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纺织材料学教学课件下载-样章.ppt第六章 纺织材料热学、电学、光学性质 第1页第1页第一节 热学性质 l比热比热定义：定义：质量为1g纺织材料温度改变1所吸取（放出）热量单位：单位：J/g第2页第2页一、纺织纤维导热与保温 1.指标(1)(1)导热系数导热系数 定义：材料厚度为材料厚度为1m1m，两表面之间温差为，两表面之间温差为11，每小时通过，每小时通过1m1m2 2材料所传导热量。材料所传导热量。单位：Kcal/mh；W/m第3页第3页常见纤维导热系数（在室温20时测得）纤维种类(Wm/m2)纤维种类(Wm/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0.599第4页第4页(2)(2)绝热率绝热率T T T=(Q1-Q2）/Q1*100%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。第5页第5页(3)克罗值(CLOCLO)在室温在室温2121摄氏度，相对湿度小于摄氏度，相对湿度小于50%50%，气，气流为流为10cm/s10cm/s（无风）条件下，一个人静（无风）条件下，一个人静坐不动，能保持舒适状态，此时所穿衣坐不动，能保持舒适状态，此时所穿衣服热阻为服热阻为1 1克罗值。克罗值。CLOCLO越大，则隔热保暖性越好。越大，则隔热保暖性越好。第6页第6页2.2.影响纤维导热性能原因影响纤维导热性能原因 l分子量大小 在同一温度下，分子量越高。l温度与回潮率影响 TT 由于随温度增长，分子振动频率加大，使热量能籍此得到更加好传递。水分越多，越大，保暖性越差.在同样温湿度条件下，吸湿能力比较好纤维，导热性比较好。第7页第7页3.3.纤维集合体体积重量纤维集合体体积重量 l保暖是否主要取决于纤维层中夹持静止空气数量。l纤维层中夹持空气越多，则纤维层绝热性越好。一旦夹持空气流动，保暖性将大大减少。l纤维层体积重量在0.03-0.06g/cm3，最小，保暖性最好。第8页第8页l4.增强服装保暖性路径l尽也许多储存静止空气；l（中空纤维、多衣穿着、不透水）l降低W%；l选取低纤维；l加入陶瓷粉末等材料第9页第9页若对某一纤维施加一恒定外力，观测其在等速升温过程中发生形变与温度关系，便得到该纤维温度-形变曲线（或称热机械曲线）。纤维经典热机械曲线以下图，存在两个斜率突变区，这两个突变区把热机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同力学状态。形变形变温度温度IIIIII二.纤维热机械性能第10页第10页 在区域在区域I，温度低，纤维在外力作用下形变小，温度低，纤维在外力作用下形变小，含有含有虎克弹性行为虎克弹性行为，形变在瞬间完毕，当外力除去，形变在瞬间完毕，当外力除去后，形变又马上恢复，表现为质硬而脆，这种力学后，形变又马上恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相同，称为玻璃态。状态与无机玻璃相同，称为玻璃态。玻璃态玻璃态温度温度形变形变IIIIII第11页第11页 伴随温度升高，形变逐步增大，当温度升高到某伴随温度升高，形变逐步增大，当温度升高到某一程度时，形变发生突变，进入区域一程度时，形变发生突变，进入区域II，这时即使在，这时即使在较小外力作用下，也能快速产生很大形变，并且当较小外力作用下，也能快速产生很大形变，并且当外力除去后，形变又可逐步恢复。这种受力能产生外力除去后，形变又可逐步恢复。这种受力能产生很大形变，除去外力后能恢复原状性能称高弹性，很大形变，除去外力后能恢复原状性能称高弹性，相应力学状态称高弹态。相应力学状态称高弹态。温度温度形变形变IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态第12页第12页当温度升到足够高时，聚合物完全变为粘性流体，当温度升到足够高时，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。温度温度形变形变IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物力学三态。玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物力学三态。第13页第13页形变形变温度温度IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态玻璃化转变区玻璃化转变区Tg粘流态粘流态粘弹态转变区粘弹态转变区Tf第14页第14页纤维热机械性能纤维热机械性能曲线特点曲线特点（1 1）四个温度）四个温度 a.玻璃化温度Tg 定义：非晶态高聚物大分子链段开始非晶态高聚物大分子链段开始运动最低温度或由玻璃态向高弹态转变温运动最低温度或由玻璃态向高弹态转变温度。度。b.粘流温度Tf 定义：非晶态高聚物大分子链互相滑非晶态高聚物大分子链互相滑动温度，或由高弹态向粘流态转变温度。动温度，或由高弹态向粘流态转变温度。第15页第15页c.熔点温度Tm 定义：高聚物结晶所有熔化时温度，或晶态高聚物大分子链互相滑动温度。高聚物Tm 低分子Tm。d.分解点温度Td 定义：高聚物大分子主链产生断裂温度。第16页第16页（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 第17页第17页几种纺织纤维热转变点几种纺织纤维热转变点 纤维种类纤维种类 玻璃化温度玻璃化温度 软化点软化点 熔点熔点 分解点分解点 洗涤最高温度洗涤最高温度 棉棉 -150 150 90-10090-100羊毛羊毛 -130 130 30-4030-40桑蚕丝桑蚕丝 -150 150 30-4030-40粘胶纤维粘胶纤维 -150 150-醋酯纤维醋酯纤维 186186195-205195-205290-300290-300-涤纶涤纶 80,67,9080,67,90235-240235-240256 256-70-10070-100锦纶锦纶6 6 47,6547,65180 180 215-220215-220-80-8580-85锦纶锦纶66 66 8585225 225 253 253-80-8580-85腈纶腈纶 80-100,140-80-100,140-150150190-240190-240-280-300280-30040-4540-45维纶维纶 8585干干220-230220-230水中水中110110-丙纶丙纶 -35-35145-150145-150163-175163-175-氯纶氯纶 8282水中水中110110200 200-30-4030-40第18页第18页Tg影响原因影响原因l（1）聚合物结构）聚合物结构Tg是链段运动刚被冻结温度，而链段运动是是链段运动刚被冻结温度，而链段运动是通过主链单键内旋转来实现，因此通过主链单键内旋转来实现，因此Tg与高分与高分子链柔顺性相关，柔顺性好，子链柔顺性相关，柔顺性好，Tg低，柔顺性低，柔顺性差，差，Tg高。高。第19页第19页a.主链结构主链结构l主链由饱和单键所构成聚主链由饱和单键所构成聚合物，如合物，如-C-C-，-C-N-，-C-O-，-Si-O-等，柔顺性等，柔顺性较好，普通较好，普通Tg不高不高l主链中引入孤立双键，可主链中引入孤立双键，可提升分子链柔顺性，使提升分子链柔顺性，使Tg减少减少l主链中引入共轭双键、芳主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环，可提升分子环或芳杂环，可提升分子链刚性，链刚性，Tg升高升高第20页第20页侧基极性越强，数目越多，侧基极性越强，数目越多，Tg越高，如：越高，如：刚性侧基体积越大，分子链柔顺性越差，刚性侧基体积越大，分子链柔顺性越差，Tg越高，如：越高，如：b.侧基或侧链侧基或侧链第21页第21页柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，Tg越低，如：越低，如：假如是对称双取代，可提升分子链柔顺性，假如是对称双取代，可提升分子链柔顺性，Tg下降，如：下降，如：第22页第22页当分子量较低时，当分子量较低时，MW，Tg；当分子量足够大时，当分子量足够大时，Tg与分子量无关。与分子量无关。c.分子量分子量第23页第23页d.化学交联化学交联l交联度交联度，分子链运动受约束程度，分子链运动受约束程度，分，分子链柔顺性子链柔顺性，Tg。