第10章纺织材料热电光学性质

第九章纺织材料的热学、电学和光学性质教学内容：1、纺织材料的热学性质2、纺织材料的电学性质3、纺织材料的光学性质第一节纺织材料的热学性质纺织材料在加工和使用过程中会遇到不同的温度，且温度范围很广，不同温度会给纤维的内部结构及物理性质带来很大的影响，纺织纤维在不同温度下表现出的性质为热学性质，它与纺织染整加工、服用性能有密切的关系。一、比热（一）基本概念

单位质量1g的纺织材料，温度变化10C所吸收或放出的热量，叫纺织材料的比热。标准单位：J/kg.0C，纺织上常单位J/g.0C。在大多数情况下它表现为物理性质的变化，但也有化学性质的变化，如线状大分子的交联与解交联、氧化反应、热裂解等。水的比热4.18，数值上为干纺织材料比热的2-3倍；静止空气的比热是1.011、温度的影响同一种材料在不同的温度下所测得的比热不同,见表8-2。比热随着温度增加呈台阶式上升,但影响不是太大。（二）影响比热因素2、水的比热大于干纤维的比热，纤维吸湿后比热会相应的增大。所以湿衣服和干衣服升高的温度相同时，所需的热量较大，反之湿衣服接触到热源时，其温度升高时的速度没有干的衣服快。3、纤维中孔洞和纤维间缝隙的影响

一般随孔隙率增加，比热下降。二、导热性质（一）导热系数的基本概念材料的导热性，用导热系数来表示，法定单位W/m.0C，曾用单位是J/m.s.0C，后者指当材料的厚度为1m、面积为1m2的，两个平行表面之间的温差为10C，1s内通过材料传导的热量焦耳数。各种纤维的导热系数见下表。常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得）纤维λ(W·m/m2·℃)纤维λ(W·m/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静止空气0.026锦纶0.244-0.337水0.599表中显示：水的导热系数最大，静止空气的导热系数最小，纤维介于两者之间。λ↑导热性越好，保温性越差（二）影响纤维导热性能的因素：（1）温湿度：T↑→λ↑；

水分越多，λ↑，保暖性越差。随着环境温度的提高，纤维内部大分子的运动能力提高，分子运动传递的热能也会增加。相对湿度越高，纤维内部的水分越多，测得的纤维导热系数越大，而且这个变化要比温度引起的变化大得多。

导热系数与温度的关系（2）体积重量①纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最好。②保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。纤维层中夹持的空气越多，则纤维层的绝热性越好,一旦夹持的空气流动，保暖性将大大降低。（3）纤维的排列状态

集合体中纤维的排列状态影响着纤维间的接触面积的大小，接触面积越大，热传导能力越强；纤维间的平行排列程度和热源的方向也会影响集合体的导热性能，纤维的轴向和热的传递方向一致，将使集合体的热传导能力明显上升。（4）纤维的形态纤维粗细、形状、卷曲、中空等影响导热系数。异形截面的纤维随着轮廓凹凸状况而变化，尤其是多沟槽化会使纤维导热系数下降；卷曲丰富的纤维使纤维集合体蓬松；在相同体积条件下，细的纤维可以形成更多的静止空气；中空纤维的空腔非常有利于保持静止空气，但单孔大中空的纤维抗压扁能力较差，使用效果不好，新型的多孔(如4孔、7孔等)中空纤维使用效果较好。（1）绝热率/%：隔绝热量传递保持体温的性能。（2）保暖率。（3）热阻

热阻亦称为热欧姆，是导热系数的倒数。一般用克罗值来表示。（三）保暖性1、常用保暖性指标（YG606A型平板式保暖仪测定）2、增强保暖性的途径（1）尽可能多的储存静止空气；（2）降低回潮率；（3）选用导热系数低的纤维；（4）加入陶瓷粉末等材料。（中空纤维、多衣穿着、不透水）

三、热转变温度（一）纤维材料的热力学三态多数合成纤维在热的作用下，温度逐渐升高，分子热运动加剧，在分子间的结合力减小,发生玻璃态、高弹态、粘流态等三态的转变，使纤维性质发生变化。

玻璃态：温度较低时，分子热运动的能量低，运动单元和运动方式是只有侧基链节、短支链等的局部振动的键长、键角的变化，因此合纤的弹性模量很高，变形能力很小，纺织材料的热转变点，纤维坚硬，类似玻璃，故称玻璃态。分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。热力学三态高弹态：当温度超过Tg后，纤维的弹性模量突然下降，纤维受较小的作用就发生很大的变形，但又因整个分子不发生位移，所以这种变形在外力除去时经过一段时间可以回复，纤维的这种力学状态为高弹态。分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性可回复。粘流态：在受力作用下，通过链段的协同运动，可以实现大分子的位移，此时高聚物无固定的形状，属粘性液体。大多合纤都在粘流态下的流动行为进行加工成型的。大分子开始变形，表现出液体流动的特性。（二）热转变温度□1.玻璃化温度Tg：非晶态高聚物大分子链段开始运动的最低温度，或由玻璃态向高弹态转变的温度。它一般高于室温，所以在室温下衣服能够保持一定的尺寸的硬挺度，当温度升到玻璃化温度时，纺织纤维的变形、初始模量、比热容、热导率、膨胀率、密度、折射率都发生了突变。□2.软化温度Ts

