比熱容醫(yī)學(xué)課件

纖維的熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)

一、比熱容

纖維的熱學(xué)性質(zhì)

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。紡織材料的比熱為：錦綸66C=2.05J/g.℃。

玻璃纖維C=0.67J/g.℃。水：C=4.18J/g.℃，干空氣C=1.01J/g.℃。1、定義二、影響纖維比熱容的主要因素水分纖維的比熱容與纖維回潮率有關(guān)，隨纖維回潮率增加而增大。溫度在回潮率一定時(shí)，溫度增加，纖維的比熱容增大。纖維結(jié)構(gòu)1、纖維大分子的取向排列導(dǎo)致比熱容增大

2、纖維結(jié)晶形式和結(jié)晶度對(duì)比熱容有影響

3、比熱容對(duì)應(yīng)的是分子熱運(yùn)動(dòng)所需的能量。分子熱運(yùn)動(dòng)受材料的結(jié)構(gòu)及分子的排列影響二、導(dǎo)熱系數(shù)λ1、定義：λ↓，導(dǎo)熱性下降，絕熱性、保暖性增強(qiáng)。QdT2T1（T2>T1）S材料厚度為1m，面積為1m2，兩個(gè)平行表面之間溫差

為1℃時(shí)，1s通過材料傳導(dǎo)的熱量焦?fàn)枖?shù)。常見纖維的導(dǎo)熱系數(shù)（在室溫20℃時(shí)測(cè)得）

纖維種類λ(W·m/m2·℃)纖維種類λ(W·m/m2·℃)棉0.071-0.073滌綸0.084羊毛0.052-0.055腈綸0.051蠶絲0.050-0.055丙綸0.221-0.302粘纖0.055-0.071氯綸0.042醋纖0.050★空氣0.026錦綸0.244-0.337★水0.6971）環(huán)境溫濕度影響

2、影響纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)的因素隨溫度增加，纖維分子的熱運(yùn)動(dòng)頻率加大，使熱量傳遞能力提高。溫度：濕度：T↑，λ↑RH↑，W↑,λ↑，保暖性↓纖維吸濕和放濕過程的熱效應(yīng)對(duì)纖維的保暖性有影響

2）纖維集合體的密度（體積質(zhì)量）δK=0.03-0.06g/cm3時(shí)，纖維保暖性最好。λδ0.10.2空氣δK保暖性主要取決于纖維中夾持的空氣數(shù)量和狀態(tài)。纖維層中夾持的靜止空氣越多，則纖維層的絕熱性越

好。一旦夾持的空氣流動(dòng)，保暖性將大大降低。

3）纖維的結(jié)晶度與取向度纖維中分子取向排列越高越多，沿纖維軸向的導(dǎo)熱系數(shù)越大，垂直于纖維軸向的導(dǎo)熱系數(shù)越小，存在熱傳導(dǎo)的各向異性。纖維的結(jié)晶度越高有序排列的部分越多，連續(xù)性越好，導(dǎo)熱系數(shù)越大。4）纖維排列方向纖維平行于熱輻射方向排列導(dǎo)熱能力強(qiáng)

102030405060708090

纖維層方向熱輻射方向α導(dǎo)熱系數(shù)λ纖維排列方向角α5）纖維的形態(tài)細(xì)度↓，導(dǎo)熱系數(shù)↓；中空度↑，導(dǎo)熱系數(shù)↓異形纖維、卷曲纖維有利于降低纖維集合體導(dǎo)熱系數(shù)形態(tài)導(dǎo)致纖維集合體中維持靜止空氣使導(dǎo)熱系數(shù)下降形態(tài)導(dǎo)致纖維間接觸面積減少使導(dǎo)熱系數(shù)下降形態(tài)導(dǎo)致纖維集合體中直通孔隙的減少使導(dǎo)熱系數(shù)下降增強(qiáng)服裝保暖性的途徑盡可能多的儲(chǔ)存靜止空氣；

（中空纖維、多衣穿著、不透水）降低W%；選用λ低的纖維；加入陶瓷粉末等材料。導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)纖維加工的影響對(duì)纖維進(jìn)行熱加工時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)大小影響纖維熱作用的傳遞和熱處理的效果3、導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)纖維的加工和使用的影響4、常用保暖性指標(biāo)1）絕熱率纖維集合體隔絕熱量傳遞保持體溫的性能。式中：Q0——包覆試樣前保持熱體恒溫所需熱量；

