物质常见植物纤维原料化学成分的比较（P47）5、掌握与纤维素有关的几个概念综纤维素：植物纤维被脱除木素后纤维素和半纤维素的总称，造纸工业的专用名词。氯化法亚氯酸钠法二氧化氯法非理论上的纤维素，不同方法，木素残留量不同，纤维素损失率也不相同。克-贝纤维素：特指由英国人Cross和Bevan于1880年提出分离纤维素方法所得到的纤维素。硝酸－乙醇纤维素：特指由法国人Kurscher和Hoffer提出的用20%硝酸+80%乙醇混合液处理木粉得到的纤维素。α纤维素:17.5%NaOH(或24%KOH)溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45min.的残留物，包括纤维素与抗碱的半纤维素。β纤维素：高度降解的纤维素与半纤维素。聚合度为15－90γ纤维素：半纤维素，聚合度低于15第四章：纤维素和纤维素纤维1、掌握纤维素的分子结构：基本结构单元、连接方式、结构特征等纤维素是β-D葡萄糖基通过1,4－苷键连接而成的线型高分子化合物。纤维素的元素组成为：C：44.0％，H；6.2％，O：49.4％。纤维素大分子基本结构单元—β-D-吡喃葡萄糖基纤维素分子的结构特征:葡萄糖环上2,3,6位三个—OH,是纤维素的反应活性点链端：有一隐性-CHO,具还原性环间—O—，酸分解之整个大分子有极性,呈现方向性链刚性，H-键多，强度高2、掌握纤维素分子量的多分散性和聚合度分子量的多分散性亦称为分子量的不均一性，描述纤维原料中不同分子量（聚合度）的组分在原料中的存在情况。纤维素分子的聚合度(DP):纤维素大分子链中D－葡萄糖基的数目。纤维素聚合度表征纤维素分子链的长短，聚合度上升时，纤维素强度加大。3、了解纤维素分子量的表征方式纤维素大分子分子式可表示为：C6H11O5—(C6H10O5)n—C6H11O6由此分子式，聚合度DP＝n+2，基环分子量162，两个末端基比基环共多出一个H2O分子，故纤维素大分子的相对分子质量：M＝DP×162＋18纤维化学与物理复习7/13当DP很大时，将18忽略，得分子量与聚合度之间的关系式：M＝162×DP或DP＝M/1624、了解纤维素分子量的测