纺织物理(0002)名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

《高等纺织材料学》杜赵群

（东华大学纺织学院）

-年第1学期第1页《高等纺织材料学》第六章纤维热学性质第2页第一节纤维热力学状态与性质一、纤维热力学状态与转变1.非晶态高聚物热力学状态与转变三态两转变：（1）玻璃态（2）高弹态（3）粘流态（4）玻璃化转变区（5）粘弹转变区第3页第一节纤维热力学状态与性质2.晶态高聚物热力学状态与转变对于轻度结晶，也存在玻璃化转变；随结晶度增加，结晶高聚物硬度增加3.纤维高聚物热力学状态与转变（1）热塑形纤维大多数存在3态、2转变（2）非热塑性纤维将不出现一些物理状态，有熔点高于分解点第4页第一节纤维热力学状态与性质二、纤维高聚物玻璃化转变1.玻璃化温度测量（1）体积改变方法（2）热学性质改变方法（DTA/DSC）（3）力学性质改变方法（4）电磁性质改变方法第5页第一节纤维热力学状态与性质第6页第一节纤维热力学状态与性质2.玻璃化转变理论自由体积理论，认为液体和固体物质由两部分组成，一部分为分子所占据，另一部分未被分子占据为自由体积，后者以空穴形式分散在整个物质中。当高聚物冷却，起先自由体积减小，到某一温度，自由体积降到最低值，这是进入高聚物玻璃态；在玻璃态下，高聚物体积随温度发生膨胀，是正常分子膨胀；到玻璃化温度转变点时，自由体积也开始改变，发生膨胀。第7页第一节纤维热力学状态与性质3.影响玻璃化温度原因（1）主链结构（2）侧基或侧链（3）相对分子质量（4）交联（5）混合、接枝及共聚（6）增塑剂作用（7）结晶作用第8页第一节纤维热力学状态与性质三、纤维高聚物多重转变1.非晶态高聚物多重转变2.晶态高聚物多重转变3.多重转变表征方法第9页第二节纤维导热性质一、物质热传导热物理性质包含热输运性质（传质、热传导）和热力学性质。

主要包括：（1）材料热物性质在不一样环境和物理状态下特征和规律；（2）宏观热物性与组成、结构和工艺原因关系；（3）微观热传导机理和理论；（4）热物性表征方法与理论；（5）特征热物性材料。1.热传导基本概念传热是热量从高温区域向低温区域传输过程，即由温差引发。通常分为传导、对流、辐射。

