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第一章 纖維的分類(lèi)及發(fā)展 2 棉 麻 絲 毛纖維的主要特性是什么 試述理由及應(yīng)該進(jìn)行的評(píng)價(jià) 棉纖維的主要特性 細(xì)長(zhǎng)柔軟 吸濕性好 多層狀帶中腔結(jié)構(gòu) 有天然扭轉(zhuǎn) 耐強(qiáng)堿 耐 有機(jī)溶劑 耐漂白劑以及隔熱耐熱 帶有果膠和蠟質(zhì) 分布于表皮初生層 彈性和彈性恢 復(fù)性較差 不耐強(qiáng)無(wú)機(jī)酸 易發(fā)霉 易燃 麻纖維的主要特性 麻纖維比棉纖維粗硬 吸濕性好 強(qiáng)度高 變形能力好 纖維以挺爽 為特征 麻的細(xì)度和均勻性是其特性的主要指標(biāo) 結(jié)構(gòu)成分和棉相似單細(xì)胞物質(zhì) 絲纖維的特性 具有高 強(qiáng) 伸度 纖維細(xì)而柔軟 平滑有彈性 吸濕性好 織物有光澤 有獨(dú)特 絲鳴 感 不耐酸堿 主要成分為蛋白質(zhì) 毛纖維的特性 高彈性 有天然卷曲 吸濕性好 易染色 不易沾污 耐酸不耐堿 角蛋 白分子側(cè)基多樣性 有氈化性 表面鱗片排列的方向性和纖維有高彈性 3 試述再生纖維與天然纖維和與合成纖維的區(qū)別 其在結(jié)構(gòu)和性能上有何異同 在命名上 如何區(qū)分 答 一 命名 再生纖維 原料名稱(chēng) 漿 纖維 或 原料名稱(chēng) 黏膠 天然纖維 直接根據(jù)纖維來(lái)源命名 絲纖維是根據(jù) 植物名 蠶絲 構(gòu)成 合成纖維 以化學(xué)組成為主 并形成學(xué)名及縮寫(xiě)代碼 商用名為輔 形成商品名或俗 稱(chēng)名 二 區(qū)別 再生纖維 已天然高聚物為原材料制成漿液 其化學(xué)組成基本不變并高純凈化后 的纖維 天然纖維 天然纖維是取自植物 動(dòng)物 礦物中的纖維 其中植物纖維主要組成物 質(zhì)為纖維素 并含有少量木質(zhì)素 半纖維素等 動(dòng)物纖維主要組成物質(zhì) 為蛋白質(zhì) 但蛋白質(zhì)的化學(xué)組成由較大差異 礦物纖維有 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO 合成纖維 以石油 煤 天然氣及一些農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成單體 經(jīng)化學(xué)合成為高聚 物 紡制的纖維 7 試述高性能纖維與功能纖維的區(qū)別依據(jù)及給出理由 高性能纖維 HPF 主要指高強(qiáng) 高模 耐高溫和耐化學(xué)作用纖維 是高承載能力和 高耐久性的功能纖維 功能纖維是滿(mǎn)足某種特殊要求和用途的纖維 即纖維具有某特定的物理和化學(xué)性質(zhì) 其中功能纖維有抗靜電和導(dǎo)電纖維 蓄熱纖維 遠(yuǎn)紅外纖維 防紫外線(xiàn)纖維 阻燃纖 維 光導(dǎo)纖維 彈性纖維 抗菌防臭纖維 變色纖維 香味纖維 變色纖維等 均具有相 應(yīng)的特殊用途 高性能化纖維有對(duì)位間位芳綸 PBO纖維 PEEK纖維 聚四氟乙烯纖維 碳 纖維等 具有高強(qiáng) 高模 耐高溫和耐化學(xué)作用等性質(zhì) 功能化纖維是以高感知性 高吸濕性 高防水性 高透濕行 發(fā)光 發(fā)電 導(dǎo)電 導(dǎo) 光 生物相容性 高吸波 高分離 高吸附 產(chǎn)生負(fù)離子 能量轉(zhuǎn)換 自適應(yīng)和自行修復(fù) 等功能實(shí)現(xiàn)為目的 而高性能化纖維則以從高強(qiáng) 高模 耐高溫發(fā)展為超高強(qiáng) 超高模量 超耐高溫 耐化學(xué)作用為目的 9 你所認(rèn)為的纖維未來(lái)應(yīng)如何發(fā)展 你所感覺(jué)的纖維發(fā)展及未來(lái)最主要的問(wèn)題是什么 1 在天然纖維方面 積極尋求和開(kāi)發(fā)新的和可持續(xù)發(fā)展的天然纖維資源是極為重要 的 2 在再生纖維方面 依靠天然生長(zhǎng)的纖維在纖維長(zhǎng)度 細(xì)度 和性能上較難控制 有時(shí)無(wú)法用于紡紗 而且天然纖維素 蛋白質(zhì)物質(zhì) 并非能直接滿(mǎn)足紡用纖維的 要求 加上廢棄的纖維及其制品 人們極有必要解決這些物質(zhì)的再生利用 3 在合成纖維方面 仿生化 功能化 高性能化纖維將是今后的發(fā)展方向 最主要的問(wèn)題 由于人口膨脹 環(huán)境的污染和惡化 自然資源與能源的匱乏 人類(lèi)對(duì)物質(zhì)量的需 求提高 人類(lèi)穿 用消耗的資源 纖維將成為未來(lái)發(fā)展中必須直面的問(wèn)題 在纖維未來(lái)的 發(fā)展中 人類(lèi)應(yīng)該更多的關(guān)注已有纖維的使用和再生利用 可持續(xù)天然纖維的開(kāi)發(fā)利用 低能耗 清潔化纖維的加工 即特別關(guān)注大宗類(lèi)紡織品用纖維資源的可持續(xù)性 工藝?yán)w維 馬海毛 山羊絨 馬克隆值 第二章 纖維的結(jié)構(gòu)特征 3 天然纖維素纖維有哪些主要結(jié)構(gòu)特征 棉纖維的結(jié)構(gòu)與特征 1 分子構(gòu)成及分子間結(jié)構(gòu) 分子式為 C6H10O5 棉纖維大分子的聚合度為 6000 15000 分子量為 1 2 43 百萬(wàn) 其氧六環(huán)結(jié)構(gòu)是固定的 但六環(huán)之間夾角可以改變 所以分子在無(wú)外力作用的非晶區(qū) 中 可呈自由彎曲狀態(tài) 纖維中約 2 3 為結(jié)晶部分 結(jié)晶晶格是單斜晶系 見(jiàn)圖 2 9 棉纖維大分子取向度較高 主要是次生層原纖排列的螺旋角在 20 30 的影響 故 纖維強(qiáng)度較麻纖維低 但伸長(zhǎng)較大 2 細(xì)胞形態(tài)與構(gòu)成 棉纖維是細(xì)長(zhǎng)的 有天然轉(zhuǎn)曲 纖維轉(zhuǎn)曲數(shù)一般為 6 10 個(gè) mm 截面呈腰圓形帶中腔 為扁平管狀纖維 頭端變細(xì) 封閉 尾端稍細(xì)為截?cái)嚅_(kāi)口狀 是單細(xì)胞纖維 棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 2 10 所示 最外層是表皮和初生層 中心是癟了的中腔 纖維 的主要構(gòu)成是沉積生長(zhǎng)增厚的次生層 S 層 3 各層次結(jié)構(gòu) 表皮層是初生層外的一層薄薄的外皮 由蠟質(zhì) 脂肪與果膠的混合物組成 具有潤(rùn)滑 防水作用 表皮層有細(xì)絲狀皺紋 是纖維干燥收縮形成的 一般與次生層的原纖方向 一致 皺紋深度和間距約為 0 2 長(zhǎng)度可達(dá)以上 初生層在表皮層內(nèi)側(cè) 是纖維的初生胞壁 由網(wǎng)狀原纖組成 初生胞壁厚度僅為 0 1 重量占纖維重量的 2 5 2 7 網(wǎng)狀原纖結(jié)構(gòu) 與纖維軸呈 70 90 傾角 梢部的傾角比基部大 