常用纺织纤维的结构和性能
常用纺织纤维的结构和性能
v 纺织纤维属于高分子化合物（高聚物） v 由分子量很大的大分子组成
v 由比较简单的原子团（基本链节或单基），以主价键的形式相互重复联结而成。
v 有一定的结晶度和取向度
纺织纤维分类
第1节 纤维素纤维的结构和性能
v 天然纤维素纤维：棉、彩棉、麻、竹纤维
v 再生纤维素纤维：粘胶、Lyocell 纤维、Modal纤维
1.1 天然纤维素纤维
v 1.1.1 棉纤维的形态和结构
上端尖而封闭，下端粗而敞口，有天然转曲，截面呈腰圆形一般可分为三层，初生胞壁、次生胞壁、胞腔
v （1）初生胞壁
v 厚度0.1～0.2μm，纤维素含量低
v 果胶、蜡状物质的含量较高
v 初生胞壁决定棉纤维的表面性质，具有拒水性阻碍化学品向纤维内部扩散，织物渗 透性差 可分为三层：外层是由果胶物质和蜡状物质组成的皮层，二、三层纤维素成网状结构，对纤维溶胀起束缚作用。
v （2）次生胞壁
v 为棉纤维主体，质量约占整个纤维的90％以上
v 纤维素淀积形成日轮，呈螺旋式排列
v（3）胞腔
v 含有蛋白质及色素，决定棉纤维颜色
v 为纤维最大空隙，是化学品的主要通道
1.1.2 纤维素的化学结构
v 化学结构
v 由β-D-葡萄糖剩基彼此以1,4苷键联结而成
v 分子式为(C6H10O5)n
v 相邻葡萄糖剩基扭转180°，每隔两环有周期性重复
v 两环为一基本链节，链节数为（n-2）/2
v n为聚合度，棉和麻为10000～15000，粘胶纤维为250～500
纤维大分子的结构特点
v 两个末端葡萄糖剩基，一端为四个自由羟基，另一端有三个自由羟基和一个半缩醛羟基（称为潜在醛基），可显示醛基性质
v 因此具有还原性，可利用醛基含量变化测定平均聚合度变化
v 每个葡萄糖剩基有三个自由羟基，具有一般醇羟基的性质，能起酯化、醚化等反应
v 羟基可以在分子间和分子内形成氢键，使大分子链挺直而有刚性，排列紧密，纤维素强度高
v 大分子链中的苷键对碱的稳定性较高，酸中易水解，大分子链聚合度降低，纤维强度降低
1.1.3 棉纤维的超分子结构
v 超分子结构指的是棉纤维次生胞壁中纤维素大分子的聚集态结构 包括纤维素大分子的排列状态、排列方向、聚集紧密程度等
v 结晶度和取向度
棉纤维约为70％，麻纤维约为90％，丝光棉纤维约为50％，粘胶纤维约为40％
棉纤维的超分子结构模型
v 纤维中的晶体在自然生长中成一定的取向性 棉纤维次生胞壁外层螺旋角30°～35 °，麻纤维平均为6 °左右
v 樱状原纤模型
大分子－微原纤－原纤
结晶度对纤维强度的影响
v 纤维素分子的羟基在结晶部位以氢键结合，形成立体规整排列，分子间力强
v 晶区使分子链之间交联，防止分子链滑移
v 结晶度愈高，纤维强度越高
取向度对强度的影响
v 分子链顺应排列，次价力增高
v 影响纤维内的受力状况，大分子能均匀承受外力
v 取向度高，强度高
v 如丝光棉、粘胶丝拉伸
结晶度对染色的影响
v 染色时，染液只能渗透到纤维的无定形区和晶区边缘。
v 结晶度高，无定形区少，染料不易进入，平衡吸附量少，得色浅
v 棉纤维丝光前后，同样染色条件，得色深浅不一样
1.1.4 化学性质
v （1）碱的作用
v 苷键对碱的作用比较稳定
v 浓碱下发生不可逆的各向异性溶胀，施加张力，就是丝光
v 可以生成碱纤维素，水洗后可恢复，但使纤维微结构发生不可逆变化，用于丝光
v 酸性越强，水解速率越快
v 强酸催化作用强，弱酸较弱，有机酸更缓和
v 浓度越大，水解速率越高
v 温度越高，水解速率愈快
