第八章纤维材料的热学、光学、电学性质

1、第八章第八章纤维材料的热学、光学、电学性质纤维材料的热学、光学、电学性质第一节：第一节： 热学性质热学性质 第二节：第二节： 光学性质光学性质第三节：第三节： 电学性质电学性质第一节第一节 热学性质热学性质 v 一、热学指标：比热容、导热系数一、热学指标：比热容、导热系数 v 二、热作用时纤维的性状二、热作用时纤维的性状 v 三、纤维的耐热性与稳定性三、纤维的耐热性与稳定性 、热定形、热收缩热定形、热收缩v 四、纤维的燃烧性能四、纤维的燃烧性能 一、热学指标一、热学指标（一）比热容（一）比热容v 1 1、比热、比热C 质量为质量为1 1克的纺织材料，温度变化克的纺织材料，温度变化1所吸收或放出

2、的所吸收或放出的热量：热量：J/g 比热值的大小，反映材料释放、贮存热量的能力，或者温度的缓冲能力。 比热较大的纤维，纤维的温度变化相对困难。 纤维种类比热值纤维种类比热值纤维种类比热值棉1.211.34粘胶纤维1.261.36芳香聚酰胺纤维1.21羊毛1.36锦纶61.84醋酯纤维1.46桑蚕丝1.381.39锦纶662.05玻璃纤维0.67亚麻1.34涤纶1.34石棉1.05大麻1.35腈纶1.51水4.18黄麻1.36丙纶(50)1.80空气1.012、常见干燥纺织纤维的比热（测定温度为20）单位：J/gv3、影响比热的因素、影响比热的因素 温度与回潮率的影响 纤维吸湿热随温度升高而增大

3、 水的比热大于干燥纤维的比热 0.511.522.53010203040回潮率(%)比热(J/g)8040200羊毛纤维比热与回潮率和温度的关系v纤维结构的影响纤维结构的影响 纤维大分子的取向排列会导致比热的增大，并向高温偏移v 导热有三种形式：热传导、热对流、热辐射导热有三种形式：热传导、热对流、热辐射v 由于纤维集合体是纤维与空气共同构成的复合体，因由于纤维集合体是纤维与空气共同构成的复合体，因此热传递的三种形式必然存在。此热传递的三种形式必然存在。v 通常把热量从高温向低温传递称导热性通常把热量从高温向低温传递称导热性，其特征值为，其特征值为导热系数；导热系数； 对热量传递的阻隔能力称保

4、暖性对热量传递的阻隔能力称保暖性，其特征值为热阻。，其特征值为热阻。（二）导热系数v 1、导热系数、导热系数： 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。 其物理意义：当纤维材料的厚度为1m，两端温差为1时，1s内通过1m2纤维材料传导的热量焦耳数。 单位：W/mstTdQ是导热系数(W/m)；Q为热量 (J)；t为时间(s)，s为传导截面积(m2)，d为纤维制品厚度(m)；T为纤维材料两表面之间的温度差。v 越小，表示材料的导热性越低，热绝缘性或保暖越小，表示材料的导热性越低，热绝缘性或保暖性越好。性越好。v 通常把通常把较低的材料称较低的材料称保暖材料保暖材料； 常见的纺织

5、纤维都是优良的保温材料。常见的纺织纤维都是优良的保温材料。纤维制品(W/m)棉纤维0.0710.0731.12590.1598羊毛纤维0.0520.0550.47890.1610蚕丝纤维0.050.0550.83020.1557粘胶纤维0.0550.0710.71800.1934醋酯纤维0.05羽绒0.024木棉0.32麻1.66240.2062涤纶0.0840.97450.1921腈纶0.0510.74270.2175锦纶0.2440.3370.59340.2701丙纶0.2210.302氯纶0.042静止干空气0.026纯水0.697v 由表可以看出，水的导热系数最大，静止空气最由表可以看

6、出，水的导热系数最大，静止空气最小，所以，空气是最好的热绝缘体。小，所以，空气是最好的热绝缘体。n如何提高织物的保暖性？n保暖性主要取决于纤维间静止空气的含量n静止空气越多，保暖性越好；水分越多，保暖性越差。n空气的流动会使保暖性下降，下降的程度取决于纤维间静止空气在风压影响下流动的速度。n例子：冬天晒的被褥；编织毛衫2、影响导热系数的因素、影响导热系数的因素v （1 1）纤维的结晶与取向）纤维的结晶与取向 有序排列的晶格有利于热振动的传递结晶度导热系数 热传导的各向异性:取向度沿纤维轴向的热传导系数00.050.10.150.20.25体积重量()导热系数两端压差大两端无压差静止空气纤维层体

