【正文】 晶區(qū)中的大分子排列比較紊亂，堆砌的比較疏松，密度較低，有較多的縫隙和孔洞，水分子和染料易于進(jìn)入非結(jié)晶區(qū)。反之，紡織纖維中大分子排列呈雜亂無章的狀態(tài)稱為非結(jié)晶態(tài)，呈現(xiàn)非結(jié)晶態(tài)的區(qū)域叫做非結(jié)晶區(qū)。(2)纖維大分子的聚集態(tài)：紡織纖維大分子的凝聚態(tài)有著復(fù)雜結(jié)構(gòu)，通常將其簡單地分為兩類，即結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)。～，～。鹽式鍵的鍵能大干氫鍵。③鹽式鍵：部分纖維的側(cè)基在某些成對的基團(tuán)之間產(chǎn)生能級躍遷原子轉(zhuǎn)移，形成絡(luò)合物類型的配價(jià)鍵?！?，～。①范德華力：是存在于分子之間的一種力，～，～23J/mol之間，范德華力隨分子之間距離的增加而迅速地減少。這種吸引力能使相鄰的大分子保持穩(wěn)定的相對位置和較牢固地結(jié)合。它是指高分子材料中大分子堆砌和排列的狀態(tài)，主要包括大分子間的作用、凝聚狀態(tài)和大分子的取向。圖22 各種纖維的縱向形態(tài)纖維的形態(tài)特征主要包括以下幾個(gè)方面：⑴纖維的形尺度：指纖維的長度、細(xì)度；⑵纖維的縱向形態(tài)：纖維縱向呈自然伸直狀態(tài)還是具有自然的卷曲、轉(zhuǎn)曲等形態(tài)；⑶纖維的表面形態(tài)：纖維表面是光滑的還是有凹凸不平的微坑、溝槽、鱗片等形態(tài)；⑷纖維的截面形狀：纖維截面是圓形截面、異形截面及其他不規(guī)則截面形狀等；⑸纖維的截面結(jié)構(gòu)：如纖維的皮芯結(jié)構(gòu)、復(fù)合結(jié)構(gòu)、羊毛的雙側(cè)結(jié)構(gòu)、棉纖維的日輪等；⑹纖維的三維空間分布結(jié)構(gòu)：如纖維中的縫隙和孔洞等。通過顯微放大觀察，就可獲得各種纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)特征，以此可以作為判別不同纖維并進(jìn)行纖維鑒別的信息。羊毛纖維由于表面有鱗片而光澤柔和。中空纖維的保暖性較好。例如纖維中有縫隙和孔洞時(shí)，纖維的強(qiáng)度較低，吸濕性較好。由于測試手段的不斷進(jìn)步，能觀察到的纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的特征尺寸也越來越小。它可以用纖維的長短、粗細(xì)、橫截面形態(tài)、表面形態(tài)、三維空間形態(tài)以及纖維縱向的卷曲或轉(zhuǎn)曲狀態(tài)等特征來表達(dá)。在紡織科學(xué)與工程中，可以從纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、纖維的超分子結(jié)構(gòu)、纖維的大分子結(jié)構(gòu)等層面來認(rèn)識(shí)纖維材料的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，為科學(xué)、理性地進(jìn)行紡織品的設(shè)計(jì)和加工，提供科學(xué)依據(jù)。普通化合物的相對分子量較小，一般在1000以下，而高分子化合物的分子量很大，大都在10000以上。天然纖維的聚合度，取決于纖維的生長條件和基因種類。⑵在纖維材料內(nèi)部，以化學(xué)健或分子極性作用結(jié)合形成的分子鏈，可具有多種鏈狀結(jié)構(gòu)，如21所示，組成纖維的長鏈分子可以是直線型、枝杈型和網(wǎng)狀型等不同形態(tài)。第二節(jié) 纖維的形成及其基本結(jié)構(gòu)一、纖維的形成纖維是一種細(xì)長且具有一定強(qiáng)度和柔韌性的材料，一般可從下列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來理解纖維的形成：⑴細(xì)長而柔軟的纖維材料是一種高分子化合物，它是由成千上萬個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單體分子以化學(xué)健或極性分子間作用力結(jié)合形成的長鏈狀分子組成。