第10章纺织材料热电光学性质

1、第九章第九章 纺织材料的热学、纺织材料的热学、 电学和光学性质电学和光学性质 教学内容： 1、纺织材料的热学性质 2、纺织材料的电学性质 3、纺织材料的光学性质 第一节第一节 纺织材料的热学性质纺织材料的热学性质 纺织材料在加工和使用过程中会遇到 不同的温度，且温度范围很广，不同温度 会给纤维的内部结构及物理性质带来很大 的影响，纺织纤维在不同温度下表现出的纺织纤维在不同温度下表现出的 性质为热学性质，性质为热学性质，它与纺织染整加工、服 用性能有密切的关系。 一、比热 （一）基本概念 单位质量单位质量1g1g的纺织材料，温度变化的纺织材料，温度变化1 10 0C C所吸收或放所吸收或放 出的

2、热量，叫纺织材料的比热出的热量，叫纺织材料的比热。标准单位：J/kg.0C， 纺织上常单位J/g.0C 。 在大多数情况下它表现为物理性质的变化，但也有 化学性质的变化，如线状大分子的交联与解交联、 氧化反应、热裂解等。 水的比热4.18，数值上为干纺织材料比热的2-3倍； 静止空气的比热是1.01 1、温度的影响 同一种材料在不同的温度下所测得的比热不同不同的温度下所测得的比热不同,见 表8-2。比热随着温度增加呈台阶式上升随着温度增加呈台阶式上升, ,但影响但影响 不是太大。不是太大。 o （二）影响比热因素 2、水的比热大于干纤维的比热水的比热大于干纤维的比热，纤维吸湿后比 热会相应的增

3、大。 所以湿衣服和干衣服升高的温度相同时，所需的 热量较大，反之湿衣服接触到热源时，其温度升 高时的速度没有干的衣服快。 3、纤维中孔洞和纤维间缝隙的影响 一般随孔隙率增加，比热下降。 二、导热性质 （一）导热系数的基本概念 材料的导热性，用导热系数来表示，法定单位 W/m.0C ，曾用单位是J/m.s.0C ，后者指当材料的厚当材料的厚 度为度为1m1m、面积为、面积为1m1m2 2的，两个平行表面之间的温差为的，两个平行表面之间的温差为 1 10 0C C，1s1s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。 各种纤维的导热系数见下表。 常见纤维的导热系数（在室温常见纤维的导热

4、系数（在室温2020时测得）时测得） 纤维纤维 (W(Wm/mm/m2 2) 纤维纤维 (W(Wm/mm/m2 2) 棉棉0.071-0.0730.071-0.073涤纶涤纶 0.0840.084 羊毛羊毛0.052-0.0550.052-0.055腈纶腈纶0.0510.051 蚕丝蚕丝0.050-0.0550.050-0.055丙纶丙纶0.221-0.3020.221-0.302 粘纤粘纤0.055-0.0710.055-0.071氯纶氯纶0.0420.042 醋纤醋纤0.0500.050静止空气静止空气0.0260.026 锦纶锦纶0.244-0.3370.244-0.337水水0.599

5、0.599 表中显示：水的导热系数最大，静止空气的导热系数最小，表中显示：水的导热系数最大，静止空气的导热系数最小， 纤维介于两者之间。纤维介于两者之间。 导热性越好，保温性越差导热性越好，保温性越差 o （二）影响纤维导热性能的因素：（二）影响纤维导热性能的因素： （1 1）温湿度：）温湿度： T T ； 水分越多，水分越多， ， 保暖性越差。保暖性越差。 随着环境温度的提高，纤维内部大分子的运 动能力提高，分子运动传递的热能也会增加。 相对湿度越高，纤维内部的水分越多，测得 的纤维导热系数越大，而且这个变化要比温度引 起的变化大得多。 导热系数与温度的关系 （2 2）体积重量）体积重量 纤

