纺织材料的热学、光278学和电学性质.ppt

第二章 纺织材料的热学、光学和电学性质 第一节 热学性质与温度相关联的物理性质，称为热学性质一、比热容与热焓 （一）比热容1 概念：质量为1g的纺织材料，温度升高（或 降低）1℃所吸收（或放出）的热量单位， J/g·℃比热值的大小，直接反映了材料温度变化的 难易程度 2材料比热值（ J/g·℃）材料比热值（ J/g·℃）材料比热值 （J/g·℃）棉1.21～1.34粘胶纤维1.26～1.36静止空气1.01羊毛1.36锦纶61.84芳香聚酰胺 纤维1.21桑蚕丝1.38～1.39锦纶662.05醋酯纤维1.46亚麻1.34涤纶1.34玻璃纤维0.67大麻1.35腈纶1.51石棉1.05黄麻1.36丙纶(50℃)1.80水4.18常见干纺织材料的比热（测定温度20℃）锦纶比热大，其不易随温度变化，夏天穿着锦纶服装， 有明显的“冷感”32 影响比热容的因素： （1）环境温度：温度提高，C增大 （2）环境相对湿度：随回潮率增加而增大 （3）纤维中孔洞和纤维间缝隙:随孔隙率 增加而下降4（二）热焓表示物质系统能量状态的参数H=U+PV U-系统的内能 P-压强 V-体积 比热容：温度升高1℃时单位质量物质热焓的增 量。

5二、导热导热性用导热系数λ来表示1. 导热系数λ材料厚度为1m，两表面之间温差为1℃，1秒钟内 通过1m2材料所传导的热量焦耳数法定单位：W/m·℃ QdT1T2 (T2 T1)Sλ热 传 递 示 意 图λ值越小，导热性越 差，它的绝热性或保暖 性越好6常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得） 纤维种类λ(W·m/m2·℃ )纤维种类λ(W·m/m2·℃)棉0.071-0.073涤纶0.084羊毛0.052-0.055腈纶0.051蚕丝0.050-0.055丙纶0.221-0.302粘纤0.055-0.071氯纶0.042醋纤0.050★静止空气0.026锦纶0.244-0.337 ★纯水0.697静止空气的λ值最小，它的绝热性或保暖性最好72．影响保暖性的因素⑴ 导热系数越小，保暖性越好⑵ 纺材吸湿后，保暖性下降吸湿微分热：纤维在给定回潮率下吸着1g水放 出的热量吸湿积分热：1g干燥纤维从某一回潮率吸湿达 到完全润湿，所放出的总热量⑶ 静止空气层的厚度越大，保暖性越好8图8-1 纤维层体积重量和导热系数间的关系 93.增强服装保暖性的途径 （1）尽可能多的储存静止空气；（中空纤维、 多穿衣服、不透水） （2）降低W； （3）选用λ低的纤维； （4）加入陶瓷粉末等材料。

104.绝热率T表示纺织材料的绝热性指标式中：Q0-热体不包覆试样时单位时间的散热量（J）；Q1-热体包覆试样后时单位时间的散热量（J）；T值越大保暖性越好11二、热对纺织材料的影响纺织材料受热时，内部结构和性质会发生变 化根据受热时的变化现象，纺织纤维可分两 类热塑性纤维：在较高温度时会发生软化、熔 融的纤维，如涤纶、锦纶、醋酸纤维等非热塑性纤维：在较高温度时不出现熔融而 直接发生分解、炭化的纤维，如棉、羊毛、蚕 丝等12（一）两种转变和三种力学状态热塑性纤维在不同的温度下，其伸长变形和弹 性模量随温度变化的曲线－－热机械曲线热 塑 纤 维 的 热 机 械 曲 线两个转变区：玻璃化转变 区、粘弹态转变区三种力学状态：玻璃态、 高弹态、粘流态131、三种力学状态（1）玻璃态宏观力学特征：模量高，变形能力较差，强 度高，纤维坚硬，类似玻璃，显得脆内部结构特点：大分子的热运动能较低，整 个大分子处于“冻结”状态，运动单元只是 一些小的链节、侧基、支链绝大多数纤维在常温下都处于玻璃态14（2）高弹态宏观力学特征：变形能力较大，强度较小内部结构特点：具有比较大的运动单元――链 段，大分子可通过链段的运动使其伸展或卷缩 ，但没有分子链的滑移。

