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1、第二节纤维素纤维结构与性能第二节纤维素纤维结构与性能n以以纤维素分子纤维素分子为基本化学结构的纤维。为基本化学结构的纤维。n以以-D-葡萄糖剩基为结构单元的高分子葡萄糖剩基为结构单元的高分子化合物化合物1.2.1 1.2.1 几种纤维素纤维的结构几种纤维素纤维的结构形态形态图图n棉纤维棉纤维麻纤维麻纤维粘胶纤维粘胶纤维1.2.1 1.2.1 棉纤维结构形态棉纤维结构形态单细胞：纤维素94% wt.,蜡状物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果胶物0.9%,含氮物等。长度：2345 mm；细度：0.150.2tex ；扭曲数：60120个/cm。1.2.1 1.2.1 棉纤维结构形态棉纤维结构形
2、态结构与性质结构与性质：初生胞壁-层厚 0.10.2 m，决定棉纤维表面性质。拒水性，影响染整，前处理的去除对象。外层由果胶物质和蜡状物组成（角皮层），内二层是纤维素网状结构，横缠竖绕。次生胞壁-层厚约4m ，占90%wt.，共生杂质少，决定棉纤维性质。层中很多同心日轮，同心轮按走向 S、Z、S分三层，纤维走向与轴向夹角2030度，走向变化，内层直。胞腔-中空，占横截面1/10，含蛋白质和色素，决定棉纤维颜色。染料和化学处理剂通道。1.2.2 1.2.2 麻纤维形态结构和性能麻纤维形态结构和性能n特点：特点：竖纹和横节。竖纹和横节。n端头多样：端头多样：锤头、分支形（苎麻），细尖（亚麻）、钝角
3、（大麻）。锤头、分支形（苎麻），细尖（亚麻）、钝角（大麻）。n苎麻、亚麻、大麻等韧皮纤维：苎麻、亚麻、大麻等韧皮纤维：厚壁、端闭、狭腔单细胞。厚壁、端闭、狭腔单细胞。长短、外形、成分各异。纤维素含量不高。长短、外形、成分各异。纤维素含量不高。n长径：长径：苎麻苎麻-127152mm(长长),2075m(径径)；亚麻亚麻-1138mm(长长),1120(径径)；大麻、黄麻：长度很短。大麻、黄麻：长度很短。麻纤维成分组成麻纤维成分组成表表成分组成成分组成（）（）纤维素纤维素蜡状物蜡状物木质素木质素果胶物果胶物半纤维素半纤维素其它其它苎麻苎麻61.021.022.0015.81亚麻亚麻732.392
4、.882.041215麻织物麻织物具有凉爽、吸湿、透气、排汗的具有凉爽、吸湿、透气、排汗的特性，而且刚度高，吸汗不贴肉，最适合特性，而且刚度高，吸汗不贴肉，最适合做夏季面料，是国际上最受欢迎的纺织面做夏季面料，是国际上最受欢迎的纺织面料之一。料之一。1.2.3 1.2.3 粘胶纤维形态结构和性能粘胶纤维形态结构和性能*人造纤维，形态与纺丝成形方法有关。人造纤维，形态与纺丝成形方法有关。*纤维较纯净，在丝生产中已除杂。纤维较纯净，在丝生产中已除杂。*皮芯结构，皮层紧密取向，阻碍染料进入，芯层结构皮芯结构，皮层紧密取向，阻碍染料进入，芯层结构松，强度低。松，强度低。附注：通过制浆、纺丝、拉伸方法改
5、变，可得人造纤附注：通过制浆、纺丝、拉伸方法改变，可得人造纤维素其他纤维：富强纤维、维素其他纤维：富强纤维、Tencil纤维、纤维、modal纤维，纤维，这些新型纤维应用较广泛。这些新型纤维应用较广泛。Lyocell Lyocell 天丝天丝天丝纤维：采用绿色环保原料，它是在木桨中提炼出来的天丝纤维：采用绿色环保原料，它是在木桨中提炼出来的天然纤维素，它具有良好的吸湿性，干或湿强力远超过棉天然纤维素，它具有良好的吸湿性，干或湿强力远超过棉花的产品，手感柔滑具有丝一样光泽。花的产品，手感柔滑具有丝一样光泽。n天丝是英国天丝是英国ACORDIS公司和奥地利公司和奥地利LENZING公司经数十公司经
6、数十年研究开发的再生纤维素纤维。年研究开发的再生纤维素纤维。n天丝特点：高强天丝特点：高强-强度接近涤纶；高吸湿强度接近涤纶；高吸湿-吸湿性好过棉；吸湿性好过棉；以及自身原纤化以及自身原纤化-只要整理得法即可赋予天丝织物特有的只要整理得法即可赋予天丝织物特有的桃皮绒手感，除此之外，天丝织物还有出众的悬垂性，舒桃皮绒手感，除此之外，天丝织物还有出众的悬垂性，舒适的手感，适中的弹性，比棉和粘胶织物好的抗皱性，飘适的手感，适中的弹性，比棉和粘胶织物好的抗皱性，飘逸华贵，可机器洗涤等。逸华贵，可机器洗涤等。LyocellLyocell（天丝）纤维、纱线的特性（天丝）纤维、纱线的特性1.具有纤维素纤维的
7、优异特性 Lyocell纤维织物手感挺爽，吸湿透气性好，具有丝绸的悬垂性，触感可由棉变到毛、真丝以及各种感觉。2.原纤化 倾向Lyocell纤维在湿状态下，受机械力作用纤维表面被拉出细小原纤，能改变织物表面的性能 。通过酶处理，去除较长的原纤，进行二次原纤化，可得到桃皮绒效果。3.尺寸稳定性好 Lyocell纤维织物收缩率低，可洗性好。1.2.41.2.4纤维素纤维的超分子结构纤维素纤维的超分子结构超分子结构超分子结构：在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分子聚集态结构。其地位介于纤维形态结构和分子结构子聚集态结构。其地位介于纤维形态结构和