：指一定的应力及条件下，高聚物达到一定变形时的温度Ts。□3.粘流温度Tf：非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，或由高弹态向粘流态转变的温度。□4.熔点温度Tm：高聚物结晶全部熔化时的温度。□5.分解点温度Td：高聚物大分子主链产生断裂的温度。指纤维发生化学分解时的温度。多数合纤在高温下先软化后溶融，具有软化点和熔点。天然纤维、再生纤维只有分解点。

6、热破坏温度（耐热性和热稳定性）（1）耐热性：纺织材料抵抗热破坏的性能。一般根据材料受热时机械性能的变化来评定。随温度、时间和纤维种类而异。涤沦、锦纶、腈纶耐热性较好，粘胶纤维较好，蚕丝较羊毛好，羊毛耐热性较差，加热到100—1100C就变黄，强度下降。（2）热稳定性：在一定温度下，随时间增加纤维抵抗性能恶化的能力。

涤纶的热稳定性好,在1500C下168小时，锦纶、腈纶热稳定性都好。。7、热定型温度当把合成纤维或其织物加热到玻璃化湿度以上时,纤维内部大分子间作用力减小,分子链段开始自由转动,纤维的变形能力增大,在一定张力作用下强迫其变形,会引起纤维内部分子链间部分原有价键拆开在新的位置重键，冷却并除去外力后,合纤或织物的形状在新的分子排列状态下稳定下来，只要以后的温度不超过玻璃化温度,纤维或其织物形状没有变化。合纤的这种性质叫热塑性,这种加工处理,叫热定性。影响热定型效果的主要因素：1）温度（主要因素），要高于合纤的玻璃化温度，低于软化点及溶点。2）时间：温度较高时，热定型时间可以缩短，反之，则需要时间较长。3）热定型过程中对织物施加张力，要选择适当。使织物表面舒展而平整，且有利于热定型效果提高，张力过小，使织物的皱未充分舒展就进行热处理，会使皱定型更难除去，张力过大，织物薄而板硬。织物的品种和风格不同，施加张力的大小也不同。合纤织物经热定型处理后，织物的尺寸稳定性，弹性，抗皱性等也有很大的改善。四、阻燃性：纺织材料抵抗燃烧的性能。（一）阻燃性的定性表述

纤维材料的阻燃性分四种，即易燃纤维、可燃纤维、难(阻)燃纤维和不燃纤维。(1)易燃纤维：快速燃烧，容易形成火焰。如纤维素纤维、腈纶、丙纶等。(2)可燃纤维：缓慢燃烧，离开火焰可能会自熄。如羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶和维纶等。(3)难燃纤维：与火焰接触时可燃烧或炭化，离开火焰便自行熄灭。如氯纶、腈氯纶、阻燃涤纶、间位芳纶、对位芳纶、酚醛纤维、聚苯硫醚纤维等。(4)不燃纤维：与火焰接触也不燃烧。如石棉纤维、玻璃纤维、金属纤维、碳纤维等。（二）阻燃性的定量表述（阻燃性能指标）

1、极限氧指数（LOI）：在规定的试验条件下，使材料保持燃烧状态所需氮氧混合气体中氧的最低浓度。2、点燃温度：规定试验条件下，使材料开始持续燃烧的最低温度。3、续燃：燃着物质离开火源，仍有持续的有焰燃烧时间。4、阴燃：燃着物质离开火源后，有持续的无焰燃烧时间。5、损毁长度：规定的试验条件下，纤维材料损毁面积在规定方向上的最大长度，单位为mm。6、熔孔时间及熔滴：规定试验条件下，测试高温物体(钢球、玻璃球、或点燃的香烟)烫出熔孔和穿过所需的时间(s)，以及材料在火焰燃烧中熔滴滴落状态。（三）阻燃方法通常有以下几种：1、制造阻燃纤维：2、对织物进行阻燃整理：3、阻燃纤维和阻燃整理相结合。

一般为LOI大于26%的纤维可认为是阻燃纤维。（一）热收缩在纤维温度升高时，纤维内大分子间作用力减弱，以致在内应力的作用下大分子回缩，形成卷曲构象，从而产生收缩的现象。

