纤维的热学性质

1、一、比热容纤维热学性质 质量为1克纺织材料，温度改变1所吸收或放出热量。纺织材料比热为：锦纶66 C=2.05 J/g.。 玻璃纤维C=0.67 J/g.。水：C=4.18 J/g.，干空气C=1.01 J/g.。1、定义纤维的热学性质第1页二、影响纤维比热容主要原因水分纤维比热容与纤维回潮率相关，随纤维回潮率增加而增大。温度在回潮率一定时，温度增加，纤维比热容增大。纤维结构1、纤维大分子取向排列造成比热容增大2、纤维结晶形式和结晶度对比热容有影响3、比热容对应是分子热运动所需能量。分子热运动受材料结构及分子排列影响纤维的热学性质第2页二、导热系数1、定义：，导热性下降，绝热性、保暖性增强 。

2、QdT2T1（T2T1）S材料厚度为1m，面积为1m2，两个平行表面之间温差为1时，1s经过材料传导热量焦尔数 。纤维的热学性质第3页常见纤维导热系数（在室温20时测得） 纤维种类(Wm/m2)纤维种类(Wm/m2)棉0.071-0.073涤纶0.084羊毛0.052-0.055腈纶0.051蚕丝0.050-0.055丙纶0.221-0.302粘纤0.055-0.071氯纶0.042醋纤0.050空气0.026锦纶0.244-0.337水0.697纤维的热学性质第4页1）环境温湿度影响 2、影响纤维集合体导热系数原因随温度增加，纤维分子热运动频率加大，使热量传递能力提升。温度 ：湿度：T，RH

3、 ，W , ，保暖性纤维吸湿和放湿过程热效应对纤维保暖性有影响纤维的热学性质第5页 2） 纤维集合体密度（体积质量）K=0.03-0.06g/cm3时，纤维保暖性最好。 0.1 0.2空气K 保暖性主要取决于纤维中夹持空气数量和状态。 纤维层中夹持静止空气越多，则纤维层绝热性越 好。一旦夹持空气流动，保暖性将大大降低。 纤维的热学性质第6页3）纤维结晶度与取向度 纤维中分子取向排列越高越多，沿纤维轴向导热系数越大，垂直于纤维轴向导热系数越小，存在热传导各向异性。 纤维结晶度越高有序排列部分越多，连续性越好，导热系数越大。纤维的热学性质第7页4）纤维排列方向纤维平行于热辐射方向排列导热能力强 1

4、0 20 30 40 50 60 70 80 90 纤维层方向热辐射方向导热系数纤维排列方向角纤维的热学性质第8页5）纤维形态细度 ，导热系数；中空度，导热系数异形纤维、卷曲纤维有利于降低纤维集合体导热系数形态造成纤维集合体中维持静止空气使导热系数下降形态造成纤维间接触面积降低使导热系数下降形态造成纤维集合体中直通孔隙降低使导热系数下降纤维的热学性质第9页增强服装保暖性路径 尽可能多储存静止空气； （中空纤维、多衣穿着、不透水） 降低W%； 选取低纤维； 加入陶瓷粉末等材料。导热系数对纤维加工影响对纤维进行热加工时，导热系数大小影响纤维热作用传递和热处理效果3、导热系数对纤维加工和使用影响纤维

5、的热学性质第10页4、惯用保暖性指标1）绝热率纤维集合体隔绝热量传递保持体温性能。式中：Q0包覆试样前保持热体恒温所需热量； Q1包覆试样后保持热体恒温所需热量。2）保暖率在保持热体恒温条件下，无试样包裹时消耗电功率与有试样包裹时消耗电功率之差占无试样包裹时消耗电功率之比。纤维的热学性质第11页3）热阻4）服装克罗值（CLO） 在室温21摄氏度，相对湿度小于50%，气流为10cm/s（无风）条件下，一个人静坐不动，能保持舒适状态，此时所穿衣服热阻为1克罗值。纤维的热学性质第12页三、热作用时纤维性状热力学三态1、非晶态高聚物热机械曲线曲线上有两个斜率突变区玻璃化转变区、粘弹转变区。展现三种不一

6、样力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态温度（ ）变形（）玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区温度（ ）玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区lgE在一定拉伸力作用下纤维变形或模量随温度改变曲线纤维的热学性质第13页分子链段运动被冻结，运动方式是局部振动和键长、键角改变。纤维在外力作用下形变小，弹性模量高，表现为质硬而脆，类似玻璃，称为玻璃态。2、两种转变和三种力学状态玻璃态温度（ ）变形（）玻璃态IIIIIITg纤维的热学性质第14页温度（ ）变形（）IIIIII高弹态高弹态分子链段运动加剧，发生链段构象改变（但整个分子不发生位移） ，出现高弹变形，类似橡胶特征。称高弹态Tf玻璃化转变区：纤

7、维全部物理性质发生突变，链段运动限制被解除，大分子构象能够发生改变。玻璃化转变区纤维的热学性质第15页温度（ ）变形（）IIIIII粘流态粘流态大分子链段产生相互滑移，变形能力显著增加，产生不可逆变形，聚合物完全变为粘性流体，称为粘流态。粘弹转变区：大分子链段产生相互滑移，纤维表现流动性。粘弹转变区纤维的热学性质第16页（1）玻璃化温度：从玻璃态向高弹态转变温度。3、热转变温度 表 （2）粘流温度：由高弹态转变为粘流态温度，（3）软化温度：在一指定应力及条件下，高聚物 到达一定变形时温度。（4）熔点温度：高聚物结晶全部熔化时温度（5）分解温度：纤维发生化学分解时温度。纤维的热学性质第17页四、

