第二章 纤维结构概述
第一节 纤维结构的概念
纺织材料的种类很多，性能各异，其根本
原因在于纤维内部结构的不同，性能是结
构的表现。
1.研究纤维结构的目的
2.纤维结构
下一节
? 了解结构与性能关系，以便我们正确选择
和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提
通过各种途径改变纤维结构，有效地改变
性能，设计并生产具有指定性能的纤维和
纺织产品。
Back
? 纤维结构,是指组成纤维的纤维结构单元
相互作用达到平衡时在空间的几何排列。
Back
第二节 纺织纤维的大分子结构
一,单基（链节）
二,聚合度 n
三,纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性
四,链原子的类型与排列
五,大分子构型
? 1．定义：构成纤维大分子的基本化学结
构单元。
? A′－ A－ A…… A－ A－ A〞 或 A′
－ (A)n－ A〞
? 其中,A′,A〞 —— 端基； n——
聚合度。
? 2．常用纺织纤维单基的化学组成：见下图
? 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤
维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等，
单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤
维的性质影响很大。
例：大分子亲水基团的多少和强弱 — →
吸湿性 ；分子极性的强弱 — → 电学性质
返回
? 1．定义：构成纤维大分子的单基的数目，
或一个大分子中的单基重复的次数。
? 大分子的分子量＝单基的分子量 × 聚合度
? 2,常用纤维的 n：
? 棉、麻的聚合度很高,成千 →上万；
? 羊毛 576； 蚕丝 400；
? 粘胶,300-600；
? 一根纤维中各个大分子的 n不尽相同，具
有一定的分布 →高聚物大分子的多分散性。
? 3．聚合度与力学性质的关系：
? n→临界值，纤维开始具有强力； n↑，纤维强力 ↑
（ ∵ n↑,大分子间的结合键 ↑结合能量变大）；但增加的速
率减小； n至一定程度，强力趋于不变。
? n低时，一般来说，纤维的强度低些，湿强度也低些，脆
性明显些。
? n的分布：希望 n的分布集中些，分散度小些，这对纤
维的强度，耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。
? 制造化纤时，要控制 n的大小。
? n太小 —— 强度不好； n太大 —— 纺丝困难。
返回
? 1.大分子链的内旋性及其构象
? 先以低分子链的内旋性说起：以碳链分子为
例。如果分子内 C-C之间是以单基相接，该单键
是由 σ电子组成的 σ键，其电子云分布是轴向对称
的。故 C－ C单键可以以键向为轴进行内旋转运动。
把三个相连的的 C－ C键，置于直角坐标中。键角
为 θ，当保持键角不变时，若 l1键位于 Z方向上，
并以自身为轴旋转，则 l2键就会在与 C2相连的圆
锥面移动。同时若 b2键也以自身为轴旋转，则 l2
键在与 C3相连的圆锥面上移动。
? 内旋性 —— 纤维大分子内的单基之间在键
长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单
键旋转的特性。
? 构象 —— 分子链由于围绕单键内旋转而产
生的原子在空间的不同排列形式。
? 2,柔曲性
? （ 1） 定义：指纤维大分子在一定条件下，
通过内旋转或振动而形成各种形状的难易
程度的特性。
? （ 2） 纤维大分子结构与柔曲性的关系：
? 1> 主链上原子链弹性好，柔曲性 ↑ ；
? 2> 侧链较少，柔曲性 ↑ ；
? 3> 主链四周侧基分布对称，柔曲性 ↑ ；
? 4> 侧基间（大分子间）作用力较少，
柔曲性 ↑ ;
? 5> 温度 ↑,内旋转加剧，大分子链柔
曲性 ↑ ;
? 大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一,
长链分子由于热运动而变成弯曲形状使高度柔曲
性，这就是高聚物产生弹性原因。
? 柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性
较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用
下，易被拉伸，易形成结晶。
? 单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对
于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受
分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有
很大影响。
返回
