纺织材料学基础知识课件6-11章节下.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,纺织材料基础知识课件,6-11,章节下,第六章 纤维的机械性质,第七章 纺织材料的热学、电学、光学性质,第八章 常用纤维的结构与性质,第九章 纤维的鉴别和品质评定,第十章 纱线的分类与结构,第十一章 纱线的基本结构参数,第六章 纤维的机械性质,第一节 单纤维的拉伸性质,一、表示纤维拉伸性能的指标,指标有：断裂强力；断裂强度；断裂伸,长率,1.,断裂强力（绝对强力）,定义：纤维能够承受的最大拉伸外力。,单位：牛顿（,N,）；,厘牛（,cN),；,克力（,gf),。,对不同粗细的纤维，强力没有可比性,。,2.,相对强度,相对强度是用以比较不同粗细纤维的拉伸,断裂性质的指标。,根据采用线密度指标不同，相对强度指标,有以下几种,:,（,1,）断裂强度（比强度）,定义：每特（或每旦）纤维所能承受的最,大拉力。,单位：,N/tex,（,cN/dtex,）；,N/den,（,cN/den),；,gf/dtex,。,其计算式为：,P,tex,=P/N,tex,P,den,=P/N,den,式中：,P,tex,特数制断裂强度（,N/tex,；,cN/dtex,；,gf/dtex,）,P,den,旦数制断裂强度（,N/d,；,cN/d,；,gf/d,）,P,纤维的强力（,N,；,cN,；,gf,）,N,tex,纤维的特数（,tex;dtex),N,den,纤维的旦数,(d),(2),断裂应力（强度极限）,定义：指纤维单位截面上能承受的最大拉力。,单位,：,N/m,2,（,帕）；,N/mm,2,（,兆帕）；,kgf/mm,2,。,其计算式为：,=P/S,式中：,纤维的断裂应力（,MPa,）,P,纤维的强力（,N,）,S,纤维的截面积（,mm,2,）,（,3,）断裂长度,（,L,R,）,定义：纤维的自身重量与其断裂强力相等时所,具有的长度。,即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断，该长度为断裂长度。,其计算公式为：,L,R,=,（,P/g,）*,N,m,式中：,L,R,纤维的断裂长度（,km,）,P,纤维的强力（,N,）,g,重力加速度（等于,9.8m/s,2,）,N,m,纤维的公制支数。,纤维强度三个指标之间的换算式为：,=*P,tex,=9*P,den,P,tex,=9*P,den,L,R,=P,tex,=9*P,den,式中：,纤维的断裂应力（,kgf/mm,2,）；,纤维的密度,（,g/cm,3,）；,P,tex,纤维的特数制断裂强度（,gf/tex,）；,P,den,纤维的旦数制断裂强度（,gf/d,）；,g,重力加速度（等于,9.8m/s,2,）；,L,R,纤维的断裂长度（,km,）。,可以看出，相同的断裂长度和断裂强度，,其断裂应力随纤维的密度而异，只有当纤,维密度相同时，断裂长度和断裂强度才具,有可比性。,3,断裂伸长率,定义：纤维拉伸至断裂时的伸长率称为断,裂伸长率。,它表示纤维承受拉伸变形的能力。,其计算公式为：,=,（,L-L,o,）,/L,o,式中：,L,o,纤维加预张力伸直后的长度（,mm,）；,L,纤维断裂时的长度（,mm,）；,二、拉伸曲线的基本性质,纺织纤维在拉伸外力作用下产生的应力应变关系称为拉伸性质。,1,、拉伸曲线定义,负荷,-,伸长曲线,：表示纤维在拉伸过程中的负荷和伸长的关系曲线。,应力,-,应变曲线,：表示纤维在拉伸过程中的应力和应变的关系曲线。,一般纤维负荷,-,伸长曲线,图中：,OO,：,表示拉伸初期未能伸直的纤维由卷曲逐渐伸直,OM,（,虎克区）：大分子链键长和键角的变化，外力去除变形可回复；类似弹簧；,QS,（,屈服区）：大分子间产生相对滑移，在新的位置上重建连接键。变形显著且不易回复，模量相应也逐渐变小；,SA,（,增强区）：错位滑移的大分子基本伸直平行，互相靠拢，使大分子间的横向结合力有所增加，形成新的结合键。曲线斜率增大直至断裂。,Q,：,屈服点；,A,：,断裂点。,2.,拉伸曲线反映的指标,负荷伸长曲线 应力应变曲线,1278dtex,（,250,旦）粘胶长丝,233dtex,（,30,旦）锦纶长丝,上图所能反映的指标有：,1.,断裂强力（或断裂强度）,2.,断裂伸长（或断裂伸长率）,3-5,见后页,3.,初始模,量,E,定义：纤维负荷,-,伸长曲线上起始一段直线部分,的斜率，或伸长率为,1%,时对应的强力。