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1、第第8章章 纤维材料热学光学电纤维材料热学光学电学性质学性质第1页，共18页，编辑于2022年，星期一8.1.1 8.1.1 常用热学指标常用热学指标 导导热热系系数数也也称称热热导导率率，其其倒倒数数称称为热阻为热阻。纤纤维维本本身身的的导导热热系系数数由由于于纤纤维维结结构的原因呈现各向异性。构的原因呈现各向异性。对对于于纤纤维维集集合合体体，也也是是纤纤维维、空气、水分三者的综合值。空气、水分三者的综合值。导导热热系系数数与与集集合合体体的的体体积积重重量量的的关系呈对号规律关系呈对号规律。材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本身扩散的速度。单位：材料在一定的温度梯度场条件下，热能
2、通过物质本身扩散的速度。单位：J/mh。在数值上为。在数值上为在传热方向纤维材料厚度为在传热方向纤维材料厚度为1m,m,面积为面积为1m m2，两个平行表面之，两个平行表面之间的温差为间的温差为1，1h h（物理学上常定义为（物理学上常定义为1s s）内通过材料传导的热量焦耳数。）内通过材料传导的热量焦耳数。（2）导热系数第2页，共18页，编辑于2022年，星期一8.1.1 8.1.1 常用热学指标常用热学指标 绝绝热热率率表表示示纤纤维维材材料料的的隔隔绝绝热热量量传传递递保保持持温温度度的的性性能能。它它常常常常通通过过降降温温法法测测得得，将将被被测测试试样样包包覆覆在在一一热热体体外外
3、面面，另另一一个个相相同同的的热热体体作作为为参参比比物物（不不包包覆覆试试样样），同同时时测测得得经经过相同时间后的散热量分别为过相同时间后的散热量分别为Q1和和Q0，则绝热率，则绝热率T为：为：其中：其中：t0不包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差）；不包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差）；t1包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差）。包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差）。绝绝热热率率数数值值越越大大，说说明明该该材材料料的的保保暖暖性性越越好好。实实际际测测试试中中，为为了了方方便便和和结结果果的的稳稳定定可可靠靠，常常常常使使用用两两只只饮饮料料易易拉拉罐罐作作为为容容器器，
4、加加入入同同质质量量和和温温度度的的水水，测测量量经经过过一一定定时时间间后后的的温温差差。应应当当注注意意的的是是对对于于欲欲比比较较保保暖暖性性的的纺纺织织品品应该在相同的实验环境中进行应该在相同的实验环境中进行,最好在标准大气中。最好在标准大气中。www.casino- www.casino-(3)绝热率第3页，共18页，编辑于2022年，星期一 克克罗罗值值是是国国际际上上经经常常采采用用的的一一个个表表示示织织物物隔隔热热保保温温性性能能的的指指标标，同同时时也也可可以以表表示示织织物物在在人人穿穿着着过过程程中中的的热热舒舒适适性性。它它的的定定义义是是在在温温度度为为20，相相对
5、对湿湿度度不不超超过过50%，空空气气流流速速不不超超过过10cm/s的的环环境境中中，一一个个人人静静坐坐并并感感觉觉舒舒适适时时衣衣服服所所具具有有的的热热阻阻，称为称为1克罗。克罗。1克罗克罗=4.310-2m2h/J8.1.1 8.1.1 常用热学指标常用热学指标 （4）克罗值 保保暖暖率率是是采采用用恒恒温温原原理理的的织织物物保保暖暖仪仪测测得得的的指指标标，是是指指在在保保持持热热体体恒恒温温的的条条件件下下无无试试样样包包覆覆时时消消耗耗的的电电功功率率和和有有试试样样包包覆覆时时消消耗耗的的电电功功率率之之差差占占无无试试样样包包覆覆时时消消耗耗的的电电功功率率的的百百分分率
