纺织材料的热学光学电学性质课件

第八章 纤维的热学、光学和电学性质,热学性质：纺织材料在不同温度下表现的 性质。,第一节 热学性质,一、比热容 二、导热系数 三、热作用时的纤维性状 四、热定形 五、耐热性 六、热稳定性 七、燃烧性 八、熔孔性,第一节 热学性质,一、比热容C(比热) 1、定义：单位质量的纤维，温度变化1所吸收或放出的热量。 2、公式： 3、干燥纤维的比热容(P140表7-1) 4、含义：反映纤维材料释放、存储热量的 能力，或者温度升降的缓冲能力。,单位为J/(g),第一节 热学性质,一、比热容C(比热) 5、影响比热容的因素 温度： 水分： 纤维中孔洞和纤维间缝隙：,T，C,W，C,孔隙率，C,第一节 热学性质,二、导热系数 5、影响因素 （1）结晶取向：结晶度和取向度， （2）纤维集合体密度： （3）纤维排列方向： （4）纤维细度和中空度：纤维细，中腔大， （5）环境温湿度：温湿度，,，先后,f，,第一节 热学性质,二、导热系数 6、对纤维加工和使用的影响 （1）加工 热处理中，采用逐渐升温和保温措施，达到处理的均匀化 外层需要热处理的材料，实施快速升温 （2）使用 夏季面料：高导热系数的纤维 冬季面料：低导热系数的纤维,纤维集合体保暖性指标,绝热率：纤维集合体隔绝热量传递保持温度的能力 保暖率：在保持热体恒温的条件下，无试样包覆 时消耗的电功率和有试样包覆时消耗的 电功率之差占无试样包覆时消耗的电功 率的百分数。 热阻：导热系数的倒数，单位：(m)/W 克罗值(clo)：在温度为20、相对湿度不超过 50%、空气流速不超过10cm/s的环境 中，一个人静坐并感觉舒适时衣服所具 有的热阻。 1克罗值=4.310-2 (mh)/J=155 (m)/W,第一节 热学性质,Q0：热体不包覆试样时单位时间的散发热量(J) Q1: 热体包覆试样时单位时间的散发热量(J),第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状（热力学(机械)性质：在温度的变化过程中，纺织材料的力学性质随温度变化的特性） 1、纤维的类型 （1）热塑性纤维 在较高温度时会发生软化、熔融的纤维 如涤纶、锦纶、丙纶和醋酯纤维等 （2）非热塑性纤维 在较高温度时不会出现熔融而直接发生分解、炭化的纤维 如棉、麻及再生纤维素纤维和羊毛、蚕丝及再生蛋白质纤维,第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状 2、三种状态和两种转变 (1)玻璃态 (2)高弹态 (3)粘流态 (4)玻璃化转变区 (5)粘弹态转变区,第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状 3、热转变点 玻璃化温度Tg：玻璃态向高弹态转变的温度 软化温度Ts ：指在一定的压力及条件下，高聚物达到一定变形时的温度 粘流温度Tf ：高弹态向粘流态转变的温度 熔点Tm：高聚物内晶体完全消失时的温度 分解点Td：纤维发生化学分解时的温度,第一节 热学性质,四、热定形 1、目的 使纤维的内部结构或织物的形状在热作用下固定并获得一定的尺寸。 2、定义 将纺织材料加热到一定温度，并在外力下使材料保持所需尺寸或形状，让纤维内大分子间产生内应力的结合点断开，并在新的位置上形成无内应力的绪合，然后冷却并除去外力，这一加工过程称为热定形。