v 温度升高10℃，速率增加2～3倍
v 麻、棉、丝光棉、粘胶水解速率依次递增
v 棉织物用酸处理生产蝉翼纱、涤/棉织物的烂花
v 中和织物上的残余碱
v 含氯漂白后处理，加强漂白作用
v 注意：酸的浓度很稀，温度低于50℃，彻底洗净，避免带酸干燥
（3）与氧化剂的作用
v 生成氧化纤维素，使纤维变性、受损
v 在碱存在条件下，空气中的氧会产生氧化作用
v 氧化剂漂白时，应注意工艺条件
v 可生成还原型氧化纤维素（含大量醛基或羰基）或酸型氧化纤维素（羧基）
伯羟基—醛基—羧基
仲羟基－酮基－醛基或羧基
半缩醛羟基－羰基
1.1.5 纤维共生物
主要有果胶物质、含氮物质、蜡状物质、天然色素等，还有棉籽壳。
影响纤维的吸水、染色、白度等性能
v （1）果胶物质
v 主要成分为果胶酸钙、果胶酸镁、果胶酸甲脂和多糖类
v 在碱性条件下，使酯水解成羧基，并转变成钠盐
v （2）含氮物质
v 蛋白质和简单的含氮无机盐，存在于纤维的胞腔中
v （3）蜡状物质
v 不溶于水，但能被有机溶剂萃取的物质
v 存在于初生胞壁
v 脂肪族高级一元醇、游离脂肪酸、脂肪酸的钠盐、高级一元醇的酯和固体、液体的碳氢化合物
v 借助皂化作用（脂肪酸或酯）和乳化作用（高级醇和碳氢化合物）去除
v （4）灰分
v 由硅酸、碳酸、盐酸、硫酸和磷酸的钾钠、钙、镁、锰盐以及氧化铁和氧化铝组成
v 能溶于酸，可通过酸洗去除
v （5）天然色素
v （6）棉籽壳
v 纤维初加工时带入
v 可在织物煮炼时去除
1.2 天然有色棉
v 白棉使通过对原始棉花长期驯化得来的
v 主要有棕色、绿色和褐色三种
v 可纺性差、色素不稳定、产量低
1.2.1 化学组成
1.2.2 彩棉物理性能
v 形态结构
v 物理性能
1.3 麻纤维
v 主要成分为纤维素，并含有较多的半纤维素、果胶和木质素
麻纤维染色性能
v 结晶度高、取向度高，含有一定量的木质素和半纤维素等杂质，染色性能差，染料扩散困难，上染率低，得色量低，不易染深色。
v 改善方法：
染前处理——丝光，降低纤维结晶度
改性处理——如阳离子化处理
1.2再生纤维素纤维
v 存在皮层和芯层
v 化学结构与棉纤维相似
v 聚合度低，普通粘胶300～400，高强粘胶500～600 暴露的端羟基和醛基比棉多，吸湿性高，标准回潮率12％
v 暴露的端羟基和醛基比棉多，吸湿性高，标准回潮率12％
v 结晶度低，30％~40%，聚合度也较低
普通粘胶纤维性能
v 强度 低张力或松式加工
v 无定形区多，结构松散，对化学试剂的吸附能力大
粘胶纤维> 丝光棉> 棉
v 对酸和氧化剂更敏感，对碱的稳定性较差，避免浓碱处理
v 皮芯结构对染色有影响
对染料吸附量大于棉，但皮层结构紧密，妨碍染料的吸附和扩散
低温、短时间染色，浅，染色不匀
高湿模量粘胶
v 富强纤维
有原纤化倾向
耐碱性能较好
v Modal纤维
第二代富强粘胶
Lyocell纤维
v 采用N-甲基吗啉（ NMMO）溶解纤维素
v 干喷湿纺法纺丝
v 商品名“Tencel”
v 易产生原纤化
Lyocell纤维结构
v 化学结构与棉、麻相同，相对分子质量分布比粘胶纤维集中
v 干、湿强度大，具有较高的湿模量
v 有一定程度的皮芯结构，皮层为无定形结构，芯层由高度结晶的巨原纤和之间所谓无定形区组成
v 膨润各向异性明显，横向40％，纵向 0.03％，织物结构紧密僵硬
Lyocell原纤构造对染整影响
v 由微纤维构成的、取向度非常高的纤维素分子集合体，微纤维集合体由巨原纤构成，由明显的原纤结构，各级原纤基本上都是沿纤维轴向排列。 v 横向结合力较弱，纵向较强，形成层状结构
