第8章-纖維的熱學、光學、電學性質

第八章纖維材料的熱學、光學、電學性質第一節(jié)：熱學性質第二節(jié)：光學性質第三節(jié)：電學性質第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

四、纖維的熱膨脹與熱收縮

五、纖維的熱塑性和熱定型六、纖維的燃燒性能

七、纖維的熔孔性

一、熱學指標1.比熱C（specificheat）質量為1克的紡織材料，溫度變化1℃所吸收或放出的熱量：J/g·℃比熱值的大小，反映材料釋放、貯存熱量的能力

式中：Co——干纖維的比熱（J/g·K），M——干纖維的質量，△T——溫度的變化，q——纖維吸收或放出的熱量。

濕纖維的比熱為：式中：C——濕纖維的比熱（J/g·K），Co——干纖維的比熱（J/g·K），Cw——水的比熱（J/g·K），M——纖維含水率。

纖維種類比熱值纖維種類比熱值纖維種類比熱值棉1.21～1.34粘膠纖維1.26～1.36芳香聚酰胺纖維1.21羊毛1.36錦綸61.84醋酯纖維1.46桑蠶絲1.38～1.39錦綸662.05玻璃纖維0.67亞麻1.34滌綸1.34石棉1.05大麻1.35腈綸1.51水4.18黃麻1.36丙綸(50℃)1.80空氣1.01

常見干燥紡織纖維的比熱單位：J/g·℃影響比熱的因素溫度與回潮率的影響纖維吸濕熱隨溫度升高而增大

羊毛纖維比熱與回潮率和溫度的關系

纖維結構的影響

dH/dt

(J.s-1)12701350H=175J/gH=202J/g80100120140160T/℃不同取向聚乙烯纖維的DSC圖譜2.導熱系數λ：材料在一定的溫度梯度場條件下，熱能通過物質本身擴散的速度。在數值上為在傳熱方向纖維材料厚度為1m,面積為1m2，兩個平行表面之間的溫差為1℃，1h內通過材料傳導的熱量焦耳數。單位：W/m·℃λ是導熱系數(W/m·℃)；Q為熱量(J)；t為時間(s)，s為傳導截面積(m2)，d為纖維制品厚度(m)；ΔT為纖維材料兩表面之間的溫度差

。導熱性：在有溫差的情況下，熱量從高溫向低溫傳遞的性質。保暖性：抵抗這種傳遞的能力。導熱系數與集合體的體積重量的關系纖維制品λ(W/m·℃)λ∥λ⊥棉纖維0.071～0.0731.12590.1598羊毛纖維0.052～0.0550.47890.1610蠶絲纖維0.05～0.0550.83020.1557粘膠纖維0.055～0.0710.71800.1934醋酯纖維0.05

羽絨0.024

木棉0.32

麻

1.66240.2062滌綸0.0840.97450.1921腈綸0.0510.74270.2175錦綸0.244～0.3370.59340.2701丙綸0.221～0.302

氯綸0.042

靜止干空氣0.026——純水0.697——影響導熱系數的因素纖維的結晶與取向

有序排列的晶格→導熱系數↑熱傳導的各向異性纖維集合體密度密度在0.03～0.06g/cm3，導熱系數λ最小

纖維層體積重量和導熱系數間的關系

纖維排列方向

纖維平行于熱輻射方向排列時，導熱能力較強

αf熱輻射方向纖維層方向導熱系數纖維細度和中空度纖維細度↓，導熱系數↓。纖維中的空腔量↑，纖維集合體的導熱系數↓。環(huán)境溫濕度纖維材料導熱系數隨溫度升高而增大。

回潮率越高，λ↑。

3.絕熱率定義：纖維材料隔絕熱量保持溫度的性能絕熱率T為：Q0被包覆的熱體一定時間后的散熱量Q1未包覆的熱體相同時間后的散熱量?t0--不包覆試樣的熱體單位時間溫度下降量（溫差）?t1--包覆試樣的熱體單位時間溫度下降量（溫差）4.克羅值定義：它的定義是在溫度為20℃，相對濕度不超過50%，空氣流速不超過10cm/s的環(huán)境中，一個人靜坐并感覺舒適時衣服所具有的熱阻，稱為1克羅。1克羅=4.3×10-2℃·m2·h/J=155m2·℃/W5.保暖率描述織物的保暖性能在保持熱體恒溫的條件下，無試樣包覆時消耗的電功率和有試樣包覆時消耗的電功率之差，占無試樣包覆時消耗的電功率的百分率數值越大，說明該織物的保暖性能越強第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱力學性質