形成對(duì)纖維整體的形態(tài)約束和保護(hù) 是纖維吸濕膨脹復(fù)圓后 直徑或周長(zhǎng)不變的主機(jī)制 初生層不是結(jié)構(gòu)均一的物質(zhì) 分為三層 外層基本是由果 膠物質(zhì)和蠟狀物質(zhì)組成 第二 第三層纖維素呈繞纖維軸旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 次生層在初生層里 是由纖維素在初生胞壁內(nèi)沉積而成的原組織 占纖維總質(zhì)量的 90 以 上 次生層分為三個(gè)基本層 S1 S2 S3 依次向內(nèi) 最外薄層為次生胞壁 S1 厚度小 于 由平行排列的原纖組成 原纖與纖維軸呈 20 35 螺旋狀排列 較為致密 S1 層的里層是次生層 S2 厚約 1 是棉纖維主體 全部為纖維素 原纖與纖維軸的螺 旋角約為 25 螺旋的方向周期性地?fù)Q向 在一根纖維中換向可達(dá) 50 次以上 S2 層 由原纖呈平行螺旋狀相互堆砌而成 微原纖間形成空隙 使棉纖維具有多孔性 在 S2 次生胞壁的里面是第三層次生胞壁 S3 厚度小于 次生層有明顯的 日輪 結(jié)構(gòu) 共有 25 40 層 每層厚 0 1 相鄰的 S1 S2 S3 層間 的螺旋方向往往是相反的 棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲是由于次生層 S2 中的原纖螺旋排列所致 原纖螺旋方向大多與轉(zhuǎn)曲 方向一致 但也有例外 這是因?yàn)樵w的換向頻率遠(yuǎn)高于纖維的轉(zhuǎn)曲頻率 棉纖維中 原纖的螺旋角因品種而異 除去纖維天然轉(zhuǎn)曲的影響后 大體都在 20 23 棉纖維的中腔又稱(chēng)胞腔 腔壁存在原生質(zhì)殘?jiān)?為蛋白質(zhì) 礦物鹽和色素等 胞腔的 復(fù)圓截面積約為棉纖維截面積的 1 10 其顏色確定了棉纖維的顏色 中腔是纖維內(nèi)最 大的空隙 是棉纖維染色和化學(xué)處理的重要通道 麻纖維的結(jié)構(gòu)特征 由于麻的種類(lèi)很多 雖有相關(guān)單纖維結(jié)構(gòu)的研究 但較為專(zhuān)門(mén)化及各不相同 此處不 作詳述 僅在纖維鑒別中給出一般形態(tài)結(jié)構(gòu) 作為非單纖維紡紗應(yīng)用的麻纖維 還多 了一個(gè)結(jié)構(gòu)層次 即單纖維加膠質(zhì)的復(fù)合結(jié)構(gòu) 雖然連續(xù)相的膠質(zhì)含量少 約為 10 16 的截面積 但與單細(xì)胞麻纖維的作用因構(gòu)成復(fù)雜而變得復(fù)雜 4 試討論羊毛和與蠶絲的不同層次結(jié)構(gòu)及特征 并舉例說(shuō)明其異同點(diǎn) 及對(duì)其性質(zhì)的影響 答 羊毛纖維是多細(xì)胞結(jié)構(gòu)體 有兩類(lèi)細(xì)胞 鱗片細(xì)胞和皮質(zhì)細(xì)胞 鱗片細(xì)胞是表皮細(xì)胞 由細(xì)胞間質(zhì) CMC 粘接組合成羊毛表面的連接覆蓋層 皮質(zhì)細(xì)胞有正皮層和副皮層之分 紡錘形的正 副皮層細(xì)胞也有細(xì)胞間質(zhì) CMC 粘接組合成連續(xù)的羊毛纖維芯層 有些羊毛 中還有仲皮層細(xì)胞 較粗的羊毛在皮質(zhì)層中心還有髓腔 成為髓質(zhì)層 卷曲 保暖 摩擦 氈化 羊毛的正皮質(zhì)細(xì)胞原纖化結(jié)構(gòu)明顯 層次分明 基本組合方式是 基原纖 微原纖 巨原纖 細(xì)胞 羊毛的副皮質(zhì)細(xì)胞也是原纖化結(jié)構(gòu) 但無(wú)明顯的巨原纖結(jié)構(gòu) 即 基原纖 微原纖 細(xì)胞核殘留物 細(xì)胞 羊毛纖維的結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)下圖 蠶絲的各層次結(jié)構(gòu)綜合示意圖如下 蠶絲由絲膠和絲素構(gòu)成 絲膠包裹于絲素之外 絲素是蠶絲纖維的主體 絲膠有四層 包裹層 絲素由巨原纖 原纖 微原纖 基原纖四級(jí)結(jié)構(gòu)組成 羊毛纖維中的皮質(zhì)層細(xì)胞和蠶絲纖維中的絲素均具有明顯的原纖化結(jié)構(gòu) 但蠶絲無(wú)細(xì) 胞結(jié)構(gòu) 7 何謂纖維的分子內(nèi)和分子間以及織態(tài)結(jié)構(gòu) 對(duì)纖維的性能有何影響 通常將大分子結(jié)構(gòu)分為分子內(nèi) 分子鏈 結(jié)構(gòu)和分子間 超分子 結(jié)構(gòu)兩部分 分子鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)分子的結(jié)構(gòu) 也是大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)稱(chēng)鏈結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu) 鏈結(jié)構(gòu)又分為討論鏈節(jié) 單基 組成及結(jié)構(gòu)的近程結(jié)構(gòu)和討論分子鏈空間形態(tài)的遠(yuǎn)程結(jié) 構(gòu) 近程結(jié)構(gòu) 即構(gòu)成和構(gòu)型必須經(jīng)過(guò)化學(xué)鍵的斷裂和重組實(shí)現(xiàn) 屬一級(jí)結(jié)構(gòu) 或稱(chēng)一 次結(jié)構(gòu) 大分子的構(gòu)成是鏈節(jié)中原子和鍵的組成及序列 不涉及空間排列 大分子的 構(gòu)型是指鏈節(jié)內(nèi)各原子和基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵固定的空間排列以及鏈節(jié)間的排列順序 遠(yuǎn) 程結(jié)構(gòu)包括大分子的大小及分布 尺寸和構(gòu)象 分子的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)屬二級(jí)結(jié)構(gòu) 大小用 分子量 聚合度來(lái)表示 分布表示大分子量或聚合度或長(zhǎng)短的離散性 尺寸是指分子 的占有空間 構(gòu)象則是指大分子鏈在空間的形態(tài) 分為微構(gòu)象 和宏構(gòu)象 構(gòu)象表達(dá)以 分子鏈節(jié)間鏈發(fā)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)造形及其可能性 分子間的結(jié)構(gòu)屬三級(jí)結(jié)構(gòu)或稱(chēng)三次結(jié)構(gòu) 就是前面所提的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 而若干大 分子聚集體或不同組份大分子聚集體的相互共混 復(fù)合 組合體是更高層次的結(jié)構(gòu)體 屬高次結(jié)構(gòu) 或稱(chēng)織態(tài)結(jié)構(gòu) 纖維的多重原纖結(jié)構(gòu)就是典型的織態(tài)結(jié)構(gòu) 三次結(jié)構(gòu)及 