人們在研究天然有機(jī)化合物(蛋白質(zhì)、淀粉和纖維素等)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)時(shí)，建立了聚合物科學(xué)，將有機(jī)合成和紡織科學(xué)相結(jié)合，出現(xiàn)了合成纖維。這類纖維是由天然物質(zhì)加工制成，紡絲加工過程中化學(xué)組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)不變，所以稱為再生纖維。（二）化學(xué)纖維的分類化學(xué)纖維可分為再生纖維和合成纖維兩大類。繭子是蠶寶寶由體內(nèi)絹絲腺分泌作成的，人們抽取其絲而獲得品質(zhì)極高、性能優(yōu)良的桑蠶絲。羊毛是直接從羊體剪取而得的動(dòng)物毛發(fā)。苧麻、亞麻、黃麻、大麻、羅布麻就是從相應(yīng)植物的莖桿上剝?nèi)№g皮制得的韌皮纖維，劍麻、蕉麻等就是利用相應(yīng)植物的葉子制得的葉纖維。表21 纖維的分類紡織纖維天然纖維植物纖維種子纖維：棉、木棉等葉纖維： 劍麻、蕉麻等韌皮纖維：苧麻、亞麻、大麻、黃麻、羅布麻等動(dòng)物纖維動(dòng)物毛發(fā)：綿羊毛、山羊毛、牦牛毛、兔毛等腺分泌物： 桑蠶絲、柞蠶絲、蓖麻蠶絲等礦物纖維石棉化學(xué)纖維再生纖維再生纖維素纖維：粘膠纖維、天絲纖維竹纖維、醋酯纖維等再生蛋白質(zhì)纖維：牛奶纖維等無機(jī)纖維：玻璃纖維、陶瓷纖維、銅絲纖維等金屬纖維：銅絲纖維、不銹鋼纖維等合成纖維滌綸、錦綸、腈綸、丙綸維綸、氯綸、氨綸等（一）天然纖維的分類天然纖維可分為植物纖維和動(dòng)物纖維和礦物纖維三大類。合成纖維是以石油化工的低聚物原料出發(fā)，經(jīng)過聚合反應(yīng)將低聚物合成為高聚物，然后將其加工成纖維材料，如滌綸、錦綸、腈綸、氨綸等。再生纖維主要以天然高聚物、無機(jī)材料、金屬材料為原料經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)加工成纖維材料，如粘膠纖維、醋酯纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、鋼絲、銅絲等。礦物質(zhì)天然纖維可從自然界中的礦物質(zhì)提取，如天然石棉礦石纖維等。天然纖維又可以細(xì)分為來自生物質(zhì)的天然纖維和來自礦物質(zhì)的天然纖維。如果根據(jù)纖維的長度來分類，可以分為長絲纖維和短纖維。如果根據(jù)纖維的性能和功能來分類，可以分為常用纖維、高性能纖維和功能纖維。二、纖維的分類纖維的種類很多，也有多種不同的分類方法。從紡織工業(yè)（狹義）的角度來看，纖維材料主要是指能在紡織工業(yè)體系中加工并用于紡織產(chǎn)品生產(chǎn)的纖維，也稱為紡織纖維材料，或簡稱為紡織材料。根據(jù)上述分析，纖維可以簡單地定義為細(xì)長且具一定力學(xué)性能的柔性材料。纖維還必須具有一定的模量、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長等力學(xué)性能。在本章中我們重點(diǎn)介紹能夠用于紡織加工的纖維材料。纖維也可以與其他類型的物質(zhì)材料一起構(gòu)成具有兩相結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。例如，動(dòng)物身上的毛纖維、桑蠶吐出的蠶絲、蜘蛛編網(wǎng)的蜘蛛絲、棉花苞中的棉纖維等材料都具有這種特征。