Q1——包覆試樣后保持熱體恒溫所需熱量。2）保暖率在保持熱體恒溫條件下，無試樣包裹時(shí)消耗的電功率與有試樣包裹時(shí)消耗的電功率之差占無試樣包裹時(shí)消耗的電功率之比。3）熱阻4）服裝克羅值（CLO）

在室溫21攝氏度，相對(duì)濕度小于50%，氣流為10cm/s（無風(fēng)）的條件下，一個(gè)人靜坐不動(dòng)，能保持舒適狀態(tài)，此時(shí)所穿衣服的熱阻為1克羅值。三、熱作用時(shí)纖維性狀——熱力學(xué)三態(tài)1、非晶態(tài)高聚物熱機(jī)械曲線曲線上有兩個(gè)斜率突變區(qū)—玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)、粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)。呈現(xiàn)三種不同的力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)溫度（℃）變形（％）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)溫度（℃）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)lgE在一定拉伸力作用下纖維的變形或模量隨溫度的變化曲線分子鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，運(yùn)動(dòng)方式是局部振動(dòng)和鍵長(zhǎng)、鍵角的變化。纖維在外力作用下的形變小，彈性模量高，表現(xiàn)為質(zhì)硬而脆，類似玻璃，稱為玻璃態(tài)。2、兩種轉(zhuǎn)變和三種力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)溫度（℃）變形（％）玻璃態(tài)IIIIIITg溫度（℃）變形（％）IIIIII高彈態(tài)高彈態(tài)分子鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，發(fā)生鏈段構(gòu)象的變化（但整個(gè)分子不發(fā)生位移），出現(xiàn)高彈變形，類似橡膠的特性。稱高彈態(tài)Tf玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)：纖維所有物理性質(zhì)發(fā)生突變，鏈段運(yùn)動(dòng)限制被解除，大分子構(gòu)象可以發(fā)生變化。玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)溫度（℃）變形（％）IIIIII粘流態(tài)粘流態(tài)大分子鏈段產(chǎn)生相互滑移，變形能力顯著增加，產(chǎn)生不可逆變形，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，稱為粘流態(tài)。粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)：大分子鏈段產(chǎn)生相互滑移，纖維表現(xiàn)流動(dòng)性。粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)（1）玻璃化溫度：從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。3、熱轉(zhuǎn)變溫度

表

（2）粘流溫度：由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)的溫度，（3）軟化溫度：在一指定的應(yīng)力及條件下，高聚物

達(dá)到一定變形時(shí)的溫度。（4）熔點(diǎn)溫度：高聚物結(jié)晶全部熔化時(shí)的溫度（5）分解溫度：纖維發(fā)生化學(xué)分解時(shí)的溫度。四、耐熱性和熱穩(wěn)定性耐熱性：紡織纖維經(jīng)熱作用后力學(xué)性能的保持性

叫耐熱性。

圖熱穩(wěn)定性：纖維在熱的作用下結(jié)構(gòu)形態(tài)和組成

的穩(wěn)定性。

1、質(zhì)量與組成的穩(wěn)定性裂解：高分子主鏈的斷裂，導(dǎo)致分子量下降，材料的機(jī)械

性能惡化。2、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性3、形態(tài)的穩(wěn)定性（熱收縮）熱作用下，纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)晶度下降，取向度下降。熱作用下纖維外觀形態(tài)的穩(wěn)定性，主要是指纖維的熱收縮。原因：初生纖維拉伸，纖維中殘留有應(yīng)力，因受玻璃態(tài)約束未能縮回，當(dāng)纖維受熱溫度超過一定限度時(shí)，纖維中的約束減弱，從而產(chǎn)生收縮。評(píng)價(jià)指標(biāo)：熱收縮率：是指加熱后纖維縮短的長(zhǎng)度占原來長(zhǎng)度的百分率。

纖維的熱收縮定義：材料受熱作用而產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。沸水收縮率：一般指將纖維放在100℃的沸水中處理

30min，晾干后的收縮率；熱空氣收縮率：一般指用180℃

、190℃、210℃熱空

氣為介質(zhì)處理一定時(shí)間（如15min）后的

收縮率；飽和蒸汽收縮率：一般指用125-130℃飽和蒸汽為介質(zhì)

處理一定時(shí)間（如3min）后的收縮率。使用不同介質(zhì)的收縮率合成纖維在不同介質(zhì)處理下的熱收縮率錦綸6錦綸66滌綸收縮率％－沸水收縮率－熱空氣收縮率-飽和蒸汽收縮率

利弊：

利用不同的纖維收縮率，混紡可改善紗線結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)絲或合纖紗熱收縮率不同，產(chǎn)生易吊經(jīng)、吊緯、裙子皺。使用時(shí)也要注意熱收縮問題。影響因素：