三、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

四、纖維的熱膨脹與熱收縮

五、纖維的熱塑性和熱定型六、纖維的燃燒性能

七、纖維的熔孔性

熱力學性質：在溫度變化過程中，紡織材料的機械性質隨之變化的性質兩相結構結晶區(qū)：熔融前的熔融態(tài)，剛性體、強力高、伸長小、模量大；熔融后的熔融態(tài)，黏性流動體無定形區(qū)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)

（一）熔點熔點：晶體從結晶態(tài)轉變?yōu)槿廴趹B(tài)的轉變溫度低分子物的相變--熔點；高聚物的融化--熔程熔點受結晶度和晶粒狀態(tài)影響玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉變區(qū)粘彈轉變區(qū)交聯型分子Tg(℃)Tf(℃)(a)非晶態(tài)材料的熱機械性質

兩種轉變和三種力學狀態(tài)

玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為高聚物的力學三態(tài)。玻璃態(tài)：聚合物在外力作用下的形變小，具有虎克彈性行為；纖維堅硬，類似玻璃玻璃態(tài)溫度形變IIIIII（二）玻璃態(tài)由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉變區(qū)，玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉變的溫度稱為玻璃化轉變溫度Tg

玻璃化轉變區(qū)玻璃化轉變區(qū)：幾乎所有物理性質，如比熱、導熱系數、熱膨脹系數、模量、介電常數和雙折射率等，均發(fā)生突變當溫度升高到某一程度時，形變發(fā)生突變，進入區(qū)域II。當受力能產生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學狀態(tài)稱高彈態(tài)。（三）高彈態(tài)溫度形變IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉變區(qū)形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉變區(qū)Tg粘流態(tài)粘彈態(tài)轉變區(qū)Tf交聯聚合物MaMbMb>Ma（四）粘流態(tài)紡織纖維呈現一種具有黏滯性可流動的液體狀態(tài)，該力學狀態(tài)稱為粘流態(tài)。高彈態(tài)開始向粘流態(tài)轉變的溫度稱為粘流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區(qū)域稱為粘彈態(tài)轉變區(qū)。第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的熱塑性和熱定形四、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

五、纖維的熱膨脹與熱收縮

六、纖維的燃燒性能

七、纖維的熔孔性

三、熱定形

熱定形指在熱的作用下（以熱手段進行分子之間聯系的切斷或重建）進行的定形。

熱變形目的：使纖維材料獲得卷曲和膨松效果熱塑性

將合成纖維加熱到Tg以上，并強迫其變形，然后冷卻并去除外力，這種變形就可固定下來。合成纖維采用發(fā)生在無序區(qū)、溫度范圍在Tg～Tm的熱定形高結晶的棉、麻類纖維采用交聯或其他的方法定形。羊毛類纖維熱濕作用。絲類纖維類似棉、麻熱定形的機理

（二）熱定形的效果暫時性熱定形效果是指纖維或其織物在熱定形后的使用中會較快消失半永久性熱定形效果若給以激烈的作用，其熱定形也會消失。永久性熱定形效果是指纖維的Tg溫度高于一般衣著使用的溫度的熱定形處理。

熱定形的方法

根據熱定形時纖維發(fā)生收縮的程度劃分張力定形（有張力）松弛（自然狀態(tài)）定形根據熱定形的熱媒介質劃分干熱空氣定形接觸加熱定形水蒸氣濕熱定形浴液(如水、甘油)定形……（三）影響熱定效果的主要因素

溫度：熱定形的溫度，要高于合成纖維的玻璃化溫度，低于軟化點及熔點。適當降低定形溫度，可以減少染料升華，使織物手感柔軟。

纖維品種熱定形溫度(℃)熱水定形蒸汽定形干熱定形滌綸120~130120~130190~210羊毛90~100100~120130~150錦綸66100~120110~120170~190腈綸125～135130～140

丙綸100~120120~130130~140幾種纖維織物的常用熱定形溫度

時間：大分子間的聯結只能逐步拆開，重建分子間的聯結也需要時間。在一定范圍內，溫度與熱定形時間呈反比。張力：在熱定形過程中對織物施加張力，有利于布面的舒展和平整。冷卻速度：高溫處理后，應急速冷卻，使相互位置快速凍結而固定，形成較多的無定形區(qū)膨體紗

第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的熱塑性和熱定型四、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

五、纖維的熱膨脹與熱收縮

六、纖維的燃燒性能

七、纖維的熔孔性

纖維的耐熱性指纖維抵抗熱破壞的性能。表達方法：纖維的特征溫度Tg、Tm和Tf以及Td；纖維力學性能在高溫下的保持率表示；纖維隨溫度升高而強度降低的程度。纖維的熱穩(wěn)定性