紡織纖維及其形態(tài)結(jié)構(gòu)管理知識(shí)分析特征作者：日期：本章知識(shí)要點(diǎn)了解紡織纖維的概念及其分類；了解纖維結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；掌握天然纖維和化學(xué)纖維的種類、結(jié)構(gòu)、性能以及新型纖維、差別化纖維、功能性纖維的概念及其特點(diǎn)；掌握紡織纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征及其鑒別方法。第二章 紡織纖維及其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征纖維是一種細(xì)長而柔軟的材料，在自然界中具有這種特定形態(tài)的素材無處不在。細(xì)長而柔軟的纖維與纖維會(huì)自然地集合、糾纏在一起，也會(huì)在外力或人工的作用下堆積、排列、取向，構(gòu)成不同的纖維集合體，如纖維團(tuán)、纖維網(wǎng)、紗線、繩索、織物、服裝、包裝袋、傳送帶等形形色色的紡織品。在生物體中也有大量的纖維存在，如蔬菜、木材中的纖維素，人體中的基因、神經(jīng)，光導(dǎo)纖維在構(gòu)筑Internet網(wǎng)絡(luò)世界中也發(fā)揮了重要的作用。第一節(jié) 纖維的定義及分類一、纖維的定義纖維是一種細(xì)長而且柔軟的材料，它的直徑較細(xì)，為幾微米或幾納米，長度則為幾毫米、幾十毫米甚至上千米，細(xì)而長是纖維材料的主要幾何形狀特征。纖維同時(shí)還是一種柔軟的材料。從廣義的角度來看，纖維作為具有特定形狀特征的材料普遍地出現(xiàn)在食品、生物材料、復(fù)合材料等各類材料中。在本書中，“纖維材料”的含義與“紡織纖維材料”“紡織材料”意義基本等同，主要是指可進(jìn)行紡織加工、用于制作紡織品的纖維材料，一般須滿足以下條件：①滿足紡織產(chǎn)品使用功能的要求；②具有某些特定的物理和化學(xué)性能，可以進(jìn)行物理和化學(xué)的加工；③生產(chǎn)成本較低，產(chǎn)量較大，能以較低的價(jià)格大量地供應(yīng)紡織工業(yè)生產(chǎn)。如果根據(jù)纖維的使用范圍和場所來分類，可以分為服用纖維、家用（裝飾用）纖維和產(chǎn)業(yè)用纖維。如果根據(jù)纖維的來源分類，可以分為天然纖維和化學(xué)纖維兩大類。三、天然纖維與化學(xué)纖維的分類根據(jù)纖維來源分類，可分為天然纖維和化學(xué)纖維。生物質(zhì)天然纖維可從自然界中的植物、動(dòng)物上獲取，如棉纖維、毛纖維、蠶絲纖維等?；瘜W(xué)纖維也可以細(xì)分為再生纖維和合成纖維。再生纖維生產(chǎn)過程中并未改變原有材料的分子組成與結(jié)構(gòu)，故稱為再生纖維。纖維的分類如表21所示。植物纖維：植物纖維是指從自然界生長的植物中提取的纖維，其中有從種子殼內(nèi)采收的棉纖維，有從植物莖桿上剝?nèi)№g皮制得的韌皮纖維，也有用植物的葉制取的葉纖維。動(dòng)物纖維：動(dòng)物纖維是利用動(dòng)物的動(dòng)物毛發(fā)或腺分泌物經(jīng)過初步加工而制取的纖維，也稱為動(dòng)物蛋白纖維。桑蠶絲是從繭子上抽絲而得到的。礦物纖維：礦物纖維是從纖維狀結(jié)構(gòu)的礦物巖石中獲得的纖維，如石棉等。再生纖維：再生纖維是用天然原料經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理經(jīng)紡絲而得到的纖維，也稱之為人造纖維。合成纖維：合成纖維是以人工合成的高分子化合物為原料，經(jīng)紡絲成形而得到的纖維。合成纖維種類很多，常用的有滌綸、錦綸、腈綸、丙綸及氨綸等。一般，每根纖維都由多根長鏈分子組成，這些由首尾相連的單體組成的長鏈狀分子以有序或無序的方式堆砌、集合、排列構(gòu)成了一根纖維。(a) 網(wǎng)狀型 (b) 枝杈型 (c) 直線型圖21 纖維的長鏈分子⑶高分子化合物中含有單基的數(shù)目稱為聚合度?；瘜W(xué)纖維的聚合度則可以通過化合物的聚合工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)。