,其大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度，它反映了纤维的刚性。,E,越大表示纤维在小负荷作用下不易变形，刚性较好，其制品比较挺括；,E,越小表示纤维在小负荷作用下容易变形，刚性较差，其制品比较软,。,天然纤维：麻,棉,丝,毛；,再生纤维：富纤,粘胶,醋纤；,合成纤维：涤纶,腈纶,维纶,锦纶,4,.,屈服应力与屈服应变,屈服点：曲线由伸长较小部分转向伸,长较大部分的转折点。,屈服应力：屈服点处所对应的应力。,屈服应变：屈服点处所对应的应变。,屈服点以下的变形：可回复的弹性变形,。,5,断裂功、断裂比功和功系数,（,1,）断裂,功,W,定义：指拉断纤维过程中外力所作的功，或纤,维受拉伸到断裂时所吸收的能量。,W,是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤维的坚牢度与耐用性能。,W,大，说明纤维的韧性好，耐疲劳性能强，能承受较大的冲击,。,在负荷,-,伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的面积。,W,=,（,2,）断裂,比功,W,a,定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力,所作的功。,W,a,=W/(N,tex,*L,0,),纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长度的纤维材料具有可比性。,（,3,）功系数,W,e,定义：实际所作功（即断裂功,W,，,相当于,拉伸曲线下的面积）与假定功,（即断裂强力*断裂伸长）之比。,其计算式为：,W,e,=W/(P,a,*L),W,e,值越大表明这种材料抵抗拉伸断裂的能力越强。,各种纤维的功系数大致在,0.36-0.65,间。,三、常用纺织纤维的拉伸曲线,拉伸曲线可分为三类：,（,1,）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等纤维素纤维），表现为拉伸曲线近似直线，斜率较大（主要是纤维的取向度、结晶度、聚合度都较高的缘故）,（,2,）强力不高，伸长率很大的拉伸曲线（羊毛、醋酯纤维等），表现为模量较小，屈服点低和强力不高；,（,3,）初始模量介于,12,之间的拉伸曲线（涤纶、锦纶、蚕丝等纤维）,四纤维拉伸断裂机理,纤维断裂原因有：,大分子主链的断裂,大分子之间的滑脱,五影响纤维拉伸性能的因素,内因,：,大分子结构（大分子的柔曲性、大分子的聚合度）；,超分子结构（取向度、结晶度）；,形态结构（裂缝孔洞缺陷、形态结构、不均一性,外因,：,温湿度；,测试条件：,a.,试样长度：,L,，,出现弱环的机会,b.,试样根数：根数，折算成单纤维强度,c.,拉伸速度：,v,，,强力，,，,E,六、纤维拉伸性能的测试,1.,摆锤式强力仪（见下图）,2,电子强力仪,第二节 纤维的蠕变、松弛和疲劳,一、纤维的拉伸变形与弹性,1.,纤维拉伸变形的组成,纤维变形包括：可回复的弹性变形（急弹性,+,缓弹性）和不可复的塑性变形,急弹性变形,：加（或去除）外力后能迅速变形。,缓弹性变形,：加（或去除）外力后需经一定时间,后才能逐渐产生（或消失）的变形。,塑性变形,：纤维材料受力时产生变形，去除外力后，,不回复的变形。（绝对值）,纤,变形：,l=l,急,+l,缓,+l,塑,（绝对值）,=,急,+,缓,+,塑,（相对值）,三种变形同时产生，所占比例受纤维的性质、加负荷的大小、负荷的作用时间的影响。,2.,纤维的弹性,（,1,）定义：指纤维变形的恢复能力。,（,2,）常用指标：,a.,弹性回复,率,R,e,（,或称回弹率）,R,e,=,（,l,急,+l,缓,）,/,（,l,急,+l,缓,+l,塑,）,=,（,L,1,-L,2,）,/,（,L,1,-L,0,）,式中：,L,0,纤维加预加张力使之伸直但不伸长时,的长度（,mm,）,L,1,纤维加负荷伸长的长（,mm,）,L,2,纤维去负荷再加预张力后的长度（,mm,）,b.,弹性功率,W,e,图中：,ec,急弹性变形；,cd,缓弹性变形；,do,塑性变形；,W,e,=,弹性恢复功,/,拉伸所作的功,=,Acbe,/,Aoae,3.,影响纤维弹性的因素：,（,1,）纤维的结构：分子链的柔曲性、分子间,力的大小,（,2,）相对湿度；,（,3,）测试条件；,纤维的弹性是织物获得好的尺寸稳定性与抗皱性的主要因素。,二、纤维的流变性质（或粘弹性质）,定义：纤维在外力作用下，应力应变随时,间而变化的性质。