溫度——T↑，熱收縮率↑介質(zhì)——水、空氣、蒸汽五、纖維的熱塑性和熱定形1、基本概念熱塑性將合成纖維或制品加熱到玻璃化溫度以上（低于軟化點(diǎn)溫度），并加一定外力強(qiáng)迫其變形，然后冷卻并去除外力，這種變形就可固定下來，以后遇到T<Tg時(shí)，則纖維或制品的形狀就不會(huì)有大的變化。這種特性稱之為熱塑性。熱定形利用合纖的熱塑性，將織物在一定張力下加熱處理，使之固定于新的狀態(tài)的工藝過程。（如：蒸紗、熨燙）2、熱定形的機(jī)理最初結(jié)構(gòu)的松散；新結(jié)構(gòu)的重建；新結(jié)構(gòu)的固化。

4、熱定形的方法干熱定形----熱風(fēng)處理，金屬表面接觸加熱。濕熱定形----濕法定型，汽蒸定型，過熱蒸汽定型。3、影響熱定形效果的因素：定形時(shí)間：在一定范圍內(nèi)，溫度較高，熱定型時(shí)間可以縮短，溫度較低時(shí)，熱定型時(shí)間較長(zhǎng)。定形張力：松弛熱定型、張力熱定型4、影響熱定型效果的因素

溫度定型溫度應(yīng)大于玻璃化溫度，低于軟化點(diǎn)和熔點(diǎn)。溫度

愈高，定型效果愈顯著，但T不能太高，否則會(huì)使織物手

感粗糙，甚至引起纖維損傷。

時(shí)間溫度高，定型時(shí)間可短些；溫度低，定型時(shí)間可長(zhǎng)些。張力定張力定型、無張力定型冷卻速度要求較快冷卻，可使新結(jié)構(gòu)快速固定，可獲得較好手感

的織物。

定型介質(zhì)干熱定形----熱風(fēng)處理，金屬表面接觸加熱。濕熱定形----濕法定型，汽蒸定型，過熱蒸汽定型。六、燃燒性能1、幾種常見纖維的燃燒特征纖維名稱接近火焰在火焰中離開火焰燃燒后殘?jiān)紵龝r(shí)氣味纖維素纖維不熔不縮迅速燃燒繼續(xù)燃燒灰白色灰燒紙味蛋白質(zhì)纖維收縮漸漸燃燒不易延燃松脆黑灰燒毛發(fā)味滌綸收縮熔融先熔后燃，有液體滴下能延燃玻璃狀黑褐色硬球特殊芳香味錦綸收縮熔融先熔后燃，有液體滴下能延燃玻璃狀黑褐色硬球氨臭味腈綸收縮、微熔發(fā)焦熔融燃燒有發(fā)光小火花繼續(xù)燃燒松脆黑色硬塊有辣味維綸收縮熔融燃燒繼續(xù)燃燒松脆黑色硬塊特殊甜味丙綸緩慢收縮熔融燃燒繼續(xù)燃燒黃褐色硬球?yàn)r青味氯綸收縮熔融燃燒有黑煙不能延燃松脆黑色硬塊氯化氫臭味燃燒分類：易燃纖維（快速燃燒，形成火焰）：纖維素纖維、腈綸纖維可燃纖維（緩慢燃燒，離開火焰可延燃）：羊毛、蠶絲、錦綸、滌綸、丙綸、維綸等難燃纖維（接觸燃燒，離開火焰熄滅）：氯綸、芳綸不然纖維：金屬纖維、碳纖維、石棉、玻璃纖維、PBI纖維等1）極限氧指數(shù)（LOI）

定義：材料點(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大，難燃；LOI小，易燃2、燃燒性能指標(biāo)LOI≥35，不燃LOI=26~34，難燃LOI=20~26，可燃LOI≤20，易燃2）點(diǎn)燃溫度、燃燒時(shí)間和燃燒溫度點(diǎn)燃溫度：纖維產(chǎn)生燃燒所需最低溫度。燃燒時(shí)間：纖維放入燃燒環(huán)境中，從放入到燃燒所需時(shí)間。燃燒溫度：材料燃燒時(shí)的火焰區(qū)中的最高溫度值。3、提高纖維材料難燃性的途徑阻燃整理（純棉、化纖）制造難燃纖維（合成纖維）4、紡織材料的熔孔性