二、纖維材料的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)層次纖維材料的性能與其結(jié)構(gòu)存在著對應(yīng)關(guān)系，隨著科學(xué)的發(fā)展和觀測手段的進(jìn)步，人們可以從不同的層面（如宏觀、細(xì)觀和微觀）來認(rèn)識(shí)材料的結(jié)構(gòu)，并從不同的結(jié)構(gòu)層面來揭示材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。(一)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)是指通過肉眼或放大鏡、顯微鏡等儀器觀察到的纖維材料外在的幾何輪廓結(jié)構(gòu)。目前觀察纖維材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法主要有光學(xué)顯微鏡法和電子顯微鏡法。隨著專業(yè)學(xué)習(xí)的深入和拓展，可以了解到，纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)對纖維及其構(gòu)成紡織品的光澤、手感、吸濕性、染色性、保暖性和力學(xué)性能等都有直接或間接的影響。截面為三角形或多角形的異形纖維，一般會(huì)具有特殊的光澤和不易起毛起球的特點(diǎn)。卷曲度高的纖維蓬松性、彈性較好。不同品種的纖維，在縱向形態(tài)、橫截面形態(tài)、表面形態(tài)方面存在一定差異，尤其是各類天然纖維都各自具有獨(dú)特的形貌特征。如圖22所示，分別為麻纖維、棉纖維、蠶絲纖維、羊毛纖維、羊絨纖維、滌綸纖維的外觀形態(tài)照片。(二)纖維的超分子結(jié)構(gòu)纖維的超分子結(jié)構(gòu)又稱為纖維材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，或凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。(1)分子間的作用力：纖維大分子的分子之間距離在一定范圍時(shí)，相互之間表現(xiàn)出來的主要是吸引力。紡織纖維大分子之間是依靠范德華力和氫鍵結(jié)合的，此外還有鹽式鍵和化學(xué)鍵。②氫鍵：它是大分子側(cè)基上或部分鏈段上極性基團(tuán)之間的靜電引力，在一定條件下能使相鄰分子較穩(wěn)定地結(jié)合。其結(jié)合力較強(qiáng)，它的鍵能略大于范德華力。如羊毛、蠶絲大分子側(cè)基上的COOH和NH2成對接近時(shí)，可以形成鹽式鍵(C00……+H3N)。④化學(xué)鍵：少數(shù)纖維大分子之間含有的橋側(cè)基，如羊毛纖維中的二硫鍵將兩個(gè)大分子主鏈用化學(xué)鍵連接起來?；瘜W(xué)鍵的鍵能大于鹽式鍵。我們把紡織纖維中大分子排列整齊有規(guī)律的狀態(tài)稱為結(jié)晶態(tài)，呈現(xiàn)結(jié)晶態(tài)的區(qū)域叫做結(jié)晶區(qū)。結(jié)晶區(qū)中的大分子排列比較整齊密實(shí)，縫隙孔洞較少，水分子和染料分子難以進(jìn)入結(jié)晶區(qū)。紡織纖維中結(jié)晶區(qū)部分的質(zhì)量占整個(gè)纖維質(zhì)量的百分比稱為纖維的結(jié)晶度。(3)纖維大分子的取向與取向度：在拉伸力作用下，纖維內(nèi)大分子有沿纖維軸向平行排列的趨勢，我們把這種現(xiàn)象稱為纖維大分子的取向。當(dāng)取向度較高時(shí)，纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度就比較高?；瘜W(xué)纖維的取向度主要取決于紡絲——拉伸過程中纖維的拉伸倍數(shù)，拉伸倍數(shù)大時(shí)，纖維的取向度就較高。(a)取向度和結(jié)晶度 (b)取向度和結(jié)晶度 (c) 大分子折疊結(jié)較低纖維結(jié)構(gòu) 較高纖維結(jié)構(gòu) 晶纖維結(jié)構(gòu)圖23 纖維的超分子結(jié)構(gòu)(三)纖維的大分子結(jié)構(gòu)高聚物大分子都是由許多相同或相近的單基經(jīng)過化學(xué)健或極性分子間的作用力結(jié)合而形成的長鏈分子。