6、维层的体积重量在纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm0.03-0.06g/cm3 3，最小，保暖最小，保暖 性最好。性最好。 保暖与否主要取决于纤维层中保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。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。一旦夹持的空气流动，保暖性将大大降低。 （3）纤维的排列状态 集合体中纤维的排列状态影响着纤维间的接触面积的 大小，接触面积越大，热传导能力越强；纤维间的平行 排列程度和热源的方向也会影响集合体的导热性能，纤纤 维的轴向和热的传递方向一致

7、，将使集合体的热传导能维的轴向和热的传递方向一致，将使集合体的热传导能 力明显上升。力明显上升。 （4）纤维的形态 纤维粗细、形状、卷曲、中空等影响导热系数。 异形截面的纤维随着轮廓凹凸状况而变化，尤其是 多沟槽化会使纤维导热系数下降；卷曲丰富的纤维使纤 维集合体蓬松；在相同体积条件下，细的纤维可以形成 更多的静止空气；中空纤维的空腔非常有利于保持静止 空气，但单孔大中空的纤维抗压扁能力较差，使用效果 不好，新型的多孔(如4孔、7孔等)中空纤维使用效果较 好。 o （1 1）绝热率）绝热率/%/%：隔绝热量传递保持体温的性能。：隔绝热量传递保持体温的性能。 o （2 2）保暖率。）保暖率。 o

8、 （3 3）热阻）热阻 热阻亦称为热欧姆，是导热系数的倒数。一般用克罗热阻亦称为热欧姆，是导热系数的倒数。一般用克罗 值来表示。值来表示。 （三）保暖性（三）保暖性 1 1、常用保暖性指标、常用保暖性指标（YG606A型平板式保暖仪测定）型平板式保暖仪测定） 2 2、增强保暖性的途径、增强保暖性的途径 （1 1）尽可能多的储存静止空气；）尽可能多的储存静止空气； （2 2）降低回潮率；）降低回潮率； （3 3）选用导热系数低的纤维；）选用导热系数低的纤维； （4 4）加入陶瓷粉末等材料。）加入陶瓷粉末等材料。 （中空纤维、多衣穿着、不透水）（中空纤维、多衣穿着、不透水） 三、热转变温度三、热转

9、变温度 （一）纤维材料的热力学三态（一）纤维材料的热力学三态 多数合成纤维在热的作用下，温度逐渐升 高，分子热运动加剧，在分子间的结合力减小, 发生玻璃态、高弹态、粘流态等三态的转变， 使纤维性质发生变化。 o 玻璃态：玻璃态：温度较低时，分子热运动的能量低，运 动单元和运动方式是只有侧基链节、短支链等的 局部振动的键长、键角的变化，因此合纤的弹性 模量很高，变形能力很小，纺织材料的热转变点， 纤维坚硬，类似玻璃，故称玻璃态。 o 分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃 性能。性能。 热力学三态热力学三态 o 高弹态：高弹态：当温度超过温度超过Tg

10、Tg后，纤维的弹性模量突然后，纤维的弹性模量突然 下降，纤维受较小的作用就发生很大的变形，但下降，纤维受较小的作用就发生很大的变形，但 又因整个分子不发生位移，所以这种变形在外力又因整个分子不发生位移，所以这种变形在外力 除去时经过一段时间可以回复，纤维的这种力学除去时经过一段时间可以回复，纤维的这种力学 状态为高弹态。 o 分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的 特性可回复。特性可回复。 o 粘流态：粘流态：在受力作用下，通过链段的协同运动， 可以实现大分子的位移，实现大分子的位移，此时高聚物无固定的形 状，属粘性液体。大多合纤都在粘流态下的流动

11、 行为进行加工成型的。 o 大分子开始变形，表现出液体流动的特性。大分子开始变形，表现出液体流动的特性。 （二）热转变温度（二）热转变温度 1.1.玻璃化温度玻璃化温度TgTg ：非晶态高聚物大分子链段开始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运动的最低温度，或由玻璃态向高弹态转变的温 度度。它一般高于室温，所以在室温下衣服能够保持 一定的尺寸的硬挺度，当温度升到玻璃化温度时， 纺织纤维的变形、初始模量、比热容、热导率、膨 胀率、密度、折射率都发生了突变。 2 2. .软化温度软化温度TsTs ：指一定的应力及条件下，高聚物 达到一定变形时的温度Ts。 3 3.

