第三节 典型纤维的结构与特征
一、典型天然纤维的结构与特征
（1）分子构成及分子间结构
棉纤维和麻纤维的主要成分是纤维素，纤维素的分子式为（C6H10O5）n，化学结构式为：
棉纤维大分子的聚合度为6000～15000，分子量为（1～2.43）百万，其氧六环结构是刚性的，但氧六环之间甙键（氧桥）的夹角可转动变化，所以分子在无外力作用的非晶区中，可呈自由弯曲状态。棉纤维中约2/3为结晶部分，晶胞为单斜晶系，见图2-10。棉纤维大分子的取向度很高，主要是因次生层原纤排列的螺旋角在20°～30°的影响，故纤维强度较麻纤维低，而伸长较大。
图2-10 棉纤维原纤中（纤维素Ⅰ）的晶胞结构
（2）细胞形态与构成
棉纤维为单细胞纤维，细长、有天然转曲，转曲数一般为6～10个/mm；截面呈腰圆形带中腔，故为扁平管状，头端变尖、封闭，尾端稍细为开口状的纤维。图2-11（b）为棉纤维的结构模型，由外至内为：表皮层→初生层（P层）→次生层（S层：S1→S2→S3层）→中腔（有沉积物）。
（3）各层次结构
表皮层是初生层外的一层薄薄的外皮，由蜡质、脂肪、果胶等组成，具有润滑、防水作用。表皮呈细丝状皱纹，系纤维干燥收缩而成，一般与次生层的原纤方向一致，见图2-11（a）。皱纹深度和间距为0.2～0.5μm，长度可达10μm以上。
图2-11 棉纤维的表观和结构模型
初生层在表皮层内侧，是纤维的初生胞壁，由网状原纤组成。初生胞壁厚度仅为0.1～0.2μm，重量占纤维重量的2.5%～2.7%，为网状原纤结构，与纤维轴呈70°～90°倾角，梢部的倾角比基部大，形成对纤维整体形态的约束与保护，是纤维吸湿膨胀成圆形后，直径或周长不变的主机制。
次生层在初生层里，是由纤维素在初生胞壁内沉积而成的原组织，占纤维总质量的90%以上。次生层分为三个基本层，S1、S2、S3依次向内。S1为最外次生胞壁，厚度小于0.1μm，由原纤平行排列堆砌而成，与纤维轴呈20°～35°螺旋状排列，较为致密。次生层S2也由原纤平行螺旋状堆砌而成，厚1～4μm，系棉纤维主体，全为纤维素。S2层原纤与纤维轴的螺旋角为23°～25°，螺旋方向周期性地换向，在一根纤维中换向可达50次以上。次生胞壁S3层在胞壁的最里面，厚度小于0.1μm，其内表面是色素和重金属沉积处。
次生层有明显的“日轮”结构，一般有25～40层，每层厚0.1～0.4μm。S1、S2、S3层的螺旋角分别是中、小、大，其间螺旋方向一般是相反的。
棉纤维的天然转曲是由于次生层S2中的原纤螺旋排列和水分析出所致。转曲方向大多与原纤螺旋方向一致，但也有例外，系原纤换向频率远高于纤维转曲换向频率的缘故。棉纤维中原纤的螺旋角因品种而异，除去纤维天然转曲的影响后，细绒棉S2层大体都在20°～23°。
棉纤维的中腔又称胞腔，腔壁存在原生质残渣，为蛋白质、矿物盐、色素甚至重金属等。胞腔的复原截面积约为棉纤维截面积的1/10。
由于麻的种类很多，且粗细、长度和形态，甚至组成都不相同，见表1-1，虽有相关纤维结构的研究，但因各不相同且较专门化，故不作详述。关于麻纤维，包括韧皮、叶、茎秆纤维的形态特征在第九章纤维鉴别中给出；关于麻纤维的分子结构，因主体是纤维素分子，可参见前棉纤维一节。这里仅对麻纤维的聚集态结构和原纤及细胞堆砌微细结构作概述。