其以上的結(jié)構(gòu)不屬分子結(jié)構(gòu) 顯然纖維大分子的構(gòu)成表示不同原料的纖維 如棉 毛 滌 錦綸纖維等 不同 構(gòu)型和構(gòu)象的纖維表示組成大類(lèi)中不同結(jié)構(gòu)特征的纖維 如等規(guī)與間規(guī)聚丙烯纖維和 羊毛與蠶絲纖維 不同分子間結(jié)構(gòu)的纖維則表示同種分子結(jié)構(gòu)不同高次結(jié)構(gòu)的纖維 如粘膠 富纖 Modal Lyocell 纖維 第三章 纖維形態(tài)的表征 3 何謂主體長(zhǎng)度 品質(zhì)長(zhǎng)度 上四分長(zhǎng)度 上半部長(zhǎng)度 其間有何關(guān)系 主體長(zhǎng)度 是指一批棉樣中含量最多的纖維的長(zhǎng)度 在長(zhǎng)度頻率分布中是頻率值最大的 那組纖維的長(zhǎng)度 即 dw l dl 0 時(shí)的 l 值 記為 LM 品質(zhì)長(zhǎng)度 為棉紡工藝上確定工藝參數(shù)時(shí)采用的長(zhǎng)度指標(biāo) 又稱(chēng)右半部平均長(zhǎng)度 是指 比主體長(zhǎng)度長(zhǎng)的那一部分纖維的重量加權(quán)平均長(zhǎng)度 若已知主體長(zhǎng)度 LM 以上的纖維的含 量比 C 則以 r x C 處作 r x 曲線(xiàn)的切線(xiàn)交橫坐標(biāo)的長(zhǎng)度即為品質(zhì)長(zhǎng)度 LQ O C 50 100 r x Lv2 為上半部平均長(zhǎng)度 LQ 為品質(zhì)長(zhǎng)度 L50 Lv2Lm L0 X L2 5 Lmax 上四分位長(zhǎng)度 取 OL 的中點(diǎn) A 作水平線(xiàn)交輪廓 L B 于 L1 由 L1 作垂線(xiàn)交 OB 于 B1 取 B2 令 OB2 OB1 4 作豎直線(xiàn)交輪廓 LB 于 L2 再取 L2B2的中點(diǎn) A2作水平線(xiàn)交輪廓線(xiàn) LB 于 L3 由 L3的垂線(xiàn)交 OB 軸得 B3 此時(shí) 取 OB3的上四分位 B4 即 OB4 OB3 4 由 B4作豎直 線(xiàn)交 LB 得 L4B4 稱(chēng)為有效長(zhǎng)度 也稱(chēng)上四分位長(zhǎng)度 C L A O B2 B4 B5 B1 B3 B 最大長(zhǎng)度點(diǎn) 交叉點(diǎn) 上四分位長(zhǎng) L5 L1 L2 上半部平均長(zhǎng)度 若取 r x 0 5 處與 r x 曲線(xiàn)的切線(xiàn) 則可得上半部平均長(zhǎng)度 L1 2 8 纖維的細(xì)度不勻指哪些 纖維長(zhǎng)度上的細(xì)度不勻和截面不勻如何測(cè)量 答 纖維的細(xì)度不勻主要包括兩層含義 一是纖維之間的粗細(xì)不勻 二是纖維本身 沿長(zhǎng)度方向上的粗細(xì)不勻 纖維細(xì)度不勻的測(cè)量方法有 1 稱(chēng)重與長(zhǎng)度的測(cè)量 稱(chēng)重與長(zhǎng)度結(jié)合的測(cè)量 簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)重法 主要解決纖維的線(xiàn)密度指標(biāo)測(cè)量 2 直徑測(cè)量法 1 傳統(tǒng)的顯微鏡觀測(cè)法 此方法又稱(chēng)為顯微鏡投影測(cè)量法 多用于圓形或近圓形纖維直徑的測(cè)量 源于近圓形羊毛 纖維的測(cè)量 2 OFDA 法 3 激光纖維直徑測(cè)量法 3 氣流儀法 4 振動(dòng)測(cè)量法 其中常見(jiàn)的纖維所用的細(xì)度不勻的測(cè)量方法有 棉纖維較多地采用氣流儀法 其次為切斷稱(chēng)重法 毛纖維幾乎采用 OFDA 和 LaserScan 方法 其次為顯微鏡法和氣流 儀法 麻纖維為切斷稱(chēng)重法 其次套用顯微鏡法或 OFDA 法 絲纖維大多為絞絲稱(chēng)重法 類(lèi)切斷稱(chēng)重 其次顯微鏡法 化纖短纖根據(jù)毛型 棉型分別采用各自纖維在紡織加工工藝體系中的測(cè)量方法 化纖長(zhǎng)絲一般用絞絲稱(chēng)重 或顯微鏡法 其次為振動(dòng)法 纖維截面不勻的測(cè)量方法 纖維截面不勻特征的測(cè)量目前只能通過(guò)切片顯微鏡觀察進(jìn)行 而 CCD 攝像和計(jì)算機(jī)圖像 處理 與分析技術(shù)的應(yīng)用如內(nèi)凹 多葉不對(duì)稱(chēng) V 字形夾角等 通過(guò)形態(tài)準(zhǔn)確定位測(cè)量 線(xiàn)性 回歸趨勢(shì)線(xiàn)等得到準(zhǔn)確的表征 細(xì)度表達(dá)方式 及其相互轉(zhuǎn)化 第 4 章 纖維的吸濕性 4 纖維吸濕等溫 等濕 變壓線(xiàn)的條件與結(jié)果為何 答 等溫線(xiàn)條件 一定溫度和壓力 結(jié)果 相對(duì)濕度較小時(shí) 回潮率增加率較大 相對(duì)濕度在 15 70 范圍內(nèi) 纖 維材料的回潮率增加較小 當(dāng)相對(duì)濕度很大時(shí) 平衡回潮率的增加率也較大 吸濕等 溫線(xiàn)呈反 S 型 等溫線(xiàn)條件 一定濕度和壓力 結(jié)果 溫度越高 平衡回潮率越低 高溫高濕時(shí) 平衡回潮率略有增大 等壓線(xiàn)條件 溫度 濕度基本不變 結(jié)果 近似正比線(xiàn)性關(guān)系 低氣壓易使水分蒸發(fā) 故平衡回潮率較低 但氣壓 引起的平衡回潮率相對(duì)變化較小 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 8 討論吸放濕滯后現(xiàn)象的因素并給出解釋 產(chǎn)生原因 1 能量獲得概率的差異 在吸濕過(guò)程中 水分子是高速的自由顆粒 本身具有動(dòng)能和較大的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 而在放 濕過(guò)程中 水分子是被吸附的水分子 或是液態(tài)的水分子 運(yùn)動(dòng)能量低 活動(dòng)范圍小 要脫離和蒸發(fā)必須獲得能量 而這一能量的獲得 取決于其他高速運(yùn)動(dòng)粒子的碰撞 存在一個(gè)發(fā)生概率 或是取決于更高的溫度 但放濕與吸濕的環(huán)境條件是一致的 因 此存在明顯的能量與概率差異 2 水分子進(jìn)出的差異 在纖維吸濕的過(guò)程中 纖維內(nèi)的通道和位置是敞開(kāi)和空著的 水分子可以很方便的從 任意通道進(jìn)入空位而被吸附 并且吸附可以同時(shí) 多位進(jìn)行 而在放濕過(guò)程中 各通 道已經(jīng)被占位的水分子和液態(tài)水堵塞 水分子的進(jìn)出必須挨個(gè)進(jìn)行 是單方向的 而 且存在通道變化產(chǎn)生的死穴而無(wú)法退出 這種進(jìn)容易 出困難 進(jìn)快遞 出慢速 進(jìn) 多通道 出單方向 是明顯的滯后 3 纖維結(jié)構(gòu)的差異 