紡織材料的熱光電性能ppt課件

1、1l 熱學(xué)性質(zhì): 紡織材料在不同溫度下表現(xiàn)出的性質(zhì),稱為熱學(xué)性質(zhì)。2l 比熱 -質(zhì)量為1克的紡織材料,溫度變化1所吸收或放出的熱量,稱為紡織材料的比熱。單位(J/g)。 材料的比熱主要反映材料溫度變化的難易程度。3常見干燥紡織纖維的比熱表常見干燥紡織纖維的比熱表(單位：?jiǎn)挝唬篔/g) 水的比熱水的比熱=4.18 J/g 比常見纖維大比常見纖維大23倍倍干燥空氣的比熱干燥空氣的比熱=1.01 J/g 與干燥纖維接近與干燥纖維接近40w01CCWWCC 由于水的比熱遠(yuǎn)高于一般材料，因此材料吸濕后，比熱容數(shù)值會(huì)明顯上升。 因此,計(jì)算材料比熱時(shí)一定要考慮回潮問題。5羊毛纖維比熱與回潮率和溫度的關(guān)系羊毛

2、纖維比熱與回潮率和溫度的關(guān)系 0.511.522.53010203040回潮率(%)比熱(J/g) 80 40 20 06熱傳遞示意圖熱傳遞示意圖 QdT1T2 (T2 T1)S導(dǎo)熱主要通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。單纖維的熱傳遞性是極困難的，一般采用纖維集合體的方式。7導(dǎo)熱系數(shù) -指當(dāng)材料厚度為1m，表面之間的溫差為1 時(shí)，1秒內(nèi)通過1m2材料傳導(dǎo)的熱量焦數(shù)。用表示。ATtDQ其中：Q傳導(dǎo)的熱量（J） D材料的厚度（m） t溫差（ ） T傳導(dǎo)熱量的時(shí)間（s） A材料的面積（m2）8常見紡織纖維的導(dǎo)熱系數(shù)常見紡織纖維的導(dǎo)熱系數(shù) 可以看出：水 干纖維 空氣由于纖維集合體含有空隙和水分，

3、它的導(dǎo)熱除了纖維自身的導(dǎo)熱率外，還與纖維集合體含水的多少和空隙的大小、數(shù)量有關(guān)，即：W 空隙越大、越多（含靜止空氣越多）， 越保暖。9纖維層體積重量和導(dǎo)熱系數(shù)間的關(guān)系纖維層體積重量和導(dǎo)熱系數(shù)間的關(guān)系 00.050.10.150.20.25體積重量()導(dǎo)熱系數(shù)兩端壓差大兩端無(wú)壓差靜止空氣可以看出：=0.03-0.06g/cm3時(shí), 最小.保暖性最好.10l 絕熱率：(%)100010QQQT其中: Q0熱體不包覆試樣時(shí)單位時(shí)間的散熱量（J） Q1熱體包覆試樣時(shí)單位時(shí)間的散熱量（J）11l 當(dāng)纖維結(jié)晶度較低時(shí)，其性質(zhì)接近于非晶態(tài)高聚物所特有的力學(xué)三態(tài)及其轉(zhuǎn)變特征。l 這力學(xué)三態(tài)為：玻璃態(tài) 高彈態(tài)

4、粘流態(tài) 12非晶態(tài)材料的熱機(jī)械曲線非晶態(tài)材料的熱機(jī)械曲線13玻璃態(tài)：l 外力作用時(shí)，纖維一般只發(fā)生鍵長(zhǎng)、鍵角的運(yùn)動(dòng)；l 鏈段及大分子的運(yùn)動(dòng)均被凍結(jié)；l 具有一般固體的普彈性能。 14高彈態(tài)：l 具有高彈性能，在外力作用下，可以發(fā)生鏈段的運(yùn)動(dòng)，但整個(gè)大分子不發(fā)生位移；l 外力作用下所產(chǎn)生的較大變形，在外力去除后經(jīng)過一段時(shí)間可以恢復(fù)。 15粘流態(tài)：l 在外力作用下，通過鏈段的協(xié)同作用，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)大分子的位移，此時(shí)的高聚物沒有固定的形狀，屬粘性液體，稍一受力即可變形，因此具有可塑性。 16l 熱轉(zhuǎn)變點(diǎn)：-纖維性質(zhì)發(fā)生顯著變化時(shí)的溫度，稱為熱轉(zhuǎn)變點(diǎn)。171、玻璃化溫度(二級(jí)轉(zhuǎn)變點(diǎn))Tg-指從玻璃態(tài)向

