超分子结构是指大于分子范围的结构，又称聚集态结构。大分子之间依靠分子结合力能形成多级的超分子结构。各种单基组成的各种聚合度的直线链状大分子，在纤维内一般具有相对稳定的三维的空间几何形状；几根直线链状大分子互相平行，按一定距离、一定位相、一定相对形状，比较稳定地结合在一起，成为结晶态的很细的大分子束，即直径约为1~3纳米的基原纤；若干根基原纤平行排列结合在一起成为较粗一点的、基本上属于结晶态的大分子束，即直径约为4~10纳米的微原纤；若干根微原纤基本平行地排列结合成更粗些的大分子束，即直径约为10~30纳米的原纤；由原纤基本平行地堆砌得更粗的大分子束，即直径约为0.1~1.5微米的巨原纤；再由巨原纤堆砌成整根纤维。由此可见，纺织纤维从大分子排列到堆砌组合成为纤维，期间有许多级的微观结构。 而且不同类型的纤维。各级微观结构并不完全相同，情况是极其复杂的。棉纤维的微观结构认为是由数十个纤维素大分子聚集形成横向尺寸约6纳米的微原纤；由微原纤聚集成横向尺寸约10~25纳米的原纤；再由原纤排列成日轮层；然后形成棉纤维。棉纤维中，微原纤内有1纳米左右的缝隙和孔洞，原纤间具有5~10纳米的缝隙和孔洞，次生胞壁中日轮层之间具有100纳米左右的缝隙和孔洞，因而棉纤维微观内部也是一种多孔性的结构。纤维素大分子之间是依靠范德华力和氢键而结合的。纤维素大分子的结构比较规整，大分子排列方向和纤维轴向有一定关系，一般把纤维内大分子链主轴与纤维轴平行的程度叫取向度，用各个大分子与纤维轴向平角的平均数来量度，在正常情况下，细绒棉的倾斜角为30°左右；长绒棉25°左右；粗绒棉35°左右。通常倾斜角度越小，取向度越高，纤维强度越高，断裂伸长率越低。纤维的力学性质、光学性质、溶胀性等都因取向而呈各向异性。 纤维中大分子的排列是比较复杂的。纤维内某些区域由于大分子的横向吸引使大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少、这称为结晶区。相反，另一些区域大分子排列比较紊乱，堆砌比较疏松，其中有较多的缝隙孔洞，密度较低，这称为非结晶区或无定形区。因此，在一根棉纤维中，同时存在着结晶区和无定形区。结晶部分占整根纤维的百分比称为结晶度。 用重量百分比表示的称为重量结晶度；用体积百分比表示的称为体积结晶度。棉纤维的结晶度约为70%，即棉纤维内大约有30%的无定形区。棉纤维内结晶结构的最小单元，即单元晶格(晶胞)是由五个平行排列的纤维素大分子在两个氧六环链节长的一段上组成，中间的一个大分子与棱边的四个大分子是倒向的。其晶胞属单斜晶系。不同种类的纤维素纤维其晶胞尺寸是不相同的。棉纤维和麻纤维单元晶格的尺寸为a=0.835纳米(8.35Å)，b=1.03纳米(10.3Å),c=0.795纳米(7.95Å)，β=84°，称为纤维素Ⅰ晶胞。粘胶纤维及丝光处理后的丝光棉纤维其单元晶格的尺寸为a=0.814纳米(8.14Å)，b=1.03纳米(10.3Å),c=0.914纳米(9.14Å)，β=62°，称为纤维素Ⅱ晶胞。 棉纤维取向度、结晶度的大小对纤维强度、伸长以及吸湿、染色等性能均有影响。 |