麻纤维是植物单细胞或细胞集合体，简称细胞体。作为单细胞纺纱应用的目前仅苎麻纤维，只因其细胞的长径比大于102。其他麻纤维均为细胞集合体的工艺纤维应用，即单纤维加胶质的复合结构体。虽连续相胶质的含量较少，占10%～16%的截面积，见图2-12（a），但与单细胞麻纤维的作用，因其构成复杂而变得复杂，尤其是细胞表层的木质素。黄麻单细胞的头端近90%为封闭尖端1、圆头端3和平端2，剩下的为分叉端4；有初生层、次生层和中腔，分别见图2-12（b）和（c）。
图2-12 黄麻纤维的结构
麻纤维的单细胞是由原纤的平行螺旋[黄麻、红麻、大麻，见图2-12（c）]或交叉网状（亚麻、苎麻，见图2-13）排列成初生层（P），P层厚约0.2μm；原纤以2°～6°的平行螺旋排列构成次生层（S）；且S层占纤维细胞的90%左右，为多层结构、层厚0.1～0.2μm；细胞间为细胞间质，如图2-13（a）。
麻纤维的聚集态结构通常是指结晶和取向结构，麻纤维的原纤属纤维素Ⅰ晶体，与棉纤维相同，即原纤中的大分子取向两者相同。但麻纤维次生层原纤排列的螺旋角明显低于棉纤维，故其模量和强度均高于棉。再加上麻纤维表层含木质素及胶质而偏硬，故纤维呈刚性而显挺爽，但有刺痒感。
图2-13 氢氧化铜铵液溶胀的亚麻纤维层状截面
动物毛发结构具有相似性，故以羊毛为例。
（1）羊毛纤维的组成和组织结构
羊毛纤维的基本组成是α-氨基酸，为α-螺旋构象大分子。α-氨基酸是哺乳动物组织的基本组成，为角蛋白或称角朊，富含于动物的皮、壳、爪、角、足、毛发中。毛发本身均为角蛋白，其大分子的构成及相互键接作用如图2-14所示，是多交联的结构，尤其是二硫键（-S-S-）。
羊毛纤维是多细胞结构体，有两类细胞：鳞片细胞和皮质细胞。每个鳞片是一单细胞，称为表皮细胞（cuticle cell）；皮质细胞（cortex cell）有正皮质（ortho-cortex）细胞和副皮质（para-cortex）细胞之分，为纺锤形；细胞间由细胞间质CMC（cell membrane complex）黏结而成羊毛的鳞片层和毛干（皮质层）。其他毛发纤维的皮质细胞还存在仲皮质（meso-cortex）细胞，甚至包括羊毛中也会少量存在。较粗的羊毛在皮质层中心还会有髓腔，称为髓质层（medulla）。羊毛的基本组织结构与形态，如图2-15所示。
图2-14 角蛋白大分子的构成及分子间作用
羊毛的髓质层是由彼此疏松联系的细胞和气泡组成，为多孔疏松结构。气泡内有空气，气泡壁由疏密不等的角质物组成，髓质层可以贯通整根羊毛，为枪毛；也有不连续的髓质层，为两型毛，而细羊毛中则几乎无髓质层。兔毛与羊毛不同，不论粗细都有发达的髓腔，且为多孔多节。羊毛髓腔的加大，使皮质层体积减小，导致羊毛变弱变脆。当髓质层占羊毛2/3以上时，称为死毛。同样，羊毛变得过细，鳞片层的比例增大，羊毛弱化，均无纺用价值。
（2）羊毛的鳞片
鳞片是羊毛外层角质化细胞，在成形后失去细胞核和原生质，而成死细胞组织的角质薄片。美利努（merino）羊毛表皮细胞的大小约为20μm×20μm，厚0.7μm，相互之间有20%～50%的重叠度。羊毛品种不同，其鳞片在羊毛纤维周围的排列形态及数量有明显差异，具有指纹性。一般每1mm长纤维，细羊毛有60～80个鳞片，粗羊毛有40～50个鳞片。
图2-15 羊毛纤维各层次结构综合示意图
