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1、纺织材料纤维的热学性质本讲稿第一页，共六十八页第一节 热学性质 l比热比热定义：定义：质量为1g纺织材料温度变化1所吸收（放出）的热量单位：单位：J/g本讲稿第二页，共六十八页一、纺织纤维的导热与保温 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材料所传导的热量。材料所传导的热量。单位：Kcal/mh；W/m本讲稿第三页，共六十八页常见纤维的导热系数（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
2、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本讲稿第四页，共六十八页(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。本讲稿第五页，共六十八页(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）的条件下，一个人（无风）的条件下，一个人静坐不动，能保持舒适状态，此时所穿静坐不动，能保持舒适状态
3、，此时所穿衣服的热阻为衣服的热阻为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。本讲稿第六页，共六十八页2.2.影响纤维导热性能的因素影响纤维导热性能的因素 l分子量的大小 在同一温度下，分子量越高。l温度与回潮率的影响 TT 因为随温度增加，分子的振动频率加大，使热量能籍此得到更好的传递。水分越多，越大，保暖性越差.在同样温湿度条件下，吸湿能力比较好的纤维，导热性比较好。本讲稿第七页，共六十八页3.3.纤维集合体的体积重量纤维集合体的体积重量 l保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。l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
4、，保暖性将大大降低。l纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，最小，保暖性最好。本讲稿第八页，共六十八页4.4.增强服装保暖性的途径增强服装保暖性的途径 l尽可能多的储存静止空气；（中空纤维、多衣穿着、不透水）l降低W%；l选用低的纤维；l加入陶瓷粉末等材料 本讲稿第九页，共六十八页若对某一纤维施加一恒定外力，观察其在等速升温若对某一纤维施加一恒定外力，观察其在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该纤维的温度过程中发生的形变与温度的关系，便得到该纤维的温度-形变曲线（或称热机械曲线）。形变曲线（或称热机械曲线）。纤维典型的热机械曲线如下图，存在两个斜率突变区，纤维典型的热机械曲
5、线如下图，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的力学状态。种不同的力学状态。形形变变温度温度IIIIII二.纤维的热机械性能本讲稿第十页，共六十八页在区域在区域I，温度低，纤维在外力作用下的形变小，温度低，纤维在外力作用下的形变小，具有具有虎克弹性行为虎克弹性行为，形变在瞬间完成，当外力除去后，形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。无机玻璃相似，称为玻璃态。玻玻璃璃态态温度温度形形变变IIIIII
6、本讲稿第十一页，共六十八页随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到某一程随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，形变发生突变，进入区域度时，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。温度温度形形变变IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态本讲稿第十二页
7、，共六十八页当温度升到足够高时，聚合物完全变为粘性流体，其形变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。不可逆，这种力学状称为粘流态。温度温度形形变变IIIIII玻玻璃璃态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的力学三态。玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。本讲稿第十三页，共六十八页形形变变温度温度IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态玻玻璃璃化化转转变变区区Tg粘流态粘流态粘粘弹弹态态转转变变区区Tf本讲稿第十四页，共六十八页纤维的热机械性能纤维的热机械性能曲线的特点曲线的特点（1 1）四个温度）四个温度 a.玻璃化温度Tg 定
8、义：非晶态高聚物大分子链段开始运动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的最低温度或由玻璃态向高弹态转变的温度。度。b.粘流温度Tf 定义：非晶态高聚物大分子链相互滑动的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。温度，或由高弹态向粘流态转变的温度。本讲稿第十五页，共六十八页c.熔点温度Tm 定义：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。高聚物的Tm 低分子的Tm。d.分解点温度Td 定义：高聚物大分子主链产生断裂的温度。本讲稿第十六页，共六十八页（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
9、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 本讲稿第十七页，共六十八页几种纺织纤维的热转变点 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 25
10、6-70-10070-100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本讲稿第十八页，共六
11、十八页Tg的影响因素的影响因素l（1）聚合物的结构）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，因此是通过主链单键的内旋转来实现，因此Tg与与高分子链的柔顺性相关，柔顺性好，高分子链的柔顺性相关，柔顺性好，Tg低，低，柔顺性差，柔顺性差，Tg高。高。本讲稿第十九页，共六十八页a.主链结构主链结构l主链由饱和单键所组成的聚合物，主链由饱和单键所组成的聚合物，如如-C-C-，-C-N-，-C-O-，-Si-O-等，柔顺性较好，一般等，柔顺性较好，一般Tg不高不高l主链中引入孤立双键，可提主链中引入孤立双键，可提高分子链的柔顺
12、性，使高分子链的柔顺性，使Tg降降低低l主链中引入共轭双键、芳环主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环，可提高分子链的或芳杂环，可提高分子链的刚性，刚性，Tg升高升高本讲稿第二十页，共六十八页侧基的极性越强，数目越多，侧基的极性越强，数目越多，Tg越高，如：越高，如：刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，Tg越高，如：越高，如：b.侧基或侧链侧基或侧链本讲稿第二十一页，共六十八页柔性侧链越长，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：如果是对称双取代，可提高分子链柔顺性，如果是对称双取代，可提高分子链柔顺性，Tg下降，如：下降
13、，如：本讲稿第二十二页，共六十八页当分子量较低时，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.分子量分子量本讲稿第二十三页，共六十八页d.化学交联化学交联l交联度交联度，分子链运动受约束的程度，分子链运动受约束的程度，分子链柔顺性分子链柔顺性，Tg。本讲稿第二十四页，共六十八页聚合物的玻璃化转变是一个松弛过程，与过程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用时间的长短对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
