紡織材料課件

纖維材料的熱學、光學、電學性質(zhì)3/31/20231內(nèi)容提要：常用熱學指標；纖維的熱力學性質(zhì)、熱定形及抗熱破壞性質(zhì)（耐熱性、熱穩(wěn)定性、燃燒性、熔孔性、熱收縮等）；纖維的色澤、雙折射、耐光性、紫外熒光；纖維的電阻、靜電。

重點難點：保暖性，熱力學三態(tài)與熱定形，熱破壞溫度，燃燒性；雙折射、耐光性；電阻、靜電序位及測試。難點在纖維這些性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。

解決方法：理清概念的層次關(guān)系，結(jié)合實際產(chǎn)品的分析，建立概念體系和思維方法。

3/31/20232紡織與材料學院紡織工程系第一節(jié)：熱學性質(zhì)第二節(jié)：光學性質(zhì)第三節(jié)：電學性質(zhì)3/31/20233紡織與材料學院紡織工程系（二）導熱系數(shù)λ

材料在一定的溫度梯度場條件下，熱能通過物質(zhì)本身擴散的速度。單位：焦/米·度·時，

纖維本身的導熱系數(shù)由于纖維結(jié)構(gòu)的原因也呈現(xiàn)各向異性。

對于纖維集合體，也是纖維、空氣、水分三者的綜合值。導熱系數(shù)與集合體的體積重量的關(guān)系呈對號規(guī)律（畫圖說明）

3/31/20235紡織與材料學院紡織工程系（三）絕熱率T

它反映的是材料的隔熱能力——保暖性，此值越大，說明該材料越保暖。3/31/20236紡織與材料學院紡織工程系二、熱力學性質(zhì)

熱力學性質(zhì)也叫熱機械性質(zhì)，是指在溫度的變化過程中，紡織材料的機械性質(zhì)亦隨之變化的特性。用不同的溫度點來表征力學特性。

絕大多數(shù)纖維材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈兩相結(jié)構(gòu)，即有結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)，而這兩個區(qū)域?qū)岬姆从呈遣灰粯拥?，對結(jié)晶區(qū)來說在熱的作用過程中，它的熱力學狀態(tài)有兩個：一個是在熱的作用下，結(jié)晶體解體形成熔融態(tài)，要么結(jié)晶不被破壞的呈結(jié)晶態(tài)。對無定形區(qū)來講，熱力學狀態(tài)大致有三個：玻動態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，這些狀態(tài)可用以下的熱力學指標來表征和區(qū)分。

3/31/20237紡織與材料學院紡織工程系（二）玻璃化溫度Tg

對于無定形區(qū)來說，在熱的作用下，基本上有三種熱力學狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通過變形能力來區(qū)分。

在玻璃態(tài)時，強力高，變形小，且外力取除后，變形很快消失，表現(xiàn)出類似玻璃的力學性質(zhì)。

而高彈態(tài)時，，受到外力，可產(chǎn)生較大的變形，當外力消除，變形較易回復(fù)，類似于橡膠的力學特征。

3/31/20239紡織與材料學院紡織工程系粘流態(tài)時，變形不但很容易而且是不可逆的，呈現(xiàn)一種具有粘滯性可流動的液體狀態(tài)。

我們把高彈態(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變稱做玻璃化轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化溫度。對紡織材料來說，這個轉(zhuǎn)變是很重要的。（熱定形，許多使用性能的基礎(chǔ)）

（三）粘流溫度Tf

高彈態(tài)到粘流態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度。

3/31/202310紡織與材料學院紡織工程系三、熱定形

（一）概念：

定形是指使纖維（包括紗、織物）達到一定的（所需的）宏觀形態(tài)（狀），盡可能切斷分子間的聯(lián)結(jié)，使分子松弛，然后在新的平衡位置上重新建立盡可能多的分子之間的聯(lián)結(jié)點。

熱定形則是指在熱的作用下（以熱手段進行分子之間聯(lián)系的切斷或重建）進行的定形?？梢钥闯?，熱定形的主要目的就是為了消除材料在加工過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使之在以后的使用過程中具有良好的尺寸穩(wěn)定性，形態(tài)保持性彈性，手感等。