鳞片由表及里为外表皮层→次表皮层（a, b层）→内表皮层。也有认为鳞片细胞最外层应有膜，但始终未能观察到，见图2-16。外表皮层在鳞片最外层，厚度为5～10nm，化学稳定性好，耐碱、耐强酸、耐氧化和还原物质。其组成是角质化了的蛋白质，含硫量高，组织致密，占纤维质量的2%左右。次表皮层是非结晶蛋白质的凝集物，分a层和b层。a层厚为50～100nm, b层厚100～200nm，两层的质量约为纤维总质量的5%。次表皮层中含有16%的胱氨酸，主要集中在a层。内表皮层主要是非角质化的蛋白质，另外还有构成细胞物质的微小细管和极少发现的细胞核残留遗物。内表皮层质量约占纤维总质量的5%；胱氨酸的含量较低，约为3%；厚度为300nm左右，不耐酸。
鳞片的作用可保护羊毛内层组织，抵抗外界机械、化学等的侵蚀。鳞片在生长过程中，前缘向着纤维顶端，形成突出台阶。因此与羊毛纤维发生不同方向的摩擦时，会产生摩擦的各向异性，即顺鳞片、逆鳞片，垂直纤维轴摩擦系数不同，并称顺、逆鳞片摩擦的差异性为差微摩擦效应。若有机械、湿热、化学等作用，则会产生羊毛集合体的毡化现象。
鳞片与纤维光泽也有关系，细羊毛鳞片多属环状，呈漫反射，光泽柔和；粗羊毛鳞片面积较大且光滑，因此光泽比细羊毛的明亮。
图2-16 羊毛鳞片表层膜结构示意图
（3）羊毛的皮质细胞
羊毛的皮质层由皮质细胞组成，是羊毛的主干，由20多种氨基酸组成，其中最为独特的是含量高达14%以上的胱氨酸，即在羊毛角朊大分子间形成二硫键的氨基酸。角朊大分子因二硫键而成交联网状结构，对羊毛的强度、弹性和模量均起决定性影响，也是羊毛可被热定形和具有高弹性的主机制。
羊毛的正皮质细胞原纤化结构明显、层次分明。基本堆砌方式是基原纤→微原纤→巨原纤→细胞，即由2～4根α氨基酸分子螺旋形成基原纤，直径1～3nm；再由7+x或9+x（或2）根（9～11根）基原纤组成微原纤，直径7～8nm，其中有约1nm的缝隙，详见图2-15，系7+2模型。巨原纤为微原纤环芯分布的集束体，堆砌紧密、含硫量低，为结构较完善的晶须，直径为100～300nm，长度为10～20μm。正皮质细胞径向尺寸2～4μm，并相互集聚呈单边分布，在整个羊毛的皮质中占多数比例，为55%～70%。
羊毛的副皮质或偏皮质细胞，也是原纤化的结构，但无明显的巨原纤结构，即由基原纤→微原纤+细胞核残留物→细胞。微原纤相互间的排列有规整的六角形堆砌，也有无规则或流动状堆砌；堆砌密度相对正皮质来说要松，含硫量要高。沿细胞轴向，微原纤的堆砌时而规整、时而无序地交替出现，且无序部分呈收缩状，故副皮质是较为典型的柔性结构。副皮质细胞的径向尺寸为2～5μm，亦是相互集聚，呈单边分布，占整个皮质细胞的30%～45%。
由于正、副皮质的结构差异，导致一刚一柔，一伸一缩，使羊毛的整体外观形态呈弯曲状。正皮质位于弯曲的外侧；副皮质位于弯曲的内侧。又因为这种双边分布在羊毛纤维的轴向发生螺旋，因此形成了羊毛特有的准二维卷曲，见图2-17。
图2-17 羊毛纤维的天然卷曲结构图
（4）细胞间质（CMC）
羊毛纤维中细胞间的结合是通过细胞间质完成的。其不仅存在于鳞片细胞间和皮质细胞间，而且存在于鳞片与皮质间。CMC是典型的三明治结构，即由二层低硫含量的β层、夹一层高硫含量的δ层构成，详见图2-18。β层对细胞的黏结极为有利；δ层的厚度对细胞变形的传递影响很大，而且δ层在鳞片间时较厚，在皮质细胞间时较薄。这是最为有效和记忆性的黏结结构或黏结剂。人类至今还无法在这样的微尺度[总厚28～30mm，β层为2×（6～7）nm，δ层为14～16nm]中完成具有复合结构层的黏结。复合结构层的主要成分是非角质化蛋白质。染料和其他助剂一般能通过该层进入羊毛的各细胞。
