纤维化学与物理总结

由天下分享时间：2024/10/27 12:40:57 加入收藏我要投稿点赞

*仅供参考，总结时间仓促，错漏之处望指出

1、加成聚合反应，简称加聚反应，产物加聚物

加聚反应：由不饱和烯类单体及环状化合物，通过自身加成聚合反应生成聚合物的反应。聚合物组成同单体。例如：

nCH2CHClCH2CHCln

2、缩合聚合反应，简称缩聚反应，产物缩聚物

缩聚反应：指含有两个或两个以上官能团的小分子化合物，通过官能团间的缩合作用形成聚合物的反应，在形成聚合物的同时，还要生成一些简单的低分子副产物，如水、卤化氢、氨或醇等。聚合物组成和单体不同。例：

3、结构层次

（1）高分子的链结构（一级结构，分子内结构：指单个分子的结构和形态，研究的是单个分子链中原子或基团的几何排列。分一次和二次结构。

一次结构（近程结构或化学结构）：a.高分子组成和构型，指的是单个高分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构。

a.高分子组成：主要研究分子链中原子的类型和排列，化学结构分类，结构单元的连接顺序，链的结构成分，高分子的支化、交联与端基，相对分子质量和相对分子质量分布等。

b.高分子构型：主要研究取代基围绕特定原子在空间的排列规律。如各类异构现象。（2）一次结构的确定：单体聚合反应确定。

（3）一次结构的改变：不能任意改变。改变必须通过化学反应即价键的变化实现。一次结构对高分子物性能的作用：决定性作用。

（2）.二次结构（又称远程结构）：单个大分子在空间的形态即构象。 a.构象（形态）产生的原因：主价键的内旋转和分子的热运动。

b.构象的特点：随条件和环境的变化而变化；大分子中化学键保持不变。 c.线型大分子空间形态：伸直状、无规线团状、折叠状、螺旋状等。 *总结：结构层次图

结构单元的化学组成结构单元的键合方式序列近程结构线型（一次结构）分子链的键合支化星型共聚物结构链结构（一级结构）高分子内结构分子高分子链的构型主链端基相对分子质量及其分布远程结构分子链构象（二次结构）分子链旋转及刚柔性晶态结构非晶态结构结三次结构聚集态结构取向态结构（二级结构）液晶态结构构分子间结构高次结构－－织态结构

4、柔顺性

（1）柔顺性（简称柔性）：高分子链可卷曲的性能，或者说高分子链能改变其构象的性质。刚性：柔性对应面。

（2）高分子链具有柔性的原因：a.高分子链很长。b.高分子链上成千上万σ单键的内旋转。

（3）判断大分子柔性应考虑的因素：a.整个大分子构象改变时位能的变化。b.大分子间相互作用的情况。A.主链起决定性作用：a.主链为单键时的元素组成，键长较长，键角较大的键，易内旋转，柔性大。一般杂链比碳链内旋转容易。b.主链上芳、杂环：芳、杂环难绕单键内旋转，柔性差。c.主链上双键（双键本身不能自由内旋转）

B.支链: a.较短：分子链间距离↑，分子链内旋转容易，柔性↑。过长：阻碍内旋转，柔性↓。b.交联程度较小（交联之间的距离大于链段长度）：影响不大，如含硫 2～ 3%的橡胶。程度太大：柔性下降，如含硫 30%以上的橡胶。

C.分子链的长短: a.分子链长，可旋转的单键多，柔性高。b.相对分子质量达一定值（例如104），相对分子质量对柔性无影响。

D.分子间的作用力: a.小：柔性大，非极性主链柔性好。b.主链相同，带极性侧基柔性小。c.分子间或分子内形成 H 键，柔性下降。

E.分子结构的规整性: 结构规整，易结晶，一旦结晶，柔性大大↓，如聚乙烯。 F.影响柔性的外界因素：如温度，温度↑，分子热运动↑，内旋转↑，柔性↑。

例：

聚丁二烯、聚异戊二烯：主链中有双键，内旋转位垒及分子间的作用力小，柔性充分表现出来，橡胶。聚乙烯：主链为C－C键，内旋转位垒较小，但易结晶，大分子间的作用力大，塑料。

锦纶 66：大分子链中有C－N键，分子链柔性较好，但大分子间存在较大的 H 键，易结晶，单键的内旋转受到阻碍，纤维。

－Ｃ＝Ｃ－Ｃ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ－，柔性好。因双键邻近单键内旋转容易。－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ＝Ｃ－，形成大π键，不能内旋转，柔性差。

(4)表示方法：用受阻内旋和自由内旋的均方末端距比值的1/2次方来表示大分子的柔性，值≥1。值越小，柔性越好

5、结晶和取向的异同点

相同点：都与大分子有序性相关。不同点：有序性程度不同。结晶：三维有序，是自发过程。

取向：一维或二维有序，非自发过程，取向的高分子物各向异性，未取向的各向同性。

能结晶的一般都能取向，而能取向的不一定都能结晶。

6、高分子物结晶对其力学性能的影响：与结晶度和晶粒尺寸密切相关。结晶度↑，拉伸强度↑。温度＜Tm，结晶度↑，硬度↑，形变能力↓，但晶粒尺寸过大，结构均匀性差，受外力易应力集中，使拉伸强度和冲击强度↓。