纖維結(jié)構(gòu)的差異主要體現(xiàn)在吸濕后纖維不可逆的膨脹與微結(jié)構(gòu)的變化 由于水分子的 擠入 纖維分子間 微結(jié)構(gòu)單元間的距離會(huì)被拉開(kāi) 孔隙和內(nèi)表面增大 這種變形往 往是塑性的 因此在無(wú)外力的作用下 不會(huì)自動(dòng)回復(fù) 因而導(dǎo)致吸濕條件的改善 纖 維能保持更多的水 阻礙水分子的離去 同時(shí) 水分子的進(jìn)入會(huì)使部分不完整的結(jié)晶 體形成連續(xù)的無(wú)序區(qū) 這種變化也是無(wú)法回復(fù)的 因此 有更多的機(jī)制保留水分 4 水分子分布的差異 水分子在纖維吸放濕時(shí)的濃度不一致 而且濃度的分布也不是一致的 吸濕時(shí) 水氣 濃度外高內(nèi)低 是連續(xù)單調(diào)下降的 放濕時(shí) 水氣濃度是內(nèi)高外低 不僅分布不均勻 還時(shí)有不連續(xù)特征 連續(xù)的梯度差作用 可是水分子同步地向內(nèi)擴(kuò)散 移動(dòng) 不連續(xù)的 分布不均勻的濃度差會(huì)使部分水分子在移動(dòng)外退 另一部分無(wú)梯度差而不移動(dòng) 尤其 是液態(tài)水的內(nèi)層 因此 存在明顯的進(jìn)入與退出的差別 5 熱能作用的差異 水分子進(jìn)入纖維附著或停留將釋然放熱能 使纖維內(nèi)的溫度升高 有利于分子的在運(yùn) 動(dòng)和調(diào)整 或使纖維分子運(yùn)動(dòng)和纖維膨脹而消耗此功能 后者有利于水分的在進(jìn)入 但水分子的退出需獲取能量而運(yùn)動(dòng) 這使纖維溫度降低 不利于水分的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散 因此 水分子的退出所需的主要能源形勢(shì) 熱能不足 即進(jìn)來(lái)時(shí)的動(dòng)能不可能都以熱 能的形式儲(chǔ)存 已經(jīng)耗散或發(fā)生其他的轉(zhuǎn)變 12 纖維吸濕后 其力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)力 模量 伸長(zhǎng) 彈性 剛度等隨之變化 一般纖維 隨著回潮率的增大 其強(qiáng)力 模量 彈性 剛度下降 伸長(zhǎng)率增加 其原因是 大分子鏈間的相互作用減弱 分子易于構(gòu)象變化和滑移 故強(qiáng)力 模量下降 伸長(zhǎng)增加 不吸濕的纖維 一般這類(lèi)性質(zhì)不發(fā)生變化 分子量較大的棉 麻纖維還會(huì)吸濕而強(qiáng)度略微上升 這是因?yàn)槲鼭袷勾蠓肿邮芰Φ牟痪鶆?性 由于分子間作用的部分解開(kāi)與調(diào)整 得到改善 當(dāng)纖維受力時(shí) 承力的大分子根數(shù)增 多 反而使纖維強(qiáng)度增大 纖維吸濕后 纖維的脆性 硬度有所減弱 塑性變形增加 摩 擦系數(shù)有所增大 吸濕平衡率 標(biāo)準(zhǔn) 公定 回潮率 實(shí)際回潮率 及其公式和計(jì)算 第 5 章 纖維的力學(xué)性質(zhì) 2 試描述典型的纖維拉伸曲線(xiàn)與纖維微觀結(jié)構(gòu)間的關(guān)系 纖維開(kāi)始受力時(shí) 其變形主要是纖維大分子鏈本身的拉伸 即鍵長(zhǎng) 鍵角的變形 拉 伸曲線(xiàn)接近直線(xiàn) 基本符合虎克定律 當(dāng)外力進(jìn)一步增加 無(wú)定形區(qū)中大分子鏈克服分子鏈間次價(jià)鍵力而進(jìn)一步伸展和取向 這 時(shí)一部分大分子鏈伸直 緊張的可能被拉斷 也有可能從不規(guī)則的結(jié)晶部分中抽拔出來(lái) 次價(jià)鍵的斷裂使非結(jié)晶區(qū)中的大分子逐漸產(chǎn)生錯(cuò)位滑移 纖維變形比較顯著 模量相應(yīng)逐 漸減小 纖維進(jìn)入屈服區(qū) 當(dāng)錯(cuò)位滑移的纖維大分子鏈基本伸直平行時(shí) 大分子間距就靠近 分子鏈間可能形成新的 次價(jià)鍵 這時(shí)繼續(xù)拉伸纖維 產(chǎn)生的變形主要又是分子鏈的鍵長(zhǎng) 鍵角的改變和次價(jià)鍵的破壞 進(jìn) 入強(qiáng)化區(qū) 表現(xiàn)為纖維模量再次提高 直至達(dá)到纖維大分子主鏈和大多次價(jià)鍵的斷裂 致 使纖維解體 1 纖維的拉伸曲線(xiàn) 負(fù)荷 伸長(zhǎng)曲線(xiàn) 和應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn)有何異同 如何由拉伸曲線(xiàn)轉(zhuǎn)變 成應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn) 在應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn)上可以得到哪些纖維力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 并如何求得 3 試解釋初始模量 屈服點(diǎn) 斷裂比功 彈性回復(fù)率 粘彈性 動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì)的物理意義 答 1 拉伸曲線(xiàn)是針對(duì)同種纖維來(lái)表示伸長(zhǎng)和負(fù)荷的關(guān)系 而應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn)用來(lái)比較 各種纖維的拉伸性能 兩種曲線(xiàn)可用同一曲線(xiàn)表示 僅坐標(biāo)單位標(biāo)尺不同而已 2 如果將負(fù)荷除以試樣的線(xiàn)密度得到應(yīng)力作縱坐標(biāo) 將伸長(zhǎng)除以試樣長(zhǎng)度得到應(yīng)變 作橫坐標(biāo) 可得應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn) 3 強(qiáng)伸性能指標(biāo) 強(qiáng)力 斷裂強(qiáng)度 斷裂應(yīng)力 斷裂長(zhǎng)度 斷裂伸長(zhǎng)率 4 初始模量指纖維拉伸曲線(xiàn)的起始部分直線(xiàn)段的應(yīng)力與應(yīng)變的比值 初始模量越大 纖維易變形 彈性性能好 反之則纖維剛性強(qiáng) 彈性性能差 5 屈服點(diǎn) 在纖維的拉伸曲線(xiàn)上伸長(zhǎng)變形突然變得很容易時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn) 6 斷裂比功 一是拉斷單位體積纖維所需做的功 二是拉斷單位線(xiàn)密度與單位長(zhǎng)度 纖維材料所需做的功 7 彈性回復(fù)率 急彈性變形和一定時(shí)間內(nèi)彈性變形占總變形的百分比 8 粘彈性 纖維變形的回復(fù)能力 9 動(dòng)態(tài)力學(xué)性質(zhì) 