3）粘流态宏观力学特征：发生不可逆变形，纤维呈现粘 性流动内部结构特点：整个大分子链具有较高的运动 能，有较强的滑动能力152、两个转变区 （1）玻璃化转变区对温度十分敏感，物理性质，如比热、模量等 均发生突变玻璃化温度Tg：玻璃态向高弹态转变的温度（ 二级转变温度），实际是个温度范围 （2）粘弹转变区 对温度十分敏感，纤维呈现流动性，模量迅速 下降，形变增加粘流温度Tf ：高弹态向粘流态转变的温度（一 级转变 温度），也是一个范围 163. 熔点晶体发生熔化时的温度4.软化温度低于熔点20-30 ℃的温度 5.分解点高聚物发生分解时的温度17（二）耐热性与热稳定性l耐热性：纺织材料高温作用后，保持其物理机械性能的 性质用不同温度作用一定时间后力学性能的保持率 ，或材料随温度升高而强度降低的程度来表示l热稳定性：指材料对热裂解的稳定性，或热作用下的结构 形态和组成的稳定性用一定温度下，强度随时间而降低的程度表示 18l常用纤维的耐热性： Ø天然纤维：纤维素纤维比蛋白质纤维好 Ø合成纤维：涤纶>腈纶>锦纶>维纶； Ø碳纤维、玻璃纤维相当好l常用纤维的热稳定性：Ø天然纤维：蚕丝、棉较差；Ø化纤：粘胶、锦纶、腈纶较差；耐热性好的纤维，热稳定性并不一定 好。

锦纶、腈纶的耐热性较好，但热稳定性 差；涤纶的耐热性与热稳定性均较好19（三）合成纤维的热收缩和热定形1、合成纤维的热收缩合纤受热后发生不可逆的尺寸收缩现象，称～ 1）原因合纤在纺丝成形过程中经受拉伸，在纤维中残 留有内应力，但受玻璃态的约束不能恢复当纤维 受热超过一定温度，分子间的约束减弱，由于内应 力的作用而产生收缩20（2）指标 热收缩率＝收缩量/原长×100％根据加热介质的不同有：沸水收缩率、热空气 收缩率、饱和蒸汽收缩率3）利弊弊：影响织物的服用性能利：获得特殊的外观效果，如膨体纱212、热定形 （1）基本概念 l热塑性：将合成纤维或制品加热到玻璃化温度 以上，并加一定外力强迫其变形，然后冷却并 去除外力，这种变形就可固定下来，只要以后 不超过这一处理温度，形状基本上不会发生变 化这种性质称之为热塑性 l热定形：利用合纤的热塑性，将织物在一定张 力下加热处理，使之固定于新的状态的工艺过 程22（2）热定形的机理 l 合成纤维（热塑性）：纤维处于高弹态，分子 链段移动，在新的位置重新建立新的结合，冷却 后新结构得以固化针对无定形区）l棉、麻：结晶度高，类似合成纤维的定形机制不 存在或太少，无法进行（类似合成纤维的），获得暂 时性定形。

l羊毛：湿热和力的作用打开二硫键，并在新的位 置重键，获得半永久性定形23（3）影响合纤织物热定形效果的因素 1）温度（最主要因素） 2）时间 ：低温时间长，高温时间短 3）张力 4）冷却速度：要迅速冷却，以使新的结合点很 快“冻结” 5）定形介质2425合成纤维与毛纤维热定形异同l相同：都是通过定形来达到使产品尺寸稳定 l不同： (1)合成纤维主要通过玻璃态的“冻结”来定形 ；毛纤维则是通过分子间化学联结键的“重 建”(如二硫键)定形 (2)合成纤维定形时可伴随有晶型的改变；而 毛纤维没有 (3)合成纤维的玻璃化温度明显；而毛纤维则 不明显且多变 (4)合成纤维可用干热来定形；毛纤维用干热 无法获得良好的定形效果261、极限氧指数LOI极限氧指数LOI (Limiting Oxygen Index)：将 材料点燃在氧、氮大气中，维持材料燃烧所需 要的最低含氧量的体积百分比LOI越大，材料越难燃四）纺织材料的燃烧性能27点燃温度： 火焰最高温度： 续燃时间： 阴燃时间： 损毁长度： 火焰蔓延速率： 火焰蔓延时间： 熔孔时间及熔滴：282、分类按燃烧性能不同分：易燃、可燃、难燃、不燃。