,第一节 热学性质,四、热定形 3、机理 （1）热塑性纤维 合成纤维：玻璃化温度的“冻结”定形 （2）非热塑性纤维 羊毛：内部结构变化的结构定形,第一节 热学性质,四、热定形 4、影响因素 温度 过低：达不到定形目的 过高：纤维材料颜色变黄，手感粗糙，甚至熔融、分解 时间 温度低时，时间长些 温度高时，时间短些 介质：水分子侵入有助于热定形 冷却速度：速度快有助于热定形,第一节 热学性质,五、耐热性 定义：纤维经热作用后力学性能的保持性 表征方法 力学性能保持率(%)P148图7-8 剩余强度(%)P148表7-6 常用纤维耐热性 纤维素纤维合成纤维蛋白质纤维 涤纶腈纶和锦纶维纶,第一节 热学性质,六、热稳定性 1、质量与组成的稳定性 2、结构的稳定性 3、形态的稳定性,第一节 热学性质,七、燃烧性 1、定性 （1）易燃： （2）可燃： （3）难燃： （4）不燃：,纤维素纤维、腈纶、丙纶,蛋白质纤维、锦纶、涤纶、维纶,氯纶,石棉、玻璃纤维、金属纤维等,第一节 热学性质,七、燃烧性 2、定量 （1）极限氧指数：材料点燃后在氧-氮大气里维持燃烧所需要的最低的含氧量体积的百分数,第一节 热学性质,七、燃烧性 2、定量 （2）点燃温度和燃烧时间 点燃温度TI：指纤维产生燃烧所需的最低温度 燃烧时间t：指纤维放入可燃环境中到燃烧所需的时间 （3）燃烧温度TB 指纤维燃烧时的火焰区中的最高温度值,第一节 热学性质,七、燃烧性 3、阻燃的方法 （1）阻燃纤维 在纺丝原液中加入阻燃剂，混合纺丝制成 由合成的难燃聚合物纺制而成 （2）阻燃整理 将阻燃剂涂覆在纤维表面或浸渍于纤维内,第一节 热学性质,八、熔孔性 1、定义 在穿用过程中，在接触到烟灰的火星、电焊火花、砂轮火花等热体时，可能在织物上形成孔洞。纺织材料的这种性能，叫熔孔性。 织物抵抗熔孔现象的性能，叫抗熔孔性。 合成纤维：熔融 天然纤维和再生纤维素纤维：分解或燃烧,第一节 热学性质,八、熔孔性 2、因素 (1) 热体的表面温度：必须高于天然纤维的分解点和合成纤维的熔点 (2) 热体与织物的接触时间：热体提供足够的热量 (3) 导热系数 (4) 水分,第一节 热学性质,八、熔孔性 3、测试方法 落球法 熔成孔洞所需要的热体的最低温度 热体在织物试样上停留的时间 烫法 观察试样接触部分的熔融状态 织物产生熔孔的时间,作业（十二）,1、名词解释：比热、热导率（导热系数）、玻璃化温度、粘流温度、热定形、极限氧指数 2、纤维在热的作用下，会出现哪几种热力学状态？各自特征如何？玻璃化温度与熔点在产品加工及使用中有什么重要的意义？ 3、纤维的比热、导热系数、玻璃化温度、点燃温度、熔孔温度等分别说明材料的什么性质？ 4、试述天然纤维和粘胶织物抗熔孔性较好而锦纶和涤纶织物抗熔孔性较差的原因。,热传递示意图(P142图7-4),常见干燥纺织纤维的比热容(测定温度20) (P140表7-1),静止空气：1.011；水：4.18,羊毛纤维的比热容与回潮率和温度的关系 (P141图7-1),常见纤维的导热系数（测定温度20） (P140表7-2),静止空气最小，水最大 纤维位于两者之间,纤维层体积质量和导热系数之间的关系 (P143图7-5),=0.03-0.06g/cm3时，最小,纤维排列方向角与导热系数的关系 (P143图7-6),当纤维平行于热辐射方向排列时，导热能力较强 当纤维垂直于热辐射方向排列时，导热能力较低,热塑性纤维的热机械性质 (P144图7-7),热转变点：在温度变化过程中，纤维力学性质等发生显著变化时的温度。,第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状 2、三种状态和两种转变 （1）玻璃态 非晶区的分子热运动能低，不能激发链段的运动，处于“冻结”状态 外力作用下，分子主链仅发生键长键角的变化而产生较小的变形 外力去除后，变形立即消失而回复原状。 