第8章紡織材料的熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)

1、第8章 紡織材料的熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì) 纖維部分第1節(jié) 紡織材料的熱學(xué)性質(zhì) 1.比熱比熱 定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的材料，溫度升高(或降低)1所需要吸收(或放出)的熱量。 反映材料溫度變化的難易程度 材料的冷暖感 影響因素 （1）水分 水的比熱容大于干燥纖維的，故實(shí)際纖維材料的比熱容與纖維材料的回潮率有關(guān)1.比熱比熱 （2）溫度的影響 當(dāng)纖維回潮率一定時(shí)，溫度愈高，纖維回潮率的比熱愈大 原因：纖維吸濕熱隨溫度升高而增大0.511.522.53010203040回潮率(%)比熱(J/g) 80 40 20 02. 導(dǎo)熱系數(shù) 當(dāng)材料的厚度為1m，兩側(cè)溫差為1時(shí)，1秒鐘內(nèi)通過(guò)1m2纖維材料傳導(dǎo)的熱量焦耳數(shù) 纖

2、維集合體是纖維與空氣共同構(gòu)成的復(fù)合體 存在三種傳熱方式； 存在水分的吸收與釋放的潛熱形式QdT1T2 (T2 T1)S影響纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)的因素 纖維因素 （1）纖維的結(jié)晶與取向 （2）纖維的細(xì)度和中空度 纖維細(xì)度越細(xì)，纖維制品的熱輻射穿透能力越弱； 纖維的中空度越大，越小影響纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)的因素 集合體因素 （1）纖維排列方向f熱輻射方向纖維層方向?qū)嵯禂?shù)影響纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)的因素 (2) 纖維集合體密度 靜止干空氣的導(dǎo)熱系數(shù)最低，故其導(dǎo)熱系數(shù)取決于纖維中的孔隙量及孔隙中氣體的流動(dòng)性 在體積質(zhì)量為0.030.06時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為最小 為什么？為什么？00.050.10.150.20.25

3、體積重量()導(dǎo)熱系數(shù)兩端壓差大兩端無(wú)壓差靜止空氣影響纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)的因素 （4）環(huán)境因素 溫度上升，纖維分子的熱運(yùn)動(dòng)頻率升高，熱量傳遞能力增強(qiáng) 濕度，水的導(dǎo)熱系數(shù)約為干纖維的幾倍到一個(gè)數(shù)量級(jí)思考 如何選擇夏季織物纖維材料 如何選擇冬季織物纖維材料3. 熱作用時(shí)的纖維性狀 3.1 力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變 隨著溫度升高，纖維強(qiáng)度下降，延伸性增大，模量降低 熱塑性纖維：在較高溫度時(shí)發(fā)生軟化、熔融的纖維 滌綸、錦綸、丙綸、醋酯纖維 非熱塑性纖維：在較高溫度時(shí)不發(fā)生熔融而直接發(fā)生分解、炭化的纖維 纖維素類纖維和蛋白質(zhì)纖維熱機(jī)械曲線 測(cè)量纖維的伸長(zhǎng)變形和彈性模量隨溫度變化的曲線玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈

4、轉(zhuǎn)變區(qū)交聯(lián)型分子Tg()Tf()(a)Tg()Tf()交聯(lián)型分子玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)(b)纖維材料熱力學(xué)狀態(tài) 非晶態(tài)高聚物曲線上存在三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)；二區(qū)：玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)和粘彈轉(zhuǎn)變區(qū) 完全結(jié)晶的高聚物，不存在玻璃化轉(zhuǎn)變及高彈態(tài) 纖維材料幾乎都是晶態(tài)和非晶態(tài)混合的兩相結(jié)構(gòu) 當(dāng)結(jié)晶度較低時(shí)，纖維的性質(zhì)接近非晶態(tài)高聚物所特有的力學(xué)三態(tài)及其轉(zhuǎn)變特征 隨結(jié)晶度的增大，玻璃化轉(zhuǎn)變和高彈態(tài)的特征在減弱3.2 力學(xué)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)變的機(jī)理 (1)玻璃態(tài) 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 低溫，分子熱運(yùn)動(dòng)能低，鏈段處于被“凍結(jié)”狀態(tài) 側(cè)基、鏈節(jié)和短小支鏈等小運(yùn)動(dòng)單元的局部振動(dòng)及鍵長(zhǎng)、鍵角的變化 力學(xué)特征 纖維彈

