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纺织材料学教学课件下载 样章 ppt第六章纺织材料的热学 电学 光学性质 第一节热学性质 比热定义 质量为1g纺织材料温度变化1 所吸收 放出 的热量单位 J g 一 纺织纤维的导热与保温1 指标 1 导热系数 定义 材料厚度为1m 两表面之间温差为1 每小时通过1m2材料所传导的热量 单位 Kcal m h W m 常见纤维的导热系数 在室温20 时测得 2 绝热率TT 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 3 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 CLO越大 则隔热保暖性越好 2 影响纤维导热性能的因素分子量的大小在同一温度下 分子量越高 温度与回潮率的影响T 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 3 纤维集合体的体积重量保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量 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 保暖性将大大降低 纤维层的体积重量在0 03 0 06g cm3 最小 保暖性最好 4 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 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 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 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 二 纤维的热机械性能 在区域I 温度低 纤维在外力作用下的形变小 具有虎克弹性行为 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 这种力学状态与无机玻璃相似 称为玻璃态 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II 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 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 粘流态 玻璃态 高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态 纤维的热机械性能曲线的特点 1 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运动的最低温度或由玻璃态向高弹态转变的温度 b 粘流温度Tf定义 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 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 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 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 Tg越高 如 刚性侧基的体积越大 分子链的柔顺性越差 Tg越高 如 b 侧基或侧链 柔性侧链越长 分子链柔顺性越好 Tg越低 如 如果是对称双取代 可提高分子链柔顺性 Tg下降 如 当分子量较低时 MW Tg 当分子量足够大时 Tg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Tg都有影响 测定Tg时升温或降温速度慢 Tg偏低 外力作用速度快 Tg高 单向外力可促使链段运动 使Tg降低 外力愈大 Tg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 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100 C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180 190 C 210 C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125 130 C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T Tg时 则纤维或制品的形状就不会有大的变化 这种特性称之为热塑性 热定型 就是利用合纤的热塑性 将织物在一定张力下加热处理 使之固定于新的状态的工艺过程 如 蒸纱 熨烫 2 热定型的机理最初结构的松散 新结构的重建 新结构的固化 3 热定型的方法干热定型 热风处理 金属表面接触加热 湿热定型 湿法定型 汽蒸定型 过热蒸汽定型 4 影响合纤织物热定型效果的因素 1 温度 最主要因素 温度愈高 定型效果愈显著 但T不能太高 否则会使织物手感粗糙 甚至引起纤维损伤 2 时间温度高 定型时间可短些 温度低 定型时间可长些 定型时间必须保证热在织物中的均匀扩散及分子链段的重建 3 张力高张力定型适用于单丝袜子 弱张力定型用于多数的针织物和机织物 无张力定型在一般织物中用得较少 4 冷却速度一般要求较快冷却 可使新结构快速固定 可获得较好手感的织物 5 定型介质 六 纤维的燃烧性能1 指标 1 可燃性指标 表示纤维容不容易燃烧 点燃温度 发火点点燃温度或发火点越低 纤维越容易燃烧 2 耐燃性指标 表示纤维经不经得起燃烧 极限氧指数LOI LimitOxygenIndex 定义 纤维点燃后 在氧 氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数 2 阻燃机理阻燃 指降低材料在火焰中的可燃性 减慢火焰蔓延速度 当火焰移去后能很快自熄 3 提高纤维制品难燃性的途径 1 制造难燃纤维在纺丝原液中加入防火剂或用合成的难燃聚合物纺丝 2 阻燃整理阻燃剂处理 3 通过与难燃纤维混纺 以提高纤维的难燃性 可燃性和阻燃性易燃纤维 纤维素纤维 腈纶可燃纤维 羊毛 蚕丝 锦纶 涤纶 维纶难燃纤维 氯纶不燃纤维 玻璃纤维 碳纤维等 七 纤维的熔孔性1 定义 当纤维及其制品上为热体所溅时被熔成孔洞的性能 抗熔性 抵抗熔孔现象的性能 2 合成纤维易产生熔孔现象的原因涤纶 锦纶熔融所需的热量较少 涤纶 锦纶的导热系数比棉 粘 羊毛大 3 改善织物抗熔性的方法 合纤与天然纤维混纺 制造包芯纱 芯用锦纶 涤纶 外层用棉 第二节光学性质 光学性质 纤维在光照射下表现出来的性质 主要包括色泽 双折射 耐光性 光学性质与纺织品的外观质量关系密切 光学性质是研究纤维内部结构的一种途径 一 纤维的色泽1 纤维的颜色纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸收和反射能力 天然纤维的颜色取决于 品种 即天然色素 生长过程中的外界因素 合成纤维的颜色取决于 原料 是否含有杂质 纺丝工艺 如温度 加热 时间等 各种颜色的波长与波长范围 nm 光与纤维的作用 2 纤维的光泽纤维的光泽取决于 光线在纤维表面的反射情况 反射量的大小 反射光量的分布 1 纤维光泽的形成 纤维的光泽实际上是 正反射光 表面散射反射光和来自内部的散射反射光的共同贡献 透射光决定纤维的透明程度 评价光泽应同时考虑两个方面 反射光量的大小和反射光量的分布规律反射光量很大 分布不均匀 极光 反射光量很大 分布较均匀 肥光 2 影响纤维光泽的因素 a 纵面形态b 截面形状c 层状结构 光泽 光泽与观察角度有关光泽与反射平面有关有均一反射平面的纤维 其光泽感强如蚕丝 截面为三角形 有很多的反射平面圆形化纤无反射平面 光泽较差光泽还与纤维表面的粗糙度有关天然纤维表面较粗糙 反光亮度较弱 光泽亦差棉纤维中成熟好光泽好 羊毛中粗的优于细的 化纤表面光滑 反光亮度大 光泽强 二 纤维的双折射1 定义平行偏振光沿非光轴方向投射到纤维上时 除了在界面上产生反射光外 进入纤维的光线被分解成两条折射光 称之为纤维的双折射 其中一条 寻常光 简称o光 遵守折射定律 振动面 光轴 n 另一条 非寻常光 简称e光 不遵守折射定律 振动面 光轴 n 双折射率 n n n 纤维的双折射现象 传播速度较慢的光 称慢光 又称e光 该方向的折射率较大传播速度较快的光 称快光 又称o光 该方向的折射率较小双折射率 n n n n 0为正晶体 n 0为负晶体 n 0为零晶体大多数纤维为正晶体 2 纤维双折射率的测定方法及应用测量 浸没法 寻找贝克线 测得表层折射率 光程差法 D d n n 用石英楔子补偿法测出 D和d 应用 1 用于判明纤维分子的取向程度 n大 取向度大 2 用于判明管状纤维的孔径或棉纤维的成熟度 三 纤维的耐光性定义 纺织材料抵抗光照的能力 纤维经长期光照 会发生不同程度的裂解 使大分子断裂 分子量下降 强度下降 TiO2的存在会加速裂解 耐光性大致顺序 腈纶 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 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 C0C材 以某种纤维材料为介质时 电容器的电容量 C0 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1cm2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 cm2 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 Q0e t 式中 Q 介质内部的瞬时t的电荷量 Q0 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