图2-18 羊毛纤维的细胞间质结构
（1）分子构成及结构
蚕丝属昆虫加工的纤维，无细胞结构。大分子也是α-氨基酸，称丝素、丝朊或丝蛋白质。蚕丝中丝素是由结晶区（β-角朊大分子有序平行排列）和非结晶区（β-折叠大分子低序排列）组成，故蚕丝的结晶度为40%～50%。丝素中晶区是原纤，为长度较长的晶须，这主要因为其大分子的相对分子质量较高（3.3万～8.4万）和侧基较短。丝朊大分子为伸直β-折叠链构象，几乎不含胱氨酸，即无二硫键，且侧基简单，故分子间主要是氢键作用，如图2-19所示。
图2-19 蚕丝分子结构及分子间作用
（2）微细结构及形态
蚕丝由丝素和丝胶构成，丝素为蚕丝纤维的主体，丝胶包裹丝素，如图2-20所示。丝胶有四层，其水溶性由外到内依次变小，而结晶度却依次变大，故外层丝胶在精练时最易去除。丝素由巨原纤→原纤→微原纤→基原纤四级结构构成。但通常分为两级，原纤和微原纤，原纤即指巨原纤，直径为25～30nm。而丝素中原纤又由直径约为10nm的微原纤集束构成，微原纤间有一定间隙。各层次结构见图2-20。
图2-20 蚕丝的各层次结构综合示意图
蚕丝的截面近似三角形，丝胶是蚕丝表面的胶状水溶性蛋白质，在热水中能够膨润溶解，约为蚕丝重量的25%。在制丝过程中要损失3%～4%，经缫丝所得的生丝上还剩的20%。它对皱缩和精练丝光有重要作用。
二、典型再生纤维素纤维的结构特征
黏胶纤维是由天然纤维素材料制成，所以其分子与棉一样，为葡萄糖剩基大分子。从制浆、过滤到黏胶液将变得极纯净，纤维素含量几乎达100%。所不同的是，分子量或聚合度的大小、纤维的聚集态结构和结构形态。
黏胶纤维通常包括普通黏胶（Rayon）、富强黏胶或Polynosic、强力黏胶、高湿模量黏胶或Modal和Lyocell等。其纤维素大分子的分子量已不像棉纤维在106以上，原液经化学反应后降到了104～105数量级，即聚合度在300～550。结晶度也仅为40%～50%，见表2-2的其间对比。
表2-2 再生纤维素纤维的结晶度与聚合度
黏胶纤维的结晶形式主要是折叠链片晶结构的纤维素Ⅱ（图2-21）。纤维的晶区及其排列也不像棉纤维原纤那样高序高取向排列，即分子有序度较低，见表2-3，故除强力黏胶丝外，纤维塑性增大、强度和模量降低、湿强更低。
表2-3 纤维素纤维的光学取向因子比较
图2-21 纤维素 Ⅱ的晶格结构及折叠链示意图
再生纤维素的聚集态结构与所用浆粕或浆液无关，即棉、麻、木、竹浆粕或海藻浆粕在变成黏胶液后，其结构只取决于纺丝方法与工艺。正如普通黏胶纤维为皮芯结构；富强纤维或Polynosic为全芯层结构；强力黏胶或黏胶帘子线为全皮层结构；高湿模量黏胶或Modal为厚皮层结构一样，都是纤维素不同再生工艺形成的特有结构，具体结构示意图见图2-22。
图2-22 几种再生纤维素纤维的截面形态
Lyocell纤维是可回收溶剂法制备的再生纤维素纤维，典型代表是英国考陶尔兹公司的Tencel®（弹塞纤维）。该纤维为原纤结构，结构紧密，由结晶的巨原纤和无序但有一定取向的纤维素大分子过渡区构成，见图2-23。
图2-23 热水中膨润的Lyocell纤维结构图