7、高分子的分子运动单元：

聚合物分子的运动是一个松弛过程：在一定的外力和温度条件下，聚合物从一种平衡状态通过分子热运动达到相应的新的平衡状态需要克服运动时运动单元所受到的大的内摩擦力，这个克服内摩擦力的过程称为松弛过程。

若对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，观察试样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该聚合物试样的温度--形变曲线

晶态聚合物的力学状态及其转变

若Tm >Tf ，则当晶区熔融后，非晶区已进入黏流态，不呈现高弹态；若Tm T f 时才进入黏流态。

由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物整体表现不出高弹态。

8、结晶高分子物拉伸过程的形变特性

Ⅰ段：应力增加很快，伸长很小，应力和应变成正比，曲线为一直线，试样被均匀拉长百分之几或百分之十几。普弹形变。键长、键角变化引起的。 Y点：屈服点，出现一个或几个细颈即b。

Ⅱ段：应力不变，应变不断增加。细颈和非细颈的截面积保持不变，而细颈部分不断扩展，非细颈部分逐渐缩短，直至试样完全变细d，即图中试样由b至d的变化。不同的高分子物在此阶段发生的形变不同，聚酰胺、聚酯及支链的聚乙烯等可达500%，线型的聚乙烯可达1000%。

Ⅲ段：变细后的试样重新被均匀拉伸，应力随应变的增加而增加，直到断裂点X。

9、纤维素纤维

结晶度：棉纤维70%，麻纤维90%。丝光棉纤维约50%。粘胶纤维40%。

取向度：以晶体长轴与纤维轴的夹角即螺旋角表示，螺旋角越小，取向度越高。棉6~8度，麻是20~35度，黏胶是34度

*总结：三种纤维素纤维的情况麻：聚合度、结晶度、取向度高。

棉纤维：聚合度、结晶度高，取向度较高。粘胶纤维：聚合度、结晶度、取向度低。

10、纤维素纤维的吸湿性

很强：标准回潮率－－棉7%，粘胶13～14%。原因：分子上大量的－OH，可和水分子形成H键。吸附水种类

结合水：－OH直接吸附水，有热效应，能使纤维素溶胀。游离水：间接吸附，无热效应，不能使纤维素溶胀

11、纤维在外力作用下的断裂机理（课本P186-187）（1）麻、棉纤维的断裂机理

棉、麻纤维，聚合度、结晶度及取向度都较高，分子间形成大量的氢键，其分子间次价力总和＞主价键力，在外力作用下，很难使分子链间发生相对滑移，它的断裂很可能是由于超分子结构中存在缺口、弱点，在外力作用下，弱点首先被破坏，缺口逐渐扩大，进而应力集中于少数分子链上，最终这些了分子链被拉断，导致纤维断裂。而麻的结晶度、取向度＞棉，所以麻的强度＞棉。

棉、麻湿强＞干强的原因：水的增塑作用，消除了纤维中的部分弱点，使应力分布趋于均匀，因而强度增加。

若在棉纤维分子间建立交联，则强度下降。棉织物防皱整理后强力下降。（2）粘胶纤维的断裂机理

粘胶纤维聚合度、结晶度、取向度低都较低，分子间次价力总和＜主价键力，在外力作用下，容易发生分子链间或其结构单元间的滑移而使纤维破坏而使纤维断裂。

粘胶干强＞湿强的原因：水使大分子之间的作用力下降，更有利于分子链或结构单元之间的相对滑移。

在粘胶纤维的分子链间适当引入交联，增加了分子间的结合，不利于分子链或结构单元间的相对滑移，可提高了纤维的强度。

（3）棉、麻、粘胶三种纤维断裂延伸度大小的原因：

麻：取向度最高，故断裂延伸度最小。棉：取向度比麻小，故棉的延伸度比麻大。

粘胶纤维：结晶度、取向度均较小，模量也小，故断裂延伸度最大。

（4）应力或形变超过了屈服点：可能会产生一定的强迫高弹形变（纤维素纤维的Tg很大），甚至塑性形变，此时，伴有氢键的拆散和在新位置的再交键，以及晶体的拆散和取向再结晶，放松后，未断的交键有促使纤维恢复原状的作用，但受到新的氢键的阻碍，因而只能部分缓缓回缩，造成形变回复率降低，弹性较差。

（5）弹性比较

棉、麻纤维：聚合度、取向度、结晶度都较大，初始模量也高，能忍受较大的应力作用而不发生很大的形变，放松后能回复原状，有较好的弹性。

粘胶纤维：聚合度、取向度、结晶度和初始模量较小，屈服应力小，受外力作用分子链易发生滑移而产生塑性形变，故弹性小，湿态时，分子间的作用力小，更容易发生分子链间的滑移，因而弹性更小。