,包括蠕变和应力松弛,1,蠕变,(1),定义：指一定温度下，纺织材料在一定,外力作用下，其变形随时间而变,化的现象。,（,2,）曲线,：,（,3,）产生原因：,随着外力作用时间的延长，不断克服大,分子间的结合力，使大分子逐渐沿着外,力方向伸展排列，或产生相互滑移而导,致伸长增加，增加的伸长基本上都是缓,弹性和塑性变形。,2,应力松弛（变形一定，,F-t,关系）,（,1,）定义：在一定温度下，拉伸变形保持一定，纺织材料内的应力随时间的延续而逐渐减小的现象称为应力松弛。,（,2,）曲线：见上页,（,3,）产生原因：,由于纤维发生变形时具有内应力，使大分子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链段间发生相对滑移，逐渐达到新的平衡，形成新的结合点，从而使内应力逐渐减小。,3,影响纤维流变性质的因素,纤维本身的结构：,分子量增加，分子链的极性、交联和结晶增加，蠕变松弛减少。,外界条件：如温度,、,湿度增加,，,蠕变、松弛也增加,三、纤维的疲劳特性,1.,定义：纺织材料在较小外力、长时间反复作用,下，塑性变形不断积累，当积累的塑性,变形值达到断裂伸长时，材料最后出现,整体破坏的现象。,疲劳破坏包括：分子滑移、分子断裂、裂缝的产,生与扩散、应力集中。,疲劳形式有：蠕变、重复伸长、重复压缩、重复,弯曲及重复扭曲。,2.,指标和测定方法,(1),纤维在一定条件下拉伸至断裂时，所经历的循环次数（耐久度或坚牢度）；,(2),经过一定负荷、一定次数的反复作用，测其剩余伸长的大小。,3.,纤维结构和性能与疲劳的关系,纤维分子量增加，结晶度提高，耐疲劳性好；,取向度增加，耐疲劳性差。,屈服强度高，屈服伸长大，断裂功大，耐疲劳性好。,第三节 纤维的弯曲、扭转与压缩特性,一、纤维的弯曲,1.,纤维弯曲时受力情况,：,外侧,受拉，伸长,内侧,受压，压缩,2.,纤维抗弯刚度,R,f,定义：纤维抵抗其形状发生弯曲变形的能力。,公式：,R,f,=Er,2,f,/4,式中：,r,实际截面积折算成正圆形时的,半径（,mm,）,E,纤维的弯曲弹性模量（,cN/cm,2,）,f,截面性状系数（它等于实际的惯性,矩与正圆形截面惯性矩之比）,R,f,大,纤维不易弯曲，不易成圈编织，耐磨性差，特别是曲磨，其织物较挺爽，有身骨。,R,f,小,纤维易产生弯曲，易于成圈编织，其织物较软糯。,常用纤维,R,f,由大到小的次序为：,苎麻玻纤涤纶富纤腈纶维纶蚕丝棉锦纶羊毛,纤维种类,截面形状系数,f,密度（,g/cm,3,）,初始模量,E,（,cN/tex,）,相对抗弯刚度,R,f,(10,4,.cN.cm,2,）,长绒棉,0.79,1.51,872.1,3.66,细绒棉,0.70,1.50,353.1,2.46,苎麻,0.80,1.52,2224.6,9.32,亚麻,0.87,1.51,1166.2,4.96,细羊毛,0.88,1.31,220.5,1.18,粗羊毛,0.75,1.29,265.6,1.23,桑蚕丝,0.59,1.32,141.9,2.65,粘胶纤维,0.75,1.52,515.5,2.03,涤纶,0.91,1.38,1107.4,5.82,锦纶,6,0.92,1.14,205.8,1.32,锦纶,66,0.92,1.14,214.6,1.38,腈纶,0.80,1.17,670.3,3.65,维纶,0.78,1.28,596.8,2.94,玻璃纤维,1.00,2.52,2704.8,8.54,异形纤维比圆形纤维,R,f,大（同品种相同旦数）,纤维,锦纶,聚酯,丝,截面形状,三叶形,Y,抗弯刚度,31.8,39.4,34.9,44.0,38.1,112.6,131.5,40.1,2,纤维,R,f,的测定,用日本风格仪,KES,；,测定结节强力与钩接强力；,二、纤维的扭转,抗扭刚度,R,t,：,纤维抵抗扭转变形的能力。,R,t,=E,t,*,I,p,式中,：,E,t,剪切弹性模量；,I,p,截面极惯性矩。,R,t,大,加捻时阻力较大，易遭到破坏或产生塑性变形，且有较强的退捻趋势,。,各种纤维的扭转性能,纤维种类,扭转截面形状系数,t,相对剪切弹性模量,E,tl,(gf/tex,),相对抗扭刚度,R,f,(10,-4,gfcm,2,/tex),棉,0.71,165,7.9,羊毛,0.98,85,6.7,桑蚕丝,0.84,168,10.2,柞蚕丝,0.35,230,6.0,苎麻,0.77,109,5.6,亚麻,0.94,87,5.8,普通粘胶纤维,0.93,74,4.7,涤纶,0.99,65,4.7,锦纶,0.99,45,4.0,腈纶,0.57,99,5.2,维纶,0.67,75,3.6,玻璃纤维,1.00,1640,64,三、纤维的压缩,纤维集合体的压缩变形以材料层体积或高度的变化来表示。