纤维材料的热学光学电学性质课件

1、 第七章：纤维材料的热学、光学、电学性质8/7/20221纺织与材料学院纺织工程系内容提要：常用热学指标；纤维的热力学性质、热定形及抗热破坏性质（耐热性、热稳定性、燃烧性、熔孔性、热收缩等）；纤维的色泽、双折射、耐光性、紫外荧光；纤维的电阻、静电。重点难点：保暖性，热力学三态与热定形，热破坏温度，燃烧性；双折射、耐光性；电阻、静电序位及测试。难点在纤维这些性质的综合表现。解决方法：理清概念的层次关系，结合实际产品的分析，建立概念体系和思维方法。 8/7/20222纺织与材料学院纺织工程系第一节： 热学性质 第二节： 光学性质第三节： 电学性质8/7/20223纺织与材料学院纺织工程系第一节 热

2、学性质一、热学指标（一）比热C 质量为一克的纺织材料，温度变化1所吸收或放出的热量。单位：焦尔/克度。 纤维的比热值是随环境条件的变化而变化的，不是一个定值。同时，又是纤维材料、空气、水分的混合体的综合值。 比热值的大小，反映了材料释放、贮存热量的能力。或者温度的缓冲能力。 8/7/20224纺织与材料学院纺织工程系（二）导热系数 材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本身扩散的速度。单位：焦/米度时 ， 纤维本身的导热系数由于纤维结构的原因也呈现各向异性。 对于纤维集合体，也是纤维、空气、水分三者的综合值。导热系数与集合体的体积重量的关系呈对号规律（画图说明） 8/7/20225纺织与材

3、料学院纺织工程系（三）绝热率T 它反映的是材料的隔热能力保暖性，此值越大，说明该材料越保暖。8/7/20226纺织与材料学院纺织工程系二、热力学性质 热力学性质也叫热机械性质，是指在温度的变化过程中，纺织材料的机械性质亦随之变化的特性。用不同的温度点来表征力学特性。 绝大多数纤维材料的内部结构呈两相结构，即有结晶区与非结晶区，而这两个区域对热的反映是不一样的，对结晶区来说在热的作用过程中，它的热力学状态有两个：一个是在热的作用下，结晶体解体形成熔融态，要么结晶不被破坏的呈结晶态。对无定形区来讲，热力学状态大致有三个：玻动态、高弹态和粘流态，这些状态可用以下的热力学指标来表征和区分。 8/7/2

4、0227纺织与材料学院纺织工程系（一）熔点Tm 熔点是纤维的重要热性质之一，也是一个结构参数。我们知道低分子结晶体的熔化是一个相的转变过程，由结晶态（晶相）变成熔融态（液相），而且相的转变在很窄的温度范围内进行，所以叫熔点。对纤维材料，结晶是由高聚物形成的，它的熔化过程有一个较宽的温度区间熔程，由于该熔程比较宽，通常把开始熔化的温度叫起熔点，把晶区完全熔化时的温度叫溶点Tm。 若材料的结晶度高，晶体比较完整，则熔程变窄，熔点也随之而提高，同样结晶度条件下，晶粒大，Tm升高。 8/7/20228纺织与材料学院纺织工程系（二）玻璃化温度Tg 对于无定形区来说，在热的作用下，基本上有三种热力学状态：

5、玻璃态、高弹态和粘流态，通过变形能力来区分。 在玻璃态时，强力高，变形小，且外力取除后，变形很快消失，表现出类似玻璃的力学性质。 而高弹态时，受到外力，可产生较大的变形，当外力消除，变形较易回复，类似于橡胶的力学特征。 8/7/20229纺织与材料学院纺织工程系 粘流态时，变形不但很容易而且是不可逆的，呈现一种具有粘滞性可流动的液体状态。我们把高弹态向玻璃态的转变称做玻璃化转变，其转变温度为玻璃化温度。对纺织材料来说，这个转变是很重要的。（热定形，许多使用性能的基础）（三）粘流温度Tf高弹态到粘流态之间的转变温度。 8/7/202210纺织与材料学院纺织工程系三、热定形（一）概念： 定形是指使

6、纤维（包括纱、织物）达到一定的（所需的）宏观形态（状），尽可能切断分子间的联结，使分子松弛，然后在新的平衡位置上重新建立尽可能多的分子之间的联结点。 热定形则是指在热的作用下（以热手段进行分子之间联系的切断或重建）进行的定形。可以看出，热定形的主要目的就是为了消除材料在加工过程中所产生的内应力，使之在以后的使用过程中具有良好的尺寸稳定性，形态保持性弹性，手感等。 8/7/202211纺织与材料学院纺织工程系（二）热定形的效果暂时定形与永久定形（简单解释）。（三）热定形的条件（1）湿度(或定形液)：降低Tg（2）热：加热到Tg以上， Tf以下方可定形（3）力：施加外力达到我们所需的外观形态（4）