热传导对于纤维高聚物而言，主要是物质晶格振动进行能量交换，表示定律有傅立叶方程：第10页第二节纤维导热性质

热对流表示定律有牛顿冷却方程：热辐射表示定律有斯蒂芬-玻尔兹曼方程：

2.热传导基本研究方式

宏观路径：从工程热物理学角度出发，经过宏观研究，寻找不一样边界条件下，热在各种物质中传导规律，并用数学方法求解，把温度场、热流畅、物质热物理性质及其几何形态联络起来，取得工程系统中热传导。微观路径：从物理学科或材料学科角度出发，以固体物理和晶体化学等为基础，经过微观粒子和晶格运动及相互作用研究，从本质上揭示热传导机理，说明影响热传导结构和物理化学原因，把微观结构、传导机制、宏观热物性质联络起来，找出内在规律，预测材料宏观热物性质。第11页第二节纤维导热性质3.物质普通热传导（1）导热系数（2）导温系数（3）比热（4）热膨胀系数（5）热辐射性质发射率、吸收率反射率（6）粘度第12页第二节纤维导热性质二、热传导方程与热阻1.各向同性材料热传导方程傅立叶导热定律：第13页第二节纤维导热性质二、热传导方程与热阻2.各向异性材料热传导方程导热系数矩阵：第14页第二节纤维导热性质3.材料热传导中热阻（1）单层平壁热阻（2）对流换热边界热阻（3）接触热阻（4）稳态传热网络热阻第15页第二节纤维导热性质三、导热机理与表示1分子导热机理2.电子导热机理3.声子导热机理4.光子导热机理第16页第二节纤维导热性质四、纤维材料热传导机理1.导热机制多重性对于纤维高聚物而言，结构复杂、含有孔隙、大多能透光，故其导热形式有：分子导热、电子导热、声子导热、光子导热，以声子导热为主。2.晶相与非晶相导热规律（1）非晶体导热系数（2）晶体导热系数（3）晶相与非晶相百分比第17页第二节纤维导热性质3.多项复合材料导热系数第18页第二节纤维导热性质4.多孔材料导热系数及计算（1）欧根方程（2）莱赛尔方程（3）洛勃方程第19页第二节纤维导热性质5.纤维型隔热材料导热系数和热传递机理第20页第三节纤维燃烧性质一、纤维燃烧性第21页第三节纤维燃烧性质二、纤维热裂解和燃烧过程1.纤维燃烧过程（1）普通过程纤维热裂解，产生可燃性、不然气体和炭化残渣；可燃性其它与氧气混合继续燃烧，放出热、光、烟；放出热量使得纤维继续热裂解燃烧。（2）纤维燃烧特征引燃→火焰蔓延及连续性→能量→燃烧产物第22页第三节纤维燃烧性质2.纤维热裂解机理与表征热裂解是纤维在高温下分解，而燃烧是纤维分子猛烈分解表现。热裂解常伴随热量、质量交换。第23页第三节纤维燃烧性质三、纤维燃烧性测量与表征1.燃烧性测量主要依据燃烧过程进行分析：着火点、燃烧速度、延燃性、发烧量、发烟性、毒性等。测量方法由：垂直、水平、45度燃烧试验。2.燃烧性表征指标（1）燃烧时间：纤维材料进入燃烧室，温度改变，抵达一定程度时产生火焰，使燃烧室温度突变，并连续燃烧。第24页第三节纤维燃烧性质（2）火焰扩散速度（3）质量转移率第25页第三节纤维燃烧性质四、影响纤维燃烧性能原因与阻燃1.影响纤维燃烧性能原因（1）化学组成（2）纤维结构（3）炭化倾向（4）织物结构和质量（5）环境原因2.纤维阻燃机理与方法（1）覆盖层理论（2）不燃性气体理论（3）吸热理论（4）催化脱水理论第26页第四节纤维热分析技术一、热分析技术概述

热分析技术是在受控程序温度条件下，连续测量物质在要求气氛中某种物理性质随温度改变一组技术。第27页第四节纤维热分析技术二、差热分析和差式扫描量热法1.差热分析法（DTA）基本原理第28页第四节纤维热分析技术2.差式扫描量热法（DSC）基本原理第29页第四节纤维热分析技术3DTA和DSC应用（1）玻璃化温度（2）多重转变温度（3）结晶熔点（4）结晶熔融热河结晶度（5）热物理性质参数（6）取向度（7）判别纤维和混合比测量第30页第四节纤维热分析技术三、静态和动态热机械分析1.静态热机械分析法(TMA）基本原理第31页第四节纤维热分析技术2.动态热机械分析法(DMA）基本原理第32页第四节纤维热分析技术3TMA和DMA应用（1）玻璃化温度（2）高聚物松弛行为第33页第四节纤维热分析技术四、热重分析法热重法基本原理热重法应用评价物质热稳定性。第34页第五节纤维热定形一、纤维材料定形普通概念

是纤维材料在温度和外力作用下发生变形，并受物理、化学处理，使其应力松弛到达稳定。包含：暂时性（定形在随即使用中会消失）；

半永久性（能抵抗普通轻微作用定形，但给予激烈地处理，也会消失）；

永久性定形（经过定性纤维结构发生改变而不能复原定形。二、热定形物理原理第35页第五节纤维热定形三、定形动力与类型定形使结构从一个状态转向另一个状态，或体系从某一能量低值移向另一能量低值，普通可考虑：（1）热振动引发状态改变；（2）外力作用下产生变形；（3）位垒也可由外界条件（如加湿或引入化学作用）使得体系发生改变到达新结构平衡。1.热定形（1）链段硬化定形（2）结晶作用定形（3