5、高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。（也是高聚物鏈段開始運(yùn)動(dòng)的溫度。）特點(diǎn)：（1）當(dāng)溫度升高到玻璃化溫度時(shí)，纖維除變形發(fā)生很大變化外，其他許多性質(zhì)如：初始模量、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、折射率等都會(huì)發(fā)生突然變化。（2）玻璃化溫度與纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。（3）玻璃化溫度是紡織纖維的一個(gè)重要的熱轉(zhuǎn)變點(diǎn)。182、粘流溫度（一級(jí)轉(zhuǎn)變點(diǎn)）Tf-指從高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。（也是高聚物熔融后發(fā)生粘性流動(dòng)的溫度。）3、軟化溫度-指在一定的應(yīng)力條件下，高聚物達(dá)到一定變形時(shí)的溫度。(一般軟化溫度比熔點(diǎn)低2040）4、熔點(diǎn)Tm-指晶體完全消失的溫度，即結(jié)晶熔化的溫度。5、分解點(diǎn)-纖維發(fā)生化學(xué)分解時(shí)的溫度。19常見紡織纖維的熱學(xué)性能常見紡

6、織纖維的熱學(xué)性能 20l 熱收縮-纖維因受熱而產(chǎn)生的收縮，稱為熱收縮。21 主要由于錦綸具有一定的吸濕性，水分子的進(jìn)入也會(huì)減弱大分子之間的結(jié)合力，表現(xiàn)為濕熱收縮大于干熱收縮。而滌綸的吸濕能力很小，因此它所表現(xiàn)出來(lái)的熱收縮率主要與溫度有關(guān)，在溫度最高的熱空氣(190)中收縮率最大，而在溫度最低的沸水(100)中收縮率最小。22l 熱定型-將紡織材料加工到一定溫度以上（Tg以上），纖維內(nèi)大分子間的結(jié)合力減弱，分子鏈段開始自由運(yùn)動(dòng)，纖維的變形能力增大，這時(shí)，加以外力使它保持一定形狀，就會(huì)使大分子間原來(lái)的結(jié)合點(diǎn)拆開，而在新的位置上重建并達(dá)到平衡，冷卻并除去外力，這個(gè)形狀就能保持下來(lái)，只要以后不超過這一

7、處理溫度，形狀基本不會(huì)發(fā)生變化，這一性質(zhì)稱為熱塑性，這一處理稱為熱定型。23幾種纖維織物的常用熱定形溫度幾種纖維織物的常用熱定形溫度 24PBO（聚苯丙噁唑）高強(qiáng)高模纖維25l 熱裂解-指在熱的作用下，高分子主鏈的斷裂，導(dǎo)致分子量下降，使材料的機(jī)械性能惡化。l 熱交聯(lián)-指在熱的作用下，大分子間生成化學(xué)鍵，引起分子量的增加。26l 耐熱性-紡織材料在高溫作用下保持自己的物理機(jī)械性能的能力，稱為材料的耐熱性。測(cè)定耐熱性的方法：（1）測(cè)定將纖維短時(shí)間高溫作用回到常溫后，強(qiáng)度基本能夠恢復(fù)時(shí)的溫度。（2）測(cè)定纖維隨溫度升高其強(qiáng)度下降的程度。27相比較而言：l 無(wú)機(jī)纖維（玻纖）耐熱性最好。l 滌綸、腈綸等

8、合纖耐熱性要好于天然纖維。l 纖維素纖維的耐熱性較好，蛋白質(zhì)纖維較差。當(dāng)然羊毛纖維的耐熱性尚可，當(dāng)加熱到100110時(shí)才開始變黃，強(qiáng)度下降，但沒有蠶絲在此溫度下纖維強(qiáng)度變化明顯。l 普通合成纖維的綜合比較，滌綸的耐熱性最好，錦綸相對(duì)較差，維綸的耐熱性差，乙綸、氯綸容易熔融，耐熱性差。28l 熱穩(wěn)定性-材料對(duì)熱裂解的穩(wěn)定性。l 耐高溫性-受熱溫度超過500時(shí)，材料的熱穩(wěn)定性。29纖維在熱作用下會(huì)發(fā)生熱降解，而引起分子量的下降和組成的變化，尤其是有氧條件下會(huì)發(fā)生氧化降解。由于熱降解會(huì)使纖維分子變?yōu)榈头肿游飺]發(fā)，或碳化而質(zhì)量(重量)減少，圖中所示超高分子量聚乙烯纖維的熱降解失重曲線(TG)和TG的微