Lyocell纤维的聚合度、形态和聚集态结构不同于黏胶类纤维，见表2-2。因Lyocell原纤化结构，纤维使用中易产生原纤分离而成毛茸。
三、典型合成纤维的结构
（1）涤纶（PET）
涤纶或称聚酯纤维，其大分子链的化学结构式为：
单基由一个苯环、对称位于苯环两侧的两个酯基和加在酯基间的两个亚甲基（—CH2—CH2—）构成，是典型刚柔性兼备且以刚性为主的线型大分子。亚甲基链是柔性链，根据亚甲基个数，传统涤纶可称为聚酯2（涤纶）；聚酯3就是PTT（聚对苯二甲酸丙二酯）纤维，因3个亚甲基的之字排列，使其具有亚弹性，尤其是制成PTT/PET（即涤纶3/涤纶2）复合纤维；聚酯4即4个亚甲基链的PBT（聚对苯二甲酸丁二酯）纤维，因更长的柔性链使PBT具有更高的弹性回复性和结晶速率，故不仅可制成纤维，还是塑料王。涤纶的苯环为刚性段，其使分子的刚性增大，熔融熵减小，结晶速率减缓。因此，按传统熔体纺丝法得到的初生丝为非晶态，须经拉伸取向而诱导快速结晶，得到高取向和高结晶的涤纶。
涤纶大分子的内旋转可产生三种典型的构象，即顺式、旁式和反式，其中顺式构象的内旋转势能最高，旁式次之，反式最小。能成为晶体的长链分子必须是最小势能的反式（平面锯齿形）构象；无序区的为顺式构象，即：
涤纶的结晶属于三斜晶系，见图2-24。涤纶中分子存在折叠链和伸展链片晶，折叠链片晶的厚度一般在25～30nm；伸展链结晶厚度在100～200nm。涤纶为皮芯层结构，但其厚度远小于溶液法纺丝纤维，为0.1～0.3μm。通常皮层取向稍低、晶粒偏小，且多为折叠链片晶；芯层几乎占纤维的绝大部分，晶粒尺寸较大，无序区和空穴也较大，且多为伸展链片晶。当在牵伸力和热作用下，分子可高度取向形成伸展链原纤，使涤纶呈高强高模的力学特征。
（2）锦纶（PA）
锦纶或尼龙即聚酰胺纤维的大分子是由酰胺键（—CONH—）连接亚甲基链段的线性链，主要品种为锦纶6和锦纶66，化学结构式如下：
图2-24 涤纶的分子及晶格示意图
锦纶66：
锦纶6：
锦纶X或锦纶XY的单基通式分别为：
锦纶分子中亚甲基与酰胺基为单键结合，即—NH—CH2—和—CH2—CO—在不同的内旋转角下，构型变化，导致不同构型的结晶。
锦纶6有α、β、γ三种晶格形式，且在一定条件下可相互转换。其中α型晶格是这3种晶格中密度最高、结构最稳定的，熔点为215℃。α型晶体属单斜晶系，分子链完全伸展为平面锯齿形构象，且相邻分子链又反向平行排列，生成一一对应的氢键作用。
锦纶66的长链分子也以平面锯齿形构象形成晶格，在晶轴a、c轴构成的平面内，形成帘状氢键层（图2-25）。对应于α，β结晶变体，氢键层的构成有所不同：在α变体中，分子链完全伸展平行反向排列，氢键层相邻氢键的高度是一致的；在β变体中，相邻分子呈上下参差状排列。聚酰胺66的α，β结晶属三斜晶系。
图2-25 锦纶66的晶胞结构图
酰胺键是极性基团，能形成稳定的氢键作用，既可使分子间产生相互作用构成晶区，又可与水分子作用形成一定的吸湿性。亚甲基是疏水性的非极性基团，其个数越多，构象越多，分子柔性则越大。由此特点，锦纶极易通过分子链段运动和氢键作用，形成柔性、高弹和稳定的结构。
（3）腈纶（PAN）
腈纶即聚丙烯腈纤维，其主要重复单元化学式为：
