纖維的熱學光學和電學性質

纖維的熱學光學和電學性質第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)纖維的熱學性質一、比熱二、導熱系數三、熱作用時的纖維性狀四、纖維的耐熱性和熱穩(wěn)定性五、纖維的燃燒性能第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、比熱1.比熱的概念單位質量的纖維，溫度升高(或降低)1℃所需要吸收(或放出)的熱量，叫纖維的比熱。2.常見紡織纖維的比熱第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、比熱3.影響紡織纖維比熱的主要因素（1）水分的影響第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、比熱3.影響紡織纖維比熱的主要因素（2）溫度的影響一般認為，溫度較高時，具有一定回潮率纖維的比熱增大。第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、比熱3.影響紡織纖維比熱的主要因素（3）纖維結構的影響在220℃附近，出現(xiàn)第二次熔前結晶，比熱稍有下降。而后者為緩慢上升曲線，無再結晶的現(xiàn)象。第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數1.導熱的概念與導熱系數導熱主要通過熱傳導、對流和熱輻射三種方式來實現(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。第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數1.導熱的概念與導熱系數熱傳遞的本質性指標是導熱系數，也稱熱導率，用λ表示。含義為：當纖維材料的厚度為1m及兩端間的溫度差為1℃時，1秒鐘內通過1m2纖維材料傳導的熱量焦耳數。第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數2.影響纖維導熱系數的因素（1）纖維的結晶與取向纖維的結晶度越高，有序排列的部分越多，連續(xù)性越好，

λ越大；纖維中分子沿纖維軸的取向排列越高越多，有利于熱在此方向上的傳遞，分子的取向度越高，沿纖維軸向的導熱系數越大。第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數2.影響纖維導熱系數的因素（2）纖維集合體密度纖維集合體的導熱系數取決于纖維中的孔隙量及孔隙中氣體的流動性?？刂评w維層的體積質量（密度），維持較多的靜止空氣是提高纖維制品保暖性的最主要方法。第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數2.影響纖維導熱系數的因素（3）纖維排列方向纖維垂直于纖維層方向取向時，導熱能力較強；纖維平行于纖維層排列時，導熱能力較低。第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數2.影響纖維導熱系數的因素（4）纖維細度和中空度當纖維排列特征相同時，纖維細度越細，纖維制品的熱輻射穿透能力越弱；在同樣密度下相對的間隙越小，靜止空氣的作用越強，導熱系數越小；纖維中的空腔量越大，在不壓扁的狀態(tài)下，所持有的靜止空氣及空間越多，纖維集合體的導熱系數越小。第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、導熱系數2.影響纖維導熱系數的因素（5）環(huán)境溫濕度纖維材料導熱系數隨溫度升高而增大；隨纖維回潮率的增加而增大。第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、熱作用時的纖維性狀1.兩種轉變和三種力學狀態(tài)第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六

玻璃態(tài)：分子鏈段運動被凍結，顯現(xiàn)脆性，類似普通玻璃性能。

玻璃化轉變區(qū)

高彈態(tài)：分子鏈段運動加劇，出現(xiàn)高彈變形，類似橡膠的特性。

粘彈轉變區(qū)

粘流態(tài)：大分子開始變形，表現(xiàn)出液體流動的特性。三、熱作用時的纖維性狀1.兩種轉變和三種力學狀態(tài)第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、熱作用時的纖維性狀2.常見紡織纖維的三態(tài)轉變溫度第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、熱作用時的纖維性狀3.熱定形與變形熱定形的目的是使纖維的內部結構或織物的形態(tài)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效果。第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六四、纖維的耐熱性和熱穩(wěn)定性纖維的耐熱性，是指纖維經熱作用后力學性能的保持性。纖維的熱穩(wěn)定性，一般指纖維在熱作用下的結構形態(tài)和組成的穩(wěn)定性。第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六常用纖維耐熱性

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、玻璃纖維相當好；滌綸的耐熱性與熱穩(wěn)定性均較好；錦綸的耐熱性較好，但熱穩(wěn)定性差。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六質量與組成的穩(wěn)定性結構的穩(wěn)定性形態(tài)的穩(wěn)定性第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六五、纖維的燃燒性能1.極限氧指數第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六五、纖維的燃燒性能2.點燃溫度和燃燒時間點燃溫度是指纖維產生燃燒所需的最低溫度，是燃燒的激發(fā)點溫度，稱著火點溫度。燃燒時間是指纖維放入可燃環(huán)境（有氧、高溫）中，觀察纖維從放入到燃燒所需的時間。第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六五、纖維的燃燒性能3.燃燒溫度燃燒溫度是指材料燃燒時的火焰區(qū)中的最高溫度值，又稱火焰最高溫度。第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六五、纖維的燃燒性能4.纖維難燃的途徑及形式（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。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)纖維的光學性質一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象二、光澤三、光的雙折射四、耐光性及光照穩(wěn)定性五、光致發(fā)光第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象當光線照射在纖維上，在纖維（介質2）與空氣或液體（介質1）的界面處將發(fā)生反射與折射現(xiàn)象。第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六纖維的光澤實際上是：正反射光、表面散射反射光和來自內部的散射反射光的共同貢獻。評價光澤應同時考慮兩個方面：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——“驃光”。二、光澤第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、光澤1.纖維層狀結構對光澤的影響第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、光澤2.纖維縱向形態(tài)對光澤的影響纖維縱向表面平滑一致，則漫反射少，纖維表現(xiàn)出較強的光澤。3.纖維橫截面形狀對光澤的影響第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、光的雙折射1.雙折射現(xiàn)象雙折射的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⊥第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六

