6纺织材料的热学电学光学性质

第六章纺织材料的热学、电学、光学性质第一节纤维的热学性质一.纺织纤维的导热与保温二.纤维的热机械性能曲线三.纤维的耐热性与热稳定性四.纤维的热膨胀与热收缩五.纤维的热塑性和热定型六.纤维的燃烧性能七.纤维的熔孔性•1.指标(1)导热系数λ定义：材料厚度为1m，两表面之间温差为1℃，每小时通过1m2材料所传导的热量。单位：Kcal/m·℃·h；W·m/m2·℃常见纤维的导热系数表继续常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得）纤维种类λ(W·m/m2·℃)纤维种类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Back(2)绝热率T式中：Q1——包覆试样前保持热体恒温所需热量；Q2——包覆试样后保持热体恒温所需热量。T↑→材料保温效果越好%100121QQQT2.影响纤维导热性能的因素（1）分子量的大小在同一温度下，分子量越高→λ↑。（2）温度与回潮率的影响T↑㎏→λ↑水分越多，λ越大，保暖性越差（3）纤维集合体的体积重量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。纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最好。3.增强服装保暖性的途径（1）尽可能多的储存静止空气；（中空纤维、多衣穿着、不透水）（2）降低W%；（3）选用λ低的纤维；（4）加入陶瓷粉末等材料。Back纤维的热机械性能曲线1．定义：——高聚物受力变形或初始模量等随温度变化而变化的曲线。2．曲线及其特点Back（1）四个温度（2）两个转变区（3）三种力学状态继续a.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。影响Tg的因素：化学组成的影响；分子量和交键作用；混合、接枝及共聚的影响；增塑剂的作用。凡是使链的柔性增加，使分子间作用力下降的结构因素都会使Tgb.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。c.熔点温度Tm——高聚物结晶全部熔化时的温度，或晶态高聚物大分子链相互滑动的温度。d.分解点温度Td——高聚物大分子主链产生断裂的温度。Back两个转变区：1玻璃化转变区2粘弹态转变区Back玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。粘流态：大分子开始变形，表现出液体流动的特性。几种纺织纤维的热转变点几种纺织纤维的热转变点纤维种类玻璃化温度软化点熔点分解点洗涤最高温度棉------15090～100羊毛------13030～40桑蚕丝------15030～40粘胶纤维------150--醋酯纤维186195～205290～300----涤纶80,67,90235～240256--70～100锦纶647,65180215～220--80～85锦纶6685225253--8～85腈纶80～100,140～150190～240--280--30040～45维纶85干220～230水中110------丙纶-35145～150163～175----氯纶82水中110200--30--40Back•纤维的耐热性与热稳定性1.定义：耐热性——指纤维经过短时间的高温作用，回到常温时，其机械性能的变化程度耐短时间高温的性能。随着温度的升高而强度降低的程度表示。热稳定性——纤维耐长时间高温的性能。•2.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。Back•热膨胀•一部分纤维在加热的情况下有轻微的膨胀现象。•原因是纤维分子受热后发生较强的热振动而获得了更多的空间所致。•几种纤维的热膨胀系数继续几种纤维的热膨胀系数纤维种类膨胀系数（10-4）纤维种类膨胀系数（10-4）棉40膨胀锦纶1聚乙烯2膨胀涤纶0.5聚丙烯10锦纶-3醋酯纤维0.8～1.6涤纶-10（在80℃附近）Back热收缩•（1）定义：合成纤维受热后发生不可逆的收缩现象称之为热收缩。•（2）指标：热收缩率，即加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。•根据介质不同有：•a.沸水收缩率：一般指将纤维放在100°C的沸水中处理30min，晾干后的收缩率；•b.热空气收缩率：一般指用180°、190°C、210°C热空气为介质处理一定时间（如15min）后的收缩率；•c.饱和蒸汽收缩率：一般指用125-130°C饱和蒸汽为介质处理一定时间（如3min）后的收缩率。•（3）产生原因：•纺丝成形过程中，受到较大的抽伸作用，纤维残留一定的内应力，一旦TTg，会发生收缩。Back纤维的热塑性和热定型•基本概念•热塑性——将合成纤维或制品加热到Tg以上温度，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，以后遇到TTg时，则纤维或制品的形状就不会有大的变化。这种特性称之为热塑性。•热定型——就是利用合纤的热塑性，将织物在一定张力下加热处理，使之固定于新的状态的工艺过程。（如：蒸纱、熨烫）热定型的机理最初结构的松散；新结构的重建；新结构的固化热定型的方法干热定型----热风处理，金属表面接触加热。湿热定型----湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型。