纤维的热学性质

一、比热容纤维的热学性质质量为1克的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量。纺织材料的比热为：锦纶66C=2.05J/g.℃。玻璃纤维C=0.67J/g.℃。水：C=4.18J/g.℃，干空气C=1.01J/g.℃。tmQC1、定义二、影响纤维比热容的主要因素水分纤维的比热容与纤维回潮率有关，随纤维回潮率增加而增大。WWCCCW10温度在回潮率一定时，温度增加，纤维的比热容增大。纤维结构1、纤维大分子的取向排列导致比热容增大2、纤维结晶形式和结晶度对比热容有影响3、比热容对应的是分子热运动所需的能量。分子热运动受材料的结构及分子的排列影响二、导热系数λ1、定义：StTdQλ↓，导热性下降，绝热性、保暖性增强。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通过材料传导的热量焦尔数。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★空气0.026锦纶0.244-0.337★水0.6971）环境温湿度影响2、影响纤维集合体导热系数的因素随温度增加，纤维分子的热运动频率加大，使热量传递能力提高。温度：湿度：T↑，λ↑RH↑，W↑,λ↑，保暖性↓纤维吸湿和放湿过程的热效应对纤维的保暖性有影响2）纤维集合体的密度（体积质量）δK=0.03-0.06g/cm3时，纤维保暖性最好。λδ0.10.2空气δK保暖性主要取决于纤维中夹持的空气数量和状态。纤维层中夹持的静止空气越多，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，沿纤维轴向的导热系数越大，垂直于纤维轴向的导热系数越小，存在热传导的各向异性。纤维的结晶度越高有序排列的部分越多，连续性越好，导热系数越大。4）纤维排列方向纤维平行于热辐射方向排列导热能力强102030405060708090纤维层方向热辐射方向α导热系数λ纤维排列方向角α5）纤维的形态细度↓，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形态导致纤维集合体中维持静止空气使导热系数下降形态导致纤维间接触面积减少使导热系数下降形态导致纤维集合体中直通孔隙的减少使导热系数下降增强服装保暖性的途径尽可能多的储存静止空气；（中空纤维、多衣穿着、不透水）降低W%；选用λ低的纤维；加入陶瓷粉末等材料。导热系数对纤维加工的影响对纤维进行热加工时，导热系数大小影响纤维热作用的传递和热处理的效果3、导热系数对纤维的加工和使用的影响4、常用保暖性指标1）绝热率纤维集合体隔绝热量传递保持体温的性能。%100010QQQT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，无试样包裹时消耗的电功率与有试样包裹时消耗的电功率之差占无试样包裹时消耗的电功率之比。3）热阻1R4）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）的条件下，一个人静坐不动，能保持舒适状态，此时所穿衣服的热阻为1克罗值。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。呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态温度（℃）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的变形或模量随温度的变化曲线分子链段运动被冻结，运动方式是局部振动和键长、键角的变化。纤维在外力作用下的形变小，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（℃）玻璃态IIIIIITg温度（℃）IIIIII高弹态高弹态分子链段运动加剧，发生链段构象的变化（但整个分子不发生位移），出现高弹变形，类似橡胶的特性。称高弹态Tf玻璃化转变区：纤维所有物理性质发生突变，链段运动限制被解除，大分子构象可以发生变化。玻璃化转变区温度（℃）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（1）玻璃化温度：从玻璃态向高弹态转变的温度。3、热转变温度表（2）粘流温度：由高弹态转变为粘流态的温度，（3）软化温度：在一指定的应力及条件下，高聚物达到一定变形时的温度。（4）熔点温度：高聚物结晶全部熔化时的温度（5）分解温度：纤维发生化学分解时的温度。四、耐热性和热稳定性耐热性：纺织纤维经热作用后力学性能的保持性叫耐热性。图热稳定性：纤维在热的作用下结构形态和组成的稳定性。1、质量与组成的稳定性裂解：高分子主链的断裂，导致分子量下降，材料的机械性能恶化。2、结构的稳定性3、形态的稳定性（热收缩）热作用下，纤维的聚集态结构发生变化，结晶度下降，取向度下降。热作用下纤维外观形态的稳定性，主要是指纤维的热收缩。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，当纤维受热温度超过一定限度时，纤维中的约束减弱，从而产生收缩。评价指标：热收缩率：是指加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。纤维的热收缩定义：材料受热作用而产生收缩的现象。沸水收缩率：一般指将纤维放在100℃的沸水中处理30min，晾干后的收缩率；热空气收缩率：一般指用180℃、190℃、210℃热空气为介质处理一定时间（如15min）后的收缩率；饱和蒸汽收缩率：一般指用125-130℃饱和蒸汽为介质处理一定时间（如3min）后的收缩率。使用不同介质的收缩率合成纤维在不同介质处理下的热收缩率锦纶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利弊：利用不同的纤维收缩率，混纺可改善纱线结构。长丝或合纤纱热收缩率不同，产生易吊经、吊纬、裙子皱。使用时也要注意热收缩问题。影响因素：温度——T↑，热收缩率↑介质——水、空气、蒸汽五、纤维的热塑性和热定形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。热定形利用合纤的热塑性，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）2、热定形的机理最初结构的松散；新结构的重建；新结构的固化。4、热定形的方法干热定形----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、影响热定形效果的因素：定形时间：在一定范围内，温度较高，热定型时间可以缩短，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4、影响热定型效果的因素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，否则会使织物手感粗糙，甚至引起纤维损伤。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，可获得较好手感的织物。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。六、燃烧性能1、几种常见纤维的燃烧特征纤维名称接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迅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缓慢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（缓慢燃烧，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的最低含氧量体积百分数。LOI大，难燃；LOI小，易燃%100222NOOVVVLOI＝2、燃烧性能指标LOI≥35，不燃LOI=26~34，难燃LOI=20~26，可燃LOI≤20，易燃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：材料燃烧时的火焰区中的最高温度值。3、提高纤维材料难燃性的途径阻燃整理（纯棉、化纤）制造难燃纤维（合成纤维）4、纺织材料的熔孔性熔孔性：纺织材料织物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叫熔孔性。1、热塑性合成纤维：温度超过其熔点的火花或其他热体---熔融，熔体向四周收缩在织物上形成孔洞（合成纤维吸湿性小，导热性强）2、天然纤维、粘胶纤维---不软化、不熔融、温度过高时即分解或燃烧。3、吸湿性强弱影响防止材料的抗熔性。棉、毛等天然纤维抗熔性较好，腈纶与毛相似。涤纶和锦纶抗熔性差。