纖維在變負(fù)荷作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及由此表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)性質(zhì) 特征 9 紡織纖維彈性回復(fù)性能有哪些指標(biāo) 討論其與紡織品性能之間的關(guān)系 答 1 彈性指針 表示纖維彈性的常用指針是彈性回復(fù)率 它是指急彈性變形 和一定時(shí)間內(nèi)的 e3 1 緩彈性變形 占總變形 的百分率 即 4 T 100 100 e14 T deo 還可以彈性回復(fù)率或功回復(fù)系數(shù) 表示纖維的彈性 即 W 100 100 式中 為彈性回復(fù)功 W 為拉伸伸長(zhǎng)的總功 上eWcbeoa面 積面 積 e 述兩個(gè)彈性指針值隨采用拉伸的試驗(yàn)機(jī)的類(lèi)型不同而不同 a 為常用的等速伸長(zhǎng)型的拉伸 機(jī)圖 2 羊毛纖維的大分子是 螺旋結(jié)構(gòu) 大分子柔曲性好 又有氫鍵 鹽式鍵等結(jié)合點(diǎn) 還 有二硫鍵 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 所以性能良好 棉麻 粘膠纖維等大分子剛性強(qiáng) 柔曲性差 分子鏈間的極性強(qiáng) 彈性很差 錦綸的大分子是平面鋸齒形 大分子間結(jié)合點(diǎn)主要是極性基團(tuán) NH 與 CO 所形成的酰胺鍵 其中 N C 鏈段柔曲性好 彈性?xún)?yōu)良 滌綸的彈性也很好 而急彈性變形所占的比2H 例要比錦綸大 錦綸的緩彈性變形部分較高 一般彈性好的纖維制成的織物耐磨性好 耐疲勞性能良好 錦綸的綜合彈性回復(fù)性最好 錦綸的織物耐磨性特別優(yōu)良均與其彈性?xún)?yōu)良有關(guān) 13 試述纖維疲性能與纖維拉伸性能與彈性回復(fù)性能以及實(shí)驗(yàn)條件間的關(guān)系 答 纖維的拉伸斷裂功大 纖維的彈性回復(fù)性能好 則在反復(fù)循環(huán)的加卸負(fù)荷過(guò)程中產(chǎn) 生的塑性變形不易積累 因而不易很快達(dá)到纖維的斷裂伸長(zhǎng)率 或外力做功不易很快積累 到纖維的斷裂功 纖維疲勞壽命增加 纖維的結(jié)構(gòu)缺陷多 易于疲勞 因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)的缺 陷和表面裂痕 裂縫等是材料受力時(shí)的應(yīng)力集中源 它能加速材料的疲勞破壞 纖維材料 的正切內(nèi)耗 tg 越大 在疲勞過(guò)程中 材料易發(fā)熱 易使纖維產(chǎn)生熱老化 影響其疲勞壽 命 如輪胎簾子線(xiàn) 運(yùn)輸帶等 在反復(fù)循環(huán)加減負(fù)荷過(guò)程中 如果每次加荷的值較小或每次循環(huán)伸長(zhǎng)率較小 加負(fù)荷停 頓時(shí)間較短 卸負(fù)荷后停頓時(shí)間較長(zhǎng) 都不易使纖維產(chǎn)生不可回復(fù)的塑性變形 累積的功 耗小 使纖維材料的耐久度提高 與其他材料一樣 纖維材料也有類(lèi)似的疲勞曲線(xiàn) 隨著疲勞試驗(yàn)中負(fù)荷 或變形 振幅 的降低 是纖維的疲勞壽命增加 當(dāng)其振幅降低到一定值時(shí) 疲勞壽命在理論上可達(dá)到無(wú) 限大 這一負(fù)荷幅值的相應(yīng)應(yīng)力稱(chēng)為臨界應(yīng)力 c 即外力低于臨界應(yīng)力時(shí) 纖維疲勞 壽命味無(wú)窮大而不會(huì)疲勞損壞 第六章 纖維的表面性質(zhì) 9 討論摩擦和浸潤(rùn)的各向異性 答 摩擦是指兩物體間接觸并發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生相對(duì)滑移是的現(xiàn)象 影響摩擦效果的因素有 A 相對(duì)滑移速度 B 表觀接觸面積 C 正壓力的影響 D 表面粗糙程度 E 表面硬度 F 纖維外觀 形態(tài)及表面附著物 G 環(huán)境溫濕度 摩擦包括 1 對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)摩擦 a 對(duì)稱(chēng)摩擦 為雙變點(diǎn)接觸摩擦 稱(chēng)為 X 摩擦 b 非對(duì)稱(chēng)摩擦 為單變點(diǎn)接觸摩擦 稱(chēng)為 摩擦 2 不同方向摩擦 a 摩擦的各向異性 b 差微摩擦效應(yīng) 2 浸潤(rùn) 1 平衡與非平衡浸潤(rùn)纖維的浸潤(rùn) 或稱(chēng)纖維的潤(rùn)濕 是指纖維與液體發(fā)生接 觸時(shí)的相互作用過(guò)程 這一過(guò)程有可以達(dá)到平衡不變的液體形狀的浸潤(rùn) 稱(chēng)為平衡態(tài) 浸潤(rùn) 又稱(chēng)靜態(tài)浸潤(rùn) 但也有液體形態(tài)一直在變化鋪展的浸潤(rùn) 稱(chēng)為非平衡態(tài)浸潤(rùn) 或稱(chēng)鋪展浸潤(rùn) 又稱(chēng)動(dòng) 態(tài)浸潤(rùn) A A A 拉 伸拉 伸 回 縮 F 順 小F 逆 大 移 動(dòng) 量 固 體 液 體 x y a b SV LV S 氣 體 梢 T 逆 鱗 片 順 鱗 片 根 R 逆 順 T R弱 作 用 0 強(qiáng) 作 用 且 大逆 順 逆順 2 浸潤(rùn)滯后性 浸潤(rùn)滯后性是指固體表面第一次浸潤(rùn)和第二次浸潤(rùn)間存在的差異 且第 一次浸潤(rùn)角 1 恒大于第二次浸潤(rùn)角 2 3 偽浸潤(rùn)現(xiàn)象 偽浸潤(rùn)現(xiàn)象是指由于材料的表觀形態(tài)與真實(shí)形態(tài)存在差異 或材料表 面不同組份的組合使液滴的三相交匯點(diǎn)落在某一位置或組份中 而引起的表觀接觸角 不能表達(dá)或不能完全表達(dá)真實(shí)浸潤(rùn)性的現(xiàn)象 前者稱(chēng)為形態(tài)偽浸潤(rùn) 后者稱(chēng)為組份偽 浸潤(rùn) 10 試給出纖維摩擦中的基本現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因和相互關(guān)系 1 相對(duì)滑移速度的影響 靜摩擦力 FS 大于動(dòng)摩擦力 FD S 6 3 表 纖維的動(dòng) 靜摩擦系數(shù) S D 隨后人們的實(shí)驗(yàn)又發(fā)現(xiàn) 摩擦力 F 或摩擦系數(shù)與滑動(dòng)速度 v 相關(guān) v O S D流 體 潤(rùn) 滑邊 界 潤(rùn) 滑大 多 測(cè) 試 段 圖 滑動(dòng)速度 v 與摩擦系數(shù) 的關(guān)系 纖 維 S D 粘膠與粘膠 0 35 0 26 錦綸與錦綸 0 47 0 40 羊毛與 羊毛 順鱗片方向 逆鱗片方向 同纖維方向 0 13 0 61 0 21 0 11 0 38 0 15 順鱗片方向 0 11 0 09羊毛與 粘膠 逆鱗片方向 0 39 0 35 順鱗片方向 0 26 0 21羊毛與 錦綸 逆鱗片方向 0 43 0 35 B B A A A A B B