热收缩的大小用热收缩率表示,它是指加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。根据加热介质的不同,有沸水收缩率,热空气收缩率和饱和蒸汽收缩率之分。五、热变形性沸水收缩率:指将纤维放在1000C的沸水中处理30min，晾干后的收缩率。热空气收缩率:指用1800C、1900C、2100C，热空气为介质处理一定时间(15min)后的收缩率。饱和蒸汽收缩率：指用125—1300C饱和蒸汽为介质处理,一定时间(3min)后的收缩率。（二）纺织材料的熔孔性合纤织物在穿用过程中，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。纺织材料接触到热体在局部熔融收缩形成孔洞的性能叫熔孔性。织物抵抗熔孔现象的性质，叫抗熔孔性。1.合成纤维易产生熔孔现象的原因涤纶、锦纶熔融所需的热量较少；涤纶、锦纶的导热系数比棉、粘、羊毛大2.改善织物抗熔性的方法（1）合纤与天然纤维混纺；（2）制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用棉）。第二节纤维的电学性质（纺织材料的静电P318）一、静电产生危害和产生机理（1）对纺织生产影响：纤维易缠绕，纱线发毛、断头（2）对服用的影响：纺织品吸收灰尘，面料粘附肢体，使血液pH升高，钙含量下降，而尿中钙含量增加，血糖升高，维生素C下降。严重时引起电击、火灾和爆炸。纺织材料主要是摩擦产生静电

二、静电性能指标1、比电阻：比电阻越小，静电泄漏越多、越快。（1）体积比电阻ρv：Ω.cm纤维比电阻大于1013Ω.cm易产生静电现象。（2）质量比电阻ρm：Ω.g/cm2

（3）表面比电阻ρs：Ω不锈钢碳纤维AntronⅢT-25腈纶涤纶强度cN/dtex2.56-3.4713.2-23.82.033-42.2-4.414.14-5.62伸长率1-20.5-1.54520-3525-5020-50比电阻Ω.cm10-510-210-3-10-5107

1013-1014

1014-1015材料的比电阻值比较◆表面比电阻：电流通过物体宽1cm，长1cm表面时间的电阻称为表面比电阻，它表示物体表面的导电性能。单位：Ω。◆体积比电阻：电流通过截面积为1cm2，长为1cm的物体内部时的电阻称为体积比电阻，它表示物体内部的导电性能。单位Ω.cm。◆质量比电阻：电流通过长1cm，质量为1g的纤维内部时的电阻为质量比电阻，单位：Ω.g/cm2

2、半衰期：纺织材料上的静电衰减到原始值一半时所需的时间。主要决定因素是材料的表面比电阻。3、摩擦带电量4、面电荷密度日本等国规定抗静电织物摩擦带电量控制在7μC/m2以下。5、摩擦带静电压

三、抗静电加工方法（一）表面处理法：纤维或织物用抗静电整理剂整理，抗静电树脂粘附在纤维上。

特点：（1）成本较低，加工方便，生产效率高；（2）缺乏持久性；（3）在低湿度下抗静电效果差。（二）纤维化学改性

在聚合物中抗静电剂通过共聚或共混方法渗入到纤维内部。

特点：（1）在低湿度下抗静电效果差；（2）抗静电耐久性有了明显改善；（3）纺丝成本有所提高。（三）使用导电纤维：

特点：（1）低湿度下抗静电效果仍有效。RH〈30%（2）抗静电效果耐久性好。（3）加工复杂、成本贵、外观不理想。（4）较低的导电纤维混用率，就能获得较好的抗静电效果。（一般混用0.05%－1%）前二种：利用吸湿使静电泄漏原理，后一种：利用电晕放电除电原理。在低湿度下仍有效。第三节

纤维的光学性质（不讲）纺织材料在光照射下表现出来的性质称为光学性质，包括色泽、双折射性、耐光性等。一、纤维的颜色纤维的颜色除本身固有颜色决定外，还决定于所含的其他物质和表面特征。天然纤维的颜色：取决于品种（即天然色素）；生长过程中的外界因素如细绒棉多为乳白色，非洲长绒棉多为奶黄色。合成纤维的颜色：取决于原料（是否含有杂质）；纺丝工艺（如温度、加热时间、添加物性质等）

二、光泽

光泽的强弱主要由纺织材料的反射情况而定。当光线射到纺织材料表面时，在纤维和空气的界面上同时产生反射和折射，光的一部分被反射，另一部分折射光在纤维内部进行，当达到另一界面时，再产生反射和折射。光泽的影响因素：1）纤维层状结构对光泽的影响层状结构指纤维内部存在的可供光线反射的平面层次，当平行光入射时，纤维各点时的正反射光和内部反射光可以相互干涉，而正反射光中表达的是光源的色，内部反射不表达的是物体的色，这样反射光中既有光色又有物色，虽然光泽较强，但并不耀眼。2）纤维纵面形态