7、积重量和导热系数间的关系1、同样的纤维填充密度，当两端气压越大时，空隙中的气体流动性增大，导热系数增大。2、填充密度变化，导热数先大后小，再增大：小时，虽空隙大，但对流传导性增大；大时，对流传导因孔隙的变小而减少，但纤维的热传导作用增大。n（2）纤维集合体密度v 实验表明：密度在实验表明：密度在0.030.030.060.06g/cmg/cm3 3，导热系数，导热系数最小。最小。v 因此，因此，通过制造中空纤维，增加纤维卷曲，使通过制造中空纤维，增加纤维卷曲，使纤维集合体能保有较多的静止空气，已成为提纤维集合体能保有较多的静止空气，已成为提高化学纤维保暖性的重要途径。高化学纤维保暖性的重要途径

8、。v （3 3）纤维排列方向）纤维排列方向 纤维平行于热辐射方向排列时，即纤维垂直于纤维层方向取向时，导热能力较强 f热辐射方向纤维层方向导热系数v（4）纤维细度和中空度纤维细度和中空度 纤维细度，纤维制品的热辐射穿透能力愈弱。且在同样密度下，相对的间隙，静止空气的作用，导热系数。 纤维中的空腔量，在不压扁的状态下，所持有的静止空气及空间越多，纤维集合体的导热系数。v （5 5）环境温湿度）环境温湿度 温度升高后，热量的传递能力增强，结果表现为纤维材料导热系数随温度升高而增大。 水的导热系数最大，水分（回潮率越高），保暖性越差。 v 二、热作用时纤维的性状二、热作用时纤维的性状 （热力学三态）

9、（热力学三态）v 热作用或者不同温度下，纤维的力学性质和形状热作用或者不同温度下，纤维的力学性质和形状都会发生转变，甚至存在很大的差异。了解这些都会发生转变，甚至存在很大的差异。了解这些特征，对合理进行纤维加工和正确使用纤维具有特征，对合理进行纤维加工和正确使用纤维具有重要意义。重要意义。v 1、纤维材料的热力学三态、纤维材料的热力学三态温度形变玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区交联型分子Tg()Tf()(a)纤维的结晶度较低时，性质接近非晶态高聚物所特有的力学三态及其转变特征。完全结晶的高聚物，不存在玻璃化转变及高弹态。非晶态材料的热机械性质n两种转变和三种力学状态两种转变和三种力学状

10、态 温度lgETg()Tf()交联型分子玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区(b) 玻璃态、高弹态和粘流态称为高聚物的力学三态玻璃态、高弹态和粘流态称为高聚物的力学三态。玻璃态玻璃态：温度低，温度低，纤维内部大分子热运动能量比较低，纤维内部大分子热运动能量比较低，链段运链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的聚合物在外力作用下的形变小，形变小，模量比较高；模量比较高；纤维坚硬纤维坚硬，类似类似玻璃玻璃玻璃态玻璃态温度温度形变形变IIIIII玻璃态玻璃态（glassy state）由玻璃态向高弹态发

11、生由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫突变的区域叫玻璃化转玻璃化转变区变区，玻璃态开始向高玻璃态开始向高弹态转变的温度称为弹态转变的温度称为玻玻璃化转变温度璃化转变温度Tg ，glass temperature玻璃化转变区玻璃化转变区玻璃化转变区：对温度变化敏感，几乎所有物理性质，如比玻璃化转变区：对温度变化敏感，几乎所有物理性质，如比热、导热系数、热膨胀系数、模量、介电常数和双折射热、导热系数、热膨胀系数、模量、介电常数和双折射率等，均发生突变率等，均发生突变 随着温度的升高，随着温度的升高，链段链段运动逐渐运动逐渐“解冻解冻”，形变逐渐，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，增大，当温度升高到

12、某一程度时，链段运动得以充分发展链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用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能恢复原状的性能称高弹性高弹性，相应的力学状态称，相应的力学状态称高弹态高弹态。高弹态高弹态（high-elastic state）温度温度形变形变IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态玻璃化转变区玻璃化转变区形变形变温度温度III