,压缩变形的绝对值,b=V,0,-V,k,（,cm,3,）,压缩变形的相对值,=(V,0,-V,k,)/V,0,=1-,h,k,/h,0,式中：,V,0,试样压缩前的原始体积（,cm,3,）,V,k,试样达到规定压力时的体积（,cm,3,）,h,0,试样压缩前的原始高度（,cm,）,h,k,试样的最终高度（,cm),第四节 纤维的摩擦性质,*,纤维的摩擦抱合性质与可纺性、织物的手感、起毛起球、耐磨和抗皱等有关,与纺纱工艺的关系：摩擦现象贯穿于整个纺纱过程；,与纱、布关系：有了摩擦力，纱、布才具有一定服用价值；,与磨损的关系：纤维、机件被磨损，降低了使用价值；,与发热的关系：高速缝纫可能达,300c,，,使缝针弯曲，缝线熔融；,与静电的关系：摩擦起静电，静电聚集，干扰纺纱工艺正常进行，特别是化纤,。,一、摩擦机理,糙面学说；分子学说；焊接学说,二纤维的摩擦、抱合和切向阻力,1.,抱合力,F,1,定义：纤维间在法向压力为零时，做相对滑动时,产生的切向阻力。（因为纤维具有卷曲、,转曲、鳞片、表面粗糙凹凸不平，且细长,柔软；纤维必须具有一定的抱合力，棉卷、,棉条才具有一定强力，纺纱工艺才能顺,利进行）,2.,摩擦力,F,2,定义：纤维之间或纤维与机件之间，在一,定正压力作用下，作相对滑动时所,产生的阻力。,切向阻力,F=,抱合力,F,1,+,摩擦力,F,2,N=F,1,+,f,N,切向阻抗系数,=F,1,/N+,f,三纤维摩擦抱合性质的指标与测试,1.,抱合力的指标与测定,（,1,）抱合系数,h(cN,/cm),定义：单位长度纤维上的抱合力。,测试方法：从没有法向压力的纤维条中夹取一根,纤维，测定出这根纤维所需的力,F,1,（,cN,，,即抱合力）和纤维的长,l,（,cm,）,的比值。,h=F,1,/,l,2,）抱合长度,L,h,(m,),方法：将纤维制成一定规格的没有法向压力的纤 维条，在强力仪上以大于纤维长度的适当上下夹持距离拉断，测得它的强力和纤维条的特数,L,h,=F,1,/N,tex,式中：,F,1,纤维条的强力,(,gf,),N,tex,纤维条的特数,影响纤维抱合力的因素：,纤维的几何形态（表面结构、纤维长度、卷曲度）；,排列形状；纤维弹性；表面油剂,；,温湿度；,纤维卷曲或转曲多，细长而较柔软,抱合力较大,几种纤维的抱合性能,纤维种类,纤维线密度,(,dtex,),纤维长度,(mm),20C,时的抱合长度,(,mgf/tex,),羊毛,直径,23m,55,30,涤纶,4.4,70,65,腈纶,3.85,90,47,锦纶,3.3,70,95,2,切向阻抗系数的测定,绞盘法,测定纤维与纤维，纤维与金属、,陶瓷等其它材料间摩擦的切向,阻抗系数,。,Y151,型摩擦系数测定仪,影响切向阻抗系数的因素,1.,纤维表面的性质,*截面为非圆形的纤维的,不易变形纤维的,*,无捻长丝的,加捻长丝或短纤纱,的,2.,化纤油剂的影响,化纤不上油，干摩擦时,切向阻抗系数,大,上油少,（,油膜在纤维表面形成单分子层,),上油多,（,属液体摩擦，与油的粘度有关）,因为,与上油量有关,在一定范围内，上油量，,；,超过一定量后，上油量，,。,油剂不仅可降低纤维比电阻，改善抗静电性能，,还能增进纤维间抱合，增加平滑，降低纤维表面,的,。,3.,法向压力的影响,4.,导纱面光滑程度的影响,分两种不同情况：,天然纤维，粘纤，异纤,导纱面光滑程度，,则,圆形，表面光滑的纤维,导纱面光滑到一定程度后，则,。,5.,滑动速度的影响,滑动速度：,由静到动，,，,而后随滑动速度,，,，,到一定的,v,时,稳定。,合纤在低速时，存在粘滑现象，,变化较大。,一般测,动,。希望,3m/min,以上。,6.,温湿度的影响,温度：,T,变化引起油剂变化纤维性能变化,随着,T,，,；,到一定数值时，随着,T,，,。,湿度,：,RH%,，则,（,v,，,E,）,当,RH%=100%,时，,最大。（接触面积）,在水中，则,水,低分子,的,T,m,。,d.,分解点温度,T,d,定义：高聚物大分子主链产生断裂的温度。