（1）取向度取向度↑，各向異性顯著，雙折射率↑。當全部大分子與纖維纖維軸平行排列時，雙折射最大。當大分子排列紊亂時，雙折射為0。（2）大分子本身的不對稱性凡是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。腈綸有螺旋狀主鏈、三醋酯纖維分子上的側基多，故△n是負值。三、光的雙折射2.影響雙折射大小的因素第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六

浸沒法（尋找倍克線，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、光的雙折射3.纖維雙折射率的測定方法及應用第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六四、耐光性及光照穩(wěn)定性耐光性是指纖維受光照后其力學性能保持不變的性能。光照穩(wěn)定性是指纖維受光照射后不發(fā)生降解或光氧化，不產生色澤變化的性能第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六纖維耐光性的大致排序為：腈綸＞羊毛＞麻＞棉＞粘膠＞滌綸＞錦綸＞蠶絲纖維耐光性的本質是要求纖維分子組成的化學結構穩(wěn)定，聚集態(tài)結構有序和穩(wěn)定，纖維色澤的穩(wěn)定。四、耐光性及光照穩(wěn)定性第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六五、光致發(fā)光纖維的光致發(fā)光是激發(fā)態(tài)分子發(fā)生躍遷而輻射出特定波長光的現(xiàn)象。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)纖維的電學性質一、導電性質二、介電性質三、介電損耗四、紡織纖維的靜電第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質1.纖維比電阻及其表達（1）

體積比電阻ρv體積比電阻是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電流I

之比，其值是電阻率，單位Ω·cm。第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質1.纖維比電阻及其表達（2）

表面比電阻ρs纖維柔軟細長，體積或截面積難以測量，而通常纖維導電主要發(fā)生在表面，因此采用表面比電阻ρs

表達。ρs

是單位長度上的電壓（U/L）與單位寬度上流過的電流（I/H）之比，單位歐姆Ω。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質1.纖維比電阻及其表達（3）

質量比電阻ρm考慮纖維材料比電阻測量的方便，引入質量比電阻ρm概念，即單位長度上的電壓（U/L）與單位線密度纖維上流過的電流(I/(W/L))之比，單位是歐姆·克／厘米2(Ω·g/cm2)。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質2.影響纖維比電阻的主要因素（1）吸濕對纖維比電阻的影響第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質2.影響纖維比電阻的主要因素（2）溫度對纖維比電阻的影響第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六一、導電性質2.影響纖維比電阻的主要因素（3）纖維附著物的影響（4）其他因素對纖維比電阻的影響第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、介電性質1.介電現(xiàn)象和介電常數所謂介電現(xiàn)象是指絕緣體材料(也叫電介質)在外加電場作用下，內部分子形成電極化的現(xiàn)象。衡量介電現(xiàn)象強弱的物理量為相對介電常數εr，簡稱介電常數。第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六二、介電性質2.影響纖維介電常數的主要因素(1)纖維內部結構對介電常數的影響(2)外部因素對介電常數的影響第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、介電損耗在交變電場作用下，纖維材料的極性基團以及纖維內部的水分子會發(fā)生極化，極化分子部分地沿著電場方向定向排列，并隨著電場方向的變換不斷地作扭轉交變取向運動，分子間發(fā)生碰撞、摩擦、生熱，消耗能量。這種電介質在電場作用下引起發(fā)熱的能量消耗，稱為介電損耗。1.介電損耗第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六三、介電損耗2.介電損耗的利用介電損耗取決于介電常數εr和介電損耗角正切tgδ。εr和tgδ主要由纖維的組成和結構決定，與電場頻率有關。干燥纖維材料的介電常數一般為2～5，tgδ為0.00l～0.05，而水的介電常數為20～80，tgδ為0.15～1.2，所以水的介電損耗因數至少比干燥紡織纖維大幾十倍。第48頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六四、紡織纖維的靜電1.靜電現(xiàn)象所謂靜電現(xiàn)象是指不同纖維材料之間或纖維與其它材料