13、III玻璃态玻璃态高弹态高弹态玻璃化转变区玻璃化转变区Tg粘流态粘流态粘弹态转变区粘弹态转变区Tf交联聚合物交联聚合物MaMbMb Ma粘流态粘流态（viscous-flow state）当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移整个分子链质量中心发生相对位移，聚合，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，物完全变为粘性流体，其形变不可逆，该该力学状力学状态态称称为为粘流态粘流态。分子量大，分子量大，Tf高。交联聚合物不出现粘流态。高。交联聚合物不出现粘流态。结晶熔融温度结晶熔融温度Tm，或或Tf

14、高于分子的裂解温度高于分子的裂解温度Td的纤维不存在粘弹转变和粘流态。的纤维不存在粘弹转变和粘流态。v 纺织纤维在正常使用下，一般都处于玻璃态。纺织纤维在正常使用下，一般都处于玻璃态。v 纺织纤维的玻璃化温度大都高于室温，所以在室温条纺织纤维的玻璃化温度大都高于室温，所以在室温条件下，衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度。件下，衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度。v 如氨纶的玻璃化温度为如氨纶的玻璃化温度为-40，在常温环境下具有优，在常温环境下具有优良的弹性。良的弹性。v 2 2、热转变温度、热转变温度v （1 1）熔点）熔点TmTmv 反映纤维材料在使用中的耐热程度，也可以作为鉴反映纤维材料在使

15、用中的耐热程度，也可以作为鉴别纤维的依据。别纤维的依据。v 熔点是指晶体从结晶态转变为熔融态的转变温度熔点是指晶体从结晶态转变为熔融态的转变温度。v 低分子物的这种相变在很窄的温度范围内完成。低分子物的这种相变在很窄的温度范围内完成。v 对于纤维材料，它的熔化有一个较宽的温度区间对于纤维材料，它的熔化有一个较宽的温度区间- -熔程。熔程。 把开始熔化的温度叫起熔点；晶区完全熔化的温度把开始熔化的温度叫起熔点；晶区完全熔化的温度叫熔点叫熔点TmTm。v （2）粘流态转变温度）粘流态转变温度Tfv 高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度，以以Tf表示，其间

16、的形变突变区域称为粘弹态转变表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。区。v 粘流态时，大分子间能产生整体的滑移运动，即粘流态时，大分子间能产生整体的滑移运动，即粘性流动。粘性流动。v 粘流温度粘流温度是纤维材料失去纤维形态逐渐变为是纤维材料失去纤维形态逐渐变为粘流粘流液体的最低温度，也是纤维材料的破坏温度液体的最低温度，也是纤维材料的破坏温度。v （3）软化转变温度）软化转变温度v 纤维产生软化转变的温度，用变形能力的变大纤维产生软化转变的温度，用变形能力的变大来判断。来判断。v 当温度达到某一点时，一般结晶度不高的聚合当温度达到某一点时，一般结晶度不高的聚合物，尤其是分子量分散度较大的高聚

17、物在没有物，尤其是分子量分散度较大的高聚物在没有熔融之前明显变形，即呈现出外力作用下的流熔融之前明显变形，即呈现出外力作用下的流动特征动特征软化。软化。 此时的温度为软化转变温度，用此时的温度为软化转变温度，用Ts表示。表示。v 它应该是开始熔融的温度，可用熔点估计。国它应该是开始熔融的温度，可用熔点估计。国际上一般把低于熔点际上一般把低于熔点20-30的温度称为软化的温度称为软化温度。温度。v （4）玻璃化转变温度）玻璃化转变温度Tg v 纤维材料由纤维材料由玻璃态开始向高弹态转变的温度称玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度为玻璃化转变温度v 玻璃态向高弹态玻璃态向高弹态的的转变转

18、变在一定的温度区间内完在一定的温度区间内完成，不同材料的转变区间不同，一般在成，不同材料的转变区间不同，一般在3-5。v 在此区间纤维材料几乎所有的物理性质都发生在此区间纤维材料几乎所有的物理性质都发生转变。转变。v （5）脆折转变温度）脆折转变温度v 脆化温度脆化温度Tbv 在在温度很低温度很低的时候，高聚物内的链节、链段等运的时候，高聚物内的链节、链段等运动单元都被动单元都被“冻结冻结”，此时，纤维的力学呈现出模，此时，纤维的力学呈现出模量很高、变形很小、量很高、变形很小、脆性破坏的特征，脆性破坏的特征，出现这种出现这种转变的温度点称为脆折转变温度，用转变的温度点称为脆折转变温度，用Tb表