3/31/202311紡織與材料學院紡織工程系四、耐熱性和熱穩(wěn)定性

（一）耐熱性。指在熱的作用下，抗破壞的能力?？捎闷茐臏囟葋肀硎荆蚴軣釙r性能的惡化來評價。詳見教材第頁表8-4。

（二）熱穩(wěn)定性。指在某溫度持續(xù)作用下，多長時間會破壞的性能。詳見教材第444頁表8-5。

3/31/202313紡織與材料學院紡織工程系五、熱收縮

合成纖維因受熱的作用而產(chǎn)生的收縮。產(chǎn)生收縮的原因：1、定形效果不好，有殘余內(nèi)應(yīng)力存在；2、分子鏈比較伸展，各鍵節(jié)、鍵段的無規(guī)運動，使大分向內(nèi)卷縮。用收縮率表示。（如化纖的氣蒸收縮率試驗）

3/31/202314紡織與材料學院紡織工程系六、熔孔性

（一）概念

織物接觸到熱體而形成孔洞的性能——熔孔性。影響熔孔性的因素主要有：

（1）熱體的溫度

（2）熱體的作用時間

（3）熱體的熱量

（4）纖維的性能（可熔性，導熱性，比熱，吸濕性等）。

3/31/202315紡織與材料學院紡織工程系七、阻燃性

（一）定性表達

根據(jù)纖維在火焰中，離開火焰后的燃燒狀況分為：

1、易燃：遇火就燃，離火仍燃，且燃燒迅速，可造成火災(zāi)。

2、可燃：遇火能燃，離火后仍曼延，但度慢。

3、難燃：在火焰中可燃，離開火則自熄。

4、不燃：與火接觸亦不燃燒。

3/31/202317紡織與材料學院紡織工程系（二）定量表達

1、點燃溫度

2、火焰最高溫度

3、燃燒速度

4、極限氧指數(shù)3/31/202318紡織與材料學院紡織工程系第二節(jié)光學性質(zhì)纖維同其它物體一樣，當光照時到它也會發(fā)生反射、透射、折射、散射和吸收。光學性質(zhì)也和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著比較密切的關(guān)系。

一、色澤：

色澤——顏色與光澤，不可分的統(tǒng)一體。

（一）顏色：材料對光的選擇性吸收和反射的結(jié)果。天然纖維的白度反映其質(zhì)量。

（二）光澤：反射可見光的能力。

3/31/202319紡織與材料學院紡織工程系③纖維結(jié)構(gòu)與含雜：層狀結(jié)構(gòu)（蠶絲）相當于多個反射層，反射—折射的多次反復(fù)，形成了蠶絲的特殊光澤。水分使光澤下降，顏色濃度上升，表面上的油、蠟等其它成分也會使光澤發(fā)生變化，所以化纖可通過滲雜（二氧化鈦）獲得有光、半光、無光纖維。

④纖維彼此排列的平順程度。3/31/202321紡織與材料學院紡織工程系二、折射與雙折射

構(gòu)成纖維的大分子都是很長的，若不形成取向排列，則它們只會有折射，但大多數(shù)纖維都是有取向的，當一束光射到纖維上時（非光軸入射）會形成兩條折射率不同的光線，發(fā)生雙折。

三、耐光性

耐光性是纖維抵抗日光破壞的能力。它是耐氣候性的一個方面。日光中的紫外線對纖維損傷厲害，而紅外線起輔助破壞作用。

3/31/202322紡織與材料學院紡織工程系四、紫外熒光

纖維在受到紫外線的照射時，會發(fā)出在可見光范圍內(nèi)的光，稱之為紫外熒光。各種紡織纖維具有不同顏色的熒光，可用來鑒別纖維，產(chǎn)品開發(fā)。

3/31/202323紡織與材料學院紡織工程系（二）影響因素：

1、回潮率：在溫度0~100%的變化范圍內(nèi)，比電阻變化可達106倍。

可用經(jīng)驗公式來表示。

2、溫度：溫度升高，導電性能增加，電阻下降。

3、電壓與頻率：電壓過高，材料擊穿失去絕緣性，頻率影響介電系數(shù)，頻率變高，介電系數(shù)變小，介電系數(shù)與質(zhì)量比電阻的關(guān)系如下式：

4、含雜與伴生物。

5、纖維在電場中的排列方向3/31/202325紡織與材料學院紡織工程系三、靜電

（一）靜電的產(chǎn)生與積累

任何兩種物質(zhì)，互相接觸或摩擦時，只要表面電荷載體的能量分布不同，就可能發(fā)生表面間的電荷再分配（電荷轉(zhuǎn)移）。當它們分離后，表面會出現(xiàn)帶電體。若表面為導體，這些帶電體上