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紡織材料學(xué)教學(xué)課件下載 樣章 ppt第六章紡織材料的熱學(xué) 電學(xué) 光學(xué)性質(zhì) 第一節(jié)熱學(xué)性質(zhì) 比熱定義 質(zhì)量為1g紡織材料溫度變化1 所吸收 放出 的熱量單位 J g 一 紡織纖維的導(dǎo)熱與保溫1 指標 1 導(dǎo)熱系數(shù) 定義 材料厚度為1m 兩表面之間溫差為1 每小時通過1m2材料所傳導(dǎo)的熱量 單位 Kcal m h W m 常見纖維的導(dǎo)熱系數(shù) 在室溫20 時測得 2 絕熱率TT Q1 Q2 Q1 100 式中 Q1 包覆試樣前保持熱體恒溫所需熱量 Q2 包覆試樣后保持熱體恒溫所需熱量 3 克羅值 CLO 在室溫21攝氏度 相對濕度小于50 氣流為10cm s 無風(fēng) 的條件下 一個人靜坐不動 能保持舒適狀態(tài) 此時所穿衣服的熱阻為1克羅值 CLO越大 則隔熱保暖性越好 2 影響纖維導(dǎo)熱性能的因素分子量的大小在同一溫度下 分子量越高 溫度與回潮率的影響T 因為隨溫度增加 分子的振動頻率加大 使熱量能籍此得到更好的傳遞 水分越多 越大 保暖性越差 在同樣溫濕度條件下 吸濕能力比較好的纖維 導(dǎo)熱性比較好 3 纖維集合體的體積重量保暖與否主要取決于纖維層中夾持的靜止空氣數(shù)量 纖維層中夾持的空氣越多 則纖維層的絕熱性越好 一旦夾持的空氣流動 保暖性將大大降低 纖維層的體積重量在0 03 0 06g cm3 最小 保暖性最好 4 增強服裝保暖性的途徑盡可能多的儲存靜止空氣 中空纖維 多衣穿著 不透水 降低W 選用 低的纖維 加入陶瓷粉末等材料 若對某一纖維施加一恒定外力 觀察其在等速升溫過程中發(fā)生的形變與溫度的關(guān)系 便得到該纖維的溫度 形變曲線 或稱熱機械曲線 纖維典型的熱機械曲線如下圖 存在兩個斜率突變區(qū) 這兩個突變區(qū)把熱機械曲線分為三個區(qū)域 分別對應(yīng)于三種不同的力學(xué)狀態(tài) 二 纖維的熱機械性能 在區(qū)域I 溫度低 纖維在外力作用下的形變小 具有虎克彈性行為 形變在瞬間完成 當(dāng)外力除去后 形變又立即恢復(fù) 表現(xiàn)為質(zhì)硬而脆 這種力學(xué)狀態(tài)與無機玻璃相似 稱為玻璃態(tài) 隨著溫度的升高 形變逐漸增大 當(dāng)溫度升高到某一程度時 形變發(fā)生突變 進入?yún)^(qū)域II 這時即使在較小的外力作用下 也能迅速產(chǎn)生很大的形變 并且當(dāng)外力除去后 形變又可逐漸恢復(fù) 這種受力能產(chǎn)生很大的形變 除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性 相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)稱高彈態(tài) 當(dāng)溫度升到足夠高時 聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w 其形變不可逆 這種力學(xué)狀稱為粘流態(tài) 粘流態(tài) 玻璃態(tài) 高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學(xué)三態(tài) 纖維的熱機械性能曲線的特點 1 四個溫度a 玻璃化溫度Tg定義 非晶態(tài)高聚物大分子鏈段開始運動的最低溫度或由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度 b 粘流溫度Tf定義 非晶態(tài)高聚物大分子鏈相互滑動的溫度 或由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度 c 熔點溫度Tm定義 高聚物結(jié)晶全部熔化時的溫度 或晶態(tài)高聚物大分子鏈相互滑動的溫度 高聚物的Tm 低分子的Tm d 