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第一章 概论 1

第一节 纤维应用物理学的发展 1

一、纤维物理学的发展历史 1

二、现代纤维技术的进步和纤维应用物理学的进展 2

第二节 纤维的结构和性能 4

一、单纤维结构 4

二、纤维集合体的结构和特征 8

三、超纤维集合体开发的现状与未来 13

第三节 单纤维和纤维集合体的次(维)概念 14

一、概述 14

二、纤维材料科学的次(维)分类 18

第四节 纤维材料的结构设计和控制 22

一、概述 22

二、超(维)纤维结构的形成 23

三、单纤维的设计和控制 28

四、纤维集合体的设计和控制 36

第五节 纤维应用物理学的研究内容和方向 40

一、纤维应用物理学的基本内容 40

二、根据纤维的系统科学技术开发综合功能性纤维材料 42

三、纤维成形新机理和超前沿纤维的开发 42

主要参考文献 43

第二章 纤维结构的表征 45

第一节 纤维的形态结构 45

一、天然纤维的组成及其特殊形态结构 46

(一)羊毛纤维的结构特征 47

(二)蚕丝的结构特征 58

(三)棉纤维的结构特征 63

(四)麻纤维的结构特征 67

二、纤维形态结构的基本特征 69

(一)纤维外部形态的基本特征 70

(二)纤维的截面形态结构 97

(三)纤维的表面形态结构 107

第二节 纤维大分子的聚集状态和纤维结构的发展过程 111

一、大分子的内聚能密度和对称性 111

(一)大分子的内聚能密度 111

(二)大分子的对称性 113

二、高分子熔体或浓溶液的等温结晶 116

(一)线性高分子在稀溶液中结晶 116

(二)球晶的生成、成长及其性质 118

(三)高分子熔体或浓溶液的等温结晶 120

(一)束状结晶和微纤构造 124

三、纤维的微晶结构 124

(二)纤维的结晶组织和结构模型 128

四、纤维的结晶结构和结晶热力学 134

(一)结晶分子链的构象及热力学影响因素 135

(二)高分子结晶单元中分子链填充构造的表征 136

(三)常见成纤高聚物的晶型和晶胞结构 138

第三节 纤维成形及其取向和结晶 144

一、纺丝成形及纤维结构的形成 144

二、高速纺丝的取向结晶 149

三、硬弹性纤维的结构特征 171

主要参考文献 181

第三章 熔体纺丝 184

第一节 熔体纺丝的一般特征和基本规律 184

一、高聚物熔体的流变性 188

第二节 高聚物熔体的基本特征 188

二、孔道中熔体的流动与挤出胀大 206

三、高聚物熔体的可纺性 212

第三节 纺丝线上各参数的变化 215

一、纺丝线上的直径变化和速度分布 215

二、纺丝线上的力平衡 220

三、纺丝线上的传热和温度分布 223

四、拉伸共振现象 228

五、非稳态纺丝 230

六、熔体纺丝过程的计算机模拟 235

第四节 纤维结构性能与纺丝条件的关系 244

一、熔纺过程中纤维结构的形成与发展 244

二、高聚物原料特性对纤维结构性能的影响 254

三、纺丝工艺条件对纤维结构性能的影响 261

四、纤维横截面上的结构差异和不均匀性 267

第五节 熔体纺丝工艺的新进展 270

一、熔体直接纺丝 270

二、高速纺丝 271

三、双组分纺丝 278

四、熔喷纺丝 283

主要参考文献 287

第四章 溶液纺丝 291

第一节 纺丝溶液的制备 291

一、溶解过程的热力学 291

二、溶解过程的动力学 298

三、纺丝溶液的流变性 299

一、纺丝原液的固化成形及纺丝条件的影响 306

第二节 溶液纺丝的沿纺丝线解析 306

二、纺丝线上各参数的变化 311

(一)溶液纺丝的概要 311

(二)纺丝线上的受力分析 313

(三)纺丝线上的传热分析 318

第三节 纤维结构的形成和构造的发现 322

一、干法纺丝过程中的结构变化 322

二、湿法纺丝过程中的结构变化 329

三、纤维成形过程中的分子取向 338

四、拉伸和平衡、热处理过程中的分子取向 341

主要参考文献 344

第一节 拉伸和热定形过程的特征 346

一、拉伸过程研究的现状 346

第五章 拉伸和热定形 346

二、拉伸过程的作用和特征 347

三、热定形过程的作用和特征 348

第二节 拉伸过程的物理原理 349

一、拉伸流变学 349

(一)WLF 方程及其物理意义 349

(二)时间—温度参数变换原理 352

二、纤维拉伸变形过程的力学行为 355

