纤维的热学光学和电学性质

纤维的热学光学和电学性质第1页，共51页，2023年，2月20日，星期六第一节纤维的热学性质一、比热二、导热系数三、热作用时的纤维性状四、纤维的耐热性和热稳定性五、纤维的燃烧性能第2页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、比热1.比热的概念单位质量的纤维，温度升高(或降低)1℃所需要吸收(或放出)的热量，叫纤维的比热。2.常见纺织纤维的比热第3页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、比热3.影响纺织纤维比热的主要因素（1）水分的影响第4页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、比热3.影响纺织纤维比热的主要因素（2）温度的影响一般认为，温度较高时，具有一定回潮率纤维的比热增大。第5页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、比热3.影响纺织纤维比热的主要因素（3）纤维结构的影响在220℃附近，出现第二次熔前结晶，比热稍有下降。而后者为缓慢上升曲线，无再结晶的现象。第6页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数1.导热的概念与导热系数导热主要通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。单纤维的热传递性是极困难的，一般采用纤维集合体的方式。第7页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数1.导热的概念与导热系数热传递的本质性指标是导热系数，也称热导率，用λ表示。含义为：当纤维材料的厚度为1m及两端间的温度差为1℃时，1秒钟内通过1m2纤维材料传导的热量焦耳数。第8页，共51页，2023年，2月20日，星期六第9页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数2.影响纤维导热系数的因素（1）纤维的结晶与取向纤维的结晶度越高，有序排列的部分越多，连续性越好，

λ越大；纤维中分子沿纤维轴的取向排列越高越多，有利于热在此方向上的传递，分子的取向度越高，沿纤维轴向的导热系数越大。第10页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数2.影响纤维导热系数的因素（2）纤维集合体密度纤维集合体的导热系数取决于纤维中的孔隙量及孔隙中气体的流动性。控制纤维层的体积质量（密度），维持较多的静止空气是提高纤维制品保暖性的最主要方法。第11页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数2.影响纤维导热系数的因素（3）纤维排列方向纤维垂直于纤维层方向取向时，导热能力较强；纤维平行于纤维层排列时，导热能力较低。第12页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数2.影响纤维导热系数的因素（4）纤维细度和中空度当纤维排列特征相同时，纤维细度越细，纤维制品的热辐射穿透能力越弱；在同样密度下相对的间隙越小，静止空气的作用越强，导热系数越小；纤维中的空腔量越大，在不压扁的状态下，所持有的静止空气及空间越多，纤维集合体的导热系数越小。第13页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、导热系数2.影响纤维导热系数的因素（5）环境温湿度纤维材料导热系数随温度升高而增大；随纤维回潮率的增加而增大。第14页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、热作用时的纤维性状1.两种转变和三种力学状态第15页，共51页，2023年，2月20日，星期六

玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。

玻璃化转变区

高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。

粘弹转变区

粘流态：大分子开始变形，表现出液体流动的特性。三、热作用时的纤维性状1.两种转变和三种力学状态第16页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、热作用时的纤维性状2.常见纺织纤维的三态转变温度第17页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、热作用时的纤维性状3.热定形与变形热定形的目的是使纤维的内部结构或织物的形态在热作用下固定并获得一定的尺寸。变形是使纤维材料获得卷曲和膨松效果。第18页，共51页，2023年，2月20日，星期六四、纤维的耐热性和热稳定性纤维的耐热性，是指纤维经热作用后力学性能的保持性。纤维的热稳定性，一般指纤维在热作用下的结构形态和组成的稳定性。第19页，共51页，2023年，2月20日，星期六常用纤维耐热性

天然纤维：棉>麻>蚕丝>羊毛；

人造纤维：粘胶>棉；

合成纤维：涤纶>腈纶>锦纶>维纶；碳纤维、玻璃纤维相当好；涤纶的耐热性与热稳定性均较好；锦纶的耐热性较好，但热稳定性差。第20页，共51页，2023年，2月20日，星期六质量与组成的稳定性结构的稳定性形态的稳定性第21页，共51页，2023年，2月20日，星期六五、纤维的燃烧性能1.极限氧指数第22页，共51页，2023年，2月20日，星期六五、纤维的燃烧性能2.点燃温度和燃烧时间点燃温度是指纤维产生燃烧所需的最低温度，是燃烧的激发点温度，称着火点温度。燃烧时间是指纤维放入可燃环境（有氧、高温）中，观察纤维从放入到燃烧所需的时间。第23页，共51页，2023年，2月20日，星期六五、纤维的燃烧性能3.燃烧温度燃烧温度是指材料燃烧时的火焰区中的最高温度值，又称火焰最高温度。第24页，共51页，2023年，2月20日，星期六五、纤维的燃烧性能4.纤维难燃的途径及形式（1）制造难燃纤维