分解點溫度Td定義 高聚物大分子主鏈產(chǎn)生斷裂的溫度 2 兩個轉(zhuǎn)變區(qū) 玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū) 粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū) 3 三種力學(xué)狀態(tài) 玻璃態(tài) 分子鏈段運動被凍結(jié) 顯現(xiàn)脆性高彈態(tài) 分子鏈段運動加劇 出現(xiàn)高彈變形粘流態(tài) 大分子開始變形 幾種紡織纖維的熱轉(zhuǎn)變點 Tg的影響因素 1 聚合物的結(jié)構(gòu)Tg是鏈段運動剛被凍結(jié)的溫度 而鏈段運動是通過主鏈單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn) 因此Tg與高分子鏈的柔順性相關(guān) 柔順性好 Tg低 柔順性差 Tg高 a 主鏈結(jié)構(gòu) 主鏈由飽和單鍵所組成的聚合物 如 C C C N C O Si O 等 柔順性較好 一般Tg不高主鏈中引入孤立雙鍵 可提高分子鏈的柔順性 使Tg降低主鏈中引入共軛雙鍵 芳環(huán)或芳雜環(huán) 可提高分子鏈的剛性 Tg升高 側(cè)基的極性越強 數(shù)目越多 Tg越高 如 剛性側(cè)基的體積越大 分子鏈的柔順性越差 Tg越高 如 b 側(cè)基或側(cè)鏈 柔性側(cè)鏈越長 分子鏈柔順性越好 Tg越低 如 如果是對稱雙取代 可提高分子鏈柔順性 Tg下降 如 當(dāng)分子量較低時 MW Tg 當(dāng)分子量足夠大時 Tg與分子量無關(guān) c 分子量 d 化學(xué)交聯(lián) 交聯(lián)度 分子鏈運動受約束的程度 分子鏈柔順性 Tg 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程 與過程相關(guān) 因此升溫或冷卻速度 外力的大小及其作用時間的長短對Tg都有影響 測定Tg時升溫或降溫速度慢 Tg偏低 外力作用速度快 Tg高 單向外力可促使鏈段運動 使Tg降低 外力愈大 Tg降低愈明顯 2 外界條件 三 纖維的耐熱性與熱穩(wěn)定性一般規(guī)律是 T 斷裂強力 斷裂伸長率 初始模量 纖維變得柔軟 1 定義 耐熱性 纖維耐短時間高溫的性能 熱穩(wěn)定性 纖維耐長時間高溫的性能 2 常用纖維耐熱性 天然纖維 棉 麻 蠶絲 羊毛人造纖維 粘膠 棉合成纖維 滌綸 腈綸 錦綸 維綸碳纖維 玻璃纖維相當(dāng)好 四 纖維的熱膨脹與熱收縮1 熱膨脹一部分纖維在加熱的情況下有輕微的膨脹現(xiàn)象 原因是纖維分子受熱后發(fā)生較強的熱振動而獲得了更多的空間所致 幾種纖維的熱膨脹系數(shù) 2 熱收縮 1 定義 合成纖維受熱后發(fā)生不可逆的收縮現(xiàn)象稱之為熱收縮 2 指標 熱收縮率 加熱后纖維縮短的長度占原來長度的百分率 根據(jù)介質(zhì)不同有 a 沸水收縮率 一般指將纖維放在100 C的沸水中處理30min 晾干后的收所縮率 b 熱空氣收縮率 一般指用180 190 C 210 C熱空氣為介質(zhì)處理一定時間 如15min 后的收縮率 c 飽和蒸汽收縮率 一般指用125 130 C飽和蒸汽為介質(zhì)處理一定時間 如3min 后的收縮率 3 產(chǎn)生原因 紡絲成形過程中 受到較大的抽伸作用 纖維殘留一定的內(nèi)應(yīng)力 4 影響因素 溫度 T 熱收縮率 介質(zhì) 水 空氣 蒸汽原來的熱處理條件 5 利弊利用不同的纖維收縮率 混紡可改善紗線結(jié)構(gòu) 長絲或合纖紗熱收縮率不同 產(chǎn)生易吊經(jīng) 吊緯 裙子皺 使用時也要注意熱收縮問題 五 纖維的熱塑性和熱定型1 基本概念熱塑性 將合成纖維或制品加熱到Tg以上溫度 并加一定外力強迫其變形 然后冷卻并去除外力 這種變形就可固定下來 以后遇到T Tg時 則纖維或制品的形狀就不會有大的變化 這種特性稱之為熱塑性 熱定型 就是利用合纖的熱塑性 將織物在一定張力下加熱處理 