第四章--纤维的物理性能

第四章纤维的物性、第一、纤维的比热p13也称为比热，是单位质量的纤维，温度变化1时吸收或释放的热量，即式中： C0干纤维的比热(J/gK )、m干纤维的质量、t温度的变化、q纤维被吸收或释放相同质量的不同纤维在提高相同温度时，如果给予比热大的纤维更需要热量的相同热量，比热大的纤维的温度上升小，比热小的纤维的温度上升大。 表4-1的干燥纤维的比热p13大幅变化为含水分的纤维、比热值，纺织加工是水加工技术，干燥含水纤维是通常的工艺，因此含水纤维的比热比干燥纤维重要。 此时，温度变化1时吸收或释放的热量除了纤维之外，还需要纤维中的水分。 p13图4-1羊毛的比热、温度与潮汐率的关系p14、二、纤维的热传导性p14纤维内部和其集合体纤维之间的空隙充满空气，存在温度差时，热总是从高温向低温传递热传导性，将抵抗该传递的能力称为保温性。 热传导性用热传导率表示，单位为kJ/(mkh )。 纤维材料的厚度为1m，两侧表面间的温度差为1时，1h内通过1平方米纤维面积的热量(KJ )。 的值越小，表示该纤维的热传导性越低，绝热性和保温性越高。 将纤维材料的厚度设为a时，通过该材料的厚度的热称为热传导率，式中，Q通过产品的热(KJ )、a产品的厚度(m )、F产品的面积(m2 )、t温差()、t小时(h )。 表4-2纤维、空气和水的热传导率(室温20)KJ/(mkh)P75，静止空气是最高的热绝缘体。 纤维材料的保温性主要取决于夹在纤维层中的空气量和状态。 但是，空气流动的话，保温性会大幅度降低。 p25水的导热系数越大，纤维的潮汐率越高，纤维的导热系数越大，保温性越低。 影响纤维导热性能的因素(1)分子量大小相同，分子量高。 (2)温度和潮汐率的影响T水分越多越大，保温性越差(3)纤维集合体的体积重量是否保温主要取决于被纤维层夹持的静止空气的量。 被纤维层夹住的空气越多，纤维层的绝热性越好。 被夹住的空气一流，保温性就会大大降低。 纤维层体积重量为0.03-0.06g/cm3，最小，保温性最高. 三、纤维的热分解和纤维的三态变化p75-78 (一)加热过程的物相变化两种类型：(一)随着温度的上升去除水分，进行氧化分解，从固体分解成气体和碳残渣。 许多天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维和再生纤维就是这种类型。 (2)一个也随着温度上升去除水分，然后纤维从固体(玻璃状态)变为高变形能力的高弹性状态，或者从接近玻璃状态的低弹性状态变为高弹性状态，温度持续上升，纤维变为流动的熔体(粘流动状态)，温度上升时开始热分解。 聚酯、尼龙这样的合成纤维在日常使用温度下是玻璃状态，丙烯酸纤维在日常使用中是接近玻璃状态的低弹性状态。 (二)热塑性纤维的三态转变纤维的物理状态加热后发生“三态转变”的特征称为热塑性纤维。 p25 (二)热塑性纤维的三态转变p76-77玻璃态：分子链运动冻结，出现脆性，与普通玻璃性能相似。 温度低时，表现出类似刚体的性能。 高弹态：分子链运动加剧，出现高弹变形，与橡胶特性相似。 显示橡胶般的性能。 粘流状态：大分子开始变形，显示液体流动的特性。表4-3几种纤维的热特性温度p78、三态转变温度p81、玻璃化转变温度Tg非晶质高分子的高分子链开始运动的最低温度、或者从玻璃态向高弹性态转变的温度。 影响Tg的因素：化学组成的影响分子量和交联作用； 混合、接枝及共聚的影响增塑剂的作用。 用于增加链的灵活性并减小分子之间力的结构元件可以是Tg2.流动温度(Tf)非晶聚合物链之间相互折射的温度，或者是从高弹性变为粘性流动状态的温度。 熔点温度Tm高分子化合物结晶全部熔融时的温度，或结晶性高分子化合物的高分子链相互折动的温度. 3 .分解点温度Td高分子主链断裂的温度。 高分子的链结构和形态，在旋转图逆时针旋转60o的构象分解旋转过程中，构象不断变化，势能(u )也不断变化。 旋转的容易程度取决于旋转能量的高低，能量越低旋转越容易。 分子结构不同，位能不同，一般电负性大，取代基越多或越大，位能越大。 反式、旁式、重式、顺式、重式、旁式、反式、旋转中的位错能量变化、c、c :高分子链的内旋转、共轭双键由于分子链整体形成共轭体系，旋转困难，因此只是刚性而不灵活。 