同样是纤维素纤维，莱赛尔、棉、粘胶的纤维强度为什么会有较大差异？其中莱赛尔最高，棉次之，粘胶最差。![]()
纤维断裂有两种机理，一种是纤维大分子链被拉断，一种是大分子链间滑移。一般纤维素纤维断裂都是由大分子间滑移和大分子断裂这两者的综合，只不过不同纤维断裂的主因主因各不相同。 比如粘胶，其结晶度较低，取向度不高，其断裂机理的主因就是分子链锻滑移，导致其有高的断裂伸长率，但同时也让其湿强变得比干强差很多，原因是水消弱或破坏原本存在于纤维素大分子间的氢键作用，导致其大分子间的相互作用力变弱，更容易产生滑移，因而断裂强度变差，断裂延伸度变长，这就是粘胶湿强比干强差的原因(粘胶的湿强是干强的50%左右）。 而棉的断裂主因正好相反，应力集中导致的大分子拉断是主因。棉聚合度、结晶度度较高，取向度也高，导致其分子间作用力较强，不易产生相对滑移，断裂延伸度就低。而且由于其超分子结构中存内在缺陷，会产生只有少数大分子被拉伸受力的情况，导致应力集中，少数大分子被拉断后，形成“各个击破（拉断）”效应，导致棉纤维的断裂强度不高。但如果用水浸润棉后，水令大分子间作用力变弱，滑移增加，反而缓解了这种应力集中，从而使得棉纤维的断裂强度升高，这就是棉湿强比干强好的原因（棉湿强是干强的110%左右）。而莱赛尔的湿强约是干强的85%，它的断裂原因是介于粘胶和棉之间，即它既有大分子链被拉断的因素，也有分子链间的滑移因素，两者的占比没有一个绝对主因。同样是纤维素纤维的莱赛尔、棉、粘胶纤维强度的差异原因是三者在超分子结构层面存在较大差异，即聚合度、取向度、结晶度三者存在较大差异。不管是结晶度、还是聚合度和取向度，其在一定范围内的增加都会对纤维素的强度产生正向影响，令纤维的强度升高。结晶度对纤维断裂强度的贡献是正向的， 根据计算（计算过程略），纤维的断裂是不可能发生晶区的，因为晶区断裂的理论计算值是远大于纤维断裂强度的实测值的，因此，分子链的断裂只能发生在非晶区大分子这个层面。结晶度的增加，令纤维不可拉断区域增加，当这种区域合理错落分布时，就会增加纤维的断裂强度。
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聚合度对纤维拉伸性能影响的机理是，大分子的聚合度低，则分子间作用力弱（未能提供足够的侧向氢键作用），容易产生相对滑移，导致纤维的断裂强度低而断裂延伸度高（比如粘胶）；反之，大分子的聚合度高，则分子间作用力强，不易产生滑移，所以纤维的断裂强度就较高但断裂延伸度低（比如麻）。纤维的强度随聚合度增大而增加，但当聚合度增加到一定值时，再继续增大时，纤维的强度就不再增加。因为，此时断裂强度已达到了足以使分子链断裂的程度，再增加聚合度对纤维的强度就不再有作用。如下图，尤其在低取向度的情况下（拉伸0），当聚合度高于600时，其聚合度-强力曲线就趋于平滑，意味着聚合度的提升对纤维强度的贡献趋小。
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取向度对纤维素纤维的增加非常明显，再生纤维素纤维的机械性能，主要取决于其取向度。取向度的增加，更多的纤维大分子均匀受力。会显著提高纤维强度，但同时降低了断裂延伸度。如下图，随着取向度升高，纤维的应力应变曲线越发陡峭，到最后变得像麻一样，成为一个高强低伸的纤维。
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当聚合度高到一定程度后，它对纤维强度的影响就会越来越小，这条曲线是越来越平缓。结晶度和纤维强度的关系一直成正比例曲线关系，取向度对纤维强度的影响是一条类指数曲线，随着取向度的增大，其越来越陡峭，即影响越来越大。
这也就能解释，为什么棉的聚合度和结晶度都比莱赛尔高，只是取向度不如莱赛尔高，它的纤维强度反而不如莱赛尔。原因就是因为取向度对纤维强度的影响是指数曲线，而聚合度高到一定程度，对纤维强度基本没有增量贡献。粘胶在聚合度、结晶度、取向度上的都是三种纤维中最小的，因此它的纤维强度最小。
这里需要再说下聚合度，我们通过马克方程，可以模拟出莱赛尔、棉、粘胶的纤维强度-聚合度的影响曲线，如下：![]()
可以看到，如前所述，当聚合度增加到一定值时，再继续增大时，纤维的强度就不再增加。因为，此时断裂强度已达到了足以使分子链断裂的程度，再增加聚合度对纤维的强度就不再有作用。但这里所讲的聚合度，实际是指整个分子链的实际长度，而在很多关于聚合度的表述中，实际是指聚合度的平均数。一个平均聚合度高但聚合度分布差异很大（即聚合度CV值大）的纤维，其纤维强度未必会很高，原因是里面高聚合度的分子链，已经越过了“纤维强度-聚合度”曲线的拐点，其再高对强度也没有增量贡献，而聚合度小的分子链，还处于“纤维强度-聚合度”曲线的陡峭区，其聚合度的小会直接令纤维强度变小，从让整体纤维强度不高。因此，我们在讲聚合度对纤维强度的影响时，不能只看其聚合度的平均值更要关注其CV值。另外，从“纤维强度-聚合度”曲线可以看到，莱赛尔的超分子结构是很“完美”的，它的纤维轴向的高度取向，使其大分子链的都在承受外界拉伸作用，从而令他在很小的聚合度下就有了很高的拉伸强度，也就是说，它的“聚合度利用率”很高。而棉纤维则相反，它不是那么完美，它需要较高聚合度才能越过强度拐点，并且相比莱赛尔，它还有很长一段的聚合度冗余区，即它的实际聚合度高到产生很多不能提升强度的过剩。
莱赛尔的“完美”和棉的“冗余”，“完美”未必一定都是完美，而“冗余”也未必真是完全多余。在染整过程中，纤维素的强度下降一般是由其聚合度下降引起，因此，有“冗余”的棉纤维相比“完美”的莱赛尔，在某些可能导致强度下降的染整场景下，其耐受性会更好一些。道理不难明白，棉的聚合度下降20%，依然在“纤维强度-聚合度”曲线的平坦区，对纤维强度基本没有影响，而莱赛尔的聚合度下降20%,就可能进入在“纤维强度-聚合度”曲线的陡峭区，对纤维强度产生非常大的影响。投稿邮箱
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