第八章 纺织材料的热学、光学、电学性质

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↓第一节热学性质一、比热容C(比热)6、对加工和使用的影响制定工艺参数锦纶丝夏季面料，皮肤有明显的“冷感”较大比热的纤维用于温度骤变的场合第一节热学性质二、导热系数λ(热导率)1、定义：纤维材料厚度为1m，两端间温差为1℃，单位时间内通过lm2纤维材料的热量。2、公式：3、常见纤维的导热系数(P142表7-2)4、含义：反映纤维材料的热传导能力或保暖性。单位为J/(m·s·℃)或W/(m·℃)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↑，λ↑（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，λ↓（5）环境温湿度：温湿度↑，λ↑δ↑，λ先↓后↑αf↑，λ↓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=4.3×10-2(m·℃·h)/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)纤维种类比热容值纤维种类比热容值棉1.21～1.34涤纶1.34羊毛1.36腈纶1.51桑蚕丝1.38～1.39丙纶1.80麻1.34～1.36醋酯纤维1.46粘胶1.26～1.36芳香族聚酰胺1.21锦纶61.84玻璃纤维0.67锦纶662.05石棉1.05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)纤维种类λ(W/m·℃)纤维种类λ(W/m·℃)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锦纶0.244-0.337羽绒0.024★静止空气0.026★水0.697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)δ=0.03-0.06g/cm3时，λ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分类LOI(%)燃烧状态纤维品种不燃≥35与火焰接触不燃烧石棉玻璃纤维难燃26～34接触火焰燃烧离火自熄氯纶芳纶可燃21～26能续燃速度慢羊毛、蚕丝、醋酯涤纶、锦纶、维纶易燃≤20易点燃速度快棉、麻、粘胶腈纶、丙纶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、