v 径向膨润程度远远大于轴向，约有1.4倍，并有较大的湿刚性（硬度） 织物中纤维之间接触面积变大，表面摩擦阻力增加，结构紧密、僵硬，易产生折痕和擦伤疵病
v 织物中纤维之间接触面积变大，表面摩擦阻力增加，结构紧密、僵硬，易产生折痕和擦伤疵病
竹纤维
v 竹子主要由纤维素、木质素、果胶和多戊糖组成
v 纤维素 40％～50％，木质素 20％～30％
v 多戊糖 16％～21％，灰 分 1％～3％
第二节 蛋白质纤维的结构和性能
一、蛋白质分子组成及分子结构概况
v 1. 元素组成
有机含氮高分子化合物
碳、氢、氧、氮，有的含有硫、磷
v 2. 氨基酸组成
v α-氨基酸，主要有20种左右
v 3. 分子结构
由α-氨基酸彼此通过氨基与羧基之间的脱水缩合，以酰胺键联结而成
v
酰胺键称为肽键
由肽键联结的缩氨酸叫作肽
多缩氨酸链（多肽链）是蛋白质分子的骨架，也叫主链
二、蛋白质的两性性质
v 蛋白质分子的侧基上含有酸性基团和碱性基团
v 是典型的两性高分子电解质
v 蛋白质分子上所带的正负电荷数量相等时的溶液pH值，称为蛋白质的等电点
三、羊毛的形态结构
v 1. 羊毛的组成
v 杂质：羊脂、羊汗、砂土、植物性杂质
v 角蛋白
碳 50.2～52.5%
氢 6.4 ～7.3%
氧 20.7～ 25%
氮 16.2 ～17.7%
硫 0.7～ 5%
v 2. 羊毛的形态结构
v （1）鳞片层
耐碱、氧化剂、还原剂和蛋白酶的作用
v （2）皮质层
v （3）髓质层
v （4）细胞间质
鳞片细胞之间、鳞片细胞和皮质细胞之间、皮质细胞之间通过细胞间质粘合起来构成羊毛整体
细胞间质，呈网状结构，是羊毛内唯一连续物质
四、羊毛角蛋白的分子结构
v 由C、H、O、N、S元素构成的多种氨基酸缩合而成的链状大分子 二氨基氨基酸（精氨酸、赖氨酸）、二羧基氨基酸（天门冬酸、谷氨酸）和胱氨酸的含量高
v 盐式键、二硫键和氢键
v 网状结构
多缩氨酸主链的空间构型为α-螺旋结构
五、羊毛的性质
v 1. 羊毛的可塑性
v 在湿热条件下，内应力迅速衰减，并按外力作用改变现有形态，经冷却或烘干使形态保持下来
v 多肽链构象变化，及附键的拆散和重建有关
v 2. 热的作用
耐热性较差，干热不超过70℃
v 3. 水和蒸汽的作用
较强的吸湿性
沸水或蒸汽中，可发生水解，纤维损伤
v 4. 酸的作用
耐酸性较好
肽键水解
v 5. 碱的作用
拆散盐式键
主链水解
部分氨基酸水解
v 6. 还原剂的作用
与二硫键起反应
破坏胱氨酸键
碱性介质，破坏更强烈
v 7. 氧化剂的作用
漂白和防缩
去除鳞片
六、蚕丝的结构和性能
v （一）蚕丝的形态结构
（二）丝素的结构和性质
v 分子链由两部分嵌段连接而成
一部分分子链整齐排列，形成氢键，组成结晶区
一部分受侧链的阻碍作用，形成无定形区
v 多肽链含有许多－CONH－键结构，肽链在结晶区几乎是完全伸直，为β－型构象
v 多肽链整齐排列部位形成结晶性原纤 无定形区影响丝素主要性质
（三）丝素的性质
v 1. 溶解性
丝素仅能在水中溶胀，不能溶解
在盐类溶液可发生无限溶胀而溶解
v 2. 酸的作用
较耐酸，比棉强，比羊毛差
有机酸增加丝重、光泽，赋予丝鸣
无机酸，可发生酸缩，皱纹丝织品
酸浴加盐会造成伤害
v 3. 碱的作用
比羊毛好
弱碱性物质无损伤，溶解丝胶，生丝精练
v 4. 氧化剂
会造成损伤
v 5. 还原剂
无明显损伤
七、大豆蛋白纤维
v 大豆蛋白质 23%～55%
v 聚乙烯醇 77%～45％