19、示。表示。v 它表示的是纤维材料的耐寒性，它表示的是纤维材料的耐寒性， Tb越低，说明越低，说明纤维材料在低温下的使用性能越好。纤维材料在低温下的使用性能越好。v （6）热破坏温度）热破坏温度v 多种热破坏温度：多种热破坏温度：v 定形效果的破坏温度是玻璃化温度；定形效果的破坏温度是玻璃化温度；v 材料开始失去其强韧和形状的破坏温度是软化点；材料开始失去其强韧和形状的破坏温度是软化点；v 材料完全失去固体状态的破坏温度是熔点；材料完全失去固体状态的破坏温度是熔点；v 大分子被破坏为小分子的温度是分解温度大分子被破坏为小分子的温度是分解温度；v 熨烫衣物不被破坏的最高温度是熨烫温度。熨烫衣物不被

20、破坏的最高温度是熨烫温度。v 三、耐热性、热定形与变形、热收缩三、耐热性、热定形与变形、热收缩v （一）耐热性与热稳定性（一）耐热性与热稳定性v 1、耐热性、耐热性v 指纤维经热作用后，力学性能的保持性。指纤维经热作用后，力学性能的保持性。v 表达方法：表达方法： 纤维的特征温度Tg、Tm和Tf以及Td； 可用纤维受不同温度和一定时间作用后，纤维力学性能的保持率表示； 纤维随温度升高而强度降低的程度。纤维在20未加热100经20d100经80d130经20d130经80d棉10092683810亚麻10070412412苎麻1006226126蚕丝1007339粘胶10090624432锦纶1

21、0082432113涤纶100100969575腈纶1001001009155玻璃纤维100100100100100常见纺织纤维受热后的剩余强度(%)2 2、纤维的热稳定性、纤维的热稳定性（thermal-stability） v 一般指纤维在热作用下的结构形态和组成的稳定性。一般指纤维在热作用下的结构形态和组成的稳定性。 质量与组成的稳定性 热作用会发生热降解，引起分子量的下降和组成的变化，尤其是有氧条件下发生氧化降解。 结构的稳定性 热作用下结晶解体，取向下降 形态的稳定性 主要指纤维的热收缩性。其本质是高牵伸形成的分子取向与伸直，在热作用下的回缩所致。 （二）热收缩（二）热收缩v 定义：

22、合成纤维受热后发生不可逆的收缩现象定义：合成纤维受热后发生不可逆的收缩现象称之为热收缩。称之为热收缩。v 产生原因：产生原因： 纺丝成形过程中，受到较大的拉伸作用，纤维残留一定的内应力，当TTg时，会发生收缩。v 指标：热收缩率，即加热后纤维缩短的长度占原来长指标：热收缩率，即加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。度的百分率。v 根据介质的不同有：根据介质的不同有： 沸水收缩率： 热空气收缩率： 饱和蒸汽收缩率：热膨胀热膨胀v 一部分纤维在加热的情况下有轻微的膨胀现象。一部分纤维在加热的情况下有轻微的膨胀现象。v 原因是纤维分子受热后发生较强的热振动而获得原因是纤维分子受热后发生较强的热振动

23、而获得了更多的空间所致。了更多的空间所致。 纤维种类膨胀系数（104）纤维种类膨胀系数（104）棉40膨胀锦纶1聚乙烯2膨胀涤纶0.5聚丙烯10锦纶3醋酯纤维0.81.6涤纶10（在80附近）（三（三）热定形）热定形与变形与变形v 1 1、基本概念、基本概念v 热定型：热定型：v 在热的作用下进行的定形在热的作用下进行的定形v 目的：消除纤维材料在加工中所产生的内应力，目的：消除纤维材料在加工中所产生的内应力，使纤维使纤维材料的形状在热作用下固定并获得一定的尺寸稳定性材料的形状在热作用下固定并获得一定的尺寸稳定性 。v 合成纤维合成纤维 采用发生在无序区、温度范围在TgTm的热定形 v 高结晶

24、的棉、麻类纤维高结晶的棉、麻类纤维 类似合成纤维的热定形机制不存在或太少，需采用交联或其他的方法定形。v 羊毛类纤维羊毛类纤维 主要采用热湿和张力作用打开部分-S-S-键，并在新的位置重建二硫键，达到分子间结构的稳定。v 丝类纤维丝类纤维 属高结晶纤维，但作用甚微，类似棉、麻2、热定形的机理、热定形的机理 3 3、热定形效果、热定形效果v 暂时性热定形效果暂时性热定形效果 是指纤维或其织物在热定形后的使用中会较快消失，如对普通纯棉布的一般热定形v 半永久性热定形效果半永久性热定形效果 在平时使用中能抵御一般作用，但给以激烈的作用，其热定形也会消失，如毛织物的一般热定形。v 永久性热定形效果永久