例如， 聚乙炔CH=CH-CH=CH-CH=CH-CH=CH聚苯乙烯常见高分子主链的柔软性规则- o- s- n- cc-c- c-o- ch- c- o-c-NH- 1卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡性系数Tg(K)PE-H的大小为1.63160PVC-Cl3.32355PAN-CN的大小为2.37369、分子链整体的运动(重心位移)条件：分子间或内部的干涉和纠缠存在时，不能实现分子链整体的运动； 在溶液和熔融状态下，通过分段的单向运动可以实现整个分子链的运动。 高分子化合物凝聚状态结构、高分子化合物的凝聚状态与小分子物质的凝聚状态、相状态的对应关系气相小分子物质的凝聚状态液相小分子物质的相状态固体结晶相一、分子间的相互作用力的类型共价键主价力(也称为化学键)配位键力的类型离子键次价力(也称为分子间力，范德华力， 包括氢键)， (力学、分子热运动特征分类) (热力学特征分类)、高分子化合物的物理状态、线状非晶质高分子化合物的物理状态与平均相对分子量m、温度t的关系二、结晶状态高分子化合物的物理状态结晶状态高分子化合物的应变-温度曲线、结晶状态高分子化合物的物理状态注意：高弹性状态不利于成形加工， 一般来说，对于结晶态高分子化合物要严格控制相对分子量，防止很大的不良影响。 高分子化合物的各种特征温度和测定，定义常见高分子化合物的特征温度一、玻璃化转变温度高分子化合物的分子链开始运动或冻结的温度。 玻璃化转变温度的使用价值玻璃温度是使用非晶质高分子作为塑料的最高温度橡胶的最低温度。 影响玻璃化转变温度的主要原因、高分子化合物的各种特征温度、四、纤维的耐热性、燃烧性和热稳定性p81 .耐热性耐热性是指纤维经过短时间的高温作用返回常温时，其机械性能的变化程度能够承受短时间的高温的性能。 表示强度随温度升高而降低的程度。 热稳定性纤维是耐长时间高温的性能。 常用纤维耐热性：天然纤维：棉麻、丝绸棉； 人造丝：粘胶棉合成纤维：聚酯丙烯酸尼龙尼龙尼龙； 碳纤维、玻璃纤维相当好。聚酯耐热性和热稳定性好的尼龙耐热性高，但热稳定性差。纤维的燃烧性能p79(1)可燃性指标(表示纤维不易燃烧):起火温度、起火点起火温度或起火点越低，纤维越容易燃烧。 (2)耐燃性指标(表示纤维不耐燃烧)极限氧指数loi(limittoxygenesindex):纤维着火后，维持在氧、氮大气中燃烧所需的最低氧含量体积百分比。 LOI越大，材料越阻燃。 另外，LOI=、P80阻燃可以降低火焰中的材料的可燃性、减慢火焰的传播速度，并且一旦移除了火焰，就可以自动熄灭。 提高纤维制品阻燃性的途径(1)在制造阻燃纤维：的纺丝原液中添加防火剂，或者用合成的阻燃聚合物进行纺丝(2)阻燃整理3360阻燃剂处理(3)通过与阻燃纤维混纺来提高纤维的阻燃性。 (4)使一般纤维与反应性阻燃剂接枝共聚，或者通过阻燃整理赋予纤维阻燃性，即阻燃改性的表面处理法。 另外，纤维热塑性与热组合P80热塑性将合成纤维或制品加热至Tg以上的温度，施加一定的外力使其变形，然后冷却除去外力，该变形被固定，此后遭遇TTg而收缩。 纤维的导电性能(电阻) p83因为能够将通过纤维的电流分为通过纤维体积的漏电电流Iv和通过纤维表面的漏电电流Is，所以对应的电阻也能够分为体积电阻Rv和表面电阻Rs。 (1)体积电阻率(v，cm)纤维通过长度为1cm、截面积为1cm2的材料时的电阻值。 s是测定电极面积(cm2)，d是纤维材料的厚度(cm)(2)表面电阻率(S，)电流长，宽度均通过1cm材料时的电阻值. 式中，l是电极长度(cm )，b是平行电极间距离(cm)(3)质量比电阻(m、g/cm2)电流长1cm、质量为1g的材料时的电阻值. m=vm测量容易，应用较多。 影响第二节纤维的电性能，纤维比电阻的因素(1)潮汐率： Wm(2)温度： T，导电性能增加(3)结构：纤维化学结构影响吸湿，影响电阻。 纤维的超分子结构也影响纤维的电阻，纤维的结晶度增大，电阻增大，但纤维的取向度增加，反而电阻降低。 (4)纤维上的附着物：油剂、棉蜡、油脂的存在、。 二、纤维的静电p86静电现象和产生原因纤维在加工中受到各种工件的作用，由于纤维与机械以及纤维与纤维的摩擦，很多电荷聚集在一起产生静电。 静电的危害和应用危害：飞花与尘埃、放电等粘接和分散、吸附的应用：静电植毛、静电清扫、粉末塑料的静电涂装等。 