腈纶的大分子结构独特，呈不规则周期的螺旋形构象链段，故无严格的结晶区，属准晶结构。其堆砌排列如图2-26所示，分子螺旋周期为3个链节，直径6′。强极性氰基—CN，使其以等角度转动120°，以形成最稳定的排列。这种规整螺旋棒构成的晶格为六角晶系或正交晶系[图2-26（b）]。由于氰基可左、右螺旋构型，分子的单基亦非完全的头尾衔接，加之第二、第三单体在聚丙烯腈大分子中的嵌入，故螺旋结构会有破坏，产生错位和周期间断，使晶体沿大分子轴向间断。实际腈纶结构中几乎很难寻找到与分子轴相垂直的层面，故定义腈纶聚集态结构为侧向有序、轴向无序的准晶结构。
图2-26 腈纶分子堆砌与单元晶格结构
纯聚丙烯腈聚合物能形成很好的结晶结构，分子侧向强作用的氰基可形成极稳定的结晶排列，导致纤维变脆，故通过加入第二单体，在分子主链上嵌入，使结构得以柔软化，分子轴向和分子间侧向的有序性均减弱，改善纤维的弹性和手感；加入第三单体以改善染色性。
尽管腈纶有一定的原纤结构，但微细结构的讨论以准晶单相结构为好。腈纶的表面有树皮状沟槽纹，内部多微孔，截面基本圆形或腰圆形，随湿法和干法纺丝工艺而异。
（4）丙纶（PP）
聚丙烯纤维（PP）为最轻的纤维，几乎不吸湿，但具有良好的芯吸能力，强度高，织物尺寸稳定，耐磨、弹性均不错，化学稳定性好。其化学单基式为：
根据甲基在链上的排列位置不同，有不同的立体构型，分为等规、间规和无规，见图2-27。等规和间规为有序排列，能形成结晶，尤其是等规形式。丙纶的空间构型是螺旋结构，三个甲基分别依次旋转120°，构成一完整的等分螺旋（图2-28）。这种螺旋大分子的平行有序堆砌构成结晶结构；若螺旋分子间的堆砌存在侧向错位将解序，则形成低密度的近晶型的准晶型结构，低密度丙纶具有较高的透明度。
图2-27 聚丙烯分子三种立构示意图
图2-28 丙纶分子的螺旋构型
等规聚丙烯结晶有α、β、γ、δ和拟六方变体五种，其中与丙纶加工最相关的是α、β和拟六方晶型。α为单斜晶系晶体，约138℃生成，结构致密，熔点180℃，密度0.936g/cm3。β属六方晶系，128℃以下发生结晶，结构稳定性稍差，在一定温度下可转变成α型。拟六方变体是准晶型碟状液晶，有利于在70℃以下冷拉形成完整晶体。在无拉伸或较小拉伸下，如丙纶薄膜制备，其结晶主要是球晶。
（5）维纶（PVA）
聚乙烯醇纤维（PVA）严格地说是聚乙烯醇缩甲醛纤维，简称维纶或维尼纶。其分子式为：
其中，极性基团羟基是维纶优良吸湿性的主机制；而缩醛化后产生的环是维纶耐水和稳定的部分。维纶长链分子上—OH在空间的排布有全同立构（等规）I—PVA，间同立构（间规）S—PVA和无规立构（无规）A—PVA。不同立构形式，对—OH形成氢键的难易程度不同。S—PVA最易形成氢键，所以该立构度的增加，其耐水性提高。
聚乙烯醇的晶胞属单斜晶系，晶胞含有两个单元链节，晶格参数为a=7.81Å，b=2.52Å，c=5.51Å，β=91°42′，如图2-29所示。常规维纶的结晶度约为30%。晶胞密度为1.345g/cm3，纤维的结晶度越高，耐水溶性越好。
维纶有皮芯结构，皮层取向高，芯层结晶度略高，结构较疏松，截面为腰圆形。
图2-29 维纶的晶胞结构示意图
（6）氯纶（PVC）