25、性热定形效果 是指纤维的Tg温度高于一般衣着使用的温度的热定形处理，如涤纶、锦纶的热定形。 4 4、热定型的方法、热定型的方法 v 根据热定形时纤维发生收缩的程度划分根据热定形时纤维发生收缩的程度划分 张力定形（有张力） 松弛（自然状态）定形 v 根据热定形的热媒介质划分根据热定形的热媒介质划分 干热空气定形 接触加热定形 水蒸气湿热定形 浴液(如水、甘油)定形 5 5、影响热定型效果的主要因素、影响热定型效果的主要因素 v 温度（最主要因素）：温度（最主要因素）： 热定形的温度，要高于合成纤维的玻璃化温度，低于软化点及熔点。 温度太低，达不到热定形的目的。 温度太高，织物颜色变黄，手感发硬甚

26、至熔融粘结，织物的服用性能下降。 适当降低定形温度，可以减少染料升华，使织物手感柔软。 纤维品种热定形温度()热水定形蒸汽定形干热定形涤纶120130120130190210羊毛90100100120130150锦纶66100120110120170190腈纶125135130140丙纶100120120130130140几种纤维织物的常用热定形温度v 时间：时间： 大分子间的联结只能逐步拆开，达到比较完全的应力松弛，需要时间。重建分子间的联结也需要时间。 在一定范围内，温度较高时，热定形时间可以缩短；温度较低时，时间需要较长。v 张力：张力： 在热定形过程中对织物施加张力，有利于布面的舒展和

27、平整，热定形效果的提高。 对于轻薄织物，要求具有滑爽挺括风格，力相对大一些；厚而松软的织物，力相对小一些。v 冷却速度：冷却速度： 高温处理后，应急速冷却，使相互位置快速冻结而固定，形成较多的无定形区，使织物柔软，有弹性v 热变形热变形 目的：使纤维材料获得卷曲和膨松效果 v 热塑性热塑性 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TTg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。v 热变形加工热变形加工 对象：热塑性类纤维 原理和作用机理与热定形基本一致 典型的热变形加工 ：膨体纱 膨体纱的形态膨体纱的形态v 纤

28、维的燃烧纤维的燃烧 过程：纤维受热分解，产生可燃气体并与氧反应燃烧，所产生的热量反馈作用纤维导致进一步的裂解、燃烧和炭化，直至纤维全部烧烬和炭化。v 描述纤维燃烧性的指标描述纤维燃烧性的指标 极限氧指数LOI 着火点温度TI 燃烧时间 火焰温度TB等指标。四、纤维的燃烧性四、纤维的燃烧性v 1 1、极限氧指数、极限氧指数LOILOI（Limiting Oxygen IndexLimiting Oxygen Index） 是指试样在氧气和氮气的混合气中，维持完全燃烧状态所需的最低氧气体积分数。 LOI数值愈大，说明燃烧时所需氧气的浓度愈高，常态下愈难燃烧。 %100222NOOVVVLOIv 在

29、正常的大气中，氧气约占在正常的大气中，氧气约占20%，所以从理论上可以认，所以从理论上可以认为纤维材料的为纤维材料的LOI只要超过空气的含氧量，那么其在空气只要超过空气的含氧量，那么其在空气中就有自熄作用。中就有自熄作用。v 但实际上，在发生火灾时，由于空气中对流等作用的存在，但实际上，在发生火灾时，由于空气中对流等作用的存在，要达到自熄作用，纤维材料的要达到自熄作用，纤维材料的LOI需要在需要在25%以上，所以上，所以当纤维的以当纤维的LOI达到达到27%时，就认为具有阻燃作用。时，就认为具有阻燃作用。分类LOI(%)燃烧状态纤维品种不燃35常态环境及火源作用后短时间不燃烧多数金属纤维、碳纤

30、维、石棉、硼纤维、玻璃纤维及PBO、PBI、PPS纤维难燃2634接触火焰燃烧，离火自熄芳纶、氟纶、氯纶、改性腈纶、改性涤纶、改性丙纶等可燃2026可点燃，能续燃，但燃烧速度慢涤纶、锦纶、维纶、羊毛、蚕丝、醋酯纤维等易燃20易点燃，燃烧速度快丙纶、腈纶、棉、麻、粘胶纤维等LOI对纤维燃烧性能的分类2 2、点燃温度和燃烧时间、点燃温度和燃烧时间 v 点燃温度点燃温度TI： 是指纤维产生燃烧所需的最低温度，是燃烧的激发点温度，称着火点温度。 取决于纤维的热降解温度和裂解可燃气体的点燃温度，其值愈高，纤维愈不易被点燃。v 燃烧时间燃烧时间 是指纤维放入一可燃环境（有氧、高温）中，观察纤维从放入到燃烧