使之固定于新的狀態(tài)的工藝過程 如 蒸紗 熨燙 2 熱定型的機理最初結(jié)構(gòu)的松散 新結(jié)構(gòu)的重建 新結(jié)構(gòu)的固化 3 熱定型的方法干熱定型 熱風(fēng)處理 金屬表面接觸加熱 濕熱定型 濕法定型 汽蒸定型 過熱蒸汽定型 4 影響合纖織物熱定型效果的因素 1 溫度 最主要因素 溫度愈高 定型效果愈顯著 但T不能太高 否則會使織物手感粗糙 甚至引起纖維損傷 2 時間溫度高 定型時間可短些 溫度低 定型時間可長些 定型時間必須保證熱在織物中的均勻擴散及分子鏈段的重建 3 張力高張力定型適用于單絲襪子 弱張力定型用于多數(shù)的針織物和機織物 無張力定型在一般織物中用得較少 4 冷卻速度一般要求較快冷卻 可使新結(jié)構(gòu)快速固定 可獲得較好手感的織物 5 定型介質(zhì) 六 纖維的燃燒性能1 指標 1 可燃性指標 表示纖維容不容易燃燒 點燃溫度 發(fā)火點點燃溫度或發(fā)火點越低 纖維越容易燃燒 2 耐燃性指標 表示纖維經(jīng)不經(jīng)得起燃燒 極限氧指數(shù)LOI LimitOxygenIndex 定義 纖維點燃后 在氧 氮大氣里維持燃燒所需要的最低含氧量體積百分數(shù) 2 阻燃機理阻燃 指降低材料在火焰中的可燃性 減慢火焰蔓延速度 當(dāng)火焰移去后能很快自熄 3 提高纖維制品難燃性的途徑 1 制造難燃纖維在紡絲原液中加入防火劑或用合成的難燃聚合物紡絲 2 阻燃整理阻燃劑處理 3 通過與難燃纖維混紡 以提高纖維的難燃性 可燃性和阻燃性易燃纖維 纖維素纖維 腈綸可燃纖維 羊毛 蠶絲 錦綸 滌綸 維綸難燃纖維 氯綸不燃纖維 玻璃纖維 碳纖維等 七 纖維的熔孔性1 定義 當(dāng)纖維及其制品上為熱體所濺時被熔成孔洞的性能 抗熔性 抵抗熔孔現(xiàn)象的性能 2 合成纖維易產(chǎn)生熔孔現(xiàn)象的原因滌綸 錦綸熔融所需的熱量較少 滌綸 錦綸的導(dǎo)熱系數(shù)比棉 粘 羊毛大 3 改善織物抗熔性的方法 合纖與天然纖維混紡 制造包芯紗 芯用錦綸 滌綸 外層用棉 第二節(jié)光學(xué)性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì) 纖維在光照射下表現(xiàn)出來的性質(zhì) 主要包括色澤 雙折射 耐光性 光學(xué)性質(zhì)與紡織品的外觀質(zhì)量關(guān)系密切 光學(xué)性質(zhì)是研究纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種途徑 一 纖維的色澤1 纖維的顏色纖維的顏色取決于纖維對不同波長色光的吸收和反射能力 天然纖維的顏色取決于 品種 即天然色素 生長過程中的外界因素 合成纖維的顏色取決于 原料 是否含有雜質(zhì) 紡絲工藝 如溫度 加熱 時間等 各種顏色的波長與波長范圍 nm 光與纖維的作用 2 纖維的光澤纖維的光澤取決于 光線在纖維表面的反射情況 反射量的大小 反射光量的分布 1 纖維光澤的形成 纖維的光澤實際上是 正反射光 表面散射反射光和來自內(nèi)部的散射反射光的共同貢獻 透射光決定纖維的透明程度 評價光澤應(yīng)同時考慮兩個方面 反射光量的大小和反射光量的分布規(guī)律反射光量很大 分布不均勻 極光 反射光量很大 分布較均勻 肥光 2 影響纖維光澤的因素 a 縱面形態(tài)b 截面形狀c 層狀結(jié)構(gòu) 光澤 光澤與觀察角度有關(guān)光澤與反射平面有關(guān)有均一反射平面的纖維 其光澤感強如蠶絲 截面為三角形 有很多的反射平面圓形化纖無反射平面 光澤較差光澤還與纖維表面的粗糙度有關(guān)天然纖維表面較粗糙 反光亮度較弱 光澤亦差棉纖維中成熟好光澤好 羊毛中粗的優(yōu)于細的 化纖表面光滑 反光亮度大 光澤強 二 纖維的雙折射1 定義平行偏振光沿非光軸方向投射到纖維上時 除了在界面上產(chǎn)生反射光外 進入纖維的光線被分解成兩條折射光 稱之為纖維的雙折射 其中一條 尋常光 簡稱o光 遵守折射定律 振動面 光軸 n 