9、分曲線DTG?？諝猸h(huán)境(有氧)的熱降解起始溫度T1先于失重，高于氮?dú)猸h(huán)境的熱降解。T1 30人身傷亡火災(zāi)的著火源分析世界各國(guó)（歐、美、日）對(duì)紡織品的燃燒性能極為重視，對(duì)紡織品的燃燒性能進(jìn)行了大量研究，并制定了許多相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)條例。31 1、點(diǎn)燃溫度的高低。 2、能否自燃。 3、火焰?zhèn)鞑サ乃俣取?4、火焰的最高溫度。 5、燃燒時(shí)產(chǎn)生煙氣的性質(zhì)。32將常見纖維分為四類： 易燃纖維易燃纖維 （易點(diǎn)燃，燃燒速度快） 例：棉、麻、粘膠、腈綸、丙綸等 可燃纖維可燃纖維 （可點(diǎn)燃及續(xù)燃，但燃燒速度慢） 例：羊毛、蠶絲、滌綸、錦綸、維倫 難燃纖維難燃纖維 （接觸火焰燃燒，離開火焰自熄） 例：氯綸、腈氯綸、

10、改性腈綸等 不燃纖維不燃纖維 （常態(tài)環(huán)境及火源作用后短時(shí)間不燃燒） 例：石棉、玻璃纖維、金屬纖維3334l 極限氧指數(shù)（L O I）-指材料點(diǎn)然后在氧-氮大氣中維持燃燒所需的最低的含氧體積百分?jǐn)?shù)。 100N222的體積的體積的體積OOLOI注意：注意：從理論上講，紡織材料的從理論上講，紡織材料的LOI 21%，在空氣中就有自滅能力。，在空氣中就有自滅能力。但實(shí)際上，紡織材料的但實(shí)際上，紡織材料的LOI 27%時(shí)，才能達(dá)到自滅作用。時(shí)，才能達(dá)到自滅作用。3536 特點(diǎn)： 滌滌/ /棉混紡織物比純棉織物更易燃燒棉混紡織物比純棉織物更易燃燒。 滌綸混紡比（%） 100 90 80 70 60 50

11、40 30 20 10 0 極限氧指數(shù)（%） 20.6 19.2 18.8 18.6 18.4 18.4 18.4 18.4 18.6 18.8 20.1 37原因：（1）棉的熱分解溫度較低，在350就開始熱分解。棉的點(diǎn)燃溫度較低（400 ），所以，當(dāng)滌棉制品燃燒時(shí)，棉纖維會(huì)發(fā)生炭化。（2）滌綸是一種熱塑性纖維，熔點(diǎn)為260左右，受熱后會(huì)收縮熔融。（3）滌棉混紡織物受熱時(shí)，受熱熔融的滌綸組份會(huì)覆蓋在棉纖維表面，而棉纖維及其裂解生成的炭會(huì)形成骨架，不僅阻礙了發(fā)生熔融的滌綸熔滴脫離火源，而且，阻止織物收縮，致使熔融的滌綸成為著火區(qū)的一種燃料，使織物燃燒更加劇烈。38纖維和紡織品的阻燃方法主要分為兩

12、大類： 阻燃整理阻燃整理 和和 制造難燃纖維制造難燃纖維1、阻燃整理 利用吸附沉積、非極性范德華力結(jié)合或粘合等作用，使阻燃劑固著在紗線或織物上，從而獲得阻燃效果。2、難燃纖維的制造包括：原絲阻燃改性 制造高性能阻燃合纖 兩種途徑39其中,（1）原絲阻燃改性 在化纖制造過程中，在紡絲過程中加入阻燃劑，通過共聚或共混的方法使纖維具有阻燃性。 （2）生產(chǎn)高性能阻燃合纖 諾梅克斯（Nomax）、庫(kù)諾爾（Kynol）、杜勒特（Dunette）40l 熔孔性-一般滌、錦等合纖織物在穿用過程中，當(dāng)接觸到煙灰的火星、電焊火花、砂輪火花等熱體時(shí)，可能會(huì)在織物上形成孔洞，紡織材料的這種性質(zhì)稱為熔孔性。l 抗熔孔性