,（,2,）两个转变区：,玻璃化转变区，粘弹态转变区,（,3,）三种力学状态：,玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性,高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形,粘流态：大分子开始变形,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,-,-,-,150,90-100,羊毛,-,-,-,130,30-40,桑蚕丝,-,-,-,150,30-40,粘胶纤维,-,-,-,150,-,醋酯纤维,186,195-205,290-300,-,-,涤纶,80,67,90,235-240,256,-,70-100,锦纶,6,47,65,180,215-220,-,80-85,锦纶,66,85,225,253,-,80-85,腈纶,80-100,140-150,190-240,-,280-300,40-45,维纶,85,干,220-230,水中,110,-,-,-,丙纶,-35,145-150,163-175,-,-,氯纶,82,水中,110,200,-,30-40,Tg,的影响因素,（,1,）聚合物的结构,Tg,是链段运动刚被冻结的温度，而链段运动是通过主链单键的内旋转来实现，因此,Tg,与高分子链的柔顺性相关，柔顺性好，,Tg,低，柔顺性差，,Tg,高。,a.,主链结构,主链由饱和单键所组成的聚合物，如,-C-C-,，,-C-N-,，,-C-O-,，,-Si-O-,等，柔顺性较好，一般,Tg,不高,主链中引入孤立双键，可提高分子链的柔顺性，使,Tg,降低,主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环，可提高分子链的刚性，,Tg,升高,侧基的极性越强，数目越多，,T,g,越高，如：,刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，,T,g,越高，如：,b.,侧基或侧链,柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，,T,g,越低，如：,如果是对称双取代，可提高分子链柔顺性，,T,g,下降，如：,当分子量较低时，,MW,，,T,g,；,当分子量足够大时，,T,g,与分子量无关。,c.,分子量,d.,化学交联,交联度,，分子链运动受约束的程度,，分子链柔顺性,，,Tg,。,聚合物的玻璃化转变是一个松弛过程，与过程相关，因此升温或冷却速度、外力的大小及其作用时间的长短对,T,g,都有影响。,测定,T,g,时升温或降温速度慢，,T,g,偏低；,外,力作用速度快，,T,g,高；,单向外力可促使链段运动，使,T,g,降低，外力愈大，,T,g,降低愈明显。,（,2,）外界条件,三,.,纤维的耐热性与热稳定性,一般规律是：,T,，,断裂强力,；断裂伸长率,；初始模量,；纤维变得柔软。,1.,定义：,耐热性,纤维耐短时间高温的性能。,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。,四、纤维的热膨胀与热收缩,1.,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,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）,2.,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,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,100C,的沸水中处理,30min,，,晾干后的收所缩率；,b.,热空气收缩率：,一般指用,180,、,190C,、,210C,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,125-130C,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；,（,4,）影响因素：,温度,T,，,热收缩率,介质,水、空气、蒸汽,原来的热处理条件,（,5,）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。,五、纤维的热塑性和热定型,1.,基本概念,热塑性,将合成纤维或制品加热到,T,g,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,T0,为正晶体；,n,羊毛,麻,棉,粘胶,涤纶,锦纶,蚕丝,氰基,CN,：,能吸收紫外光，有效的保护主链；,羰基,CO,：,对光敏感，产生热振动，易使大分子裂解。