6、率。该该数数值值越越大大，说说明明该该织织物物的的保保暖暖能能力力越越强。强。（5）保暖率第4页，共18页，编辑于2022年，星期一 热热力力学学性性质质也也叫叫热热机机械械性性质质，是是指指在在温温度度的的变变化化过过程程中中，纺纺织织材材料料的的机机械械性性质质随随之之变变化的特性。采用不同的温度点来表征纤维材料力学行为的差异。化的特性。采用不同的温度点来表征纤维材料力学行为的差异。8.1.2 8.1.2 热力学性质热力学性质 （1）概念 对对于于结结晶晶体体，热热力力学学状状态态以以熔熔点点为界分为两个状态。为界分为两个状态。对对于于非非结结晶晶体体，热热力力学学状状态态一一般般分分为为
7、三三个个状状态态玻玻璃璃态态、高高弹弹态态、黏黏流流态态。用用玻玻璃璃化化温温度度T Tg g、黏黏流流温温度度T Tf f来来划划分。分。（2）热力学曲线Tg Tf 黏黏流流态态第5页，共18页，编辑于2022年，星期一定定形形是是指指使使纤纤维维（包包括括纱纱、织织物物）达达到到一一定定的的（所所需需的的）宏宏观观形形态态（状状），再再尽尽可可能能地地切切断断大大分分子子间间的的联联结结，使使大大分分子子松松弛弛，然然后后在在新新的的平平衡衡位位置置上上重重新新建建立立尽尽可可能能多多的的分分子子之之间间的的联联结结点点的的处处理理过过程程。热热定定形形则则是是指指在在热热的的作作用用下下
8、（以以加加热热、冷冷却却的的手手段段进进行行大大分分子子之间联系的切断和重组）进行的定形。之间联系的切断和重组）进行的定形。热热定定形形的的目目的的就就是是为为了了消消除除纤纤维维材材料料在在加加工工中中所所产产生生的的内内应应力力，使使其其在在以以后后的的使使用用过过程程中中具具有有良良好好的的尺尺寸寸稳稳定定性性、形形态态保保持持性性、弹弹性性、手手感感等等。生生活活中中的的衣衣物物熨熨烫烫、生生产产中中弹弹力力丝丝的的加加工工、蒸蒸纱纱、毛毛织织物物煮煮呢呢、电电压压及及其其他他整整理工艺都是在运用热定形。理工艺都是在运用热定形。www.casino- www.casino-8.1.3
9、8.1.3 热定形热定形 （1）概念第6页，共18页，编辑于2022年，星期一湿度湿度(或定形介质或定形介质)：目的是降低：目的是降低T Tg g 温度：加热到温度：加热到T Tg g以上，以上，T Tf f以下。促使应力松弛完成以下。促使应力松弛完成外力：施加外力达到我们所需的外观形态外力：施加外力达到我们所需的外观形态时时间间：大大分分子子间间的的联联结结只只能能逐逐步步拆拆开开，达达到到比比较较完完全全的的应应力力松松弛弛需需要要时时间间，重重建分子间的联结也需要时间。建分子间的联结也需要时间。8.1.3 8.1.3 热定形热定形 （2）影响热定形效果的因素（1 1）耐耐热热性性 指指抵
10、抵抗抗抗抗热热破破坏坏的的能能力力。可可用用破破坏坏温温度度来来表表示示，或或受受热热时时性性能能的恶化来评价。的恶化来评价。（2 2）热热稳稳定定性性 指指在在某某温温度度持持续续作作用用下下的的抗抗破破坏坏性性能能。常常用用单单位位时时间间破破坏率来表示。坏率来表示。8.1.4 8.1.4 耐热性与热稳定性耐热性与热稳定性 第7页，共18页，编辑于2022年，星期一 合合成成纤纤维维因因受受热热的的作作用用而而产产生生的的收收缩缩。产产生生收收缩缩的的原原因因：(1)1)定定形形效效果果不不好好，有有残残余余内内应应力力存存在在；(2)(2)分分子子链链比比较较伸伸展展，各各键键节节、键键
11、段段的的无无规规运运动动，使使大大分分向向内内卷卷缩。用收缩率表示。（如汽蒸收缩率、沸水收缩率等）。缩。用收缩率表示。（如汽蒸收缩率、沸水收缩率等）。8.1.5 8.1.5 热收缩热收缩 织织物物接接触触到到热热体体而而熔熔融融形形成成孔孔洞洞的的性性能能熔熔孔孔性性。织织物物抵抵抗抗熔熔孔孔现现象象的的性性能能叫抗熔孔性。叫抗熔孔性。8.1.6 8.1.6 熔孔性熔孔性(1)概念(2)影响熔孔的主要外界因素 热体的表面温度；热体的表面温度；热体的热容量；热体的热容量；接触时间；接触时间；相对湿度。相对湿度。第8页，共18页，编辑于2022年，星期一8.1.7 8.1.7 阻燃性阻燃性 根据纤