聚氯乙烯纤维简称氯纶和偏氯纶，其单一成分的氯纶较少，而与腈纶、维纶共混加工的腈氯纶、维氯纶较多。聚氯乙烯分子的立构规整性好、构型单一，能形成较高的结晶度（达90%）。若聚合度低或有支化，则分子立构规整性变差、构型混杂、结晶度低，常规氯纶为此结构。氯纶的晶格属正交晶系，每个晶胞含4个单元链节，晶胞参数为：a=10.6Å，b=5.4Å，c=5.1Å（纤维轴），结晶区密度为1.44g/cm3，非结晶区的密度为1.389～1.390g/cm3。
偏氯纶为1，1-聚二氯乙烯即碳C1位上下各一个氯
和1，1，2-聚三氯乙烯即C1位两个C1、C2位一个C1
。聚偏氯乙烯的化学性质活泼，易进行聚合、加成、氯化和分解反应，可制备偏氯乙烯—氯乙烯、偏氯乙烯—丙烯腈和偏氯乙烯—丙烯酸酯类共聚物，用于薄膜、纤维、涂料、黏结剂等。
（1）异形与多孔纤维
形态变化的差别化纤维主要是异形和多孔。以图2-30为例：（a）为单开孔，以增加表面积和内凹蓄水及快速导水，但受压后易于反渗；（b）为中空带微孔，若微孔与中空相通，则可以形成导水和扩散；（c）为变异三叶形，大凹反光性优良、接触面小、比表面积大，叶顶小沟槽利于导水和点状接触；（d）为表面多坑结构，可柔和光泽、增加表面积和蓄水点。这些形态特征也可以有效地改善纺织品的手感、光泽、抗起毛起球等。
图2-30 中空微孔纤维SEM照片
（2）复合与超细纤维
复合纤维的常见结构如图2-31所示，主要为双组分的，有双边或称并列型、皮芯或称环芯或芯鞘型、海岛基质或称海岛型等。也可以是多组分的，多组分复合的结构将变得复杂。
图2-31 多种复合纤维的截面结构示意
如对环芯多层结构的夹层中大量掺入炭黑，并在纤维主体中也掺入炭黑，可制成耐久性的抗静电、导电纤维。尽管纤维较粗，但结构精致，导电高效，如图2-32所示。
图2-32 复合纺丝法制成的炭黑夹层导电纤维
图2-33 典型超细纤维成形方法示意图
复合的原初目的是仿羊毛的卷曲，但延伸利用可制备超细纤维，如图2-33所示的超细纤维复合纺丝的加工方式。其采用海岛型复合丝溶解获得超细纤维；镶嵌型、辐射型和并列型均通过揉搓、扭转、弯曲等作用劈裂成超细纤维。
（3）弹性结构
弹性结构的获得主要是通过纤维的分子结构和聚集态结构获得。分子结构中最为主要的是分子链的柔性与构象；聚集态结构中最主要的高分子间的作用形式，不是人们通常关注的结晶与取向，而是交联方式。分子柔性与构象的自由度是变形链段（又称柔性链段或软链段）最主要的特征；交联的大小或是点或是域和交联的稳定性是刚性链段（又称固结链段或硬链段）的主要属性。弹性结构的示意图见图2-34。
图2-34 物理交联和化学交联弹性结构示意图
相对来说，化学交联点的弹性及稳定性都优于物理交联。而物理交联区的弹性与稳定性是一对矛盾，通常是放弃一定的弹性，以获得稳定的结构。弹性结构是弹性纤维（如Spandex, Lycra®等）的基础。尤其是氨纶（聚氨酯类纤维）嵌段共聚物，其大部分为软链段分子，提供弹性变形；少部分是硬链段分子，带有强极性基团，可形成稳定的固结段。软链段长15～30nm，分子量达2000～4000；硬链段长2.5～3.5mm，分子量为500～700，由此完成各自的功能。
弹性纤维也可以是高卷曲或螺旋（弹簧）状复合纤维，即双边分布结构的纤维。羊毛是最典型的双边分布结构天然弹性纤维，其也是复合纤维仿生的源。椰壳纤维中单细胞管纤维的螺旋晶带（图2-35）和第一章图1-3的铜、镍螺旋晶须亦是天然或自生长弹性（或称形状记忆）纤维。PTT/PET复合纤维亦是典型的弹性纤维。
图2-35 椰壳纤维的管纤维和螺旋晶带模型