熔孔性：紡織材料織物在接觸到煙灰的火星、電焊火花、砂輪火花等熱體時(shí)，可能在織物上形成孔洞叫熔孔性。

1、熱塑性合成纖維：溫度超過其熔點(diǎn)的火花或其他熱體---熔融，熔體向四周收縮在織物上形成孔洞（合成纖維吸濕性小，導(dǎo)熱性強(qiáng)）2、天然纖維、粘膠纖維---不軟化、不熔融、溫度過高時(shí)即分解或燃燒。3、吸濕性強(qiáng)弱影響防止材料的抗熔性。棉、毛等天然纖維抗熔性較好，腈綸與毛相似。滌綸和錦綸抗熔性差。

一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象

主反射次反射主透射次透射入射光空氣（介質(zhì)1）纖維（介質(zhì)2）空氣（介質(zhì)1）第二節(jié)光學(xué)性質(zhì)

層狀結(jié)構(gòu)二、光澤

光澤：與光的反射、折射和透射有關(guān)。鏡面反射：平行光射向物體，反射出來的光仍是平行光。漫反射：平行光射向物體，反射出來的光射向各個(gè)方向。散射：纖維表層因光子的多次碰撞而散射出的光線。影響光澤的主要因素：反射光：縱向形態(tài)層狀結(jié)構(gòu)截面形狀。1、纖維的縱向形態(tài)：表面平滑，粗細(xì)均勻，漫反射少，光澤強(qiáng)，表面粗糙不平，反射光不同角度反射，光澤暗。表面凹凸情況和粗細(xì)均勻程度例：無卷曲的化纖；絲光棉2、纖維的層狀結(jié)構(gòu)受到光線照射時(shí)，各層均發(fā)生折射與反射，各層界面上反射出來反射光強(qiáng)度不同，在纖維表面上形成一散射層，反射光中既有光源的色又有物體的色，光澤雖強(qiáng)，但有層次，不耀眼。層狀結(jié)構(gòu)纖維的光澤正反射光內(nèi)部反射光入射光3、纖維橫斷面形狀：三角形截面纖維：正反射光屬鏡面反射，但由于三角形的特點(diǎn)，還可能在纖維內(nèi)部的棱邊上產(chǎn)生全反射，然后再?gòu)牧硗饫膺吷贤干涑鋈?，這樣，在產(chǎn)生全反射的棱邊處光澤就弱，而其他棱邊處的光澤就強(qiáng)，有閃光效果。圓形截面纖維：如圖從正反射光看，屬于漫反射，但光線在任一界面上入射角，都和光線進(jìn)入纖維后折射角相等，不能形成全反射。透光能力強(qiáng)，平行光射入，圓形截面的纖維如同一凸透鏡，透射光也不再是平行光，而會(huì)相互匯聚，有集中的趨向，光線軌跡重疊性大，結(jié)果使纖維的總反射光不一定最強(qiáng)，但觀感明亮，容易形成“極光”的觀感。消光：二氧化鈦消光劑；特殊光澤：異形纖維1、折射率nαir法線介質(zhì)1介質(zhì)2n1，n2—介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率

n21—介質(zhì)2對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率絕對(duì)折射率n—等于光在真空中的速度與在該介質(zhì)中的速度之比相對(duì)折射率三、折射與雙折射2、雙折射

圖定義：o光：振動(dòng)面與光軸垂直，折射率用N⊥表示；e光：振動(dòng)面與光軸平行，折射率用N//表示。

雙折射率：Δn=n//-n⊥表示纖維雙折射能力（雙折射差度）

纖維雙折射率大小與分子取向度和分子本身不對(duì)稱程度有關(guān)。取向度高，Δn↑，纖維中全部大分子與纖維軸平行排列時(shí)，雙折射率最大，大分子紊亂排列時(shí)雙折射率等于零

光線投射到纖維上時(shí)，進(jìn)入纖維的光線分解成兩條折射光，紡織纖維這種光學(xué)性質(zhì)叫雙折射。3、測(cè)量雙折射率方法

（1）浸沒法

（2）光程差法

4、測(cè)量雙折射率的作用：用來測(cè)量纖維取向度的高低

纖維取向因子：四、耐光性材料抵抗太陽(yáng)光作用的性質(zhì)。光照射大分子裂解聚合度下降強(qiáng)度下降影響因素：照射強(qiáng)度、照射時(shí)間、波長(zhǎng)、纖維結(jié)構(gòu)等耐光性差異：腈綸的耐光性最好，羊毛、亞麻>棉>蠶絲，滌綸>錦綸，粘膠、維綸的耐光性也較好，丙綸耐光性最差。一、研究紡織材料電學(xué)性質(zhì)意義第三節(jié)電學(xué)性質(zhì)