31、所需的时间。 燃烧时间反应纤维被点燃的快慢程度，取决于纤维的导热系数、比热C、热降解速率、点燃温度。 3 3、燃烧温度、燃烧温度 TBv 是指材料燃烧时火焰区中的最高温度值，又称火焰最是指材料燃烧时火焰区中的最高温度值，又称火焰最高温度。高温度。v TB反应纤维材料在燃烧中的反应速度及其热能的释放反应纤维材料在燃烧中的反应速度及其热能的释放量量。TB值愈高，说明纤维的燃烧性愈强，且对纤维进值愈高，说明纤维的燃烧性愈强，且对纤维进一步燃烧的正反馈作用越强。一步燃烧的正反馈作用越强。v 该指标取决于纤维的热裂解速度以及氧化反应速率、该指标取决于纤维的热裂解速度以及氧化反应速率、量和完善程度，并与燃

32、烧时纤维质量的损失率直接相量和完善程度，并与燃烧时纤维质量的损失率直接相关。关。 v 续燃时间续燃时间 在规定的试验条件下，移开火源后纤维材料持续有焰燃在规定的试验条件下，移开火源后纤维材料持续有焰燃烧的时间。烧的时间。 主要反映纤维材料持续燃烧的能力。主要反映纤维材料持续燃烧的能力。v 阴燃时间阴燃时间 在规定的试验条件下，当有焰燃烧终止后，或者移开火在规定的试验条件下，当有焰燃烧终止后，或者移开火源后，纤维材料持续无焰燃烧的时间。源后，纤维材料持续无焰燃烧的时间。 阴燃只在固阴燃只在固-气相界面处燃烧，不产生火焰或火焰贴近气相界面处燃烧，不产生火焰或火焰贴近可燃物表面的一种燃烧形式，燃烧过

33、程中可燃物成炽热可燃物表面的一种燃烧形式，燃烧过程中可燃物成炽热状态，也称为无焰燃烧或者表面炽热型燃烧。状态，也称为无焰燃烧或者表面炽热型燃烧。纤维难燃的途径及形式纤维难燃的途径及形式v 纤维的难燃性纤维的难燃性 一般通过阻止或减少纤维热分解、隔绝或稀释氧气和快速降温使其终止燃烧等原理实现。v 目前的难燃纤维主要分为两类：目前的难燃纤维主要分为两类： 在纺丝原液中加入阻燃剂，混合纺丝。 由合成的难燃聚合物纺丝，如Nomex（芳纶1313纤维)、酚醛树脂纤维、聚酰亚胺纤维(杜勒特Dunette)纤维的熔孔性纤维的熔孔性 1.1.定义：当纤维及其制品上为热体所溅时被熔定义：当纤维及其制品上为热体所

34、溅时被熔 成孔洞的性能。成孔洞的性能。 抗熔性：抵抗熔孔现象的性能。抗熔性：抵抗熔孔现象的性能。 2. 2. 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。 3. 3. 改善织物抗熔性的方法：改善织物抗熔性的方法： 合纤与天然纤维混纺；合纤与天然纤维混纺； 制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用棉）。制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用棉）。 v 光学性质：纤维在光照射下表现出来的性质。主光学性质：纤维在光照射下表现出来的性质。主要包括色泽、双折射、耐

35、光性。要包括色泽、双折射、耐光性。v 光学性质与纺织品的外观质量关系密切；光学性质与纺织品的外观质量关系密切；v 光学性质是研究纤维内部结构的一种途径光学性质是研究纤维内部结构的一种途径第二节：第二节： 光学性质光学性质本节内容：n一、光在纤维中的反射与折射现象 n二、双折射现象与双折射率n三、纤维的光泽n四、耐光性与光照稳定性 v 按照几何光学概念，当平行光入射到透明、均匀、各向按照几何光学概念，当平行光入射到透明、均匀、各向同性的两种介质的分界面上时，一般情况下，一部分光同性的两种介质的分界面上时，一般情况下，一部分光从界面上反射，形成反射光；一部分光将进入另一介质，从界面上反射，形成反射