另一條 非尋常光 簡稱e光 不遵守折射定律 振動面 光軸 n 雙折射率 n n n 纖維的雙折射現(xiàn)象 傳播速度較慢的光 稱慢光 又稱e光 該方向的折射率較大傳播速度較快的光 稱快光 又稱o光 該方向的折射率較小雙折射率 n n n n 0為正晶體 n 0為負晶體 n 0為零晶體大多數(shù)纖維為正晶體 2 纖維雙折射率的測定方法及應(yīng)用測量 浸沒法 尋找貝克線 測得表層折射率 光程差法 D d n n 用石英楔子補償法測出 D和d 應(yīng)用 1 用于判明纖維分子的取向程度 n大 取向度大 2 用于判明管狀纖維的孔徑或棉纖維的成熟度 三 纖維的耐光性定義 紡織材料抵抗光照的能力 纖維經(jīng)長期光照 會發(fā)生不同程度的裂解 使大分子斷裂 分子量下降 強度下降 TiO2的存在會加速裂解 耐光性大致順序 腈綸 羊毛 麻 棉 粘膠 滌綸 錦綸 蠶絲氰基 CN 能吸收紫外光 有效的保護主鏈 羰基 CO 對光敏感 產(chǎn)生熱振動 易使大分子裂解 日光照射時間與纖維強度的損失 第三節(jié)纖維的電學(xué)性質(zhì) 纖維的電學(xué)性質(zhì)與紡織加工及使用有關(guān) 并可通過纖維的電學(xué)性質(zhì)間接測量纖維的其它性質(zhì) 如回潮率 紗線條干 主要包括纖維的介電性質(zhì) 導(dǎo)電性 靜電 1 纖維的導(dǎo)電性 導(dǎo)電的基本方式 自由電子的定向運動 如金屬 電離離子的定向運動 如電解溶液 纖維的導(dǎo)電機理纖維本身導(dǎo)電性很差 理論上為電絕緣體 纖維內(nèi)的水分 雜質(zhì)和其它低分子物質(zhì)的存在 會電離出一定的離子 形成離子導(dǎo)電 吸濕性好的纖維 導(dǎo)電高分子 一 纖維的介電性質(zhì)纖維的導(dǎo)電能力只有導(dǎo)體的10 10 10 14 是一種電絕緣材料 電介質(zhì) 1 纖維的介電常數(shù) 1 定義 在電場中 由于介質(zhì)極化而引起相反電場 將使電容器的電容變化 其變化的倍數(shù)稱為介電常數(shù) 它是材料的本體常數(shù) 其數(shù)值為 C材 C0C材 以某種纖維材料為介質(zhì)時 電容器的電容量 C0 以真空為介質(zhì)時 電容器的電容量 2 影響 大小的因素a 內(nèi)因電介質(zhì)的密度 密度愈大 極化率 纖維分子極化程度 纖維分子量 分子量 b 外因溫度 溫度增加 增加 頻率 先上升再下降 回潮率 回潮率增加 增加 二 纖維的導(dǎo)電性能1 纖維的比電阻 1 體積比電阻 v cm 定義 纖維通過長1cm 截面積為1cm2材料時的電阻值 2 表面比電阻 S 定義 電流通過長 寬都為1cm材料時的電阻值 3 質(zhì)量比電阻 m g cm2 定義 電流通過長1cm 質(zhì)量為1g材料時的電阻值 m易測 應(yīng)用較多 m v 2 影響纖維比電阻的因素 1 回潮率 回潮率增加 m降低 2 溫度 溫度增加 減少 導(dǎo)電性能增加 3 纖維上的附著物 油劑 棉蠟 油脂的存在 三 纖維的靜電1 靜電現(xiàn)象及產(chǎn)生原因纖維在加工中要受到各種機件的作用 由于纖維與機械以及纖維與纖維間的摩擦 必會聚集起許多電荷從而產(chǎn)生靜電 纖維為電的不良導(dǎo)體2 靜電的危害與應(yīng)用危害 粘接和分散 吸附飛花與塵埃 放電等 應(yīng)用 靜電植絨 靜電吸塵 粉末塑料的靜電噴涂等 3 衡量靜電的有關(guān)指標a 靜電量 單位面積 b 靜電壓 kv c 比電阻 d 半衰期 紡織材料上的靜電衰減到原始值一半時所需的時間 Q Q0e t 式中 Q 介質(zhì)內(nèi)部的瞬時t的電荷量 Q0 介質(zhì)內(nèi)部的原始電荷量 電荷衰減時間常數(shù) o 其中 o為空氣絕對介電常數(shù) 4 減少或防止靜電現(xiàn)象的方法機器接地提高空氣的相對濕度改善摩擦條件導(dǎo)電纖維的應(yīng)用靜電消除器 電離空氣 加抗靜電劑 纖維油劑 織物防靜電整理 1 1 名詞解釋 導(dǎo)熱系數(shù)絕熱率玻璃化溫度粘