13、-織物抵抗熔孔現(xiàn)象的性能，稱為抗熔孔性。4142l 合成纖維易發(fā)生熔孔性的原因： 合成纖維熔融需要的熱量較少，導(dǎo)熱系數(shù)較大。反之，天然纖維分解需要的熱量大，回潮率好，比熱大，因而，天然纖維的抗熔孔性明顯優(yōu)于合成纖維。l 改善纖維抗熔孔性的途徑：（1）與天然纖維混紡；（2）對(duì)織物進(jìn)行抗熔孔整理。43l 纖維的光學(xué)性質(zhì)-指纖維對(duì)光的反射、折射和投射性質(zhì)及光澤特征，以及纖維對(duì)光的吸收激發(fā)發(fā)光、降解和耐光作用。 纖維的光學(xué)性質(zhì)直接影響著纖維及其制品的外觀特征、使用性能及耐用性。并且，纖維的光學(xué)性質(zhì)也是研究纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的途徑之一。l 纖維的光學(xué)性質(zhì)主要包括： 色澤、雙折射、耐光性和光致發(fā)光等。44l 顏

14、色： 是由光和人的視網(wǎng)膜上的感色細(xì)胞共同形成的。 一般反射光的光譜決定了物體的顏色。天然纖維：其顏色一方面取決于它的品種，另一方面與它生 長(zhǎng)過程中外界的因素有關(guān)。化學(xué)纖維：其顏色與所使用的原料及工藝有關(guān)。45 當(dāng)光線照在纖維上時(shí)，依纖維及纖維集合體表面結(jié)構(gòu)的不同，反射形式不同：l 鏡面反射l 漫反射l 峰值漫反射 纖維的光澤比較復(fù)雜，它既取決于反射光的情況，又取決于透射光。 46影響纖維光澤的因素：l 纖維表面的光滑程度。l 纖維橫截面的形狀。l 纖維的層狀結(jié)構(gòu)。4748l 雙折射現(xiàn)象-一般的透明或半透明物體受傾斜方向的一條入射光照射時(shí)，在物體表面分成一條反射光和一條折射光，其反射角、折射角分

15、別遵從反射定律和折射定律。但一般纖維受入射光照射時(shí)，進(jìn)入纖維內(nèi)的折射光卻有方向不同的兩條，這一般纖維受入射光照射時(shí)，進(jìn)入纖維內(nèi)的折射光卻有方向不同的兩條，這一現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。一現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。49l 當(dāng)光線以非光軸方向入射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生兩條折射線，其中，l 一條的振動(dòng)面與光軸垂直(稱為垂直偏振光) ，與其他一般物體的折射光性質(zhì)相似，即遵從折射定律，折射率與入射角無(wú)關(guān)，這條折射光叫做尋常光線或快光，簡(jiǎn)稱O光，折射率一般以n1表示。l 另一條折射光的振動(dòng)面與光軸平行(稱為平行偏振光) ，它不遵從折射定律，折射率隨入射角的大小而改變，折射率一般以n2表示，這一條折射光叫做非常光線或慢光，簡(jiǎn)稱e

16、光。l 兩條折射光都是偏振光，它們的振動(dòng)面互相垂直。l 一般纖維的n2n1，纖維的雙折射能力以雙折射差度或雙折射率表示，其定義為n2-n1。5051雙折射的原因:l 纖維的雙折射是由于它內(nèi)部大分于的各向異性造成的。(1)當(dāng)纖維內(nèi)所有大分子與纖維軸向平行排列時(shí)，雙折射率最大；(2)當(dāng)纖維內(nèi)分于排列完全紊亂時(shí)，雙折射率為0。52影響纖維雙折射的因素：l 取向度l 側(cè)基的大小和多少l 外部條件：溫度、入射光的角度等53雙折射在紡織上的應(yīng)用：l 化纖廠通過測(cè)定纖維的雙折射來(lái)推算化纖的取向度，以選擇適當(dāng)?shù)臓可毂稊?shù)。l 測(cè)定棉纖維的成熟度l 預(yù)測(cè)纖維的強(qiáng)力和模量54l 倍克線法原理: 一般當(dāng)纖維浸沒在液體

17、中時(shí),用顯微鏡觀察，若纖維與液體的折射率不同，則在纖維與液體的界面上會(huì)出現(xiàn)一條亮線-倍克線。當(dāng)提升顯微鏡的物鏡時(shí)，亮線移向折射率大的介質(zhì)，反之，降低顯微鏡的物鏡時(shí)，亮線移向折射率小的介質(zhì)。若纖維與液體折射率相同，光線在界面上不產(chǎn)生折射，倍克線消失。 所以，只要分別求出n2和n1，即可求出雙折射率。55l 光程差法原理： 當(dāng)光線從非光軸方向入射纖維后，產(chǎn)生o光和e光，并且o光速度快于e光，這樣兩束光線通過纖維就會(huì)產(chǎn)生光程差，并且光程差=d(n2-n1)，其中d為纖維厚度。 所以，只要測(cè)出纖維厚度與光程差，即可知雙折射率。（光程差的測(cè)量方法：a)根據(jù)纖維的干涉色，確定光程差。 b)利用石英楔子補(bǔ)償