5、性模量很高，變形能力很小，具有虎克體行為 纖維堅(jiān)硬，類似玻璃熱力學(xué)狀態(tài) （2）玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū) 在35范圍內(nèi)，幾乎所有物理性質(zhì)均發(fā)生突變 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 溫度升高，分子鏈段開(kāi)始解凍，熱運(yùn)動(dòng)能足以克服主鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘繞主鏈軸旋轉(zhuǎn)，分子構(gòu)象發(fā)生變化 對(duì)應(yīng)的溫度范圍稱為玻璃化溫度，用Tg表示 非晶態(tài)高聚物大分子鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的最低溫度，或由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度熱力學(xué)狀態(tài) （3）高彈態(tài) 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 大分子鏈段可以運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，但沒(méi)有分子鏈的滑移，整個(gè)分子鏈仍處于凍結(jié)狀態(tài) 分子鏈可以通過(guò)主鏈上單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鏈段運(yùn)動(dòng)來(lái)改變構(gòu)象，適應(yīng)外力作用，分子鏈被拉直 解除外力后，被拉直的分子鏈又可以恢復(fù)原來(lái)的卷曲狀態(tài) 力學(xué)特征

6、有較大的變形和恢復(fù)能力熱力學(xué)狀態(tài) （4）粘彈轉(zhuǎn)變區(qū) 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 分子鏈能夠發(fā)生整體位移，纖維表現(xiàn)流動(dòng)性，模量迅速下降，形變迅速增加 對(duì)應(yīng)的溫度范圍稱為流動(dòng)溫度，用Tf表示 非晶態(tài)高聚物大分子鏈相互滑動(dòng)的溫度，或由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度熱力學(xué)狀態(tài) （5）粘流態(tài) 大分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，大分子鏈間發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)生不可逆變形，纖維呈現(xiàn)粘性液體狀3.3 常見(jiàn)紡織纖維的三態(tài)轉(zhuǎn)變溫度纖維玻璃化溫度Tg()軟化點(diǎn)Tm()熔點(diǎn)Tf()分解點(diǎn)Td()熨燙溫度()棉230150200羊毛60或8063.1135180蠶絲150160麻253100粘膠260300110醋酯186195205290300110錦綸64

7、7, 65180215125145錦綸6682225253300120140滌綸80, 67, 90235240256160腈綸90190240280300130140維綸85干: 220230 水: 110干: 150丙綸-35145150163175100120氯綸829010020030403.4 熱定形與變形 熱定形目的是使纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或織物形狀在熱作用下固定并獲得一定的尺寸 變形是使纖維材料獲得卷曲和膨松的效果 3.4.1 熱定形及其機(jī)理 (1)合成纖維 采用高于玻璃化溫度，低于晶體熔融溫度的熱處理 主要是針對(duì)無(wú)定形區(qū)大分子 通過(guò)分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，調(diào)整分子構(gòu)象，消除纖維局部?jī)?nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生

8、或增加少量結(jié)晶 冷卻后，上述結(jié)構(gòu)保留下來(lái)，并在溫度不超過(guò)定形溫度時(shí)狀態(tài)保持不變熱定形 （2）棉、麻類纖維 無(wú)熱定形機(jī)制 力學(xué)松弛過(guò)程 （3）羊毛類 二硫鍵（無(wú)序區(qū)）熱、濕和張力，新位置重建，分子間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 （4）蠶絲 絲膠，起定形固化作用熱定形 3.4.2 熱定形效果的持久性 永久性：Tg溫度高于一般使用溫度 滌綸、錦綸 暫時(shí)性：棉、麻 半永久性：羊毛 3.4.3 熱定形的方法 根據(jù)收縮程度：張力定形和松弛定形 根據(jù)加熱形式：干熱空氣、接觸、水蒸氣濕熱和浴液定形3.4.4 影響熱定形效果的主要因素 （1）溫度 溫度太低，分子鏈段無(wú)法運(yùn)動(dòng)，構(gòu)象無(wú)法改變 溫度太高，纖維及其織物顏色變黃，手感發(fā)硬

9、定形溫度不能超過(guò)熔點(diǎn)溫度 不允許超過(guò)Tm， Tm ，結(jié)晶消失 其他：染料升華，結(jié)晶度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 纖維品種熱定形溫度()熱水定形蒸汽定形干熱定形滌綸120130120130190210羊毛90100100120130150錦綸66100120110120170190腈綸125135130140丙綸100120120130130140影響熱定形效果的主要因素 （2）時(shí)間 纖維升溫的需要 分子鏈段調(diào)整的需要 （3）張力 織物平整度的需要 織物風(fēng)格：滑爽挺括大；厚而柔軟小 （4）冷卻速度 快，位置固定快，無(wú)定形區(qū)多，柔軟、富有彈性，并便于染色 慢，結(jié)晶顆粒