12、维在火焰中，离开火焰后的燃烧状况分为：根据纤维在火焰中，离开火焰后的燃烧状况分为：A.A.易燃易燃：遇火就燃，离火仍燃，且燃烧迅速，可造成火灾。：遇火就燃，离火仍燃，且燃烧迅速，可造成火灾。B.B.可燃可燃：遇火能燃，离火后仍蔓延，但：遇火能燃，离火后仍蔓延，但速速度慢。度慢。C.C.难燃难燃：在火焰中可燃，离开火则自熄。：在火焰中可燃，离开火则自熄。D.D.不燃不燃：与火接触亦不燃烧。：与火接触亦不燃烧。(1)定性表达(2)定量表达 A.点燃温度 B.火焰最高温度 C.燃烧速度(单位长度的时间)D.极限氧指数 LOIwww.caishen- LOIwww.caishen-第9页，共18页，编
13、辑于2022年，星期一8.2 8.2 光学性质光学性质 8.2.1 8.2.1 色泽色泽 色泽既是外观质量也是内在质量的反映。色泽既是外观质量也是内在质量的反映。（1 1）颜色）颜色：材料对光的选择性吸收和反射的结果。多用白度表示。：材料对光的选择性吸收和反射的结果。多用白度表示。（2 2）光泽）光泽：反射可见光的能力。：反射可见光的能力。影响光泽的因素主要有：影响光泽的因素主要有：纤维的表面状况。纤维的表面状况。如粗毛比细毛光泽强。如粗毛比细毛光泽强。纤纤维维的的截截面面形形状状。不不同同的的形形状状会会产产生生不不同同的的光光泽泽效效果果。如如表表面面平平滑滑平平行行反反射射（镜镜面面反反
14、射射），光光最最强强；表表面面粗粗糙糙漫漫射射，光光柔柔和和（反反射射光光强强一一致致）或或产生闪光效应（有峰值漫射）。产生闪光效应（有峰值漫射）。纤纤维维结结构构与与含含杂杂。蚕蚕丝丝的的特特殊殊光光泽泽与与它它的的层层状状结结构构有有关关。成成熟熟度度高高的的棉棉纤纤维维比比成成熟熟度度低低的的光光泽泽好好。水水分分使使光光泽泽下下降降，颜颜色色浓浓度度上上升升，表表面面上上的的油油、蜡蜡等等其其他他成成分分也也会使光泽发生变化。会使光泽发生变化。纤维彼此排列的平顺程度。纤维彼此排列的平顺程度。第10页，共18页，编辑于2022年，星期一8.2.2 8.2.2 折射与双折射折射与双折射 一
15、一般般透透明明或或半半透透明明物物体体受受倾倾斜斜方方向向的的一一条条入入射射光光照照射射时时，在在物物体体表表面面会会分分成成一一条条反反射射光和一条折射光，其反射角、折射角分别遵从反射定律和折射定律。光和一条折射光，其反射角、折射角分别遵从反射定律和折射定律。纺纺织织纤纤维维大大多多都都属属于于单单轴轴晶晶体体，所所以以当当一一束束光光线线照照射射时时，进进入入纤纤维维内内的的折折射射光光会会分分成成方方向向不不同同的的两两条条折折射射线线-发发生生双双折折射射。分分别别用用n n 和和n n 表表示示，（n nn n）称为）称为双折射率双折射率。双双折折射射率率的的大大小小可可以以反反映
16、映纤纤维维大大分分子子的的取取向向程程度度，双双折折射射率率越越大大，说说明明大大分分子子排排列列越越整整齐齐，且且越越平平行行于于纤纤维维轴轴向向。大大分分子子的的取取向向度度越越高高，纤纤维维性性能能的的各各向向异异性性表表现现就就越越显显著著。www.caishen-www.caishen-8.2.3 8.2.3 耐光性和光防护耐光性和光防护 纤纤维维材材料料在在日日光光照照射射下下，其其性性能能逐逐渐渐恶恶化化，其其强强度度下下降降，变变色色，发发脆脆，以以至至丧丧失失使使用用价价值值。纤纤维维材材料料抵抵抗抗日日光光破破坏坏的的性性能能称称为为耐耐光光性性。日日光光中中的的紫紫外外线
17、线（波波长长400nm400nm以以下）和红外线（波长下）和红外线（波长780nm780nm以上）是造成纤维光损伤的主要原因。以上）是造成纤维光损伤的主要原因。第11页，共18页，编辑于2022年，星期一8.2.3 8.2.3 耐光性和光防护耐光性和光防护 所所谓谓光光防防护护是是指指纤纤维维制制品品阻阻隔隔红红外外或或紫紫外外光光的的透透射射，防防止止红红外外或或紫紫外外线线对对人人体产生破坏的性能。体产生破坏的性能。纤维日晒时间（h）强度损失率（%）棉94050羊毛112050亚麻、大麻110050粘胶纤维90050腈纶9001625蚕丝20050锦纶20036涤纶60060第12页，共1