影响合纤织物热定型效果的因素继续影响合纤织物热定型效果的因素1）温度（最主要因素）2）时间3）张力4）冷却速度5）定型介质Back纤维的燃烧性能指标（1）可燃性指标（表示纤维容不容易燃烧）：点燃温度、发火点◆点燃温度或发火点越低，纤维越容易燃烧。（2）耐燃性指标（表示纤维经不经得起燃烧）极限氧指数LOI（LimitOxygenIndex）：——纤维点燃后，在氧、氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。◆LOI越大，说明材料难燃。2.阻燃机理阻燃——指降低材料在火焰中的可燃性，减慢火焰蔓延速度，当火焰移去后能很快自熄。3.提高纤维制品难燃性的途径(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。Back纤维的熔孔性1.定义：当纤维及其制品上为热体所溅时被熔成孔洞的性能。抗熔性：抵抗熔孔现象的性能。2.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。3.改善织物抗熔性的方法合纤与天然纤维混纺；制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用棉）。第二节纤维的光学性质纤维的色泽纤维的双折射纤维的耐光性1.纤维的颜色纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸收和反射能力。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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、加热时间等）各种颜色的波长与波长范围（mm）GOON各种颜色的波长与波长范围（mm）颜色感觉标准波长波长范围红色700620-780橙色610595-620黄色580575-595绿色510480~575蓝色470450~480紫色420380~450Back纤维的光泽（1）纤维光泽的形成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——“闪光”。GoOnBack2）影响纤维光泽的因素：a.纤维的微原纤结构b.纤维的形态结构：c.化纤中加TiO2可消光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⊥影响双折射大小的因素（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。纤维双折射率的测定方法及应用测量：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纺织纤维的折射率纤维折射率n‖n⊥n‖-n⊥棉1.573~1.5811.524~1.5340.041~0.051苎麻1.595~1.5991.527~1.5400.057~0.068亚麻1.5941.5320.062羊毛1.553~1.5561.542~1.5470.009~0.012桑蚕丝1.5781.5380.040粘胶纤维1.539~1.5501.514~1.5230.018~0.036三醋酯纤维1.4741.479-0.005涤纶1.7251.5370.188锦纶61.5681.5150.040锦纶661.570~1.5801.520~1.5300.053腈纶1.500~1.5101.500~1.510-0.005~0维纶1.5471.5220.025纤维的耐光性1.定义：纺织材料抵抗光照的能力。纤维经长期光照，会发生不同程度的裂解，使大分子断裂，分子量下降，强度下降。TiO2的存在会加速裂解。2．常用纤维耐光性大致顺序：腈纶羊毛（胱氨酸）麻棉粘胶涤纶锦纶蚕丝（酪氨酸）日光照射时间与纤维强度的损失纤维日晒时间（h）强度损失（%）棉94050亚麻、大麻110050羊毛112050蚕丝20050粘胶纤维90060涤纶60060锦纶20036腈纶90016～25Back第三节纤维的电学性质一、纤维的介电性质纤维的介电常数ε（1）定义——在电场中，由于介质极化而引起相反电场，将使电容器的电容变化，其变化的倍数称为介电常数。其数值为：物理意义：ε是表示材料在电场中被极化的程度。反映材料的储电能力。0caiCC材料的介电常数（频率f＝50Hz，T=20～25℃，RH=65%）材料或纤维介电常数材料或纤维介电常数棉6涤纶3.02羊毛6锦纶4蚕丝4.2水80～81粘纤7.7真空1醋纤3.5～6.4空气≈1（2）影响ε大小的因素a.内因电介质的密度：体积重量或密度愈大，纤维间的空气量↓，∴ε↑；极化率：纤维分子极化程度↑，ε↑；纤维分子量：分子量↓，ε↑。.b.外因温度：一方面T↑→ε↑，另一方面：T↑→ε↓；频率：用直流电压，ε最大；f↑→ε↓；回潮率：W↑，ε↑（∵水的ε最大）二、纤维的导电性能纤维导电性指标：比电阻（1）体积比电阻（ρv，Ω·cm）——纤维通过长1cm，截面积为1cm2材料时的电阻值。（2）表面比电阻（ρS，Ω）——电流通过长、宽都为1cm材料时的电阻值。（3）质量比电阻（ρm，Ω·g/cm2）——电流通过长1cm，质量为1g材料时的电阻值。ρm=ρv·γρm易测，应用较多。2.影响纤维比电阻的因素（1）回潮率：W↑→ρm↓（2）温度：T↑→ρ↓，导电性能增加（3）纤维上的附着物：油剂、棉蜡、油脂的存在，ρ↓。三、纤维的静电静电现象及产生原因纤维在加工中要受到