木棉纤维结构和性能及其集合体的浸润与浮力特征研究

论文题目: 木棉纤维结构和性能及其集合体的浸润与浮力特征研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 纺织材料与纺织品设计

作者: 肖红

导师: 于伟东,施楣梧

关键词: 木棉纤维,纤维集合体,微细结构,浸润,压缩,动态毛细法,芯吸,浮力

文献来源: 东华大学

发表年度: 2005

论文摘要: 对四川攀枝花地区生产的木棉纤维结构和性能作了研究,首次获得了自然状态下木棉纤维横截面和头端的清晰实物照片。结果表明木棉纤维具有壁薄、大中空、梢端封闭、根端在自然状态下紧闭的独特形态结构;0.03g/cm3的体积质量,10.8%的回潮率;较棉纤维低的结晶度和取向,较棉纤维疏松的胞壁结构;较棉纤维弱的碱液抵抗能力。 通过四氧化锇前染和铅铀片染,成功地制取了木棉纤维超薄切片,通过透射电镜观察获得了木棉纤维胞壁清晰可见的层状结构和明显的原纤结构,首次建立了木棉纤维的微细结构模型:木棉胞壁可分为致密的表皮层S、胞壁Ⅰ层W1、胞壁Ⅱ层W2、胞壁Ⅲ层W3和内皮层IS共五个基本的层次,在W1和W2层间、W2和W3层间分别存在过渡层L1和L2。各层聚集密度由大到小依次为S,W1,W3,W2和IS层,其中,表皮层最为致密,为纤维的保护层,厚度约40～70nm;过渡层（L1和L2）原纤排列最为疏松,导致层间原纤的结合力较层内原纤的结合力弱;内皮层较为疏松,厚度在40nm以下。 W1,W2,W3层具有精细的原纤结构,W1层原纤排列与棉纤维初生层相似,W3层内的原纤排列与棉纤维的次生层原纤排列类似;其原纤几何尺寸通常在基原纤和原纤的尺度内变化,同时也分布着不同尺寸的更大的原纤。其中,160～240nm厚的W1层中原纤呈网络状排列,宽度约10nm。W2和W3层厚度相当,约500nm,其内的原纤均平行致密、与纤维轴呈一定夹角排列;最小可见原纤宽度约3.2～5.0nm,其宽度尺度和棉纤维的基原纤相当;但两层内原纤长度和与纤维轴的夹角存在差异,根据勾股定律,W2层内的原纤长度大于132nm,和纤维轴的夹角约16.3°,而W3层内的原纤长度则大于153nm,和纤维轴的夹角约为36.6°。 实验发现NaOH对木棉纤维的可及性存在显著个体差异、对同一纤维胞壁各层的溶胀也存在显著差异,这与棉纤维的可及性显著不同。其中W2层和IS层是最易被溶胀的。内皮层结构疏松,原纤容易被分离出来,游离在中腔内。 在理论分析和实验验证基础上,建立了基于力分析的纤维浸润性能判定测试方法及其理论分析。通过分析纤维水平进入液体过程中,纤维和液体初始接触的力值变化和纤维完全进入液体时液面闭合时的力值变化,可以判定液体对纤维的浸润性能。所构建的

论文目录:

摘要

ABSTRACT

符号总表

目录

第1章 绪论

1.1 浮力材料的分类和历史沿革

1.1.1 分类与基本特征

1.1.2 历史沿革与现状

1.2 纤维集合体浮力材料的研究和应用

1.2.1 纤维集合体浮力材料的优点和基本性能要求

1.2.2 影响纤维集合体浮力材料性能的主要因素

1.2.3 研究应用现状和要解决的问题

1.3 木棉纤维及其集合体的研究与应用

1.3.1 木棉的植物学分类

1.3.2 木棉纤维的基本性状和用途

1.3.3 木棉纤维的研究现状

1.3.4 存在问题

1.4 纤维及其集合体的浸润性能

1.4.1 现有单纤维浸润性能测试方法

1.4.2 纤维集合体浸润性能的描述及其研究现状

1.4.3 存在问题

1.5 纤维集合体的压缩性能

1.5.1 压缩性能的一般描述及评价指标

1.5.2 压缩性能的研究现状

1.5.3 存在问题

1.6 本文的研究工作及意义

第2章 实验部分

2.1 实验材料及样品制备

2.1.1 实验材料

2.1.2 试样制备

2.2 木棉纤维结构及性能评价

2.2.1 实验设计及性能评价

2.2.2 木棉纤维超薄切片制取

2.3 纤维及其集合体浸润实验设计

2.3.1 基本理论与方法

2.3.2 基于力分析的单纤维浸润性能实验设计

2.3.3 纤维集合体浸润性能实验设计

2.4 木棉及其复合浮力材料实验设计

2.4.1 浮力行为评价指标及测试方法

2.4.2 木棉纤维集合体压缩性能实验设计

2.4.3 浮力材料压缩性能表征及测试方法

第3章 木棉纤维的结构和性能

3.1 基本性状参数

3.2 形态结构

3.2.1 纵向和截面形态

3.2.2 头端和尾端的形态

3.3 化学结构

3.3.1 主体化学结构

3.3.2 表面成分分析

3.4 聚集态结构的一般特征

3.4.1 结晶度

3.4.2 取向度

3.5 微细结构

3.5.1 正负染色的确认

3.5.2 超薄切片的全貌特征

3.5.3 胞壁层状结构

3.5.4 原纤排列

3.5.5 原纤尺寸

3.6 木棉纤维的溶胀

3.6.1 木棉纤维的个体溶胀差异

3.6.2 同一截面胞壁的溶胀差异

3.6.3 内壁原纤的易分离性

3.7 孔隙分布及比表面积

3.8 碱液处理下的木棉表面成分和浸润性能

3.8.1 不同处理条件下的浸润性能

3.8.2 碱液处理下的表面成分分析

3.9 其它性能

3.9.1 吸湿性能

3.9.2 热性能

3.10 小结

第4章 纤维及纤维集合体的浸润性能研究

4.1 基于力分析的纤维浸润性能表征及理论

4.1.1 典型的实验曲线

4.1.2 纤维和液体接触过程的理论分析

4.1.3 液面和纤维接触点的运动过程分析

4.1.4 浸润性能评价指标的定义和计算

4.1.5 长丝纱表观形状对浸润性能和力值的影响

4.2 基于力分析的单纤维浸润性能研究

4.2.1 单纤维细度对浸润因子和力值变化的影响

4.2.2 纤维表面性能对浸润性能和力值变化的影响

4.2.3 浸润液体对浸润性能和力值变化的影响

4.2.4 木棉单纤维的浸润性能

4.3 束纤维浸润性能

4.3.1 实验曲线分析及评价指标

4.3.2 集束密度对芯吸的影响

4.3.3 纤维细度对芯吸的影响

4.3.4 纤维截面形状对芯吸的影响

4.3.5 纤维类型对芯吸的影响

4.3.6 不同浸润液体的影响

4.3.7 基于浸润的接触角计算

4.3.8 形状因子的影响

4.4 负浸润纤维集合体浸润性能影响因素分析

4.5 小结

第5章 木棉纤维及其复合浮力材料的性能表征与成形

5.1 木棉纤维集合体的压缩性能

5.1.1 木棉纤维集合体在一定压强下的体积质量

5.1.2 初始体积质量对压缩性能的影响

5.1.3 木棉纤维集合体的蠕变性能

5.2 木棉纤维集合体的浮力行为

5.2.1 木棉纤维集合体作为浮力材料使用的适用体积质量

5.2.2 木棉纤维集合体在浸水不同时间后的质量增加率

5.2.3 不同使用和存储条件下木棉纤维的浮力行为

5.3 木棉复合浮力材料理论模型研究

5.3.1 单一纤维浮力材料理论模型研究

5.3.2 两种纤维复合浮力材料理论模型研究

5.4 木棉／三维卷曲中空涤纶混梳复合浮力材料的研究

5.4.1 纯木棉和纯三维卷曲中空涤纶纤维集合体的压缩性能比较分析

5.4.2 混梳复合浮力材料的压缩性能

5.4.3 混梳复合浮力材料的浮力性能

5.4.4 混梳复合浮力材料的特点

5.5 木棉／三维卷曲中空涤纶分层铺絮复合浮力材料的研究

5.5.1 分层铺絮复合浮力材料的压缩性能

5.5.2 分层铺絮复合浮力材料的浮力性能

5.5.3 铺层和混梳对压缩性能和浮力性能的影响比较分析

5.5.4 分层铺絮复合浮力材料的特点

5.6 木棉／粘结纤维复合浮力材料的研究

5.6.1 木棉／粘结纤维复合浮力材料的压缩性能

5.6.2 木棉／粘结纤维复合浮力材料的浮力性能

5.6.3 木棉／粘结纤维和木棉／涤纶混梳复合浮力材料的比较分析

5.6.4 木棉／粘结纤维复合浮力材料的优点

5.7 小结

第6章 结论

附录 1

参考文献

致谢

攻读博士期间发表或待发表论文

发布时间: 2006-05-19

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