一般固体具有的普弹性能,第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状 2、三种状态和两种转变 （2）高弹态 非晶区的分子热运动能高，激发链段的运动，处于“解冻”状态 外力作用下，分子主链通过内旋转和链段运动产生较大变形 外力去除后，变形立即消失而回复原状。 纤维具有的高弹性能,第一节 热学性质,三、热作用时的纤维性状 2、三种状态和两种转变 （3）粘流态 非晶区和晶区的整个分子链产生运动 一受力即可变形 去除外力，不会回复 纤维具有可塑性能,常见纤维的极限氧指数,第二节 纤维的光学性质,光学性质：指纤维对光的反射、折射和透射性质及光泽特征，以及纤维对光的吸收激发发光、降解和耐光性质(P151),第二节 光学性质,一、光在纤维中的反射与折射现象,图8-11 层状结构纤维多次反射和折射对光泽影响的示意图,第二节 光学性质,二、光泽 （一）三类反射 1、镜面反射：平行光射向界面为平面的物体，反射出来的仍将是平行光，表现出较强的光泽 2、漫反射：平行光射向界面粗糙的物体，反射出来的仍光均匀而柔和的光泽 3、散射光：因光子的多次碰撞从纤维表层散射出的光线，与入射光的角度无关，与入射光能量和纤维表层结构与组成有关,第二节 光学性质,二、光泽 （二）影响因素 1纤维层状结构,多次反射作用使到达纤维表面的反射光产生叠加，不同波长还会产生干涉作用，使纤维呈现出较强的光泽而不耀眼,第二节 光学性质,二、光泽 （二）影响因素 2纤维纵向形态 （1）纵向表面平滑一致，则漫反射少，较强的光泽 化学纤维：若无卷曲，表面光滑，镜面反射多，光泽较强 丝光棉：天然转曲减少，纵向光滑，光泽较强 粗羊毛：鳞片稀疏，紧贴毛干，表面光滑，光泽较强 细羊毛：鳞片稠密，紧贴程度查，光泽柔和 若羊毛鳞片受损伤，光泽暗谈 （2）制造半无光和无光化纤的方法 纺丝流体中加入二氧化钛消光剂,第二节 光学性质,二、光泽 （二）影响因素 3纤维截面形状 （1）圆形截面 （2）三角形截面,第二节 光学性质,三、光的双折射 1、双折射现象：光线投射到纺织纤维上时，在界面处除了产生反射光射出以外，进入纤维的光线分解成两条折射光。纺织纤维的这种光学性质，叫双折射。 2、双折射率 光波振动方向平行于纤维轴的平面偏振光传播时的折射率 光波振动方向垂直于纤维轴的平面偏振光传播时的折射率,第二节 光学性质,三、光的双折射 2、常见纤维的双折射率(P153表7-10) 3、双折射率与纤维内部结构的关系 取向度 取向度 ，各向异性显著，n 大分子本身的不对称性 大分子链呈曲折状或螺旋链状，或主链上有侧基， n 4、双折射率的测定,第二节 光学性质,四、耐光性及光照稳定性 耐光性 纤维受光照后其力学性能保持不变的性能 用日晒一定时间后的强度损失的百分率或强度损失到一定值时的日晒时间来表示 腈纶羊毛麻棉粘胶涤纶锦纶蚕丝 光照稳定性 纤维受光照后其不发生降解或光氧化、不产生色泽变化的性能 蚕丝、锦纶较差 五、光致发光,第二节 光学性质,色泽 颜色 纺织材料受到光线照射时，所反射、折射或透射出来的光线的光谱成分就是它的颜色。 一般所说的光线就是人眼所能感觉到的某一波段的电磁波，包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光线，它们的波长大约在700nm到400nm之间，白光是这七种光混合而成。,第二节 光学性能,色泽 光泽 定义：是物体受光线照射时反射光在空间上的分布特性以及物体反射光中内外反射光的组成特性赋予人体视觉器官中的综合反映。 因素 纤维的表面状态 纤维的层状结构 纤维的横断面,第二节 光学性能,折射与双折射 光线投射到纺织纤维上时，在界面处除了产生反射光射出以外，进入纤维的光线分解成两条折射光。