10、粗大，織物彈性下降、手感變硬 （5）定型介質(zhì) 水增塑劑3.4.5 熱變形加工 利用熱塑性原理 速度更快，溫度偏高，張力較大 溫度可能超過(guò)熔點(diǎn) 特征：局部性；聚集態(tài)結(jié)構(gòu)變化；空間形態(tài)改變4. 纖維的耐熱性 耐熱性指纖維耐短時(shí)間熱作用后力學(xué)性能的保持性 熱穩(wěn)定性纖維在熱作用下的結(jié)構(gòu)形態(tài)和組成的穩(wěn)定性 4.1 纖維的耐熱性纖維的耐熱性 （1）纖維受不同溫度但一定時(shí)間作用后，纖維力學(xué)性能的保持率 （2）纖維隨溫度升高而強(qiáng)度降低的程度表示力學(xué)性能保持率纖維在20未加熱在100經(jīng)過(guò)20天在100經(jīng)過(guò)80天在130經(jīng)過(guò)20天在130經(jīng)過(guò)80天棉10092683810亞麻10070412412苧麻100622

11、6126蠶絲1007339粘膠10090624432錦綸10082432113滌綸100100969575腈綸1001001009155玻璃纖維1001001001001004.2 形態(tài)的穩(wěn)定性 在溫度作用下纖維外觀形態(tài)的穩(wěn)定，主要指纖維的熱收縮性 原因：高牽伸形成的分子取向與伸直狀態(tài)，在熱作用下解序收縮所致 表征：熱收縮率，可分為沸水收縮率、熱空氣收縮率和飽和蒸汽收縮率之分 影響因素：牽伸倍數(shù)、溫度、介質(zhì)的影響（水分） 影響對(duì)象：織物尺寸穩(wěn)定性、外觀，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品 收縮率(%) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 PA6 PA66 PET 纖維品種 沸水 飽和蒸汽 熱空氣 圖 7-10

12、合成纖維的熱收縮率 4.3 抗熔孔性 織物在接觸到點(diǎn)狀熱體時(shí)，形成孔洞的性能 熱體類型：煙灰的火星、火花等 纖維特點(diǎn)：受熱軟化、熔融熱塑性纖維 原因：當(dāng)接觸到溫度超過(guò)其熔點(diǎn)的熱體時(shí)，接觸部位因吸收熱量而熔融，熔體向四周收縮，形成孔洞； 現(xiàn)象：熱體脫離，已熔斷的纖維端就相互粘結(jié)，孔洞不再繼續(xù)擴(kuò)大?？谷劭仔孕纬扇劭讞l件：（1）溫度高于纖維的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)（2）足夠的熱量（與時(shí)間有關(guān)）吸收熱量差別的原因：纖維吸濕性（水的比熱4.18）導(dǎo)熱性差異：滌綸、錦綸導(dǎo)熱快纖維升溫范圍（）吸收熱量（J/g） 比熱（ J/g ）棉50280293.11.211.34羊毛50250397.81.36滌綸5025011

13、7.21.34錦綸50220146.21.84測(cè)定方法 （1）落球法 ：熱球接觸落下 表征：最高溫度或其1/10，停留時(shí)間 抗熔性大于450是良好的。 （2）燙法：熱體接觸 表征：接觸狀態(tài) 或用紙煙，出孔時(shí)間抗熔性能 影響因素 （1）混紡纖維的種類和比例 （2）織物的平方克重與組織5. 纖維的燃燒性質(zhì) 纖維遇明火使其快速熱降解，并分解物持續(xù)燃燒，維持纖維的裂解、燃燒和炭化過(guò)程 5.1 評(píng)價(jià)指標(biāo) （1）極限氧指數(shù)（耐燃性指標(biāo)） 纖維點(diǎn)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?jǐn)?shù) LOI越大，說(shuō)明材料難燃%100222NOOVVVLOILOI與纖維燃燒性能分類分類LOI(%)燃燒狀態(tài)纖