,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,940,50,亚麻、大麻,1100,50,羊毛,1120,50,蚕丝,200,50,粘胶纤维,900,60,涤纶,600,60,锦纶,200,36,腈纶,900,16-25,第三节 纤维的电学性质,纤维的电学性质与纺织加工及使用有关，并可通过纤维的电学性质间接测量纤维的其它性质（如回潮率、纱线条干）。,主要包括纤维的介电性质、导电性、静电。,1.,纤维的导电性,导电的基本方式,:,自由电子的定向运动，如金属,;,电离离子的定向运动，如电解溶液。,纤维的导电机理,纤维本身导电性很差,理论上为电绝缘体,.,纤维内的水分、杂质和其它低分子物质的存在，会电离出一定的离子，形成离子导电。,吸湿性好的纤维,;,导电高分子,.,一、纤维的介电性质,纤维的导电能力只有导体的,10,-10,10,-14,，是一种电绝缘材料（电介质）。,1.,纤维的介电常数,（,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。它是材料的本体常数。,其数值为,：,=C,材,/C,0,C,材,以某种纤维材料为介质时，电容器的电容量；,C,0,以真空为介质时，电容器的电容量,（,2,）影响,大小的因素,a.,内因,电介质的密度：密度愈大,，,；,极化率：纤维分子极化程度,，,；,纤维分子量：分子量,，,。,b.,外因,温度：温度增加,，,增加。,频率：先上升再下降。,回潮率：回潮率增加，,增加。,二、纤维的导电性能,1.,纤维的比电阻,（,1,）体积比电阻（,v,，,cm,）,定义：纤维通过长,1cm,，,截面积,为,1 cm,2,材料时的电阻值。,（,2,）表面比电阻,（,S,，,）,定义：电流通过长、宽都为,1cm,材料时的电阻值。,（,3,）质量比电阻,（,m,，,g/cm,2,）,定义：电流通过长,1cm,，,质量为,1g,材料时的电阻值。,m,易测，应用较多。,m=,v,2.,影响纤维比电阻的因素,（,1,）回潮率：回潮率增加，,m,降低,;,。,（,2,）温度：温度增加，,减少，导电性能,增加,;,（,3,）纤维上的附着物：油剂、棉蜡、油脂,的存在，,。,三、纤维的静电,1.,静电现象及产生原因,纤维在加工中要受到各种机件的作用，由于纤维与机械以及纤维与纤维间的摩擦，必会聚集起许多电荷从而产生静电。纤维为电的不良导体,2.,静电的危害与应用,危害：粘接和分散、吸附飞花与尘埃、放电等；,应用：静电植绒、静电吸尘、粉末塑料的静电喷涂等。,3.,衡量静电的有关指标,a.,静电量,/,单位面积；,b.,静电压（,kv,）；,c.,比电阻；,d.,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。,Q=Q,0,e,-t/,式中：,Q,介质内部的瞬时,t,的电荷量；,Q,0,介质内部的原始电荷量；,电荷衰减时间常数，,=,o,*,其中：,o,为空气绝对介电常数,4.,减少或防止静电现象的方法,机器接地,提高空气的相对湿度,改善摩擦条件,导电纤维的应用,静电消除器（电离空气）,加抗静电剂（纤维油剂）,织物防静电整理,1,1,.,名词解释：,导热系数 绝热率 玻璃化温度 粘流温度 分解点温,度 熔点温度 热塑性 热收缩 耐热性 热稳定性 耐光性 双折射 静电电位序列 介质损耗 纤维的介电系数 纤维的比电阻 极限氧指数 抗熔孔性,2,纺织纤维按其燃烧能力的不同可分为哪几种？表征纤维及其制品燃烧性能的指标有哪些？目前改善和提高纺织材料阻燃性能的方法有哪些？,3,纺织纤维在加工和使用过程中为何会产生静电现象？静电现象的严重与否取决于什么因素？说明纤维带静电的危害和应用。减少和防止静电的方法有哪些？,4,试述影响纤维集合体保暖性的因素。,5,何谓热定型，试述影响合纤织物热定型效果的,因素。,6,纤维在热的作用下会出现哪几种热力学状态？,玻璃化温度和熔点在产品加工和使用中有什么,重要意义？,第八章 常用纤维的结构与性质,第一节 纤维素纤维（棉、麻、粘胶）,一、结构,1.,大分子结构,（,1,）化学组成,纤维素（,C,、,H,、,O,组成）,伴生物,-,棉：蜡质、糖份、果胶、灰分，占,5%,左右,麻：比棉含量要高（各种麻不同）,粘胶：无,（,2,）单基,特征基团：氧六环；,6,个,-OH,；,氧桥,-O-,单基连接方式：,1-4,甙键连接，在空间转,180,因为大分子内有氢键。,（,3,）空间形态：椅式结构,单基上的,21,个原子不在一个平面上。,1,、,3,、,5,在下平面，,2,、,4,、,6,在上平面；两平面平行。