7、时间：大分子间的联结只能逐步拆开，达到比较完全的应力松弛，需要时间。重建分子间的联结也需要时间 8/7/202212纺织与材料学院纺织工程系四、耐热性和热稳定性（一）耐热性。指在热的作用下，抗破坏的能力。可用破坏温度来表示，或受热时性能的恶化来评价。详见教材第443页表8-4。（二）热稳定性。指在某温度持续作用下，多长时间会破坏的性能。详见教材第444页表8-5。8/7/202213纺织与材料学院纺织工程系五、热收缩 合成纤维因受热的作用而产生的收缩。产生收缩的原因：1、定形效果不好，有残余内应力存在； 2、分子链比较伸展，各键节、键段的无规运动，使大分向内卷缩。用收缩率表示。（如化纤的气蒸收

8、缩率试验） 8/7/202214纺织与材料学院纺织工程系六、熔孔性（一）概念织物接触到热体而形成孔洞的性能熔孔性。影响熔孔性的因素主要有：（1）热体的温度（2）热体的作用时间（3）热体的热量（4）纤维的性能（可熔性，导热性，比热，吸湿性等）。8/7/202215纺织与材料学院纺织工程系（二）测量方法1落球法：一定温度、重量大小的钢（或玻璃）球在布上形成孔洞所需时间。2烫法：用热体（金属棒、玻璃棒、纸烟等）接触试样一定时单间，观察熔融状态。 8/7/202216纺织与材料学院纺织工程系七、阻燃性（一）定性表达根据纤维在火焰中，离开火焰后的燃烧状况分为：1、易燃：遇火就燃，离火仍燃，且燃烧迅速，可

9、造成火灾。2、可燃：遇火能燃，离火后仍曼延，但 度慢。3、难燃：在火焰中可燃，离开火则自熄。4、不燃：与火接触亦不燃烧。 8/7/202217纺织与材料学院纺织工程系（二）定量表达1、点燃温度 2、火焰最高温度 3、燃烧速度 4、极限氧指数8/7/202218纺织与材料学院纺织工程系第二节 光学性质 纤维同其它物体一样，当光照时到它也会发生反射、透射、折射、散射和吸收。光学性质也和内部结构有着比较密切的关系。一、色泽：色泽颜色与光泽，不可分的统一体。（一）颜色：材料对光的选择性吸收和反射的结果。天然纤维的白度反映其质量。（二）光泽：反射可见光的能力。 8/7/202219纺织与材料学院纺织工程

10、系影响光泽的因素主要有：纤维的表面状况（粗毛比细毛光泽强）；纤维的截面形状，不同的形状会产生不同的光泽效果。如表面平滑平行反射（镜面反射），光最强；表面粗糙漫射，光柔和（反射光强一致）或产生闪光效应（有峰值漫射）；8/7/202220纺织与材料学院纺织工程系纤维结构与含杂：层状结构（蚕丝）相当于多个反射层，反射折射的多次反复，形成了蚕丝的特殊光泽。水分使光泽下降，颜色浓度上升，表面上的油、蜡等其它成分也会使光泽发生变化，所以化纤可通过渗杂（二氧化钛）获得有光、半光、无光纤维。纤维彼此排列的平顺程度。8/7/202221纺织与材料学院纺织工程系二、折射与双折射 构成纤维的大分子都是很长的，若不形

11、成取向排列，则它们只会有折射，但大多数纤维都是有取向的，当一束光射到纤维上时（非光轴入射）会形成两条折射率不同的光线，发生双折。三、耐光性 耐光性是纤维抵抗日光破坏的能力。它是耐气候性的一个方面。日光中的紫外线对纤维损伤厉害，而红外线起辅助破坏作用。 8/7/202222纺织与材料学院纺织工程系四、紫外荧光 纤维在受到紫外线的照射时，会发出在可见光范围内的光，称之为紫外荧光。各种纺织纤维具有不同颜色的荧光，可用来鉴别纤维，产品开发。 8/7/202223纺织与材料学院纺织工程系第三节 电学性质一、电阻（一）定义1体积比电阻： 2质量比电阻：3表面比电阻： （欧姆）（欧姆厘米） （欧姆克/平方厘

12、米）8/7/202224纺织与材料学院纺织工程系（二）影响因素：1、回潮率：在温度0100%的变化范围内，比电阻变化可达106倍。可用经验公式 来表示。2、温度：温度升高，导电性能增加，电阻下降。3、电压与频率：电压过高，材料击穿失去绝缘性，频率影响介电系数，频率变高，介电系数变小，介电系数与质量比电阻的关系如下式： 4、含杂与伴生物。5、纤维在电场中的排列方向8/7/202225纺织与材料学院纺织工程系三、静电（一）静电的产生与积累任何两种物质，互相接触或摩擦时，只要表面电荷载体的能量分布不同，就可能发生表面间的电荷再分配（电荷转移）。当它们分离后，表面会出现带电体。若表面为导体，这些带电体上的电荷将迅速消失，宏观上不会觉察有电的现象。若表面为绝缘体，电荷将存在于其上，宏观上会有电的现象。纺织纤维大多是绝缘体，在其加工和使用中，则不断发生着接触，分开及摩擦，电荷不断产生，并积累起来，当然也会不断发生逸散。（有兴趣的同等可借“静电手册”看看）。 8/7/202226纺织与材料学院纺织