8、耐热性和热稳定性耐热性：纺织纤维经热作用后力学性能保持性 叫耐热性。 图热稳定性：纤维在热作用下结构形态和组成 稳定性。 纤维的热学性质第18页1、质量与组成稳定性 裂解：高分子主链断裂，造成分子量下降，材料机械 性能恶化。2、结构稳定性3、形态稳定性（热收缩）热作用下，纤维聚集态结构发生改变，结晶度下降，取向度下降。热作用下纤维外观形态稳定性，主要是指纤维热收缩。纤维的热学性质第19页原因：初生纤维拉伸，纤维中残留有应力，因受玻璃态约束未能缩回，当纤维受热温度超出一定程度时，纤维中约束减弱，从而产生收缩。评价指标：热收缩率：是指加热后纤维缩短长度占原来长度百分率。 纤维热收缩定义：材料受热作

9、用而产生收缩现象。纤维的热学性质第20页沸水收缩率：普通指将纤维放在100沸水中处理 30min，晾干后收缩率；热空气收缩率：普通指用180 、190、210热空 气为介质处理一定时间（如15min）后 收缩率；饱和蒸汽收缩率：普通指用125-130 饱和蒸汽为介质 处理一定时间（如3min）后收缩率。使用不一样介质收缩率纤维的热学性质第21页合成纤维在不一样介质处理下热收缩率锦纶6锦纶66涤纶收缩率 沸水收缩率 热空气收缩率 - 饱和蒸汽收缩率 纤维的热学性质第22页利弊： 利用不一样纤维收缩率，混纺可改进纱线结构。 长丝或合纤纱热收缩率不一样，产生易吊经、吊纬、裙子皱。 使用时也要注意热收

10、缩问题。影响原因： 温度T，热收缩率 介质水、空气、蒸汽纤维的热学性质第23页五、纤维热塑性和热定形1、基本概念热塑性将合成纤维或制品加热到玻璃化温度以上（低于软化点温度），并加一定外力强迫其变形，然后冷却并去除外力，这种变形就可固 定下来，以后碰到TTg时，则纤维或制品形状就不 会有大改变。这种特征称之为热塑性。 热定形利用合纤热塑性，将织物在一定张力下加热处 理，使之固定于新状态工艺过程。（如：蒸纱、熨烫）纤维的热学性质第24页2、 热定形机理最初结构涣散；新结构重建；新结构固化 。 4、热定形方法干热定形-热风处理，金属表面接触加热。 湿热定形-湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型 。3、影

11、响热定形效果原因：定形时间：在一定范围内，温度较高，热定型时间能够缩短，温度较低时，热定型时间较长。定形张力：松弛热定型、张力热定型纤维的热学性质第25页4、影响热定型效果原因 温度 定型温度应大于玻璃化温度，低于软化点和熔点。温度 愈高，定型效果愈显著，但T不能太高，不然会使织物手 感粗糙，甚至引发纤维损伤。 时间 温度高，定型时间可短些；温度低，定型时间可长些。 张力 定张力定型、无张力定型 冷却速度 要求较快冷却，可使新结构快速固定，可取得很好手感 织物。 定型介质 干热定形-热风处理，金属表面接触加热。 湿热定形-湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型 。纤维的热学性质第26页六、燃烧性能1

12、、几个常见纤维燃烧特征纤维名称靠近火焰在火焰中离开火焰燃烧后残渣燃烧时气味纤维素纤维不熔不缩快速燃烧继续燃烧灰白色灰烧纸味蛋白质纤维收缩渐渐燃烧不易延燃松脆黑灰烧毛发味涤纶收缩熔融先熔后燃，有液体滴下能延燃玻璃状黑褐色硬球特殊芳香味锦纶收缩熔融先熔后燃，有液体滴下能延燃玻璃状黑褐色硬球氨臭味腈纶收缩、微熔发焦熔融燃烧有发光小火花继续燃烧松脆黑色硬块有辣味维纶收缩熔融燃烧继续燃烧松脆黑色硬块特殊甜味丙纶迟缓收缩熔融燃烧继续燃烧黄褐色硬球沥青味氯纶收缩熔融燃烧有黑烟不能延燃松脆黑色硬块氯化氢臭味纤维的热学性质第27页燃烧分类：易燃纤维（快速燃烧，形成火焰）：纤维素纤维、腈纶纤维可燃纤维（迟缓燃烧，

13、离开火焰可延燃）：羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶、丙纶、维纶等难燃纤维（接触燃烧，离开火焰熄灭）：氯纶、芳纶不然纤维：金属纤维、碳纤维、石棉、玻璃纤维、PBI纤维等纤维的热学性质第28页1）极限氧指数（LOI） 定义：材料点燃后在氧氮大气里维持燃烧所需要最低含氧量体积百分数。LOI大，难燃；LOI小，易燃2、燃烧性能指标LOI35，不燃 LOI=2634，难燃LOI=2026，可燃 LOI20，易燃纤维的热学性质第29页2）点燃温度、燃烧时间和燃烧温度点燃温度：纤维产生燃烧所需最低温度。燃烧时间：纤维放入燃烧环境中，从放入到燃烧所需时间。燃烧温度：材料燃烧时火焰区中最高温度值。纤维的热学性质第30页3、提升纤维材料难燃性路径阻燃整理（纯棉、化纤）制造难燃纤维（合成纤维）纤维的热学性质第31页4、