指在一定溫度條件下隨時間增加纖維性能抵抗惡化的能力。受熱溫度超過500℃時，纖維的熱穩(wěn)定性叫耐高溫性。質量與組成的穩(wěn)定性結構的穩(wěn)定性形態(tài)的穩(wěn)定性纖維種類玻璃化溫度℃軟化點℃熔點℃分解點℃洗滌最高溫度℃棉－－－－－－15090～100羊毛－－－－－－13030～40桑蠶絲－－－－－－15030～40醋酯纖維186195～205290～300－－－－滌綸80,67,90235～240256－－70～100錦綸647,65180215～220－－80～85錦綸6685225253－－80～85腈綸80～100，140～150190～240－－280～30040～45維綸85干220～230，水110－－－－－－丙綸－35145～150163～175－－－－氯綸8290～100200－－30～40纖維在20℃未加熱在100℃經過20d在100℃經過80d在130℃經過20d在130℃經過80d棉10092683810亞麻10070412412苧麻1006226126蠶絲1007339——粘膠10090624432錦綸10082432113滌綸100100969575腈綸1001001009155玻璃纖維100100100100100常見紡織纖維受熱后的剩余強度(%)

第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的熱塑性和熱定型四、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

五、纖維的熱膨脹與熱收縮

六、纖維的燃燒性能

七、纖維的熔孔性

熱收縮

定義：合成纖維受熱后發(fā)生不可逆的收縮現象稱之為熱收縮。產生原因：定形效果不好，有殘余內應力存在分子鏈比較伸展，各鍵節(jié)、鍵段無規(guī)運動指標：熱收縮率，即加熱后纖維縮短的長度占原來長度的百分率。根據介質的不同有：沸水收縮率：熱空氣收縮率：飽和蒸汽收縮率：熱膨脹一部分纖維在加熱的情況下有輕微的膨脹現象。纖維種類膨脹系數（10－4）纖維種類膨脹系數（10－4）棉40膨脹錦綸1聚乙烯2膨脹滌綸0.5聚丙烯10錦綸－3醋酯纖維0.8～1.6滌綸－10（在80℃附近）第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

四、纖維的熱膨脹與熱收縮

五、纖維的熱塑性和熱定型六、纖維的熔孔性

七、纖維的燃燒性能基本概念織物接觸到熱體而形成孔洞的性能——熔孔性?？谷坌裕旱挚谷劭赚F象的性能。

影響熔孔性的主要因素熱體的溫度熱體的作用時間熱體的熱量纖維的性能測量方法落球法：一定溫度、重量大小的鋼（或玻璃）球在布上形成孔洞所需時間。燙法：用熱體（金屬棒、玻璃棒、紙煙等）接觸試樣一定時間，觀察熔融狀態(tài)。

第一節(jié)

熱學性質

一、紡織纖維的導熱與保溫

二、纖維的熱機械性能曲線

三、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性

四、纖維的熱膨脹與熱收縮

五、纖維的熱塑性和熱定型六、纖維的熔孔性

七、纖維的燃燒性能和阻燃性

纖維的燃燒易燃(B3)可燃(B2)難燃(B1)不燃

(A)描述纖維燃燒性的指標極限氧指數LOI著火點溫度TI燃燒時間θ火焰溫度TB等指標。極限氧指數LOI（LimitingOxygenIndex）是指試樣在氧氣和氮氣的混合氣中，維持完全燃燒狀態(tài)所需的最低氧氣體積分數。分類LOI(%)燃燒狀態(tài)纖維品種不燃≥35常態(tài)環(huán)境及火源作用后短時間不燃燒多數金屬纖維、碳纖維、石棉、硼纖維、玻璃纖維及PBO、PBI、PPS纖維難燃26~34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20~26可點燃，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易點燃，燃燒速度快丙綸、腈綸、棉、麻、粘膠纖維等LOI對纖維燃燒性能的分類

點燃溫度和燃燒時間

點燃溫度TI：是指纖維產生燃燒所需的最低溫度，稱著火點溫度。取決于纖維的熱降解溫度和裂解可燃氣體的點燃溫度。燃燒時間θ是指纖維放入一可燃環(huán)境中，觀察纖維從放入到燃燒所需的時間。燃燒時間取決于纖維的導熱系數λ、熱降解速率等

燃燒溫度

TB是指材料燃燒時火焰區(qū)中的最高溫度值該指標取決于纖維的熱裂解速度以及氧化反應速率、量和完善程度，并與燃燒時纖維質量的損失率直接相關。

纖維阻燃的途徑及形式纖維的阻燃性一般通過阻止或減少纖維熱分解、隔絕或稀釋氧氣和快速降溫。目前的阻燃纖維主要分為兩類：在紡絲原液中加入阻燃劑由合成的難燃聚合物紡絲阻燃織物的性能要求第一節(jié)：熱學性質第二節(jié)：光學性質第三節(jié)：電學性質光在纖維中的反射與折射現象