A滴 B滴 B A B B B B A A A A B 2 表觀接觸面積的影響 ANF 6 4 式中 為與粗糙度和材料硬度相關(guān)的常數(shù) 3 正壓力的影響 許多實(shí)驗(yàn)證明 兩物質(zhì)間的正壓力 N 的大小與摩擦并非線(xiàn)性關(guān)系 即 4 表面粗糙度的影響 r 與 的關(guān)系如圖所示 粗 糙 度 r摩擦系數(shù) O 硬 體 軟 體 圖 摩擦系數(shù) 與粗糙度 r 的關(guān)系 5 表面硬度的影響 6 纖維外觀形態(tài)及表面附著物的影響 7 環(huán)境溫濕度的影響 2 粘 滑現(xiàn)象 纖維間相對(duì)低速滑移時(shí) 會(huì)發(fā)生時(shí)而保持不動(dòng) 粘 纖維產(chǎn)生變形或同向移動(dòng) 時(shí)而 又相對(duì)快速滑移 滑 這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘 滑 stick slip 現(xiàn)象 FSFF DxO FS D v下 移 動(dòng) 板上 滑 動(dòng) 塊F彈 簧 a b 圖 粘 滑過(guò)程及摩擦力曲線(xiàn) T 75gT 50gT 25g801060 402001 410 310 210 1010102滑 移 速 度 m in 摩擦力 g 圖 纖維摩擦中的粘 滑現(xiàn)象 3 摩擦的對(duì)稱(chēng)性及方向性 1 對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)摩擦 a 對(duì)稱(chēng)摩擦 纖 維接 觸 點(diǎn) 動(dòng) 纖 維定 纖 維T小 T大 T大 T小 a 對(duì) 稱(chēng) 摩 擦 b 非 對(duì) 稱(chēng) 摩 擦 圖 纖維的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)摩擦示意圖 b 非對(duì)稱(chēng)摩擦 2 不同方向摩擦 a 摩擦的各向異性 b 差微摩擦效應(yīng) 梢 T 逆 鱗 片 順 鱗 片 根 R 逆 順 T R 弱 作 用 0強(qiáng) 作 用 且 大逆 順 逆順 圖 羊毛差微摩擦效應(yīng) A A A 拉 伸拉 伸 回 縮F順 小F逆 大 移 動(dòng) 量 圖 羊毛氈縮過(guò)程示意圖 羊毛的縮絨 優(yōu)缺點(diǎn) 11 試討論浸潤(rùn)中的各現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因 纖維的浸潤(rùn)與芯吸都是討論纖維與液體 一般指水 的相互作用的 只是浸潤(rùn)較多地 表達(dá)單纖維或纖維集合體表面或表觀與水的相互作用 一 纖維浸潤(rùn)現(xiàn)象 1 平衡與非平衡浸潤(rùn) 1 平衡態(tài)浸潤(rùn) 對(duì)于平衡態(tài)浸潤(rùn) 可以發(fā)現(xiàn)如圖 6 27 的穩(wěn)定狀態(tài) 所謂平衡 也就是說(shuō)氣 液固三相 交匯點(diǎn) b 不發(fā)生移動(dòng) 該點(diǎn)受力達(dá)到平衡 X 軸向合力為 0 則有 cosLVSV 著名的 Young Dupr 方程 固 體 液 體 x y a b SV LV SL 氣 體 圖 6 27 平衡浸潤(rùn)模型 根據(jù) 角的大小 可以將浸潤(rùn)分成表 6 4 的五種情況 表 6 4 平衡浸潤(rùn)的幾種形式 可否浸潤(rùn) cos 狀態(tài) 0 完全浸潤(rùn) 1 或稱(chēng)鋪展 0 恒成立 sll 2 浸潤(rùn)的滯后性 指固體表面第一次浸潤(rùn)和第二次浸潤(rùn)間存在的差異 且第一次浸潤(rùn)角 大于 即1 21 2 被稱(chēng)為滯后角 1 原因 浸潤(rùn)的滯后性是由浸潤(rùn)的表面清潔作用 或殘留和固結(jié)水分子的親和作用 或材 料浸潤(rùn)后的表面結(jié)構(gòu)變化的作用引起的 解釋較多 是一值得探討和測(cè)量的問(wèn)題 3 偽浸潤(rùn)現(xiàn)象 所謂偽浸潤(rùn)現(xiàn)象是指由于材料的表觀形態(tài)與真實(shí)形態(tài)存在差異 或材料表面不同 組份的組合使液滴的三相交匯點(diǎn)落在某一位置或組份中 而引起的表觀接觸角不能表 達(dá)或不能完全表達(dá)真實(shí)浸潤(rùn)性的現(xiàn)象 原因 1 形態(tài)的影響 B B A A A B A滴 滴 B 圖 6 28 粗糙表面浸潤(rùn)模型圖 2 組份的影響 B B B A A A A B 圖 6 29 不同組份表面的浸潤(rùn)模型 13 說(shuō)明纖維集合體芯吸和拒水的基本條件和控制參數(shù) 答 纖維集合體芯吸基本條件和控制參數(shù) 纖維幾何體的浸潤(rùn)有毛細(xì)吸水的現(xiàn)象稱(chēng)為芯吸 芯吸作用 除了單纖維的浸潤(rùn)作用外 還 有孔隙形狀因子的影響 假如纖維和液體都固定 而只是孔隙尺寸的變化 芯吸的程度就 不同 典型的毛細(xì)光壓力 p 方程為 2 coslvr 式中 為毛細(xì)管的等效半徑 僅為形狀參數(shù) 當(dāng) 增大 纖維間隙增大 芯吸壓力 p 下r 降 浸潤(rùn)作用減弱 當(dāng) 變小 即纖維間空隙變小 芯吸壓力上升 毛細(xì)浸潤(rùn)作用加強(qiáng) r 事實(shí)上 在毛細(xì)管垂直狀態(tài)下 當(dāng) 值大于液體表面月牙弧的曲率半徑 時(shí) 芯吸便停止 r 即毛細(xì)管垂直狀態(tài)時(shí) 因重力作用存在極限值 當(dāng) 時(shí) P 0 水平狀態(tài)下 當(dāng) 大到一r r 定程度時(shí) 一種是液體分離 回到浸潤(rùn)的平衡或鋪展?fàn)顟B(tài) 一種是如平常的水管 只要水 源 足夠 將不停地流動(dòng) 2r毛 細(xì) 管 2r 液 體 少液 體 少 圖 6 38 無(wú)毛細(xì)作用時(shí)液體的狀態(tài) 纖維集合體拒水基本條件和控制參數(shù) 根據(jù)力學(xué)平衡原則 液面垂直方向的作用力之和應(yīng)該為零 即 2cos 4dhg 式中 為液體表面張力 d 為孔隙的等效直徑 為液體的密度 h 為液柱高度 g 為 重力加速度的值 圖 a 中織物的拒水高度為 4cos 2lvpd 織物能夠拒水的必要條件是 越大 越大時(shí) 2 ph 織物拒水的第二條件才是孔隙等效直徑 d 在織物不可侵潤(rùn)的條件下 與成反比 d 愈小 織物愈拒水 hW d hP d LV 織 物 LV 纖 維 表 面 a 90 180 拒水 b 0 90 導(dǎo)水 圖 6 39 纖維正 負(fù)浸潤(rùn)時(shí)的芯吸模型圖 15 摩擦和浸潤(rùn)作用對(duì)材料的粘結(jié)有何貢獻(xiàn) 如何提高浸潤(rùn)性和摩擦性 答 1 在纖維成紗過(guò)程中 纖維是靠其相互間的摩擦作用成網(wǎng) 成條 滑移變細(xì) 糾纏結(jié) 合成紗的 并具有一定的力學(xué)性能 在織物成形過(guò)程中 