醋酸纤维的结构与其影响因素

醋酸纤维属于纤维素衍生纤维，其分子链以纤维素分子为主体，但经乙酰化反应与水解反应后，纤维素的大部分羟基被乙酰基取代，分子链的空间结构发生改变。此外，分子链有所断裂，大分子聚合度下降，纤维结晶度和取向度亦明显降低。纺丝工艺对纤维的形态结构有着更为直观的影响。

（一）化学组成

醋酸纤维由纤维素部分羟基的乙酰化制得，分子式为[（C6H7O2）（OOCCH3）x（OH）3-x]n，其中x为取代度，n为聚合度。在二醋酸纤维分子中，x为2.28～2.49，n为200～300，大分子链基本结构是通过β-1，4-苷键将部分乙酰化的D-葡萄糖基连接成链状，乙酰化的葡萄糖单元的构象基本保持纤维素分子链的椅式构象，如图5-12所示。

图5-12　醋酸纤维的分子结构

图5-13　醋酸纤维的红外谱图

（二）形态结构

醋酸纤维的表面形态结构与制备方法及工艺条件密切相关。采用圆形喷丝孔制备的醋酸纤维纵横向形貌如图5-14（a）、（b）所示，发现纤维纵向表面光滑、但有明显的沟槽；截面呈苜蓿叶形，周边有少量锯齿状，无皮芯结构。

在烟用醋酸纤维丝束中，为了增大比表面积，增强对焦油的过滤吸附性能，纺丝用喷丝孔通常为三角形。纺丝过程中，随着丙酮溶剂的挥发，纤维截面收缩，表现为Y形，截面亦无皮芯结构，纤维纵向较光滑，如图5-14（c）、（d）所示。

图5-14　醋酸纤维的纵向和截面形态

（三）聚集态结构(www.xing528.com)

经过多步化学反应与纺丝工序后得到的醋酸纤维的聚集态结构发生改变，主要表现为低结晶和低取向。

采用X射线衍射（XRD）可测量醋酸纤维的结晶度。醋酸纤维XRD谱如图5-15所示，表现为基线不平缓，衍射峰的位置在2θ为9°～11°和17°～19°两处但都不尖锐，表明试样中晶相不完整，聚合物具有晶态和非晶态共存的“两相”结构；从结晶区到无定形区是逐步过渡的，无明显界限，经计算醋酸纤维结晶度约为22%。与纤维素相比，醋酸纤维的结晶度下降明显，主要是因为乙酰化破坏了纤维素大分子链的对称性和规整性，加之水解反应再次破坏了结晶区的完整性。纤维素经过乙酰化和水解后，其晶型也发生了改变，由纤维素Ⅰ转变成纤维素Ⅱ，其晶胞类型仍然属于单斜晶系。另外，醋酸纤维的结晶度还与纺丝工艺、后整理等有密切的关系。

醋酸纤维的取向度与纺丝工艺，特别是拉伸条件有很大关系。纤维的取向度有多种表征方法且表示不一。采用X射线衍射法测得醋酸纤维结晶区大分子的取向度ƒx约为0.60。取向因子与双折射率值成正比，采用光学折射法测得醋酸纤维平行轴向折射率ne为1.479，垂直轴向折射率nw为1.477，双折射率（ne-nw）仅为0.002。综合表明醋酸纤维的取向度偏低。

图5-15　醋酸纤维的射线衍射曲线