8、分子结构之间。描述纤维中长链分子（高分子）排列状态、排之间。描述纤维中长链分子（高分子）排列状态、排列方向、聚集松紧程度。列方向、聚集松紧程度。n无定形区结晶区无定形区结晶区超分子结构超分子结构 q结晶度结晶度-结晶区所占重量结晶区所占重量%q取向度取向度-链或微晶向与纤维向夹角链或微晶向与纤维向夹角q棉、麻、丝光棉、粘胶结晶度分别为棉、麻、丝光棉、粘胶结晶度分别为70、90、50、40%超分子结构与性能超分子结构与性能n超分子结构超分子结构：对纤维的化学、物理或力学性能影响很大对纤维的化学、物理或力学性能影响很大n结晶度与物理性能结晶度与物理性能：结晶度高，分子间紧密、作用力大，结晶度高，分
9、子间紧密、作用力大，纤维强度大；纤维断裂在于超分子结构缺陷处。结晶度低，纤维强度大；纤维断裂在于超分子结构缺陷处。结晶度低，分子间松散，纤维强度也较低，断裂延伸度可能较大分子间松散，纤维强度也较低，断裂延伸度可能较大取向度与物理性能取向度与物理性能：取向度高（丝光棉），纤维强度高，取向度高（丝光棉），纤维强度高，断裂延伸度降低，因为分子链、微晶排列轴向平行，分子断裂延伸度降低，因为分子链、微晶排列轴向平行，分子间作用力大，应力集中点（缺陷）少，分子链不易断裂和间作用力大，应力集中点（缺陷）少，分子链不易断裂和滑移。滑移。超分子结构与化学性能超分子结构与化学性能：结晶度高，结构紧密，空隙小又结晶
10、度高，结构紧密，空隙小又少，化学物质不能进入结晶区，例如染料分子不易进入，少，化学物质不能进入结晶区，例如染料分子不易进入，只在无定形区，得色深不易（麻）只在无定形区，得色深不易（麻）。1.2.51.2.5纤维素纤维的化学结构纤维素纤维的化学结构n纤维素纤维：纤维素纤维：q有不同形态结构和超分子结构，但其化学分子的单元结构和链接方式都一样由葡萄糖剩基单元通过苷键相连接。不同种纤维葡萄糖剩基单元数不同，即平均分子链长不同。n纤维素分子化学式：纤维素分子化学式：n(C6H10O5)nn式中式中n：n聚合度；n：1000015000(棉、麻)；n：250500（粘胶）纤维素分子结构式纤维素分子结构式
11、n结构特点：结构特点：环上三个OH，反应活性点环间O，酸分解之，碱稳链端：有一隐-CHO，M低还原性链刚性，H-键多，强度高1.2.61.2.6纤维素纤维的化学性质纤维素纤维的化学性质n由纤维素分子化学结构所决定，受超分子结构、形态结构影响。n与碱作用 常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。n浓碱溶胀：各向异性、不可逆。径向溶胀大，纵向小n反应：酸性纤维素分子与碱拟醇钠反应n C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH Cell-ONa+ H2O ; Or Cell-OHNaOHn 反应可逆，水洗除碱，恢复纤维素分子，但纤
12、维素纤维高层次结构被变化、不可逆-是棉织物丝光、碱缩处理理论根据纤维素分子与酸作用纤维素分子与酸作用与氧化剂作用与氧化剂作用n纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。n纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。n强氧化剂完全分解纤维素。中、低强度氧化剂在一定条件强氧化剂完全分解纤维素。中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。注意：空气下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。注意：空气中中O O2 2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。在强碱、高温条件易
13、氧化、脆损纤维素织物，应避免。n氧化反应：氧化反应：nCell-OH + O Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-Cell-OH + O Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOHCOOHn 还原型还原型 -CHO -CHO，-C=O-C=O，潜，潜在损伤在损伤n氧化纤维素：氧化纤维素： 酸型酸型 -COOH -COOHn注：纤维素分子对还原剂稳定。注：纤维素分子对还原剂稳定。1.2.71.2.7天然纤维素共生物天然纤维素共生物天然纤维素共生物天然纤维素共生物是纤维生长保护物或代谢物。是纤维生长保护物或代谢物。影响织物吸水、染色、白度。影响织物吸水、染色、白度。果胶物质 果胶酸钙、镁、甲酯、多戊糖等，碱除果胶酸钙、镁、甲酯、多戊糖等，碱除去去含氮物质 含含N N盐和蛋白质。碱除不尽盐和蛋白质。碱除不尽蜡状物质 酯、酸、碳氢物。皂化、乳化除去酯、酸、碳氢物。皂化、乳化除去。灰 分 无机物。酸溶无机物。酸溶天然色素 结构复杂。漂白除去结构复杂。漂白除去棉 籽 壳 含木质素等。碱软化、磺化、氯化除去含木质素等。碱软化、磺化、氯化除去半纤维素 多糖类。酸解、碱除去多糖类。酸解、碱除去