第24页第24页聚合物玻璃化转变是一个松弛过程，与过聚合物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、外力大小程相关，因此升温或冷却速度、外力大小及其作用时间长短对及其作用时间长短对Tg都有影响。都有影响。测定测定Tg时升温或降温速度慢，时升温或降温速度慢，Tg偏低；偏低；外外力作用速度快，力作用速度快，Tg高；高；单向外力可促使链段运动，使单向外力可促使链段运动，使Tg减少，减少，外力愈大，外力愈大，Tg减少愈明显。减少愈明显。（2）外界条件）外界条件第25页第25页三三.纤维耐热性与热稳定性纤维耐热性与热稳定性 普通规律是：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性能。热稳定性纤维耐长时间高温性能。第26页第26页2.2.惯用纤维耐热性：惯用纤维耐热性：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、玻璃纤维相称好。第27页第27页四、纤维热膨胀与热收缩四、纤维热膨胀与热收缩 1.1.热膨胀热膨胀 一部分纤维在加热情况下有轻微膨胀现象。原因是纤维分子受热后发生较强热振动而取得了更多空间所致。第28页第28页几种纤维热膨胀系数 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）第29页第29页l2.热收缩l（1）定义：合成纤维受热后发生不可逆收缩l现象称之为热收缩。l（2）指标：l热收缩率加热后纤维缩短长度占原来长l度百分率。依据介质不同有：l第30页第30页a.a.沸水收缩率：沸水收缩率：普通指将纤维放在100C沸水中处理30min，晾干后收所缩率；b.b.热空气收缩率：热空气收缩率：普通指用180、190C、210C热空气为介质处理一定期间（如15min）后收缩率；c.c.饱和蒸汽收缩率：饱和蒸汽收缩率：普通指用125-130C饱和蒸汽为介质处理一定期间（如3min）后收缩率。第31页第31页（3）产生原因：纺丝成形过程中，受到较大抽伸作用，纤维残留一定内应力；（4）影响原因：温度T，热收缩率 介质水、空气、蒸汽 本来热处理条件 第32页第32页l（5）利弊l利用不同纤维收缩率，混纺可改进纱线结构。l长丝或合纤纱热收缩率不同，产生易吊经、吊纬、裙子皱。l使用时也要注意热收缩问题。第33页第33页五、纤维热塑性和热定型五、纤维热塑性和热定型 1.基本概念 热塑性将合成纤维或制品加热到Tg以上温度，并加一定外力 逼迫其变形，然后冷却 并清除外力，这种变形就可固 定下来，以后碰到T0为正晶体；为正晶体；n羊毛麻棉粘胶涤纶锦纶蚕丝l氰基CN：能吸取紫外光，有效保护主链；l羰基CO：对光敏感，产生热振动，易使大分子裂解。第54页第54页日光照射时间与纤维强度损失日光照射时间与纤维强度损失日光照射时间与纤维强度损失日光照射时间与纤维强度损失 纤维纤维日晒时间（日晒时间（h h）强度损失（强度损失（%）棉棉9409405050亚麻、大麻亚麻、大麻110011005050羊毛羊毛112011205050蚕丝蚕丝2002005050粘胶纤维粘胶纤维9009006060涤纶涤纶6006006060锦纶锦纶2002003636腈纶腈纶90090016-2516-25第55页第55页第三节第三节 纤维电学性质纤维电学性质l纤维电学性质与纺织加工及使用相关，并可通纤维电学性质与纺织加工及使用相关，并可通过纤维电学性质间接测量纤维其它性质（如回过纤维电学性质间接测量纤维其它性质（如回潮率、纱线条干）。潮率、纱线条干）。主要包括纤维介电性质、导电性、静电。主要包括纤维介电性质、导电性、静电。第56页第56页1.1.纤维导电性纤维导电性 导电基本方式导电基本方式:自由电子定向运动，如金属自由电子定向运动，如金属;电离离子定向运动，如电解溶液。电离离子定向运动，如电解溶液。第57页第57页 l纤维导电机理纤维导电机理 纤维本身导电性很差,理论上为电绝缘体.纤维内水分、杂质和其它低分子物质存在，纤维内水分、杂质和其它低分子物质存在，会电离出一定离子，形成离子导电。会电离出一定离子，形成离子导电。吸湿性好纤维;导电高分子.第58页第58页一、纤维介电性质一、纤维介电性质 纤维导电能力只有导体纤维导电能力只有导体1010-10-101010-14-14，是一，是一个电绝缘材料（电介质）。个电绝缘材料（电介质）。1.1.