比热容医学PPT.ppt

纤维的热学、光学和电学性质,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.。,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。,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,1、定义：,，导热性下降，绝热性、保暖性增强。,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,空气,水,1）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，,RH，W,，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）,K=0.03-0.06g/cm3时，纤维保暖性最好。,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,5）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。,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,4）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,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（）,变形（）,I,II,III,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（）,变形（）,I,II,III,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,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T棉蚕丝，涤纶锦纶，粘胶、维纶的耐光性也较好，丙纶耐光性最差。,一、研究纺织材料电学性质意义,第三节电学性质,（一）间接测量纺织材料的其他性质：测纺织材料回潮率-电容法，电阻法测纱条不匀率-电容法,（二）利用电学性质进行纺织加工：静电纺纱、静电植绒等,一、介电性质,1、介电现象和介电常数：,介电现象：绝缘体物质在外加电场作用下，内部分子形成电极化的现象。由于电介质极化的缘故，材料的表面出现感应电荷产生一个附加电场能减小原外加电场的强度。,介电常数,2、影响因素：内因：纤维内部结构大分子的分子量：分子量小，纤维的堆砌密度：堆砌密度大，大分子中的极性基团：极性基团多，极性强，外因：纺织材料含水率越大，介电系数越大图外电场频率越高，介电系数越小温度越高，介电系数越大,二、介电损耗：,1、定义：电介质在电场作用下引起发热的能量消耗叫介质损耗,2、影响因素：电场频率：频率越高，析出热能越高，介质损耗高电场强度：电场强度越高，介质损耗高聚合物分子的极性和极性基团的多少。,3、应用：对材料进行加热烘干。,产生原因：极化取向引起介质发热消耗能量漏导电流损耗极化取向消耗电能克服介质内粘滞阻力极化电流损耗,三、导电性质,1）体积比电阻,定义：电流通过截面积为1cm2、长为1cm的物体内部时的电阻称为体积比电阻,单位：欧厘米,1、纤维比电阻,2）表面比电阻,定义：电流通过物体1cm宽、1cm长表面时的电阻称为表面比电阻。,定义：长为1cm、重1g的纤维束两端间的电阻值。,3）质量比电阻,单位：欧.g/cm2,2、影响纺织纤维比电阻的因素,1）吸湿对纺织纤维比电阻的影响图,2）温度对纺织纤维比电阻的影响,3）纤维上附着物的影响,4）其他因素对纺织纤维比电阻的影响,四、纺织纤维的静电,1、原因及危害,2、表示纺织材料静电性能的指标A、电荷量Q单位：库B、静电电压（电位差）U单位：伏特C、比电阻单位：欧姆D、静电半衰期T1/2图,3、消除静电现象的主要措施,A、提高空气相对湿度B、使用抗静电剂（表面活性剂）C、采用不同纤维混纺D、增加纤维导电性或采用导电纤维,层状结构纤维的光泽,正反射光,内部反射光,入射光,420-2,91011121314151617,棉,羊毛,锦纶,涤,表面比电阻与电荷半衰期的关系,M,02468,5040302010,棉纤维含水率与介电系数关系,1千赫,100千赫,纺织材料质量比电阻与含水率之间关系,含水率低时M与lgm近似直线关系，在中等湿度范围，材料吸湿平衡时，空气的相对湿度与lgm之间也近似直线关系。因此可通过测定纤维