静电的关系指标(1)测量静电量/单位面积(2)静电电压(kv) (3)电阻率(4)半衰期：织物上静电衰减到原来的一半所需的时间。 尼龙粘胶棉丝绸麻醋酯聚乙烯醇丙烯酸丙烯酸丙烯酸尼龙正负电荷含义：细面粉筛选，4 .减少或防止静电现象的方法设备接地提高空气相对湿度改善摩擦条件导电纤维的应用抗静电剂纺织品的防静电整理，三，纤维的介电特性p87纤维的介电常数(1)定义在电场中，通过电介质极化引起逆电场，成为电容器的电容的数值，物理意义：表示材料在电场中极化的程度。 反映材料的蓄电能力。 影响大小的要素p87内的电介质的密度：体积重量或密度越大，纤维间的空气量、极化率：纤维分子的极化程度、纤维分子量：分子量、。外因温度：一方T，另一方T； 频率：直流电压下最大f潮汐率： W、(水最大)、材料的介电常数(频率f=50Hz、T=2025、RH=65% )、第三节纤维的光性能p89纤维的光泽(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. 为了评价光泽，反射光量的大小和反射光量的分布规则性地反射光量大，必须考虑分布不均匀的“极光”这两个侧面的反射光量大，分布均匀的“肥料光”。 2 )影响纤维光泽的主要原因： a .纤维的微原纤维结构b .纤维的形态结构： c .在化学纤维中加入TiO2可以消光，二是纤维的双折射(p91-96)平行偏振光沿非光轴方向投影到纤维上时，除了在界面产生反射光以外，进入纤维的光分解成2个折射光其中之一：寻常光(简称为o光)遵守折射规律，而保护振动面光轴、n的另一种不寻常的光(简称为e光)不遵守折射规律，是振动面|光轴、n|。 双折射率：n=n-n、影响双折射大小的要素(1)取向度取向度、各向异性显着、双折射率。 所有高分子与纤维的纤维轴平行排列时，双折射最大。 大分子排列紊乱时，双折射为0。 (2)大分子自身的非对称性，大分子链弯曲或呈螺旋状，主链上有侧基时，双折射率降低。 丙烯酸是螺旋状的主链，三醋酸纤维的分子上的侧基很多，所以n是负值。 纤维双折射率的测定方法和应用测定：采用不能浸渍(寻找倍克线，测定表层折射率)的光程差法、D=d(n-n)石英楔补偿法测定d和d。 应用： (1)为了明确纤维分子的取向度n大、取向度大。 (2)管状纤维的孔径和棉纤维的成熟度、纤维的折射率、各色的波长和波长范围(mm )、纤维的颜色(补充)纤维的颜色取决于纤维对不同波长的色光的吸收和反射能力。 天然纤维颜色：依赖于品种(即天然色素)生长过程中的外在因素合成纤维颜色：依赖于原料(是否含有杂质)纺丝技术(例如温度、加热时间等)，三，纤维耐光性p961 .定义：纤维材料抗光能力。 “衰老”-纤维在贮藏和穿戴过程中受到各种大气要素的综合作用，变色、变硬、变脆、发黏、透明度下降、失去光泽、强度下降、破裂等，性能逐渐恶化。 纤维长期受光后，会发生一定程度的分裂，大分子被破坏，分子量降低，强度降低。 TiO2的存在加速了分解。 2 .常用纤维耐光性的大致顺序：丙烯酸羊毛棉粘胶尼龙丝，日光照射时间和纤维强度的损失，第四节纤维的吸湿性p97，吸湿指标和常用术语，1 .潮汐率和含水率w :织物材料所含水分重量相对于织物材料干燥重量的百分比。 含水率m :织物所含水分重量相对于织物湿润重量的比例。 式中：织物湿重； -织物的干燥重量。 2 .标准潮汐率标准大气条件下，吸湿达到平衡时测得的平衡潮汐率。 国际标准规定的标准大气条件，温度(t )为20(热带为27)，相对湿度(RH )为65%，大气压力为86106kPa，因各国地理环境而异。 我国：大气压力1个标准大气压，即101.3kPa(760mmHg柱)，温度、湿度变动范围：一级标准： T202，RH652%； 二次基准： T202、RH653%； 三级标准： T202，RH655%； 织物材料在实验测试前应在标准大气条件下湿润24小时以上，合成纤维湿润4小时以上。 3 .在公定潮汐率(Wk)贸易中，为了计算重量和核价格的需求，国家统一规定的各种纺织材料的潮汐率。混纺纱公定潮汐率中，Wi(%)混纺材料中的第I种纤维的公定潮汐率Pi(%)混纺材料中的第I种纤维的干重混纺比. 4 .标准重量Gk规定纺织材料潮汐率时的重量。 常用纤维在标准状态下的潮汐率和公定潮汐率、常用丝的