36、光；一部分光将进入另一介质，形成折射光。形成折射光。v 折射率：入射角的正弦与折射角的正弦之比。折射率：入射角的正弦与折射角的正弦之比。一、光在纤维中的反射与折射现象一、光在纤维中的反射与折射现象 一、光在纤维中的反射与折射现象一、光在纤维中的反射与折射现象 v 光与平行界面介质的相互作用光与平行界面介质的相互作用: :v 反射、折射与透射作用在介质中发生多次，强度随作反射、折射与透射作用在介质中发生多次，强度随作用次数衰减，因介质对光有吸收作用用次数衰减，因介质对光有吸收作用 入射主反射次反射次透射主透射介质1(空气或液体)介质1(空气或液体)介质2(纤维)2211(a)层状结构入射反射1反

37、射3折射2折射1折射3反射2(b)纤维普通纤维截面形状多为圆形，光在纤维内多次反射、折射和透射irtt2t3trtr2trtt2rtr(c)纤维集合体若纤维之间产生的光的干涉作用忽略不计，光与纤维集合体的作用则为光与各单根纤维作用结果的叠加1. 1. 定义定义 平行偏振光沿非光轴方向投射到纤维上时，除了在界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。射光，称之为纤维的双折射。 其中一条：其中一条： 寻常光（简称寻常光（简称o o光），遵守折射定律，振动面光），遵守折射定律，振

38、动面光轴，光轴，n n； 另一条：另一条： 非寻常光（简称非寻常光（简称e e光），不遵守折射定律，振动面光），不遵守折射定律，振动面光轴，光轴，n n。 双折射率：双折射率：n=nn=n- n- n 二、双折射现象与双折射率二、双折射现象与双折射率 v 传播速度较慢的光，称慢光，又称传播速度较慢的光，称慢光，又称e光，该光，该方向的折射率较大方向的折射率较大v 传播速度较快的光，称快光，又称传播速度较快的光，称快光，又称o光，该光，该方向的折射率较小方向的折射率较小v 双折射率双折射率n nnv n0为正晶体；为正晶体；n0为负晶体；为负晶体；n=0为零晶体为零晶体v 大多数纤维为正晶体大多

39、数纤维为正晶体纤维折射率nnn-n棉1.5731.5811.5241.5340.0410.051苎麻1.5951.5991.5271.5400.0570.068亚麻1.5941.5320.062羊毛1.5531.5561.5421.5470.0090.012桑蚕丝1.5781.5380.040粘胶纤维1.5391.5501.5141.5230.0180.036三醋酯纤维1.4741.479-0.005涤纶1.7251.5370.188锦纶61.5681.5150.040锦纶661.5701.5801.5201.5300.053腈纶1.5001.5101.5001.510-0.0050维纶1.5

40、471.5220.0252、常见纤维的双折射率v 由于纺织纤维的结构不完全均匀，在纤维之间或单一纤由于纺织纤维的结构不完全均匀，在纤维之间或单一纤维的表层与内部都会产生差异，故纤维的折射率和双折维的表层与内部都会产生差异，故纤维的折射率和双折射率也必然存在差异。射率也必然存在差异。v 3、双折射率与纤维内部结构的关系、双折射率与纤维内部结构的关系v 纤维双折射率的大小与纤维分子的取向程度和分子本纤维双折射率的大小与纤维分子的取向程度和分子本身结构的不对称程度有关。身结构的不对称程度有关。v 纤维中大分子与纤维轴平行排列时，纤维双折射率最纤维中大分子与纤维轴平行排列时，纤维双折射率最大；大分子完

41、全紊乱排列，双折射率为零。大；大分子完全紊乱排列，双折射率为零。v 双折射率反映的是纤维材料的各向异性的特征，而各双折射率反映的是纤维材料的各向异性的特征，而各向异性由分子链的取向决定。向异性由分子链的取向决定。 用于判明纤维分子的取向程度用于判明纤维分子的取向程度 n n大，取向度大。大，取向度大。v 1. 纤维的颜色纤维的颜色 v 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。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。v 天然纤维的颜色取决于：天然纤维的颜色取决于：v 品种（即天然色素）；生长过程中的外界因素。品种（即天然色素）；生长过程中的外界因素。v 合成纤维的颜色取决