（一）間接測(cè)量紡織材料的其他性質(zhì)：測(cè)紡織材料回潮率---電容法，電阻法測(cè)紗條不勻率---電容法（二）利用電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行紡織加工：靜電紡紗、靜電植絨等一、介電性質(zhì)1、介電現(xiàn)象和介電常數(shù)ε：εr=C/C0C－以某種材料為介質(zhì)時(shí)電容器的電容量C0－以真空為介質(zhì)時(shí)電容器的電容量介電現(xiàn)象：絕緣體物質(zhì)在外加電場(chǎng)作用下，內(nèi)部分子形成電極化的現(xiàn)象。由于電介質(zhì)極化的緣故，材料的表面出現(xiàn)感應(yīng)電荷產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)能減小原外加電場(chǎng)的強(qiáng)度。介電常數(shù)ε2、影響ε因素：內(nèi)因：纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)大分子的分子量：分子量小，ε↑纖維的堆砌密度：堆砌密度大，ε↑大分子中的極性基團(tuán)：極性基團(tuán)多，極性強(qiáng)，ε↑外因：紡織材料含水率越大，介電系數(shù)越大圖外電場(chǎng)頻率越高，介電系數(shù)越小溫度越高，介電系數(shù)越大二、介電損耗：

1、定義：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下引起發(fā)熱的能量消耗叫介質(zhì)損耗2、影響因素：電場(chǎng)頻率：頻率越高，析出熱能越高，介質(zhì)損耗高電場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度越高，介質(zhì)損耗高聚合物分子的極性和極性基團(tuán)的多少。3、應(yīng)用：對(duì)材料進(jìn)行加熱烘干。

產(chǎn)生原因：極化取向引起介質(zhì)發(fā)熱消耗能量－漏導(dǎo)電流損耗極化取向消耗電能克服介質(zhì)內(nèi)粘滯阻力－極化電流損耗三、導(dǎo)電性質(zhì)

1）體積比電阻定義：電流通過截面積為1cm2、長(zhǎng)為1cm的物體內(nèi)部時(shí)的電阻稱為體積比電阻LS單位：歐厘米1、纖維比電阻2）表面比電阻定義：電流通過物體1cm寬、1cm長(zhǎng)表面時(shí)的電阻稱為表面比電阻。Lb單位：歐定義：長(zhǎng)為1cm、重1g的纖維束兩端間的電阻值。

3）質(zhì)量比電阻

單位：歐.g/cm22、影響紡織纖維比電阻的因素

1）吸濕對(duì)紡織纖維比電阻的影響

圖2）溫度對(duì)紡織纖維比電阻的影響

3）纖維上附著物的影響

4）其他因素對(duì)紡織纖維比電阻的影響

四、紡織纖維的靜電1、原因及危害2、表示紡織材料靜電性能的指標(biāo)A、電荷量Q單位：庫(kù)B、靜電電壓（電位差）U單位：伏特C、比電阻ρ

單位：歐姆D、靜電半衰期T1/2圖3、消除靜電現(xiàn)象的主要措施

A、提高空氣相對(duì)濕度B、使用抗靜電劑（表面活性劑）C、采用不同纖維混紡D、增加纖維導(dǎo)電性或采用導(dǎo)電纖維層狀結(jié)構(gòu)纖維的光澤正反射光內(nèi)部反射光入射光4

2

0

-291011121314151617棉羊毛錦綸滌表面比電阻與電荷半衰期的關(guān)系溫度（℃）變形（％）玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)Mε024685040302010棉纖維含水率與介電系數(shù)關(guān)系1千赫100千赫紡織材料質(zhì)量比電阻與含水率之間關(guān)系含水率低時(shí)M與lgρm近似直線關(guān)系，在中等濕度范圍，材料吸濕平衡時(shí)，空氣的相對(duì)濕度與lgρm之間也近似直線關(guān)系。因此可通過測(cè)定纖維在一定條件下的電阻值間接測(cè)量纖維含水率。各種紡織材料的耐熱性材料剩余強(qiáng)度（％）在20℃未加熱在100℃經(jīng)過在130℃經(jīng)過20天80天20天80天棉亞麻苧麻蠶絲粘膠纖維錦綸滌綸晴綸玻璃纖維10010010010010010010010010092706273908210010010068412639624396100100382412—4421959110010126—32137555100纖維導(dǎo)熱系數(shù)（W/（m.℃)0℃30℃100℃棉0.0580.0630.069羊毛0.0350.0490.058桑蠶絲0.0460.0520.059亞麻0.0460.052