18、8页，编辑于2022年，星期一8.2.3 8.2.3 耐光性和光防护耐光性和光防护 紫紫外外线线波波长长较较短短，它它由由强强度度较较大大的的UVUVB(280B(280315nm)315nm)和和波波长长较较长长、低低能能量量的的UVUVA(315A(315400nm)400nm)以及以及UVUVC(100C(100280nm)280nm)组成。组成。紫紫外外线线的的辐辐射射不不分分季季节节、不不分分阴阴晴晴、不不分分海海拔拔高高低低，只只是是到到达达地地面面的的强强弱弱（紫紫外外线线指指数数）不不同同，最最强强时时段段为为上上午午的的10:00 10:00 下下午午4:00(4:00(该该
19、时时段段是是我我国中部地区的时段国中部地区的时段)。研研究究表表明明：引引起起皮皮肤肤癌癌的的主主要要波波段段为为UVUVB B，其其典典型型光光谱谱为为297nm297nm，起起作作用用强强度度大大约约是是UVUVA A区区的的10001000倍倍，而而紫紫外外线线UVUVC C区区的的作作用用虽虽然然也也很很强强，但但因因其其绝绝大大部部分分受受到到臭臭氧氧层层和和空空气气介介质质的的阻阻隔隔而而难难以以到到达达地地面面。因因此此防防紫紫外外线线面面料料的的功功效效主主要要体体现现在在对对UVUVA A区和区和UVUV区紫外线起到有效的遮蔽作用，尤其是要遮蔽区紫外线起到有效的遮蔽作用，尤其
20、是要遮蔽UVUVB B区。区。在在常常用用纤纤维维中中，羊羊毛毛、麻麻、蚕蚕丝丝、涤涤纶纶等等防防紫紫外外功功能能较较好好，而而棉棉、粘粘胶胶、锦锦纶纶、腈腈纶纶等等的的防防紫紫外外功功能能较较差差。当当然然，纱纱线线的的结结构构、织织物物的的密密度度和和厚厚度、颜色等对紫外防护也有影响。度、颜色等对紫外防护也有影响。www.caishen-www.caishen-第13页，共18页，编辑于2022年，星期一8.2.3 8.2.3 耐光性和光防护耐光性和光防护 国国家家标标准准GB/T 18830纺纺织织品品防防紫紫外外线线性性能能的的评评定定规规定定，当当纺纺织织品品的的紫紫外外线线防防护护
21、系系数数UPFUPF3030，透透过过率率T T5时时，可可称称为为“防防紫紫外外线线产产品品”。只只有有当当紫紫外外线线防防护护系系数数UPFUPF和和透透射射比比T两两项项指指标标都都符符合合标标准准要要求求时时，才才算算是是合合格格的的防防紫紫外外线线产产品品。目目前前，防防晒晒纺纺织织品品主主要要有有以以下下4 4种种类类型型，纤纤维维内内嵌嵌入入紫紫外外线线吸吸收收材材料料(纺纺丝丝时时加加入入防防紫紫外外材材料料)，织物防紫外线印染整理，织物表面加金属涂层，织物表面加非金属物涂层。，织物防紫外线印染整理，织物表面加金属涂层，织物表面加非金属物涂层。紫紫外外线线透透过过率率(也也叫叫
22、透透射射率率)T的的定定义义为为覆覆盖盖有有试试样样时时的的紫紫外外线线辐辐照照度度占占无无试试样样时时的的紫紫外外线线透透射射辐辐照照度度的的百百分分率率。根根据据紫紫外外线线区区段段的的不不同同可可分分为为UV-A区区段段透射率透射率TUVA和和UV-B区段透射率区段透射率TUVB。第14页，共18页，编辑于2022年，星期一8.2.3 8.2.3 耐光性和光防护耐光性和光防护 紫紫外外线线防防护护系系数数UPF（Ultravioletprotectionfactor）的的定定义义为为：皮皮肤肤无无织织物物保保护护时时产产生生红红斑斑所所需需紫紫外外线线的的最最小小辐辐照照度度与与能能量量