12、 .粘流温度粘流温度TfTf ：非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，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。或由高弹态向粘流态转变的温度。 4 4. .熔点温度熔点温度Tm Tm ：高聚物结晶全部熔化时的温度。 5 5. .分解点温度分解点温度Td Td ：高聚物大分子主链产生断裂的温度。 指纤维发生化学分解时的温度。 o 多数合纤在高温下先软化后溶融，具有软化点和熔点。 o 天然纤维、再生纤维只有分解点。 6 6、热破坏温度（、热破坏温度（耐热性和热稳定性）耐热性和热稳定性） （1）耐热性：纺织材料抵抗热破坏的性能。耐热性：纺织材料抵抗热破坏的性能。 一般根据材料

13、受热时机械性能的变化来评定。随温度、时 间和纤维种类而异。涤沦、锦纶、腈纶耐热性较好，粘胶纤维 较好，蚕丝较羊毛好，羊毛耐热性较差，加热到1001100C就变 黄，强度下降。 （2）热稳定性：在一定温度下，随时间增加纤维抵抗性能恶热稳定性：在一定温度下，随时间增加纤维抵抗性能恶 化的能力。化的能力。 涤纶的热稳定性好,在1500C下168小时，锦纶、腈纶热稳定性 都好。 。 7 7、热定型温度、热定型温度 当把合成纤维或其织物加热到玻璃化湿度以上时, 纤维内部大分子间作用力减小,分子链段开始自由转 动,纤维的变形能力增大,在一定张力作用下强迫其变 形,会引起纤维内部分子链间部分原有价键拆开在新

14、 的位置重键，冷却并除去外力后,合纤或织物的形状 在新的分子排列状态下稳定下来，只要以后的温度不 超过玻璃化温度,纤维或其织物形状没有变化。合纤 的这种性质叫热塑性,这种加工处理,叫热定性。 影响热定型效果的主要因素： 1）温度（主要因素），要高于合纤的玻璃化温度，低于软化 点及溶点。 2）时间 ：温度较高时，热定型时间可以缩短，反之，则需 要时间较长。 3）热定型过程中对织物施加张力，要选择适当。使织物表面 舒展而平整，且有利于热定型效果提高，张力过小，使织物 的皱未充分舒展就进行热处理，会使皱定型更难除去，张力 过大，织物薄而板硬。织物的品种和风格不同，施加张力的 大小也不同。 合纤织物经

15、热定型处理后，织物的尺寸稳定性，弹性， 抗皱性等也有很大的改善。 四、四、阻燃阻燃性：性：纺织材料抵抗纺织材料抵抗燃燃烧的性能。烧的性能。 （一）阻燃性的定性表述（一）阻燃性的定性表述 纤维材料的阻燃性分四种，即易燃纤维、可燃纤维、难(阻)燃 纤维和不燃纤维。 (1)易燃纤维：快速燃烧，容易形成火焰。如纤维素纤维、腈纶、 丙纶等。 (2)可燃纤维：缓慢燃烧，离开火焰可能会自熄。如羊毛、蚕丝、 锦纶、涤纶和维纶等。 (3)难燃纤维：与火焰接触时可燃烧或炭化，离开火焰便自行熄 灭。如氯纶、腈氯纶、阻燃涤纶、间位芳纶、对位芳纶、酚醛纤 维、聚苯硫醚纤维等。 (4)不燃纤维：与火焰接触也不燃烧。如石棉