42、于：原料（是否含有杂质）：合成纤维的颜色取决于：原料（是否含有杂质）： 纺丝工艺纺丝工艺（如温度、加热、时间（如温度、加热、时间 等）等） 三、纤维的色泽三、纤维的色泽 各种颜色的波长与波长范围（各种颜色的波长与波长范围（nm） 颜色颜色感觉感觉标准标准波长波长波长波长范围范围颜色颜色感觉感觉标准标准波长波长波长波长范围范围红色红色700700620-620-780780绿色绿色510510480-575480-575橙色橙色610610595-595-620620蓝色蓝色470470450-480450-480黄色黄色580580575-575-595595紫色紫色420420380-450

43、380-4502、纤维的光泽、纤维的光泽 v 纺织纤维的光泽既与光的反射和折射有关，又与光的透射有关。纺织纤维的光泽既与光的反射和折射有关，又与光的透射有关。v 纤维的光泽取决于三类反射：纤维的光泽取决于三类反射：v 镜面反射：镜面反射：如果平行光射向界面为平面的物体，反射出来的仍将如果平行光射向界面为平面的物体，反射出来的仍将是平行光，这种反射称为，表现出是平行光，这种反射称为，表现出很强的光泽很强的光泽。v 漫反射：漫反射：如果平行光射向界面粗燥的物体，反射出来的光均匀地如果平行光射向界面粗燥的物体，反射出来的光均匀地射向各个方向，这种反射称为，表现出射向各个方向，这种反射称为，表现出均匀

44、而柔和的光泽均匀而柔和的光泽。v 散射光：散射光：因光子的多次碰撞从纤维表层散射出的光线，其与入射因光子的多次碰撞从纤维表层散射出的光线，其与入射光的角度无关，与入射光能量和纤维表层结构与组成有关。光的角度无关，与入射光能量和纤维表层结构与组成有关。v 在纤维体内，材料密度由外及里连续或分层变化的结构，在纤维体内，材料密度由外及里连续或分层变化的结构，称为纤维的层状结构。称为纤维的层状结构。v 天然纤维在形成过程中产生的结构差异，以及化学纤维的天然纤维在形成过程中产生的结构差异，以及化学纤维的生产工艺或材料不同，均可使纤维具有层状结构。层状结生产工艺或材料不同，均可使纤维具有层状结构。层状结构

45、使纤维体内光的折射率产生差异。构使纤维体内光的折射率产生差异。影响纤维光泽的主要因素影响纤维光泽的主要因素 v 纤维的层状结构纤维的层状结构 多层反射作用使到达纤维表面的反射光产生叠加，且不同波长光还会产生干涉作用，纤维呈现出较强的光泽而不耀眼。入射反射1234空气层1层2层3层4v 纤维纵向形态对光泽的影响纤维纵向形态对光泽的影响 如纤维纵向表面平滑一致，则漫反射少，纤维表现出较强的光泽。 化学纤维：若无卷曲，镜面反射较多光泽较强。 丝光棉光泽较强纤维膨胀使天然转曲消失，纵向表面变得较为平滑。 粗羊毛：鳞片较稀疏，紧贴于毛干上，表面较为平滑，光泽较强。 细羊毛：鳞片稠密，在毛干上贴紧程度较差

46、，光泽则较柔和。 若鳞片受损伤，羊毛的光泽会变暗淡。 制造半无光或消光化纤的常用方法 纺丝液或纺丝熔体中加入二氧化钛(TiO2)消光剂v 横向截面形状横向截面形状 圆形截面纤维： 纤维外观较明亮。 平行光束照射时，圆截面纤维如同一凸透镜，透射光会聚焦，形成极光点或线，称为“极光” 光线在纤维体内的多次反射会造成晶亮透明晶体的效果，但无层次感。 三角形截面纤维： 照射到纤维上的光线会产生强烈的镜面反射效果。 象棱柱晶体一样转动时或不同视角观察时，会产生光泽明暗相间的现象，称为“闪光” 效应。 三角棱镜的色散作用，还会产生不同色彩效应。四、耐光性及光照稳定性四、耐光性及光照稳定性 v 耐光性：耐光性： 指纤维受光照后其力学性能保持不变的性能。 腈纶羊毛麻棉粘胶涤纶锦纶蚕丝v 光照稳定性：光照稳定性： 指纤维受光照射后其不发生降解或光氧化、不产生色泽变化的性能。 蚕丝（酪氨酸 ）、锦纶第三节：第三节： 电学性质电学性质一、纤维的导电性一、纤维的导电性 v纤维导电性指标：比电阻纤维导电性指标：比电阻 各种物质的电阻与其长度成正比，与其横截面各种物质的电阻与其长度成正比，与其横截面积成反比