? 纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链的
原子也有多种类型。从现有的主要纤维来看，
大致有 三种类型,
? 1) 碳链大分子：
? 纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共
价键形式相联结的。
? 例：乙纶、丙纶、腈纶 ——
? 可塑性比较好，容易成型加工，原料比较
简单，成本便宜。 但一般均不耐热，易
? 燃甚至易熔。 ∴ 服用纤维有一定缺点。
?2)杂链大分子：
? 大分子主链除碳原子以外，还有其它原子
如氮、氧等，它们都以共价键相联结，即
主链是由两种以上的原子所构成的。
? 例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶 —— 强度较
大，服用性能较好。
? 3)梯形和双螺旋形大分子：
? 此类纤维的主链不是一条单链，而是像一个
“梯子”和“双股螺旋”的结构。例：碳纤
维，石墨纤维有较高的强力、耐高温因为主
链是双链形式。
返回
? 1.定义：指大分子由化学键所固定的空间排
列形态。
? 这种几何形态是稳定的，只有化学键断裂，
构型才能改变，即使是单基的化学组成相同，
但由于结构单元的空间异构，大分子可以有
不同的构型，从而影响到大分子的排列形态，
最终影响到纤维性质。
第三节 纺织纤维的超分子结构（聚集态结构）
?一、大分子间作用力（次价键力）
? 纤维大分子间的作用力与大分子链间的相
对位置，链的形状、大分子排列的密度及链
的柔曲性等有关。这种作用力使纤维中的大
分子形成一种较稳定的相对位置，或较牢固
的结合，使纤维具有一定的物理机械性质。
?次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学
键 ；
?四种结合力的能量大小：真正化学键＞盐式
键＞氢键＞范德华力
?四种结合力的作用距离：真正化学键＜盐式
键＜氢键＜范德华力
?产生原因
名称 产生原因 特点
范
德
华
力
定
向
力
产生于极性分子间，是由它们的永久
偶极矩作用而产生的
作用能量 3～ 5千卡 /克分子；
与温度有关
诱
导
力
由相邻分子间的诱导电动势产生的，
产生于极性分子与非极性分子之间
1.5～ 3千卡 /克分子；与温
度有关
色
散
力
由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时
的偶极矩而产生的。产生一切非极性
分子中。
0.2～ 2千卡 /克分子；与温
度无关
氢键
大分子侧基（或部分主链上）极性基
团之间的静电吸引力（如－ NH2，－
COOH，－ OH，－ CONH等）
能量 1.3～ 10.2千卡 /克分
子距离 2.3～ 3.2A；与温
度有关
盐式键
在部分大分子侧基上，某些成对基团
之间接近时，产生能级跃迁的原子转
移，从而基团间形成相互结合的化学
键。
是化学键中作用力较弱的
一种，能量 30～ 50千卡 /
克分子
化学键 少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基。 能量 50～ 200千卡 /克分子
? 分子间力的大小取决于：
? 1.单基化学组成（原子团多少、极性集团
数目、极性强弱）
? 2.聚合度
? 3.分子间距离
? 二、聚集态结构
? 1、结晶
? （ 1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。
? 1）结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。
晶区特点：
? a.大分子链段排列规整；
? b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；
? c.相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。
? 2) 结晶度：纤维内部解救区占整个纤维的百分率。
? 重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百
分率。
? 体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百
分率。
? 结晶度对纤维结构与性能的影响：
? 结晶度 ↑ →纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、
尺寸稳定性、密度 ↑；
? 纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、
化学活泼性 ↓。
? 结晶度 ↓ →纤维吸湿性 ↑；容易染色；拉伸强
度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性，弹