,2.,超分子结构,大分子间作用力：强大的氢键力，还有范 德华力。,结晶度：棉,-60-70%,左右；麻,70%,；粘 胶,-30-40%,取向度：棉,-20-30,；麻,-7-8,；粘胶,-,看抽伸倍数，可人为控制，普通粘纤,30,左右。,缝隙空洞：棉,-,较小；粘纤,-,较大,3.,形态结构,棉 ：腰圆形，有中腔，扁平带状，有天然转曲。,苎麻：腰圆形，有中腔裂缝,。,粘胶：纵向有构槽，截面呈锯齿形，有皮芯层。,二,.,性质,1.,机械性质,棉,麻,粘纤,强度（,g/d,）,3-4.9,更高,2.5-3.1 g/d,湿强,/,干强,1,1,40-50%,伸长率,3-7%,较小,16-22%,初始模量,较大,最大,较小,2.,吸湿染色性,20,65%,20,100%,公定,W,棉,7-8%,23-27%,11.1%(,纱线,8.5%),苎麻,7-8%,12-14%,粘纤,13-15%,29-35%,13%,3.,耐酸碱性,与酸作用,氧桥断裂，氧化裂解；,与碱作用,碱纤维素。,4.,其它,易燃烧，,150,分解；棉、麻易霉；,5.,丝光棉,丝光,通常是指棉织品（纱、布）在紧张状态下经浓碱液,(,NaOH,或液氨,),处理，以获得持久的光泽，并提高对染料吸附能力的加工过程。,结构变化：天然转曲消失成为棒状；无定形区有所增加，结晶区有所下降；取向度视张力变化而定。,性能变化：光泽、染色性改善；强力增,大，延伸度下降；化学性能活泼。,第二节 天然蛋白质纤维,一,.,结构,1.,大分子结构,（,1,）化学组成,羊毛：蛋白质角朊；,C,、,H,、,O,、,N,、,S,元素组成。,丝 ：蛋白质丝素（,70-80%,），少量丝胶（,20-30%,）；,C,、,H,、,O,、,N,元素组成。,柞蚕丝：丝素,85%,（,2,）单基,R,侧基,羊毛：多、复杂，约,25,种氨基酸；,蚕丝：少、简单，约,18,种氨基酸。,（,3,）空间形态：,羊毛的稳定结构是,型，,型加外力变为,型，,型去外力变为,型；蚕丝的稳定结构是,型。,2.,超分子结构,分子间力,羊毛：范德华力、盐式键、氢键、硫键力；,蚕丝：范德华力、盐式键、氢键,结晶、取向,羊毛的结晶度、取向度低，而蚕丝的较大。,3.,形态结构：,羊毛,鳞片层、皮质层、髓质层,1),鳞片层：,作用如下：,保护纤维，使羊毛内层组织不受外界的生物、化学、机械等作用；,由于鳞片具有方向性，形成差微摩擦效应。,鳞片形状：环状、瓦状、龟裂状,2),皮质层：羊毛纤维的主体，占,90%,左右。,皮质细胞：正皮质,结构疏松；,偏皮质（副皮质）,结构紧密；,双边结构：细羊毛的正副皮质细胞（结构与性能不同）分布于纤维的两侧，并在长度方向上不断转换位置，正皮质一般在纤维卷曲处的外侧，而副皮质处于卷曲的内侧，使羊毛具有天然卷曲。这种结构成之。,3),髓质层,存在于粗羊毛中；羊毛越粗，中腔髓质层的比例越大，羊毛品质越低。,蚕丝：丝素外包有丝胶；,纵向平滑，截面为不规则三角形。,2.,性质,羊毛,蚕丝,强度,小,较大,伸长,较大（,25-35%,）,较小（,1525%,）,初始模量,小,较大,弹性,好,较差,吸湿性,好（,15%,）,较好（,11%,）,耐热性,较差,耐微生物性,耐霉不耐蛀,化学性质,耐酸不耐碱（蚕丝比羊毛稍差）,比重（,g/cm3,）,1.32,1.331.45,特性,缩绒性,光泽、悬垂性、丝鸣,缩绒性,羊毛在湿热及化学试剂作用下，经机械外力反复挤压，纤维集合体逐渐收缩紧密，并相互穿插，纠缠，交编毡化。这一性能称之。,利：缩绒使毛织物有独特的风格；,弊：缩绒使毛织物的尺寸稳定性变差（洗涤后易收缩，变形）影响穿着的舒适性与美观（起毛起球）,第三节 化学纤维,一、涤纶（聚对苯二甲酸乙二酯）,1,结构,大分子结构,：,特征基团：苯环,具有刚性和惰性；,酯基,-COO-,弱极性基团；,脂肪基,柔性基团。,大分子无卷曲，基本上带曲折状的直链；,超分子结构：,大分子间主要是靠范德华力；结晶度较大，取向度也较高。,2,性质,（,1,）机械性质,断裂强度较高，伸长率大；初始模量高；弹性回复性好；,织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定性较好。,（,2,）吸湿染色差,W=0.4%,；,不能采用常温染色。,易起静电，耐污性差,（,3,）热学性质,熔点高,255-265C,；,耐热性和热稳定性好,（,4,）光学性质,耐光性好，仅次于腈纶,（,5,）耐酸不耐强碱，不霉不蛀,（,6,）密度：,1.38 g/cm,3,二、锦纶,1,、结构,分子式：,H NH,（,CH,2,）,5,CO,n,OH,锦纶,6,H NH,（,CH,2,）,6,NHCO,（,CH,2,）,4,CO,n,OH,锦纶,66,特征基团：有极性集团,-CONH-,；,-NH,2,；,-COOH,；,单基较长，无支链，属柔性基团,锦纶是柔曲大分子，空间呈平面锯齿形。