纺织纤维的这种光学性质，叫双折射。 纤维的双折射能力用双折射差度或称双折射率表示，其定义为n2-nl 双折射的测定方法：浸没法和光程差法。,第二节 光学性能,耐光性 纺织材料在贮存和穿用过程中，因受各种大气因素的综合作用，材料的性能逐渐恶化，以致丧失使用价值。这种现象叫老化。 材料抵抗太阳光作用的性质为耐光性。 纺织材料的耐光性一般用日晒一定时间后的强度损失的百分率或强度损失到一定值时的日晒时间来表示。,第二节 光学性能,耐光性 影响因素 内因：纤维的大分子结构 外因：照射光线的光谱成分与强度、日晒时间、温度、纤维的含水量,第三节 纤维的电学性质,利用电学性质，可以间接测量其他性质 电容法和电阻法测量纺织材料的回潮率 电容法测量纱条的不匀率 合成纤维的加工和使用过程中，因摩擦而产生静电，影响生产。 电学性质包括几个方面 导电性质(电阻) 介电性质(介电常数) 静电,第三节 纤维的电学性质,一、导电性质 1、纤维比电阻及其表达 （1）表面比电阻：单位长度上的电压(U/L)与单位宽度纤维上流过(I/B)的电流之比(),L：电极距离(cm)； B：电极宽度(试样宽度)(cm) Rs：电流通过试样表面时的电阻(),第三节 纤维的电学性质,一、导电性质 1、纤维比电阻及其表达 （2）体积比电阻：单位长度上的电压（U/L）与单位截面纤维上流过的电流(I/S)之比(cm)。,L：电极距离(cm)； S：试样截面积(cm2)； Rv：电流通过试样内部时的电阻()。,第三节 纤维的电学性质,一、导电性质 1、纤维比电阻及其表达 （3）质量比电阻：单位长度上的电压（U/L）与单位线密度纤维上流过的电流(I/(W/L)之比(g/cm2)。,L：电极距离(cm)； m：两极板间纤维束的质量(g)； Rm：电流通过纤维束时的电阻()。,纺织纤维的质量比电阻(P157表7-13),纺织纤维的质量比电阻的对数值在7以下为好,第三节 纤维的电学性质,一、导电性质 2、影响纤维比电阻的主要因素 内部因素（内部结构） (1) 大分子的极性差，比电阻大 (2) 聚合度、结晶度、取向度小，比电阻大,第三节 纤维的电学性质,一、导电性质 2、影响纤维比电阻的主要因素 外部因素 (1) 含水率：M，比电阻 (2) 温度：M，比电阻 (3) 附着物：棉纤维的果胶、羊毛的脂汗、蚕丝的丝胶和合成纤维中的含抗静电剂的油剂都会降低比电阻 (4) 测试条件：测试电压较高、测量时间较短时，比电阻偏低 (5) 介电常数：棉 羊毛,第三节 纤维的电学性质,二、介电性质 1、介电现象和介电常数 介电现象：绝缘体材料(也叫电介质) 在外加电场作用下，内部分子形成电极化的现象 介电常数,第三节 纤维的电学性质,二、介电性质 2、常见纺织纤维的介电常数(P158表7-14) 3、影响纤维介电常数的主要因素 (1) 内部结构 分子量较小、堆彻密度较大，介电常数较大 极性基团较多、极性较强，介电常数较大 (2) 外部因素 含水率(P159图7-17)：含水率，介电系数 温度：温度，介电系数 频率(P159图7-18)：频率，介电系数,第三节 纤维的电学性质,三、纺织纤维的静电 1、静电现象 定义：不同纤维材料之间或纤维与其它材料之间由于接触和摩擦作用使纤维或其它材料上产生电荷积聚的现象 表征 静电强度：单位重量或单位面积的带电量(C/cm2)或静电压(V) 电荷半衰期：静电衰减到原始数值一般所需要的时间 比电阻,第三节 纤维的电学性质,三、纺织纤维的静电 2、静电电位序列(P161图7-19) 当两个绝缘体相互摩擦后分开时，介电常数大的取正电荷，小的取负电荷 聚酰胺类纤维：表的靠近