14、，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降低，外力降低，外力愈大，愈大，Tg降低愈明显。降低愈明显。（2）外界条件）外界条件本讲稿第二十五页，共六十八页三三.纤维的耐热性与热稳定性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。本讲稿第二十六页，共六十八页2.2.常用纤维耐热性：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。本讲稿第二十七页，共六
15、十八页四、纤维的热膨胀与热收缩四、纤维的热膨胀与热收缩 1.1.热膨胀热膨胀 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。本讲稿第二十八页，共六十八页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）本讲稿第二十九页，共六十八页2.2.热收缩热收缩（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：本讲稿第三十页，共六十八
16、页a.a.沸水收缩率：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.b.热空气收缩率：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.c.饱和蒸汽收缩率：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。本讲稿第三十一页，共六十八页（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 本讲稿第三十二页，共六十八页（5 5）利弊）利弊 利用不同的纤维收缩率，混纺可改善纱线结
17、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。本讲稿第三十三页，共六十八页五、纤维的热塑性和热定型五、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T0为正晶体；为正晶体；n 羊毛羊毛 麻麻 棉棉 粘胶粘胶 涤纶涤纶 锦纶锦纶 蚕丝蚕丝氰基氰基CN：能吸收紫外光，有效的保护主链；：能吸收紫外光，有效的保护主链；羰基羰基CO：对光敏感，产生热振动，易使大分子裂解。：对光敏感，产生热振动，易使大分子裂解。本讲稿第五十四页，共六十八页日光照射时间与纤维强
18、度的损失日光照射时间与纤维强度的损失 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本讲稿第五十五页，共六十八页第三节第三节 纤维的电学性质纤维的电学性质l纤维的电学性质与纺织加工及使用有关，并可通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（如过纤维的电学性质间接测量纤维的其它性质（如回
19、潮率、纱线条干）。回潮率、纱线条干）。主要包括纤维的介电性质、导电性、静电。主要包括纤维的介电性质、导电性、静电。本讲稿第五十六页，共六十八页1.1.纤维的导电性纤维的导电性 导电的基本方式导电的基本方式:自由电子的定向运动，如金属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。电离离子的定向运动，如电解溶液。本讲稿第五十七页，共六十八页 l纤维的导电机理纤维的导电机理 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。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
20、子.本讲稿第五十八页，共六十八页一、纤维的介电性质一、纤维的介电性质 纤维的导电能力只有导体的纤维的导电能力只有导体的1010-10-101010-14-14，是一种电绝，是一种电绝缘材料（电介质）。缘材料（电介质）。1.1.纤维的介电常数纤维的介电常数 （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的的电电容容变变化化，其其变变化化的的倍倍数数称称为为介介电电常常数数。它是材料的本体常数。它是材料的本体常数。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，电容器的电容量；以某种纤维材料为介质时
21、，电容器的电容量；C C0 0以真空为介质时，电容器的电容量以真空为介质时，电容器的电容量 本讲稿第五十九页，共六十八页（2 2）影响）影响大小的因素大小的因素a.a.内因内因 电介质的密度：密度愈大，电介质的密度：密度愈大，；极化率：纤维分子极化程度极化率：纤维分子极化程度，；纤维分子量：分子量纤维分子量：分子量，。b.b.外因外因 温度：温度增加，温度：温度增加，增加。增加。频率：先上升再下降。频率：先上升再下降。回潮率：回潮率增加，回潮率：回潮率增加，增加。增加。本讲稿第六十页，共六十八页二、纤维的导电性能二、纤维的导电性能 1.纤维的比电阻纤维的比电阻 （1 1）体积比电阻（）体积比电
22、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材料时的电阻值。材料时的电阻值。（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材料时的电阻值。材料时的电阻值。（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材料时的电阻值。材料时的电阻值。m m易测，应用较多。易测，应用较多。m=m=v v 本讲稿第六十一页，共六十八页2.2.影响纤维比电阻的因素影响纤维比电阻的因素 （1 1）回潮率：回潮
23、率增加，）回潮率：回潮率增加，m m降低降低;。（2 2）温度：温度增加，）温度：温度增加，减少，导电性能减少，导电性能 增加增加 ;（3 3）纤维上的附着物：油剂、棉蜡、油脂）纤维上的附着物：油剂、棉蜡、油脂 的存在，的存在，。本讲稿第六十二页，共六十八页三、纤维的静电三、纤维的静电 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的作用，由于纤维与机械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生静电。纤维为电的不良导体 2.2.静电的危害与
24、应用静电的危害与应用 危害：粘接和分散、吸附飞花与尘埃、放电等；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。应用：静电植绒、静电吸尘、粉末塑料的静电喷涂等。本讲稿第六十三页，共六十八页本讲稿第六十四页，共六十八页3.3.衡量静电的有关指标衡量静电的有关指标 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：纺织材料上的静电衰减到原始值一半衰期：纺织材料上的静电衰减到原始值一半时所需的时间。半时所需的时间。Q=QQ=Q0 0e e-t/-t/式中：式中：Q Q 介质内部的瞬时介质
25、内部的瞬时t t的电荷量；的电荷量；Q Q0 0介质内部的原始电荷量；介质内部的原始电荷量；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 本讲稿第六十五页，共六十八页 4.4.减少或防止静电现象的方法减少或防止静电现象的方法 l 机器接地机器接地 l 提高空气的相对湿度提高空气的相对湿度 l 改善摩擦条件改善摩擦条件 l 导电纤维的应用导电纤维的应用 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 本讲稿第六十六页，共六十八页11.名词解释：导热系数绝热率玻
26、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？本讲稿第六十七页，共六十八页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？本讲稿第六十八页，共六十八页