16、纤维、玻璃纤维、 金属纤维、碳纤维等。 （二）（二）阻燃性阻燃性的定量表述（的定量表述（阻燃性能指标阻燃性能指标） 1、极限氧指数（极限氧指数（LOILOI）：）：在规定的试验条件下，使材料保 持燃烧状态所需氮氧混合气体中氧的最低浓度。 2、点点燃温度燃温度：规定试验条件下，使材料开始持续燃烧的 最低温度。 3、续燃：燃着物质离开火源，仍有持续的有焰燃烧时间。 4、阴燃： 燃着物质离开火源后，有持续的无焰燃烧时间。 5、损毁长度损毁长度：规定的试验条件下，纤维材料损毁面积在 规定方向上的最大长度，单位为mm。 6、熔孔时间及熔滴：规定试验条件下，测试高温物体(钢 球、玻璃球、或点燃的香烟)烫出

17、熔孔和穿过所需的时 间(s)，以及材料在火焰燃烧中熔滴滴落状态。 （三）三）阻燃方法通常有以下几种：阻燃方法通常有以下几种： 1 1、制造阻燃纤维：、制造阻燃纤维： 2 2、对织物进行阻燃整理对织物进行阻燃整理： 3 3、阻燃纤维和阻燃整理相结合。阻燃纤维和阻燃整理相结合。 一般为LOI大于26%的纤维可认为是阻燃纤维。 （一）热收缩 在纤维温度升高时，纤维内大分子间作用力减 弱，以致在内应力的作用下大分子回缩，形成卷 曲构象，从而产生收缩的现象。 热收缩的大小用热收缩率表示,它是指加热 后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。根据加 热介质的不同,有沸水收缩率,热空气收缩率和饱 和蒸汽收缩率之分

18、。 o 五、热变形性五、热变形性 沸水收缩率:指将纤维放在1000C的沸水 中处理30min，晾干后的收缩率。 热空气收缩率: 指用1800C、1900C、 2100C，热空气为介质处理一定时间(15min) 后的收缩率。 饱和蒸汽收缩率：指用1251300C 饱和 蒸汽为介质处理,一定时间(3min)后的收缩 率。 （二）纺织材料的熔孔性 合纤织物在穿用过程中，在接触到烟灰 的火星，电焊火花，砂轮火花等热体时，可 能在织物上形成孔洞。纺织材料接触到热体纺织材料接触到热体 在局部熔融收缩形成孔洞的性能叫熔孔性。在局部熔融收缩形成孔洞的性能叫熔孔性。 织物抵抗熔孔现象的性质，叫抗熔孔性。 1.

19、1.合成纤维易产生熔孔现象的原因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、锦纶熔融所需的热量较少； 涤纶、锦纶的导热系数比棉、粘、羊毛大涤纶、锦纶的导热系数比棉、粘、羊毛大 2.2.改善织物抗熔性的方法改善织物抗熔性的方法 （1 1）合纤与天然纤维混纺；）合纤与天然纤维混纺； （2 2）制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用）制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用 棉）。棉）。 第二节第二节 纤维的电学性质（纤维的电学性质（纺织材料的纺织材料的静电静电P318P318） 一、一、静电产生危害和产生机理 （1）对纺织生产影响：纤维易缠绕，纱线发毛、断头 （2）对服用的影响：纺织品

20、吸收灰尘，面料粘附肢体， 使血液pH升高，钙含量下降， 而尿中钙含量增加，血 糖升高，维生素C下降。严重时引起电击、火灾和爆炸。 纺织材料主要是摩擦产生静电纺织材料主要是摩擦产生静电 二、静电性能指标 1、比电阻：比电阻越小，静电泄漏越多、越快。 （1 1）体积比电阻）体积比电阻 v ：.cm 纤维比电阻比电阻大于1013.cm易产生静电现象。 （2 2）质量比电阻）质量比电阻 m ：.g/cm2 （3 3）表面比电阻）表面比电阻 s ： 不锈钢碳纤维AntronT-25腈纶涤纶涤纶 强度强度cN/dtexcN/dtex2.56-2.56- 3.473.47 13.2-23.813.2-23.