18、器測(cè)量光程差。）56l 光老化現(xiàn)象-紡織材料在日光較長(zhǎng)時(shí)間的照射下，纖維將緩慢地被空氣中的氧所氧化分解，產(chǎn)生強(qiáng)度下降、斷裂伸長(zhǎng)率變小、彈性變差、顏色發(fā)黃或變淡等現(xiàn)象，使其耐用性降低，這就是光老化現(xiàn)象。57l 光敏性-材料對(duì)一定波長(zhǎng)的紫外線選擇吸收的性質(zhì)，稱為光敏性。5859纖維耐光性排序：l 天然纖維：羊毛（亞麻）棉（粘膠）蠶絲l 合成纖維：腈綸滌綸丙綸（氯綸）錦綸60影響纖維耐光性的因素：l 回潮率l 含雜l 染色加工l 纖維中加入適當(dāng)?shù)臒晒馕镔|(zhì)61l 光致發(fā)光-紡織纖維在受到紫外光照射時(shí)，材料分子受到激發(fā)，會(huì)輻射出一定光譜的光，從而產(chǎn)生不同的熒光顏色，這種現(xiàn)象稱為光致發(fā)光。6263其中，C

19、是以某種材料為介質(zhì)時(shí)平板電容器的電容量 C0是以真空為介質(zhì)時(shí)平板電容器的電容量0CC介電系數(shù)是用來(lái)衡量材料介電現(xiàn)象強(qiáng)弱的物理量；介電現(xiàn)象則是指絕緣材料在外電場(chǎng)作用下，材料內(nèi)部分子形成電極化的現(xiàn)象。64l 介電損耗-介質(zhì)在高頻電場(chǎng)作用下引起發(fā)熱而消耗的能量稱為介質(zhì)損耗。65其中：P為電場(chǎng)消耗的功率。 f為電場(chǎng)的頻率。 E為電場(chǎng)強(qiáng)度。 為介質(zhì)的介電系數(shù)。 tg為介質(zhì)損耗角正切。介質(zhì)在單位時(shí)間、單位體積內(nèi)析出的熱能：12210556. 0tgEfP66l 和tg稱為損耗因素。對(duì)于水： =2080， tg=0.151.2對(duì)于纖維： =25， tg=0.0010.05 顯然，對(duì)于吸濕后的纖維材料，在高頻

20、電場(chǎng)中，絕大部分能量將被水分子吸收，結(jié)果水分很快被蒸發(fā)。67 紡織材料吸濕性的測(cè)量方法紡織材料吸濕性的測(cè)量方法:一、直接測(cè)量法一、直接測(cè)量法 3. 高頻加熱干燥法原理：將紡織材料放在高頻電場(chǎng)中，使纖維內(nèi)部水分子極化，極化分子隨高頻變電場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)變而不斷調(diào)向，產(chǎn)生摩擦，發(fā)熱而干燥。 優(yōu)點(diǎn)：速度快、烘干量大且均勻，可避免速度快、烘干量大且均勻，可避免“外熱內(nèi)晾外熱內(nèi)晾”的的現(xiàn)象。現(xiàn)象。 缺點(diǎn)：含水分過多會(huì)發(fā)生纖維爆裂現(xiàn)象含水分過多會(huì)發(fā)生纖維爆裂現(xiàn)象，設(shè)備較貴。68 主要是由于高頻介質(zhì)加熱和微波加熱的熱能，是由被加熱的材料本身被加熱的材料本身析出析出的，能量以電能的形式傳遞給材料，在材料中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，材料本身形成熱源?所以，在材料內(nèi)外，熱能是同時(shí)產(chǎn)生的，材料的干燥過程是內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行的，而不會(huì)造成表面過熱現(xiàn)象。但是材料含水較多時(shí)，由于水會(huì)迅速汽化膨脹，致使材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)被曝漲破壞。69l 表面比電阻-指電流通過物體1cm寬，1cm長(zhǎng)表面時(shí)的電阻，稱為