在大分子的長鏈中反復(fù)出現(xiàn)的單體被稱為大分子的基本鏈節(jié)(或稱為單基或基本單元)。纖維大分子的通式可簡約表達(dá)為：A/—A—A—A—…—A—A—A—A//，式中A/、A//為分子的端基，A為單基。例如：腈綸的單基中含有氰基，所以它的耐光性好。氯綸大分子中含有鹵素基，故有助于提高氯綸纖維的難燃性。大分子上的原子可以圍繞聯(lián)結(jié)鍵進(jìn)行一定程度的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度決定了大分子的柔曲性。構(gòu)成紡織纖維的材料一般都為高分子材料，其聚合度是比較大的。(四)纖維的結(jié)構(gòu)層次纖維的結(jié)構(gòu)層次，從微觀到宏觀，即由大分子到纖維材料，可劃分為多級的結(jié)構(gòu)層次。為了充分研究纖維材料的各種性質(zhì)與性能，可以根據(jù)研究的需要對其結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行劃分。為了能更充分、全面地研究纖維材料的各種性質(zhì)與性能，還可以將纖維材料的結(jié)構(gòu)作更為細(xì)致地劃分，最多可作如下六個(gè)層次的劃分：⑴大分子：由各種單基組成的不同聚合度的線型大分子，在纖維中一般具有相對穩(wěn)定的三維空間幾何形狀，有的大分子呈鋸齒形，有的呈波浪形，有的呈螺旋形。⑶微原纖：微原纖是由若干根基原纖平行排列在一起成為較粗的、基本上屬于結(jié)晶態(tài)的大分子束。微原纖一方面靠相鄰原纖之間的分子間結(jié)合力聯(lián)結(jié)，另一方面也靠穿越兩個(gè)基原纖的大分子主鏈將兩個(gè)基原纖聯(lián)結(jié)起來，微原纖的橫向尺寸約為4～8nm。微原纖之間依靠相鄰分子的結(jié)合力和穿越的大分子主鏈來聯(lián)結(jié)，橫向尺寸10～30nm，在一根原纖上可能出現(xiàn)許多段由非結(jié)晶區(qū)間隔開來的結(jié)晶區(qū)。⑹纖維：纖維由巨原纖堆砌而成，在巨原纖之間存在著比巨原纖更大的縫隙和孔洞，巨原纖之間的聯(lián)結(jié)也更疏松一些，有的纖維甚至要靠其他物質(zhì)如多細(xì)胞纖維的胞間物質(zhì)來聯(lián)結(jié)。一般來說。而經(jīng)歷層次較少的纖維，其結(jié)構(gòu)較為緊密。為了對纖維材料的上述性能進(jìn)行表達(dá)、研究和比較，我們把與此相關(guān)的纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、纖維力學(xué)性能和纖維物理、化學(xué)性能統(tǒng)稱為纖維的性能。纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征是指纖維的長短、粗細(xì)、截面形狀、纖維的卷曲或轉(zhuǎn)曲狀態(tài)、纖維的表面形態(tài)等特征。(一)紡織纖維的長度和細(xì)度纖維的長度和細(xì)度指標(biāo)是常用的描述纖維材料形狀的基本參數(shù)。大自然中天然生長的植物或動(dòng)物纖維，受環(huán)境、氣候以及自身基因的影響，即使是同時(shí)收獲的纖維，其長度和細(xì)度也是隨即分布的；即使是同一根纖維，它的細(xì)度也是變化的。如果是長絲或單纖維的長度，則是指它在低張力(不產(chǎn)生彈性變形)條件下沿長度方向的伸展長度，即纖維伸直但不產(chǎn)生伸長時(shí)的長度。大多數(shù)天然纖維都是短纖維，只有桑蠶絲是長絲。在進(jìn)行紡織纖維的加工和貿(mào)易過程中，需要用纖維集合體內(nèi)所有纖維的平均長度及其分布來對纖維長度進(jìn)行描述。主體長度：是指一批纖維中含量最多的纖維的長度。平均長度：是指纖維長度的平均值。品質(zhì)長度：是指比主體