纤维介电常数纤维介电常数 （1 1）定定义义:在在电电场场中中，由由于于介介质质极极化化而而引引起起相相反反电电场场，将将使使电电容容器器电电容容改改变变，其其改改变变倍倍数数称称为为介介电常数。它是材料本体常数。电常数。它是材料本体常数。其数值为：其数值为：=C=C材材/C/C0 0 C C材材以某种纤维材料为介质时，电容器电容量；以某种纤维材料为介质时，电容器电容量；C C0 0以真空为介质时，电容器电容量以真空为介质时，电容器电容量 第59页第59页（2 2）影响）影响大小原因大小原因a.a.内因内因 电电介介质质密密度度：密密度度愈愈大大，；极化率：纤维分子极极化率：纤维分子极化程度化程度，；纤维分子量：分子量纤维分子量：分子量，。b.b.外因外因 温度：温度增长，温度：温度增长，增长。增长。频率：先上升再下降。频率：先上升再下降。回潮率：回潮率增长，回潮率：回潮率增长，增长。增长。第60页第60页二、纤维导电性能二、纤维导电性能 1.纤维比电阻纤维比电阻 （1 1）体积比电阻（）体积比电阻（v v，cmcm）定义：纤维通过长定义：纤维通过长1cm1cm，截面积为，截面积为1 cm1 cm2 2材材料时电阻值。料时电阻值。（2 2）表面比电阻（）表面比电阻（S S，）定义：电流通过长、宽都为定义：电流通过长、宽都为1cm1cm材料时电材料时电阻值。阻值。（3 3）质量比电阻（）质量比电阻（m m，g/cmg/cm2 2）定义：电流通过长定义：电流通过长1cm1cm，质量为，质量为1g1g材料时材料时电阻值。电阻值。m m易测，应用较多。易测，应用较多。m=m=v v 第61页第61页2.2.影响纤维比电阻原因影响纤维比电阻原因 （1 1）回潮率：回潮率增长，）回潮率：回潮率增长，m m减少减少;。（2 2）温度：温度增长，）温度：温度增长，减少，导电性能减少，导电性能 增长增长;（3 3）纤维上附着物：油剂、棉蜡、油脂）纤维上附着物：油剂、棉蜡、油脂 存在，存在，。第62页第62页三、纤维静电三、纤维静电 1.1.静电现象及产生原因静电现象及产生原因 纤维在加工中要受到各种机件作用，由于纤维与纤维在加工中要受到各种机件作用，由于纤维与机械以及纤维与纤维间摩擦，必会汇集起许多电机械以及纤维与纤维间摩擦，必会汇集起许多电荷从而产生静电。纤维为电不良导体荷从而产生静电。纤维为电不良导体 2.2.静电危害与应用静电危害与应用 危害：粘接和分散、吸附飞花与尘埃、放电等；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、粉末塑料静电喷涂应用：静电植绒、静电吸尘、粉末塑料静电喷涂等。等。第63页第63页第64页第64页3.3.衡量静电相关指标衡量静电相关指标 a.a.静电量静电量/单位面积；单位面积；b.b.静电压（静电压（kvkv）；）；c.c.比电阻；比电阻；d.d.半衰期：纺织材料上静电衰减到原始值二分半衰期：纺织材料上静电衰减到原始值二分之一时所需时间。之一时所需时间。Q=Q Q=Q0 0e e-t/-t/式中：式中：Q Q 介质内部瞬时介质内部瞬时t t电荷量；电荷量；Q Q0 0介质内部原始介质内部原始电荷量；电荷量；电荷衰减时间常数，电荷衰减时间常数，=o o*其中：其中：o o为空气绝对介电常数为空气绝对介电常数 第65页第65页 4.4.减少或预防静电现象办法减少或预防静电现象办法 l 机器接地机器接地 l 提升空气相对湿度提升空气相对湿度 l 改进摩擦条件改进摩擦条件 l 导电纤维应用导电纤维应用 l 静电消除器（电离空气）静电消除器（电离空气）l 加抗静电剂（纤维油剂）加抗静电剂（纤维油剂）l 织物防静电整理织物防静电整理 第66页第66页11.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介电系数纤维比电阻极限氧指数抗熔孔性2纺织纤维按其燃烧能力不同可分为哪几个？表征纤维及其制品燃烧性能指标有哪些？当前改进和提升纺织材料阻燃性能方法有哪些？3纺织纤维在加工和使用过程中为何会产生静电现象？静电现象严重是否取决于什么原因？说明纤维带静电危害和应用。降低和预防静电方法有哪些？第67页第67页4试述影响纤维集合体保暖性原因。5何谓热定型，试述影响合纤织物热定型效果原因。6纤维在热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主要意义？第68页第68页