性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。
? （ 2）非晶态：纤维大分子无规律地乱排列
的状态。
? 1）非晶区：纤维大分子无规律地乱排列
的区域。
? 非晶区特点：
? a.大分子链段排列混乱，无规律；
? b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞；
? c.相互间结合力小，互相接近的基团结合
力没饱和。
? 2、取向度
? （ 1）定义：指大分子或链段等各种不同结构单元
包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。
（ 2） 取向度与纤维性能间的关系,
? 取向度大 —— 大分子可能承受的轴向拉力也
大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽
较好，各向异性明显
? 结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取
向度高，取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，
一般说来，结晶度高，取向度也高。
第四节 纤维的形态结构
研究纤维形态结构的意义
影响纤维的形态的因素
? 1.形态结构与 纤维性质 密切相关
? 纤维性质 包括：抱合力、可纺性、摩
擦性能、粘合性、光泽、手感、保暖性、
吸湿性等。
? 形态结构是鉴别纤维的方法之一
纤维种类 纵向形态 横截面形态
棉 天然转曲 腰圆形、有中腔
苎麻 横节竖纹 腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹
亚麻 横节竖纹 多角形，中腔较小
黄麻 横节竖纹 多角形，中腔较大
大麻 横节竖纹 不规则圆形或多角形，内腔呈线形、椭圆形、扁平形
绵羊毛 鳞片大多呈环状或瓦状 近似圆形或椭圆形，有的有毛髓
山羊绒 鳞片大多呈环状，边缘光滑，间距较大，张角较小 多为较规则的圆形
兔毛 鳞片大多呈斜条状，有单列或多列毛髓 绒毛为非圆形，有一个中腔；粗毛为腰圆形，有多个中腔
桑蚕丝 平滑 不规则三角形
柞蚕丝 平滑 扁平的不规则三角形，内部有毛细孔
粘胶纤维 多根沟槽 锯齿形、有皮芯结构
醋酯纤维 1～ 2根沟槽 梅花形
腈纶 平滑或 1～ 2根沟槽 圆形或哑玲形
涤、锦、丙 平滑 圆形
? 1.天然纤维的形态由品种决定
? 2.化学纤维的形态由喷丝孔形状、纺丝方
法决定
纺丝方法 截面形状 截面结构 表面形态和孔洞
熔体纺丝 圆形、异
形
皮芯层不
明显
表面光滑、孔洞
少
湿法纺丝 非圆形 皮芯层显
著
表面有沟槽、孔
洞多且大
第一节 纤维结构的概念
纺织材料的种类很多，性能各异，其根本
原因在于纤维内部结构的不同，性能是结
构的表现。
1.研究纤维结构的目的
2.纤维结构
下一节
? 了解结构与性能关系，以便我们正确选择
和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提
通过各种途径改变纤维结构，有效地改变
性能，设计并生产具有指定性能的纤维和
纺织产品。
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? 纤维结构,是指组成纤维的纤维结构单元
相互作用达到平衡时在空间的几何排列。
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第二节 纺织纤维的大分子结构
一,单基（链节）
二,聚合度 n
三,纤维大分子链的内旋性、构象及柔曲性
四,链原子的类型与排列
五,大分子构型
? 1．定义：构成纤维大分子的基本化学结
构单元。
? A′－ A－ A…… A－ A－ A〞 或 A′
－ (A)n－ A〞
? 其中,A′,A〞 —— 端基； n——
聚合度。
? 2．常用纺织纤维单基的化学组成：见下图
? 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤
维的耐酸、耐碱、耐光、吸湿、染色性等，
单基中极性官能团的数量、极性强弱对纤
维的性质影响很大。
例：大分子亲水基团的多少和强弱 — →
吸湿性 ；分子极性的强弱 — → 电学性质
返回
? 1．定义：构成纤维大分子的单基的数目，
或一个大分子中的单基重复的次数。
? 大分子的分子量＝单基的分子量 × 聚合度
? 2,常用纤维的 n：
? 棉、麻的聚合度很高,成千 →上万；
? 羊毛 576； 蚕丝 400；
? 粘胶,300-600；
? 一根纤维中各个大分子的 n不尽相同，具
有一定的分布 →高聚物大分子的多分散性。
? 3．聚合度与力学性质的关系：
? n→临界值，纤维开始具有强力； n↑，纤维强力 ↑
（ ∵ n↑,大分子间的结合键 ↑结合能量变大）；但增加的速
率减小； n至一定程度，强力趋于不变。