也是靠紗線(xiàn)間的相互作用 使其 以交織點(diǎn)或編結(jié)固定 形成形狀穩(wěn)定 具有力學(xué)強(qiáng)度 又多孔通透 柔軟舒適的織物 對(duì) 于非織造布的成形 更是靠纖維表面的摩擦性能 使纖維可以在無(wú)任何粘結(jié)劑的幫助下 僅靠纖維間的糾纏和摩擦使其成形并具有很好的力學(xué)強(qiáng)度 即使對(duì)于添加粘結(jié)劑的非織造 布 摩擦作用仍起著作用 只是對(duì)象變成纖維與粘結(jié)劑 而不是纖維與纖維 纖維的浸潤(rùn)是一種纖維與液體發(fā)生接觸時(shí)的相互作用過(guò)程 其中液體對(duì)固體的浸潤(rùn) 是 固體對(duì)液體的吸附能所致 表示一種材料間的粘結(jié)作用 用粘著功表示 當(dāng)粘著功等于零 時(shí) 則清楚地反映出纖維與液體間無(wú)任何粘著或吸附作用 2 影響纖維摩擦性能的因素非常多 首先是纖維的分子結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu) 一般說(shuō)來(lái) 分子主鏈鍵能強(qiáng) 分子鏈柔曲性好 聚合度好 取向度高 結(jié)晶度適當(dāng) 結(jié)晶顆粒較細(xì)較 勻 纖維的玻璃化溫度在使用溫度附近時(shí) 耐摩擦性能較好 同時(shí) 從纖維性能方面看 纖維表層硬度高 拉伸急彈性恢復(fù)率高 拉伸斷裂比功大 恢復(fù)功系數(shù)高時(shí) 耐磨擦性能 較好 適當(dāng)改造纖維分子的微觀結(jié)構(gòu) 增大聚合度 增大取向度等都會(huì)提高纖維的摩擦性 纖維集合體的浸潤(rùn)有毛細(xì)吸水的現(xiàn)象稱(chēng)作芯吸 芯吸作用 除了單纖維的浸潤(rùn)作用 外還有孔隙形狀因子的影響 當(dāng)纖維孔隙增大 浸潤(rùn)作用減弱 纖維孔隙減小 芯吸壓力 上升 毛細(xì)浸潤(rùn)作用加強(qiáng) 第七章 纖維的熱學(xué) 光學(xué)和電學(xué)性質(zhì) 1 試討論纖維的比熱容 C 和導(dǎo)熱系數(shù) 對(duì)纖維制品的隔熱性和觸摸冷暖的影響 比熱容的大小直接反映了溫度變化的難易程度 而 的大小決定了纖維傳遞熱量的快 慢程度 一種纖維 C 大 則升高 1 攝氏度需要更多的溫度 如果 小的話(huà) 則吸收熱量 會(huì)需要很長(zhǎng)的時(shí)間 這樣有助于纖維的隔熱 并且觸摸時(shí)可以保持長(zhǎng)時(shí)間的涼爽 若 大 則會(huì)很快吸收熱量 使纖維溫度升高 不利于隔熱 反之 纖維的 C 小 道理一致 4 纖維受熱時(shí) 力學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化或轉(zhuǎn)變的基本機(jī)理及解釋 答 纖維受熱時(shí)性狀會(huì)發(fā)生變化 熱塑性紡織纖維其內(nèi)部存在結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū) 纖維的宏 觀熱性狀與結(jié)晶度有關(guān) 當(dāng)結(jié)晶度較低時(shí) 纖維的性質(zhì)接近非晶態(tài)高聚物所具有的力學(xué)三 態(tài)及其轉(zhuǎn)變特征 1 玻璃態(tài) 低溫時(shí) 由于分子熱運(yùn)動(dòng)能低 鏈段的熱運(yùn)動(dòng)能不足以克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)的 勢(shì)壘 鏈段處于被 凍結(jié) 狀態(tài) 只有側(cè)基 鏈節(jié)和短小的支鏈等小運(yùn)動(dòng)單元 的局部振動(dòng)及鍵長(zhǎng) 鍵角的變化 因此 纖維的彈性模量很高 變形能力很小 具有虎克體行為 纖維堅(jiān)硬 類(lèi)是玻璃 故稱(chēng)玻璃態(tài) 2 玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū) 在該轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi) 由于溫度升高 分子鏈段開(kāi)始解凍 其熱運(yùn)動(dòng) 可以克服主鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘繞主鏈軸旋轉(zhuǎn) 使分子的構(gòu)象發(fā)生變化 3 高彈態(tài) 高彈態(tài)是指大分子鏈可以運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 但沒(méi)有分子鏈的滑移 溫度升 高 并達(dá)到一定的狀態(tài)后 Tg T Tf 分子鏈可以通過(guò)主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn) 來(lái)改變構(gòu)象 但整個(gè)分子鏈雖仍處于被凍結(jié)狀態(tài) 當(dāng)纖維受到外力拉伸時(shí) 分 子鏈可以通過(guò)主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和連段運(yùn)動(dòng)來(lái)改變構(gòu)象 以適應(yīng)外力作用 分子鏈被拉直 解除外力后 被拉直的分子鏈又可以通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段的移動(dòng) 回復(fù)到原來(lái)的就卷曲狀態(tài) 因此纖維呈現(xiàn)出較高的彈性 故稱(chēng)高彈態(tài) 4 粘性轉(zhuǎn)變區(qū) 由于溫度增高 鏈段熱運(yùn)動(dòng)逐漸加劇 鏈段沿作用力方向協(xié)同運(yùn) 動(dòng) 這不僅使分子鏈的構(gòu)象改變 而且導(dǎo)致大分子鏈段在長(zhǎng)范圍內(nèi)甚至整體位 移 纖維表現(xiàn)流動(dòng)性 模量迅速下降 形變迅速增加 5 粘流態(tài) 當(dāng)溫度高于 Tf 后 纖維大分子鏈段運(yùn)動(dòng)劇烈 各大分子鏈間可以發(fā) 生相對(duì)位移 從而產(chǎn)生不可逆變型 纖維呈現(xiàn)出粘性液體狀 6 熱定形與熱變形加工的主要依據(jù)及控制參數(shù)為何 試述交聯(lián)型與線(xiàn)型分子纖維熱定形的 區(qū)別 答 通過(guò)熱作用的變形加工主要是對(duì)熱塑性類(lèi)纖維 在原理上和作用上與熱定形基本 一致 只是熱變形加工的速度更快 變形的溫度更高 張力較大 其不僅利用 T 溫度的構(gòu) 想轉(zhuǎn)變 還可利用 T 的結(jié)晶變化 如假捻法 刀變法 都是在張力和熱作用下實(shí)現(xiàn)纖維在 不同部位的結(jié)構(gòu)變化 而形成新的空間造型 這種結(jié)構(gòu)的變化具有三個(gè)不同的特征 1 局 部性 雙邊 外層或某段 2 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的變化 結(jié)晶和取向度改變 