光與平行界面介質的相互作用:入射主反射次反射次透射主透射介質1(空氣或液體)介質1(空氣或液體)介質2(纖維)2211(a)層狀結構入射反射1反射3折射2折射1折射3反射2(b)纖維（b)普通纖維截面irtt2t3trtr2trtt2rtr(c)纖維集合體一、光澤

纖維的光澤取決于三類反射：正反射光：平行光射向界面為平面的物體，反射出來的仍將是平行光。漫反射：如果平行光射向界面粗燥的物體，反射出來的光均勻地射向各個方向。散射光：因光子的多次碰撞從纖維表層散射出的光線。影響纖維光澤的主要因素

纖維的層狀結構

多層反射作用使到達纖維表面的反射光產生疊加，且不同波長光還會產生干涉作用。入射反射1234空氣層1層2層3層4…纖維縱向形態(tài)對光澤的影響如纖維縱向表面平滑一致，纖維表現出較強的光澤?；瘜W纖維絲光棉光澤較強粗羊毛細羊毛若鱗片受損傷制造半無光或消光化纖的常用方法紡絲液或紡絲熔體中加入消光劑橫向截面形狀圓形截面纖維：纖維外觀較明亮“極光”效應光線在纖維體內的多次反射滌綸纖維“極光”產生機理三角形異形纖維消除極光的原理--

三角形截面纖維：照射到纖維上的光線會產生強烈的鏡面反射效果?！伴W光”效應。三角棱鏡的色散作用，還會產生不同色彩效應。白光經過三棱鏡可分解成不同波長的彩色光二、光的雙折射雙折射現象：折射率的數值與光的傳播方向有關雙折射率定義為：△n=n∥─n⊥

n∥為光波振動方向平行于纖維軸的平面偏振光傳播時的折射率n⊥為光波振動方向垂直于纖維軸的平面偏振光傳播時的折射率o光e光o光E光o光：振動方向垂直于纖維軸，傳播速度較快，折射率較低，又稱為尋常光或快光。E光：振動方向平行于纖維軸，傳播速度較慢，折射率較大，又稱為非常光或慢光影響雙折射大小的因素

取向度

取向度↑，雙折射率↑。大分子本身的不對稱性

大分子鏈呈曲折狀或螺旋狀，或主鏈上有側基，都會使雙折射率下降。三、耐光性與光防護

“老化”耐光性：指纖維受光照后其力學性能保持不變的性能。腈綸＞羊毛＞麻＞棉＞粘膠＞滌綸＞錦綸＞丙綸＞蠶絲光照穩(wěn)定性：指纖維受光照射后其不發(fā)生降解或光氧化、不產生色澤變化的性能。蠶絲、錦綸光防護機理：對紫外線的吸收和反射滌綸羊毛和蠶絲等蛋白質纖維麻類纖維棉、粘膠纖維、錦綸、腈綸等纖維紫外線防護系數UPF：UPF=50，說明有1/50的紫外線可以透過織物。紫外線透過率T：覆蓋有試樣時的紫外線輻照度占無試樣時的紫外線透射輻照度的百分率。防紫外線產品UPF≥30透過率≤5%類型：纖維內嵌入紫外線吸收材料、織物防紫外線印染整理、織物表面加金屬涂層、織物表面加非金屬涂層四、紫外熒光定義：纖維受到紫外線的照射時，會發(fā)出可見光范圍內的光用于鑒別纖維。紫外線照射下，成熟棉纖維是淡黃色，未成熟的棉纖維是淡藍色，絲光后的棉纖維是淡紅色第一節(jié)：熱學性質第二節(jié)：光學性質第三節(jié)：電學性質一、介電常量表示絕緣材料儲存電能的能力介電常量干燥物質為2~5，真空為1，液態(tài)水為20，固態(tài)水為80。影響因素內因：纖維材料的填充密度纖維在電場中的排列方向纖維含雜外因：環(huán)境溫度、相對濕度、電場頻率等影響介電現象是指絕緣體材料在外加電場作用下，內部分子形成電極化的現象。纖維的介電常數ε

數值為：ε＝C/C0物理意義：式中的C0和C分別是以真空為介質和以纖維為介質時，平板電容器的容量材料或纖維介電常數材料或纖維介電常數棉6滌綸3.02羊毛6錦綸4粘纖7.7真空1醋纖3.5～6.4空氣≈1材料的介電常數（頻率f＝50Hz，T＝20～25℃，RH＝65％）

影響ε大小的因素

a.內因電介質的密度：密度增大，介電常數增大；極化率：纖維分子極化程度增加，介電常數增加；纖維分子量：分子量降低，介電常數增加。b.外因溫度頻率：頻率增加，介電常數降低?；爻甭剩篧增加，介電常數增加。

二、電阻纖維導電性指標：比電阻體積比電阻ρv（Ω·cm）：－指單位長度上所施加的電壓U，相對于單位截面上所流過的