? n低时，一般来说，纤维的强度低些，湿强度也低些，脆
性明显些。
? n的分布：希望 n的分布集中些，分散度小些，这对纤
维的强度，耐磨性、耐疲劳性、弹性都有好处。
? 制造化纤时，要控制 n的大小。
? n太小 —— 强度不好； n太大 —— 纺丝困难。
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? 1.大分子链的内旋性及其构象
? 先以低分子链的内旋性说起：以碳链分子为
例。如果分子内 C-C之间是以单基相接，该单键
是由 σ电子组成的 σ键，其电子云分布是轴向对称
的。故 C－ C单键可以以键向为轴进行内旋转运动。
把三个相连的的 C－ C键，置于直角坐标中。键角
为 θ，当保持键角不变时，若 l1键位于 Z方向上，
并以自身为轴旋转，则 l2键就会在与 C2相连的圆
锥面移动。同时若 b2键也以自身为轴旋转，则 l2
键在与 C3相连的圆锥面上移动。
? 内旋性 —— 纤维大分子内的单基之间在键
长键角保持不变条件下，相邻单基可绕单
键旋转的特性。
? 构象 —— 分子链由于围绕单键内旋转而产
生的原子在空间的不同排列形式。
? 2,柔曲性
? （ 1） 定义：指纤维大分子在一定条件下，
通过内旋转或振动而形成各种形状的难易
程度的特性。
? （ 2） 纤维大分子结构与柔曲性的关系：
? 1> 主链上原子链弹性好，柔曲性 ↑ ；
? 2> 侧链较少，柔曲性 ↑ ；
? 3> 主链四周侧基分布对称，柔曲性 ↑ ；
? 4> 侧基间（大分子间）作用力较少，
柔曲性 ↑ ;
? 5> 温度 ↑,内旋转加剧，大分子链柔
曲性 ↑ ;
? 大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一,
长链分子由于热运动而变成弯曲形状使高度柔曲
性，这就是高聚物产生弹性原因。
? 柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性
较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用
下，易被拉伸，易形成结晶。
? 单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对
于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受
分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有
很大影响。
返回
? 纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链的
原子也有多种类型。从现有的主要纤维来看，
大致有 三种类型,
? 1) 碳链大分子：
? 纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共
价键形式相联结的。
? 例：乙纶、丙纶、腈纶 ——
? 可塑性比较好，容易成型加工，原料比较
简单，成本便宜。 但一般均不耐热，易
? 燃甚至易熔。 ∴ 服用纤维有一定缺点。
?2)杂链大分子：
? 大分子主链除碳原子以外，还有其它原子
如氮、氧等，它们都以共价键相联结，即
主链是由两种以上的原子所构成的。
? 例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶 —— 强度较
大，服用性能较好。
? 3)梯形和双螺旋形大分子：
? 此类纤维的主链不是一条单链，而是像一个
“梯子”和“双股螺旋”的结构。例：碳纤
维，石墨纤维有较高的强力、耐高温因为主
链是双链形式。
返回
? 1.定义：指大分子由化学键所固定的空间排
列形态。
? 这种几何形态是稳定的，只有化学键断裂，
构型才能改变，即使是单基的化学组成相同，
但由于结构单元的空间异构，大分子可以有
不同的构型，从而影响到大分子的排列形态，
最终影响到纤维性质。
第三节 纺织纤维的超分子结构（聚集态结构）
?一、大分子间作用力（次价键力）
? 纤维大分子间的作用力与大分子链间的相
对位置，链的形状、大分子排列的密度及链
的柔曲性等有关。这种作用力使纤维中的大
分子形成一种较稳定的相对位置，或较牢固
的结合，使纤维具有一定的物理机械性质。
?次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学
键 ；
?四种结合力的能量大小：真正化学键＞盐式
键＞氢键＞范德华力
?四种结合力的作用距离：真正化学键＜盐式
键＜氢键＜范德华力
?产生原因
名称 产生原因 特点
范
德
华
力
定
向
力
产生于极性分子间，是由它们的永久
偶极矩作用而产生的
作用能量 3～ 5千卡 /克分子；
与温度有关
诱
导
力
由相邻分子间的诱导电动势产生的，
产生于极性分子与非极性分子之间
1.5～ 3千卡 /克分子；与温
度有关
色
散
力
由相邻原子上的电子云旋转引起瞬时