在纺丝原液中加入防火剂或用合成的难燃聚合物纺丝。

（2）阻燃整理

阻燃剂处理。（3）通过与难燃纤维混纺，以提高纤维的难燃性。第25页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二节纤维的光学性质一、光在纤维中的反射与折射现象二、光泽三、光的双折射四、耐光性及光照稳定性五、光致发光第26页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、光在纤维中的反射与折射现象当光线照射在纤维上，在纤维（介质2）与空气或液体（介质1）的界面处将发生反射与折射现象。第27页，共51页，2023年，2月20日，星期六纤维的光泽实际上是：正反射光、表面散射反射光和来自内部的散射反射光的共同贡献。评价光泽应同时考虑两个方面：反射光量的大小和反射光量的分布规律反射光量很大，分布不均匀——“极光”；反射光量很大，分布较均匀——“骠光”。二、光泽第28页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、光泽1.纤维层状结构对光泽的影响第29页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、光泽2.纤维纵向形态对光泽的影响纤维纵向表面平滑一致，则漫反射少，纤维表现出较强的光泽。3.纤维横截面形状对光泽的影响第30页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、光的双折射1.双折射现象双折射的定义平行偏振光沿非光轴方向投射到纤维上时，除了在界面上产生反射光外，进入纤维的光线被分解成两条折射光，称之为纤维的双折射。其中一条：寻常光（简称o光），遵守折射定律，振动面⊥光轴，n⊥；另一条：非寻常光（简称e光），不遵守折射定律，振动面‖光轴，n‖。双折射率：△n=n‖-n⊥第31页，共51页，2023年，2月20日，星期六

（1）取向度取向度↑，各向异性显著，双折射率↑。当全部大分子与纤维纤维轴平行排列时，双折射最大。当大分子排列紊乱时，双折射为0。（2）大分子本身的不对称性凡是大分子链呈曲折状或螺旋状，或主链上有侧基，都会使双折射率下降。腈纶有螺旋状主链、三醋酯纤维分子上的侧基多，故△n是负值。三、光的双折射2.影响双折射大小的因素第32页，共51页，2023年，2月20日，星期六

浸没法（寻找倍克线，测得表层折射率）

光程差法，△D=d（n‖-n⊥）用石英楔子补偿法测出△D和d。

应用：

（1）用于判明纤维分子的取向程度△n大，取向度大（2）用于判明管状纤维的孔径或棉纤维的成熟度三、光的双折射3.纤维双折射率的测定方法及应用第33页，共51页，2023年，2月20日，星期六四、耐光性及光照稳定性耐光性是指纤维受光照后其力学性能保持不变的性能。光照稳定性是指纤维受光照射后不发生降解或光氧化，不产生色泽变化的性能第34页，共51页，2023年，2月20日，星期六纤维耐光性的大致排序为：腈纶＞羊毛＞麻＞棉＞粘胶＞涤纶＞锦纶＞蚕丝纤维耐光性的本质是要求纤维分子组成的化学结构稳定，聚集态结构有序和稳定，纤维色泽的稳定。四、耐光性及光照稳定性第35页，共51页，2023年，2月20日，星期六五、光致发光纤维的光致发光是激发态分子发生跃迁而辐射出特定波长光的现象。第36页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三节纤维的电学性质一、导电性质二、介电性质三、介电损耗四、纺织纤维的静电第37页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质1.纤维比电阻及其表达（1）

体积比电阻ρv体积比电阻是指单位长度上所施加的电压U，相对于单位截面上所流过的电流I

之比，其值是电阻率，单位Ω·cm。第38页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质1.纤维比电阻及其表达（2）

表面比电阻ρs纤维柔软细长，体积或截面积难以测量，而通常纤维导电主要发生在表面，因此采用表面比电阻ρs

表达。ρs

是单位长度上的电压（U/L）与单位宽度上流过的电流（I/H）之比，单位欧姆Ω。第39页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质1.纤维比电阻及其表达（3）

质量比电阻ρm考虑纤维材料比电阻测量的方便，引入质量比电阻ρm概念，即单位长度上的电压（U/L）与单位线密度纤维上流过的电流(I/(W/L))之比，单位是欧姆·克／厘米2(Ω·g/cm2)。第40页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质2.影响纤维比电阻的主要因素（1）吸湿对纤维比电阻的影响第41页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质2.影响纤维比电阻的主要因素（2）温度对纤维比电阻的影响第42页，共51页，2023年，2月20日，星期六一、导电性质2.影响纤维比电阻的主要因素（3）纤维附着物的影响（4）其他因素对纤维比电阻的影响第43页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、介电性质1.介电现象和介电常数所谓介电现象是指绝缘体材料(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。衡量介电现象强弱的物理量为相对介电常数εr，简称介电常数。第44页，共51页，2023年，2月20日，星期六第45页，共51页，2023年，2月20日，星期六二、介电性质2.影响纤维介电常数的主要因素(1)纤维内部结构对介电常数的影响(2)外部因素对介电常数的影响第46页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、介电损耗在交变电场作用下，纤维材料的极性基团以及纤维内部的水分子会发生极化，极化分子部分地沿着电场方向定向排列，并随着电场方向的变换不断地作扭转交变取向运动，分子间发生碰撞、摩擦、生热，消耗能量。这种电介质在电场作用下引起发热的能量消耗，称为介电损耗。1.介电损耗第47页，共51页，2023年，2月20日，星期六三、介电损耗2.介电损耗的利用介电损耗取决于介电常数εr和介电损耗角正切tgδ。εr和tgδ主要由纤维的组成和结构决定，与电场频率有关。干燥纤维材料的介电常数一般为2～5，tgδ为0.00l～0.05，而水的介电常数为20～80，tgδ为0.15～1.2，所以水的介电损耗因数至少比干燥纺织纤维大几十倍。第48页，共51页，2023年，2月20日，星期六四、纺织纤维的静电1.静电现象所谓静电现象是指不同纤维材料之间或纤维与其它材料