14、維品種不燃35常態(tài)環(huán)境及火源作用后短時(shí)間不燃燒多數(shù)金屬纖維、碳纖維、石棉、硼纖維、玻璃纖維、PBO、PBI、PPS纖維難燃2634接觸火焰燃燒，離火自熄芳綸、氟綸、氯綸、改性腈綸、改性滌綸、改性丙綸等可燃2026可點(diǎn)燃，能續(xù)燃，但燃燒速度慢滌綸、錦綸、維綸、羊毛、蠶絲、醋酯纖維等易燃20易點(diǎn)燃，燃燒速度快丙綸、腈綸、棉、麻、粘膠纖維等纖維的燃燒性質(zhì) （2）點(diǎn)燃溫度、燃燒時(shí)間和燃燒溫度（燃燒性指標(biāo)） 點(diǎn)燃溫度纖維產(chǎn)生燃燒所需的最低溫度，是燃燒的激發(fā)點(diǎn)溫度，稱著火點(diǎn)溫度 燃燒時(shí)間纖維放入可燃環(huán)境中，觀察纖維從放入到燃燒所需的時(shí)間 燃燒溫度材料燃燒時(shí)，火焰區(qū)中的最高溫度值主要紡織纖維的燃燒性比較主要

15、紡織纖維的燃燒性比較 纖維TI（）TB（）LOI(%)棉40086020.1粘膠42085019.7醋酯47596018.6三醋酯54088518.4羊毛60094125.2錦綸653087520.1錦綸66532滌綸45069720.6腈綸56085518.2丙綸57083918.6阻燃棉3707102630Nomex4302730kynol430; 57625002930杜勒特35385.2 纖維阻燃途徑 原理：阻止或減少熱分解、隔絕或稀釋氧氣、快速降溫 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(guò)與難燃纖維混紡，以提高

16、纖維的難燃性。第2節(jié) 電學(xué)性質(zhì) 1. 導(dǎo)電性質(zhì)比電阻 （1）體積比電阻（v ，cm） 體積比電阻是指單位長(zhǎng)度上所施加的電壓U，相對(duì)于單位截面上所流過(guò)的電流I之比，其值是電阻率，單位cm。比電阻 （2）表面比電阻（S ，） s是單位長(zhǎng)度上的電壓（U/L）與單位寬度上流過(guò)的電流（I/H）之比，單位歐姆 纖維柔軟細(xì)長(zhǎng)，體積或截面積難以測(cè)量 通常纖維導(dǎo)電主要發(fā)生在表面 （3）質(zhì)量比電阻（m，g/cm2） 單位長(zhǎng)度上的電壓（U/L）與單位線密度纖維上流過(guò)的電流(I/(W/L)之比，單位是歐姆克厘米2(g/cm2)。影響纖維比電阻的因素 （1）回潮率：Wm KMnm影響纖維比電阻的因素 （2）溫度 T，導(dǎo)

17、電性能增加 纖維和雜質(zhì)等電離的電荷數(shù)增多，纖維體積增大 每升高10，比電阻約降低5倍左右影響纖維比電阻的因素 （3）纖維上的附著物 油劑、棉蠟、油脂、表面活性劑 （4）其他因素 電壓 測(cè)量時(shí)間 電極材料2. 介電性質(zhì) 介電現(xiàn)象是指絕緣體材料(也叫電介質(zhì)) 在外加電場(chǎng)作用下，內(nèi)部分子形成電極化的現(xiàn)象。 介電常數(shù)在電場(chǎng)中，由于介質(zhì)極化而引起相反電場(chǎng)，將使電容器的電容變化，其變化的倍數(shù)。0rCC常見(jiàn)紡織纖維的介電常數(shù)纖維介電常數(shù)棉18羊毛5.5粘膠纖維8.4粘膠絲15醋酯短纖維3.5醋酯絲4.0錦綸短纖維3.7錦綸絲4.0滌綸短纖維，去油2.3滌綸短纖維4.2腈綸短纖維，去油2.8材料或纖維介電常數(shù)

18、材料或纖維介電常數(shù)棉6滌綸3.02羊毛6錦綸4蠶絲4.2水8081粘纖7.7真空1醋纖3.56.4空氣11KHZ 50HZ影響大小的因素 （1）內(nèi)因 電介質(zhì)的密度：體積重量或密度愈大，纖維間的空氣量，； 極化率：纖維分子極化程度，； （2）外因 溫度：T； 頻率：用直流電壓，最大；f； 回潮率：W，（水的最大）介電常數(shù)的影響因素3. 紡織材料的靜電紡織材料的靜電 靜電現(xiàn)象是指不同纖維材料之間或纖維與其它材料之間由于接觸和摩擦作用使纖維或其它材料上產(chǎn)生電荷積聚的現(xiàn)象?？椢锉砻姹入娮鑣 ()21010210112101221013210142101521016電荷半衰期t1/2(S)0.010.11.010100100010000lgs ()1312131112101110抗靜電作用沒(méi)有很少中等相當(dāng)好好靜電的影響 （1）生產(chǎn) 紡、織部靜電壓500v 地毯和整理加工羊