,有范德华力、氢键力；结晶度比涤纶略低,2,、,性质,（,1,）机械性质,断裂强度、屈曲强度较高，伸长大；,初始模量较低，断裂功大；,弹性好，耐磨性好，织物的保形性和挺,括性较差。,（,2,）吸湿染色性,W=4.5%,，,比涤纶好,（,3,）热学性质,耐热性差；,安全使用温度：低于,93C,（,锦纶,6,），低于,130C,（,锦纶,66,）；,熔点：,215C,（,锦纶,6,），,250C,（,锦纶,66,）,（,4,）耐光性差,（,5,）耐碱不耐酸,（,6,）密度较小：,1.14 g/cm,3,三、腈纶,第一单体：丙烯腈（超过,85%,）,第二单体：丙烯酸甲酯、甲醛丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等改善纤维的脆性，增加弹性、柔软性，同时还有利于染料分子进入。,第三单体：引入一定量带有酸性或碱性亲染料的基团改善纤维的染色性,。,1.,结构,准结晶结构,2.,性质,强度较低，伸长较大；,初始模量：,E,锦纶,E,腈纶,E,涤纶,；,弹性：比棉、麻、粘胶好，但比羊毛、涤纶、锦纶差；,染色性较好；没有明显的熔点，不会产生熔孔现象；,耐光性特别好；,耐酸也耐碱；,密度较小：,1.17g/cm,3,四、维纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维）,1.,结构：,皮芯层结构，,截面形状：浓度,30%,，哑铃状；,浓度,40%,，圆形；,大分子主链呈平面锯齿形。,2.,性质,机械性质：强度较高，伸长率不大，初始模量比涤纶低，弹性较差，耐磨性较好。,吸湿染色性：,W=5.0%,在合纤中，吸湿性居于首位,;,染色性不好，色泽不鲜艳。,热学性质：耐干热稳定性较好，耐热水性较差。,耐碱不耐强酸；,耐光性、耐腐蚀性较好；,热传导系数低，保暖性较好；,五、丙纶,1,、结构,分子间不存在强的化学结合力。,等规聚丙烯分子量相当高，具有较高的立体规整性，易结晶。,2,、,性质,机械性质：强度较高，伸长率较大，初始模量不高，弹性很好，耐磨性好。,吸湿染色性：吸湿性、染色性很差,热学性质：熔点低，耐湿热不耐干热,耐光性特别差，易老化,化学稳定性很好，耐酸、耐碱、耐其他化学试剂,密度最轻：,0.91g/cm,3,六、氨纶（聚氨基甲酸酯）,1,、结构,嵌段共聚物由具有柔性的不结晶的低分子软链段（如聚酯或聚醚链段）和具有刚性的结晶的硬链段（如二异氰酸酯）共聚而成。,2.,性质,机械性质：强度较低，伸长率大（,450-800%,），初始模量低，弹性特别好,吸湿性较差,W=0.8-1%,热学性质：在日光照射下稍微发黄，且强度稍有下降,具有较好的耐酸碱性、耐光性等,密度小：,1.0-1.3g/cm,3,氨纶纤维一般不单独使用，而是与其它纤维混合使用。,1,何谓丝光处理？丝光处理后棉纤维的结构与性能有何变化？,2,何谓羊毛的缩绒性？有何利弊？,3,比较下列几组纤维在结构与性能上的异同。,棉、麻、粘胶；羊毛、蚕丝；涤纶、锦纶,第九章 纤维的鉴别和品质评定,一、纤维的鉴别,鉴别纤维就是要根据各种纤维的外观形态特征和内在质量的差异，采用物理或化学方法来区分纤维的品种。,常用的方法有：手感目测法、显微镜观察法、燃烧法、化学溶解法、着色法、红外吸收光谱法等。,1.,手感目测法,根据纤维的外观形态（纤维的长度、细度及其分布、卷曲）、色泽及其含杂类型、刚柔性、弹性、冷暖感等来区分天然纤维棉、麻、毛、丝及化学纤维。,适用于呈散纤维状态的纺织原料。,天然纤维与化学纤维手感目测比较,观察内容,天然纤维,化学纤维,长度、细度,差异很大,相同品种比较均匀,含杂,附有各种杂质,几乎没有,色泽,柔和但欠均一,近似雪白、均匀，有的有金属般光泽,各种天然纤维手感目测比较,观察内容,棉,苎麻,羊毛,蚕丝,手感,柔软,粗硬,弹性好，有暖感,柔软、光滑，有冷感,长度,(mm),15,40,，,离散大,60,250,，,离散大,20,200,，,离散大,很长,细度,(,),10,25,20,80,10,40,10,30,含杂类型,碎叶、硬籽、僵片、软籽等,麻屑、枝叶,草屑、粪尿、汗渍、油脂等,清洁、发亮,手感目测是鉴别天然纤维与化学纤维以及天然纤维中的棉、麻、毛、丝等不同品种的简便方法之一，但随着改性技术的不断推出与完善，其准确性较差