23、与与产产生生红红斑斑的的最最小小辐辐照照度度的紫外线透过织物的辐照度的比。的紫外线透过织物的辐照度的比。可可以以这这样样理理解解UPFUPF的的意意义义，比比如如UPFUPF值值为为5050，就就说说明明有有1/501/50的的紫紫外外线线可可以以透透过过织织物物。UPFUPF值值越越高高，就就说说明明紫紫外外线线的的防防护护效效果果越越好好。在在国国家家标标准准中中纺纺织织品品的的UPFUPF值值最最高高的的标标识识是是5050，也也就就是是UPF50UPF50。因因为为UPFUPF大大于于5050以以后后，对对人人体体的的伤伤害害影影响响就就可可以以忽忽略略不不计计了了。一一般般UPFUP
24、F值值在在15152424时称为良好，在时称为良好，在25 25 3939时称为非常好，时称为非常好，40 40 5050或以上者称为优良。或以上者称为优良。8.2.4 8.2.4 紫外荧光紫外荧光 纤纤维维在在受受到到紫紫外外线线照照射射时时，会会发发出出在在可可见见光光范范围围内内的的光光，称称之之为为紫紫外外荧荧光光。各各种种纺织纤维具有不同颜色的荧光，可用来鉴别纤维，产品开发。纺织纤维具有不同颜色的荧光，可用来鉴别纤维，产品开发。www.casino- www.casino- 第15页，共18页，编辑于2022年，星期一8.3 8.3 电学性质电学性质 8.3.1 8.3.1 纤维的绝
25、缘性能纤维的绝缘性能 体积比电阻：体积比电阻：V V=R=RS/L S/L （cmcm）质量比电阻：质量比电阻：m m=d=dV V （g/cmg/cm2 2）表面比电阻：表面比电阻：S S=R=RW/L W/L （）(1)常用指标 相对湿度相对湿度 P476 P476P477P477，湿度上升，电阻下降。，湿度上升，电阻下降。温度温度 温度上升，电阻下降。温度上升，电阻下降。含杂含杂 杂质往往使电阻降低。（化纤油剂就可以降低电阻）杂质往往使电阻降低。（化纤油剂就可以降低电阻）其其他他因因素素 纤纤维维集集合合体体的的形形状状、体体积积重重量量、纤纤维维排排列列状状况况、测测试试电电压、时间、
26、电极形状等均对电阻有影响。压、时间、电极形状等均对电阻有影响。(2)影响纤维电阻的因素第16页，共18页，编辑于2022年，星期一8.3.2 8.3.2 纤维的静电特性纤维的静电特性 两两个个电电性性不不同同的的物物体体因因相相互互接接触触或或摩摩擦擦后后分分开开时时，在在两两个个物物体体的的接接触触表表面面上上会会产产生静止电荷（一个带正电荷，另一个带负电荷），这种现象称之为静电现象。生静止电荷（一个带正电荷，另一个带负电荷），这种现象称之为静电现象。实实践践表表明明：往往往往是是介介电电系系数数大大者者常常积积聚聚正正电电荷荷；表表面面物物质质呈呈酸酸性性者者常常积积聚聚负负电电荷荷；表表
27、面面物物质质呈呈碱碱性性者者常常积积聚聚正正电电荷荷。不不同同区区域域的的摩摩擦擦剧剧烈烈程程度度不不同同、温温度度不不同同，也会产生不同电荷积聚。也会产生不同电荷积聚。(1)静电的产生与积累(2)静电电位序列需要强调说明的是静电电位序列表只是表达一种规律，和实际的情况不会需要强调说明的是静电电位序列表只是表达一种规律，和实际的情况不会完全相符，因为实验条件不同，结果就会不同，位序就可能颠倒，尤其是完全相符，因为实验条件不同，结果就会不同，位序就可能颠倒，尤其是序列中相邻的纤维。如从一束根尖方向一致的羊毛纤维中抽拔羊毛纤维，序列中相邻的纤维。如从一束根尖方向一致的羊毛纤维中抽拔羊毛纤维，从根部
28、抽出一根羊毛时，这根羊毛上带正电荷，反之，从尖部抽出一根羊从根部抽出一根羊毛时，这根羊毛上带正电荷，反之，从尖部抽出一根羊毛时，这根羊毛上带负电荷。毛时，这根羊毛上带负电荷。www.casino-第17页，共18页，编辑于2022年，星期一8.3.2 8.3.2 纤维的静电特性纤维的静电特性A.A.静电压静电压 B.B.电荷半衰期电荷半衰期 C.C.表面电导率（即表面比电阻的倒数）表面电导率（即表面比电阻的倒数）D.D.表面电荷量表面电荷量 E.E.吸灰高度吸灰高度 (3)表述静电特性的指标(4)消除静电的常用方法A.A.加湿加湿 B.B.加表面活性剂加表面活性剂 C.C.改善机件的摩擦和导电改善机件的摩擦和导电 D.D.不同原料合理搭配不同原料合理搭配 E.E.采用抗静电纤维采用抗静电纤维F.F.其他其他 第18页，共18页，编辑于2022年，星期一