21、82.032.033-43-42.2-4.412.2-4.414.14-4.14- 5.625.62 伸长率伸长率1-21-20.5-1.50.5-1.5454520-3520-3525-5025-5020-5020-50 比电阻比电阻.cm.cm10-51010-2 -2 1010-3 -3-10 -10-5 -5 107 1013-1014 1014-1015 材料的比电阻值比较 表面比电阻：电流通过物体宽1cm，长1cm表面时间的 电阻称为表面比电阻，它表示物体表面的导电性能。单 位：。 体积比电阻：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，它表示物体内部的

22、导 电性能。单位.cm 。 质量比电阻：电流通过长1cm，质量为1g的纤维内部 时的电阻为质量比电阻，单位：.g/cm2 2、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。 主要决定因素是材料的表面比电阻。 3、摩擦带电量 4、面电荷密度 日本等国规定抗静电织物摩擦带电量控制在7C/m2以下。 5、摩擦带静电压 三、抗静电加工方法 （一）表面处理法 ： 纤维或织物用抗静电整理剂整理，抗静电树脂粘附在纤维上。 特点： （1 1）成本较低，加工方便，生产效率高；）成本较低，加工方便，生产效率高； （2 2）缺乏持久性；）缺乏持久性； （3 3）在低湿度下抗静电效果差。）在低湿度下抗静电效

23、果差。 （二）纤维化学改性 在聚合物中抗静电剂通过共聚或共混方法渗入到纤维内部。 特点： （1 1）在低湿度下抗静电效果差；在低湿度下抗静电效果差； （2 2）抗静电耐久性有了明显改善；）抗静电耐久性有了明显改善； （3 3）纺丝成本有所提高。）纺丝成本有所提高。 （三）使用导电纤维： 特点：特点： （1 1）低湿度下抗静电效果仍有效。）低湿度下抗静电效果仍有效。RHRH30%30% （2 2）抗静电效果耐久性好。）抗静电效果耐久性好。 （3 3）加工复杂、成本贵、外观不理想。加工复杂、成本贵、外观不理想。 （4 4）较低的导电纤维混用率，）较低的导电纤维混用率，就能获得较好的抗静电效果。（一

24、就能获得较好的抗静电效果。（一 般混用般混用0.05%0.05%1%1%） 前二种：利用吸湿使静电泄漏原理，后一种：利用电晕放电除电原利用电晕放电除电原 理。在低湿度下理。在低湿度下仍有效。仍有效。 第三节第三节 纤维的光学性质（不讲）纤维的光学性质（不讲） 纺织材料在光照射下表现出来的性质 称为光学性质，包括色泽、双折射性、耐 光性等。 一、纤维的颜色一、纤维的颜色 纤维的颜色除本身固有颜色决定外，还决定于所纤维的颜色除本身固有颜色决定外，还决定于所 含的其他物质和表面特征。含的其他物质和表面特征。 天然纤维的颜色：天然纤维的颜色：取决于品种（即天然色素）；取决于品种（即天然色素）； 生长过程中的外界因素生长过程中的外界因素如细绒棉多为乳白色， 非洲长绒棉多为奶黄色。 合成纤维的颜色：合成纤维的颜色：取决于原料（是否含有杂质）；取决于原料（是否含有杂质）； 纺丝工艺（如温度、加热时间、纺丝工艺（如温度、加热时间、添加物性质添加物性质等）等） 二、光泽 光泽的强弱主要由纺织材料的反射情况而光泽的强弱主要由纺织材料的反射情况而 定定 。 当光线射到纺织材料表面时，在纤维和空 气的界面上同时产生反射和折射，光的一部分 被反射，另一部分折射光在纤维内部进行，当 达到另一界面时，再产生反射和折射。 光泽的影响因素： 1）纤维层状结