三、用于研究拉伸过程的各种理论 365

四、分子网络理论基础 368

(一)弹性体形变的热力学 368

(二)弹性体形变的统计力学理论 372

(三)弹性体的模量及应力—应变的行为 375

五、网络理论的发展 376

(一)Mooney-Rivlin 方程 377

(二)滑动链理论的发展 379

第三节 拉伸过程中纤维结构的变化 387

一、概述 387

二、拉伸取向机理 388

(一)玻璃化转变温度对拉伸过程的重要影响 390

(二)拉伸倍数 392

三、拉伸过程中的纤维结构 394

四、水分在拉伸过程中的作用 396

五、PET 纤维的拉伸行为 398

(一)PET 纤维拉伸的一般特性及相关理论 398

(二)PET 纤维的拉伸实践 408

一、纤维尺寸和结构的稳定性 415

第四节 热定形过程的物理原理 415

二、热定形的力学弛豫及其分子理论 418

三、热定形与高聚物的多重转变 429

第五节 热定形过程中纤维结构的变化 433

主要参考文献 439

第六章 纤维的物理性质 443

第一节 纤维物理性质研究的意义和方法 443

第二节 纤维的力学性质 444

一、纤维的拉伸性质 444

(一)纤维的应力—应变试验 444

(二)纤维的拉伸弹性 449

(三)纤维的强度 458

二、纤维的弯曲性质 471

三、纤维的扭转性质 477

四、纤维的压缩性质 481

第三节 纤维的电学性质 485

一、电导性质 486

二、静电起电 493

(一)静电的产生 493

(二)摩擦起电机理 495

(三)纤维的静电积聚过程 497

(四)防静电作用 499

三、介电性质 501

(一)介电系数 501

(二)介电损耗 502

(三)影响纤维介电性质的因素 505

第四节 纤维的光学性质 507

一、纤维的折光指数与双折射 507

二、光的反射与全反射 512

三、光吸收与二向色性 515

第五节 纤维的热学性质 518

一、比热容 518

二、导热性 519

三、热对纤维的影响 521

第六节 纤维的声学性质 526

一、声波在纤维中的传播 527

二、纤维的声速 527

三、纤维的声吸收 531

四、纤维的声阻抗 534

五、超声显微术 535

主要参考文献 536

一、超高强度耐高温芳香族聚酰胺纤维 537

第一节 超高强度功能性纤维 537

第七章 高性能纤维 537

二、超高强度高密度聚乙烯纤维 548

第二节 聚苯并咪唑纤维和聚醚酯纤维 556

一、聚苯并咪唑(PBI)纤维 556

(一)概述 556

(二)聚苯并咪唑纤维的制造 556

(三)聚苯并咪唑纤维的性能 561

二、聚醚酯(PEET)纤维 565

(一)概述 565

(二)聚醚酯纤维的工业化 567

第三节 碳纤维及其复合强化材料 569

一、碳纤维 569

(一)碳纤维的种类和制备 570

(二)纤维素系列碳纤维 571

(三)聚丙烯腈系列碳纤维 572

(四)沥青系列碳纤维 574

二、碳纤维复合强化材料 577

(一)碳纤维及其复合材料的用途 577

(二)碳纤维的尖端复合材料的两种主要类型 578

第四节 特殊和环境功能的高性能纤维 579

一、无机系耐热纤维材料 579

二、超导纤维 581

三、光纤维 583

四、无定形酚树脂纤维 586

五、聚四氟乙烯(PTFE)纤维 587

六、导电纤维开发的现状与未来 587

主要参考文献 592

(一)人们对合成纤维性能的新要求 594

一、新合纤的诞生 594

第八章 新合纤和生体高分子纤维 594

第一节 新合纤的现状和动向 594

(二)合成纤维新产品开发的动向 595

(三)新合纤的诞生 598

(四)新合纤的技术特征 600

二、微细纤维的制造及其应用 604

(一)合成纤维的微细化 604

(二)超细纤维及其纺丝技术 608

(三)超细纤维的应用 615

三、新合纤的染色加工 618

(一)精练工程 618

(二)碱减量加工工程 619

(一)开纤超细化工程 621

四、复合超细纤维的染整加工 621

(三)染色工程 621

(二)染色工程 622

第二节 生体和仿生高分子纤维 624

一、模仿生体组织形态的纤维材料 624

二、医疗用纤维材料 629

(一)生体缝合线 629

(二)人工血管 632

(三)人工肾脏和人工肝脏 636

(四)人工心脏和肺脏 638

(五)人工皮肤 639

三、生命技术与天然纤维 639

主要参考文献 648