的偶极矩而产生的。产生一切非极性
分子中。
0.2～ 2千卡 /克分子；与温
度无关
氢键
大分子侧基（或部分主链上）极性基
团之间的静电吸引力（如－ NH2，－
COOH，－ OH，－ CONH等）
能量 1.3～ 10.2千卡 /克分
子距离 2.3～ 3.2A；与温
度有关
盐式键
在部分大分子侧基上，某些成对基团
之间接近时，产生能级跃迁的原子转
移，从而基团间形成相互结合的化学
键。
是化学键中作用力较弱的
一种，能量 30～ 50千卡 /
克分子
化学键 少数纤维的大分子之间存在着桥式侧基。 能量 50～ 200千卡 /克分子
? 分子间力的大小取决于：
? 1.单基化学组成（原子团多少、极性集团
数目、极性强弱）
? 2.聚合度
? 3.分子间距离
? 二、聚集态结构
? 1、结晶
? （ 1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。
? 1）结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。
晶区特点：
? a.大分子链段排列规整；
? b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；
? c.相互间结合力强，互相接近的基团结合力饱和。
? 2) 结晶度：纤维内部解救区占整个纤维的百分率。
? 重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百
分率。
? 体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百
分率。
? 结晶度对纤维结构与性能的影响：
? 结晶度 ↑ →纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、
尺寸稳定性、密度 ↑；
? 纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、
化学活泼性 ↓。
? 结晶度 ↓ →纤维吸湿性 ↑；容易染色；拉伸强
度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性，弹
性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。
? （ 2）非晶态：纤维大分子无规律地乱排列
的状态。
? 1）非晶区：纤维大分子无规律地乱排列
的区域。
? 非晶区特点：
? a.大分子链段排列混乱，无规律；
? b.结构松散，有较多的缝隙、孔洞；
? c.相互间结合力小，互相接近的基团结合
力没饱和。
? 2、取向度
? （ 1）定义：指大分子或链段等各种不同结构单元
包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。
（ 2） 取向度与纤维性能间的关系,
? 取向度大 —— 大分子可能承受的轴向拉力也
大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽
较好，各向异性明显
? 结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取
向度高，取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，
一般说来，结晶度高，取向度也高。
第四节 纤维的形态结构
研究纤维形态结构的意义
影响纤维的形态的因素
? 1.形态结构与 纤维性质 密切相关
? 纤维性质 包括：抱合力、可纺性、摩
擦性能、粘合性、光泽、手感、保暖性、
吸湿性等。
? 形态结构是鉴别纤维的方法之一
纤维种类 纵向形态 横截面形态
棉 天然转曲 腰圆形、有中腔
苎麻 横节竖纹 腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹
亚麻 横节竖纹 多角形，中腔较小
黄麻 横节竖纹 多角形，中腔较大
大麻 横节竖纹 不规则圆形或多角形，内腔呈线形、椭圆形、扁平形
绵羊毛 鳞片大多呈环状或瓦状 近似圆形或椭圆形，有的有毛髓
山羊绒 鳞片大多呈环状，边缘光滑，间距较大，张角较小 多为较规则的圆形
兔毛 鳞片大多呈斜条状，有单列或多列毛髓 绒毛为非圆形，有一个中腔；粗毛为腰圆形，有多个中腔
桑蚕丝 平滑 不规则三角形
柞蚕丝 平滑 扁平的不规则三角形，内部有毛细孔
粘胶纤维 多根沟槽 锯齿形、有皮芯结构
醋酯纤维 1～ 2根沟槽 梅花形
腈纶 平滑或 1～ 2根沟槽 圆形或哑玲形
涤、锦、丙 平滑 圆形
? 1.天然纤维的形态由品种决定
? 2.化学纤维的形态由喷丝孔形状、纺丝方
法决定
纺丝方法 截面形状 截面结构 表面形态和孔洞
熔体纺丝 圆形、异
形
皮芯层不
明显
表面光滑、孔洞
少
湿法纺丝 非圆形 皮芯层显
著
表面有沟槽、孔
洞多且大