不同于原結(jié)構(gòu) 3 由 空間形態(tài) 彎曲 螺旋 起圈 甚至還有截面形態(tài)的改變 需要控制的參數(shù)有溫度 張力 等 對(duì)于羊毛類(lèi)維的熱定性 因?yàn)槠錈o(wú)序區(qū)間存在交聯(lián)型 及 S S 鍵 故其主要采用熱濕 和張力作用打開(kāi)部分二硫鍵 并在新的位置重建二硫鍵 達(dá)到分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 絲類(lèi)纖 維屬高結(jié)構(gòu)纖維 能通過(guò)熱濕作用打開(kāi)氫鍵 進(jìn)行無(wú)序區(qū)分子的構(gòu)想調(diào)整 但作用甚微 與棉麻一樣 8 纖維的可燃性和燃燒性針對(duì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)為何 并給出理由 答 描述纖維燃燒性的指標(biāo)有極限氧指數(shù) LOI 著火點(diǎn)溫度 Ti 燃燒時(shí)間 t 火焰溫度 Tb 等指標(biāo) 極限氧指數(shù) LOI 表示紡織材料的可燃性 來(lái)定量區(qū)分纖維的燃燒性 極限氧指數(shù) LOI 是指在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚庵?維持完全燃燒狀態(tài)所需的最低氧氣體積分?jǐn)?shù) LOI 數(shù)值越 大 說(shuō)明燃燒時(shí)所需氧氣的濃度越高 常態(tài)下越難燃燒 根據(jù) LOI 數(shù)值的大小 可將纖維 纖維燃燒性能分為四類(lèi)即 不燃 難燃 可燃 易燃 點(diǎn)燃溫度 Ti 是指纖維產(chǎn)生燃燒所需的最低溫度 是燃燒的激發(fā)點(diǎn)溫度 稱(chēng)為火點(diǎn)溫度 該值取決于纖維的熱降解溫度和裂解可燃?xì)獾狞c(diǎn)燃溫度 其值越高纖維愈不容易被點(diǎn)燃 燃燒時(shí)間 t 是指纖維放入可燃環(huán)境 有氧 高溫 中 觀察纖維從放入到燃燒所需的時(shí) 間 燃燒時(shí)間反應(yīng)纖維被點(diǎn)燃的快慢程度 取決于纖維的導(dǎo)熱系數(shù) 比熱容 熱降解速率 點(diǎn)燃溫度 纖維的燃燒時(shí)間愈短 愈易被快速點(diǎn)燃 燃燒溫度 Tb 是指材料燃燒時(shí)的火焰區(qū)中的最高溫度值 故又稱(chēng)火焰最高溫度 Tb 反 應(yīng)纖維材料在燃燒過(guò)程中的反應(yīng)速度及其熱能的釋放量 Tb 值愈高 說(shuō)明纖維的燃燒性愈 強(qiáng) 而且對(duì)纖維進(jìn)一步燃燒的正反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng) 是表達(dá)材料著火后燃燒劇烈性的指標(biāo) 該 指標(biāo)取決于纖維的熱裂解速度以及氧化反應(yīng)速率 量和完善程度 并與燃燒時(shí)纖維質(zhì)量的 損失率直接相關(guān) 9 纖維的熱穩(wěn)定性的內(nèi)涵及其應(yīng)該采取的表征方法 答 1 質(zhì)量與組成的的穩(wěn)定性 纖維在熱作用下會(huì)發(fā)生熱降解 而引起分子量的下降和組成的變化 尤其是有氧條件 下會(huì)發(fā)生氧化降解 由于熱降解會(huì)使纖維分子變?yōu)榈头肿游飺]發(fā) 或碳化而質(zhì)量減少 2 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 熱作用下纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變 這是熱穩(wěn)定性中最重要的表達(dá)內(nèi)容 也是耐 熱性高低的最主要機(jī)制 在熱作用下 纖維的結(jié)晶會(huì)解體 取向會(huì)下降 3 形態(tài)的穩(wěn)定性 形態(tài)的熱穩(wěn)定性 指在溫度作用下纖維外觀形態(tài)的穩(wěn)定 主要指纖維的熱收縮性 由 于纖維分子的取向排列及內(nèi)應(yīng)力的存在 在加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可逆的熱收縮 這完全不同于 各向同性均勻介質(zhì)的物質(zhì) 固態(tài)物質(zhì)表現(xiàn)出可逆熱脹冷縮 但合成纖維受熱后 卻往往發(fā) 生的是長(zhǎng)度方向的熱收縮 其本質(zhì)是高牽伸行成的分子趨取向于伸直狀態(tài) 在熱作用下解 序回縮所致 熱收縮的大小用熱收縮率表示 它是指加熱后纖維縮短的長(zhǎng)度占原來(lái)長(zhǎng)度的百分率 根據(jù)加熱介質(zhì)不同 有廢水收縮率 熱空氣收縮率和飽和蒸汽收縮率之分 不同纖維的熱 收縮率也不相同 合成纖維的熱收縮率隨著溫度的提高而增大 當(dāng)介質(zhì)不同時(shí) 合成纖維的收縮率也不 相同 合成纖維的熱收縮影響織物的服用性能 一般不希望產(chǎn)生熱收縮 或者熱收縮要小 而且要均勻 熱收縮率大 會(huì)影響織物的尺寸穩(wěn)定性 熱收縮現(xiàn)象也可以合理利用 有意 識(shí)地利用合成纖維熱收縮特性可以合理的利用合成纖維熱收縮特性可以產(chǎn)生膨體紗 纖維集合體的導(dǎo)熱系數(shù)及其與纖維集合體保暖性的關(guān)系 P142 144 17 試敘述靜電起電序列產(chǎn)生的依據(jù)或方法 為何摩擦序列會(huì)產(chǎn)生波動(dòng) 減少和防止靜 電的方法 答 所謂靜電起電現(xiàn)象 是指不同纖維材料之間或纖維與其他材料之間由于接觸和摩擦作 用使纖維或其他材料產(chǎn)生電荷積聚的現(xiàn)象 當(dāng)兩個(gè)絕緣體相互摩擦分開(kāi)時(shí) 介電常數(shù) r 大 的取正電荷 小的取負(fù)電荷 介電常數(shù)的大小與靜電電位的高低有一定的關(guān)系 當(dāng)靜電序 列中兩種材料摩擦 排在左邊的帶正電荷 右邊的帶負(fù)電荷 一般帶有酰胺鍵 CONH 的纖維如羊毛 蠶絲和錦綸等排在序列靠產(chǎn)生正電荷的一端 纖維素纖維在中 間 碳鏈纖維在序列負(fù)電荷的一端 摩擦?xí)r會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移 從而影響靜電序列波動(dòng) 絲光 棉絲光 將棉織物浸扎在堿液中發(fā)生溶脹 在張力作用下增加纖維的取向度 以提高強(qiáng) 力 使棉纖維變成十分光滑的圓柱體 增加對(duì)光的漫反射 顯出絲一樣的光澤 降低織物縮 水率 并能夠消除織物表面皺紋 羊 毛 絲 光 毛 需 要 先 經(jīng) 氯 化 或 蛋 白 酶 處 理 破 壞 羊 毛 表 層 的 鱗 片 減 少 羊 毛 的 順 向 與 逆 向 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 摩 擦 系 數(shù) 之 差 異 處 理 后 的 羊 毛 其 光 澤 增 加 俗 稱(chēng) 為 絲 光 羊 毛 主 要 特 性 是 防 縮 水 可 機(jī) 洗 抗 起 球