分类LOI(%)燃烧状态纤维品种不燃≥35常态环境及火源 作用后短时间不 燃烧多数金属纤维、碳纤维 、石棉、硼纤维、玻璃 纤维及PBO、PBI、PPS 纤维难燃26~34接触火焰燃烧， 离火自熄芳纶、氟纶、氯纶、改 性腈纶、改性涤纶、改 性丙纶等可燃20~26可点燃，能续燃 ，但燃烧速度慢涤纶、锦纶、维纶、羊 毛、蚕丝、醋酯纤维等易燃≤20易点燃，燃烧速 度快丙纶、腈纶、棉、麻、 粘胶纤维等燃烧性能的分类 293、提高纺织材料难燃性途径1) 进行阻燃整理2) 制造阻燃纤维：a）纺丝液中加入防火剂制 成阻燃纤维；b）用难燃的聚合物纺成阻燃纤 维，如诺麦克斯（Nomex）等30（五）熔孔性1、概念l 熔孔性：涤纶和锦纶等合成纤维织物，接触 到火星等热体时，在织物上形成孔洞的性能l 抗熔性：抵抗熔孔破坏的性能，称～ 2、影响熔孔性的因素 （1）热体的温度 （2）热体的作用时间、热体的热量 （3）纤维熔点、分解点、分解所需的热量、导 热系数、回潮率大小等313、测量方法 （1）落球法 （2）烫法：热体（金属棒、纸烟等）接触试样一 定时间，观察熔融状态 天然纤维和粘胶的抗熔性好，涤纶、锦纶等的 抗熔性差。

4、改善织物抗熔性的方法 （1）与天然纤维混纺 （2）制造包芯纱（锦纶、涤纶外包棉） （3）对织物进行抗熔、防熔整理32第二节 光学性质纺织纤维在光照射下表现出来的性质包括，Ø色泽（颜色和光泽）Ø折射与双折射Ø耐光性Ø光致发光331. 纤维的颜色纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸 收和反射能力天然纤维的颜色,取决于品种、生长过程中的 外界因素；化纤，与纺丝工艺有关颜色感觉标准波长波长范围红色700620-780橙色610595-620黄色580575-595绿色510480~575 蓝色470450~480紫色420380~450各种颜色的波长与波长范围（mm）一、色泽342.纤维的光泽光泽是纺织材料的重要外观性质光泽取决 于对可见光的反射情况当光线射到纺织材料 的表面时，在纤维和空气的界面上同时产生反 射和折射，光的一部分被反射，另一部分折射 光在纤维内部进行，当达到另一界面时，再产 生反射和折射35光泽是正反射光、表面散射反射光和来自内部 的散射反射光的共同贡献36光泽分五级：无光泽（如粗绒棉）、弱光泽（ 如细绒棉）、显著光泽（如丝光棉）、强光泽（ 精练过的蚕丝）、最强光泽（未消光的粘胶丝） 。

丝绸工艺中常用极光和肥光两种光泽感：Ø反射光量很大，分布不均匀—“极光”； Ø反射光量很大，分布较均匀—“肥光”373. 影响光泽的因素（1）纤维的纵向形态：表面光滑，粗细均匀，光 泽好，如丝光棉、没有卷曲的化纤长丝2）截面形态l圆形截面：透光能力强，观感明亮，易形成极光 ，纤维绕轴心转动光泽不变；l三角形截面：可发生全反射、有闪光效应入射 反射1反射3折射2折射1折射3反射238（3）纤维层状结构使纤维光泽强而不耀眼4）纤维彼此排列的平顺程度纱线表面的纤维沿纱轴向排列，粗细均匀， 毛羽少，光泽好 （5）化纤中加TiO2可消光TiO2改变光线的反射情况入射反射1234空气层1层2层3层…39二、折射与双折射双折射：光线投射到纤维上时，除了在界面 上产生反射光外，进入纤维的光线被分解成两条 折射光纺织纤维的这种光学性质，叫双折射Ø寻常光：遵守折射定律，快光(o)，振动面⊥光 轴,折射率n⊥ Ø非寻常光：不遵守折射定律，慢光(e)，振动面 ‖光轴,折射率n‖Ø双折射率：△n=n‖- n⊥ 40纤维双折射率的大小，与分子取向度和分子 本身的不对称程度有关分子与纤维轴平行 排列时双折射率大，大分子紊乱排列时双折 射等于零，故可利用双折射率来比较同种化 纤取向度的高低。

41三、纤维的耐光性1. 定义：纺织材料抵抗光照的能力纤维因光照发生裂解引起强度下降的现象 叫“老化”可进行“大气老化实验”或若排除风 吹雨淋等影响，则为耐光性试验 2．实验方法露天曝晒法和人工模拟法423.常用纤维耐光性纤维日晒时间（h）强力损失（%） 蚕丝20050 棉94050 羊毛112050 亚麻110050 粘胶90050 腈纶80010~25 锦纶200。