比热容医学课件

纤维的热学、光学和电学性质

一、比热容

纤维的热学性质

质量为1克的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量。纺织材料的比热为：锦纶66C=2.05J/g.℃。

玻璃纤维C=0.67J/g.℃。水：C=4.18J/g.℃，干空气C=1.01J/g.℃。1、定义二、影响纤维比热容的主要因素水分纤维的比热容与纤维回潮率有关，随纤维回潮率增加而增大。温度在回潮率一定时，温度增加，纤维的比热容增大。纤维结构1、纤维大分子的取向排列导致比热容增大

2、纤维结晶形式和结晶度对比热容有影响

3、比热容对应的是分子热运动所需的能量。分子热运动受材料的结构及分子的排列影响二、导热系数λ1、定义：λ↓，导热性下降，绝热性、保暖性增强。QdT2T1（T2>T1）S材料厚度为1m，面积为1m2，两个平行表面之间温差

为1℃时，1s通过材料传导的热量焦尔数。常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得）

纤维种类λ(W·m/m2·℃)纤维种类λ(W·m/m2·℃)棉0.071-0.073涤纶0.084羊毛0.052-0.055腈纶0.051蚕丝0.050-0.055丙纶0.221-0.302粘纤0.055-0.071氯纶0.042醋纤0.050★空气0.026锦纶0.244-0.337★水0.6971）环境温湿度影响

2、影响纤维集合体导热系数的因素随温度增加，纤维分子的热运动频率加大，使热量传递能力提高。温度：湿度：T↑，λ↑RH↑，W↑,λ↑，保暖性↓纤维吸湿和放湿过程的热效应对纤维的保暖性有影响

2）纤维集合体的密度（体积质量）δK=0.03-0.06g/cm3时，纤维保暖性最好。λδ0.10.2空气δK保暖性主要取决于纤维中夹持的空气数量和状态。纤维层中夹持的静止空气越多，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。

3）纤维的结晶度与取向度纤维中分子取向排列越高越多，沿纤维轴向的导热系数越大，垂直于纤维轴向的导热系数越小，存在热传导的各向异性。纤维的结晶度越高有序排列的部分越多，连续性越好，导热系数越大。4）纤维排列方向纤维平行于热辐射方向排列导热能力强

102030405060708090

纤维层方向热辐射方向α导热系数λ纤维排列方向角α5）纤维的形态细度↓，导热系数↓；中空度↑，导热系数↓异形纤维、卷曲纤维有利于降低纤维集合体导热系数形态导致纤维集合体中维持静止空气使导热系数下降形态导致纤维间接触面积减少使导热系数下降形态导致纤维集合体中直通孔隙的减少使导热系数下降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λ低的纤维；加入陶瓷粉末等材料。导热系数对纤维加工的影响对纤维进行热加工时，导热系数大小影响纤维热作用的传递和热处理的效果3、导热系数对纤维的加工和使用的影响4、常用保暖性指标1）绝热率纤维集合体隔绝热量传递保持体温的性能。式中：Q0——包覆试样前保持热体恒温所需热量；

Q1——包覆试样后保持热体恒温所需热量。2）保暖率在保持热体恒温条件下，无试样包裹时消耗的电功率与有试样包裹时消耗的电功率之差占无试样包裹时消耗的电功率之比。3）热阻4）服装克罗值（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。三、热作用时纤维性状——热力学三态1、非晶态高聚物热机械曲线曲线上有两个斜率突变区—玻璃化转变区、粘弹转变区。呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态温度（℃）变形（％）玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区温度（℃）玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区lgE在一定拉伸力作用下纤维的变形或模量随温度的变化曲线分子链段运动被冻结，运动方式是局部振动和键长、键角的变化。纤维在外力作用下的形变小，弹性模量高，表现为质硬而脆，类似玻璃，称为玻璃态。2、两种转变和三种力学状态玻璃态温度（℃）变形（％）玻璃态IIIIIITg温度（℃）变形（％）IIIIII高弹态高弹态分子链段运动加剧，发生链段构象的变化（但整个分子不发生位移），出现高弹变形，类似橡胶的特性。称高弹态Tf玻璃化转变区：纤维所有物理性质发生突变，链段运动限制被解除，大分子构象可以发生变化。玻璃化转变区温度（℃）变形（％）IIIIII粘流态粘流态大分子链段产生相互滑移，变形能力显著增加，产生不可逆变形，聚合物完全变为粘性流体，称为粘流态。粘弹转变区：大分子链段产生相互滑移，纤维表现流动性。粘弹转变区（1）玻璃化温度：从玻璃态向高弹态转变的温度。3、热转变温度

表

（2）粘流温度：由高弹态转变为粘流态的温度，（3）软化温度：在一指定的应力及条件下，高聚物

达到一定变形时的温度。（4）熔点温度：高聚物结晶全部熔化时的温度（5）分解温度：纤维发生化学分解时的温度。四、耐热性和热稳定性耐热性：纺织纤维经热作用后力学性能的保持性

叫耐热性。

图热稳定性：纤维在热的作用下结构形态和组成

的稳定性。

1、质量与组成的稳定性裂解：高分子主链的断裂，导致分子量下降，材料的机械

性能恶化。2、结构的稳定性3、形态的稳定性（热收缩）热作用下，纤维的聚集态结构发生变化，结晶度下降，取向度下降。热作用下纤维外观形态的稳定性，主要是指纤维的热收缩。原因：初生纤维拉伸，纤维中残留有应力，因受玻璃态约束未能缩回，当纤维受热温度超过一定限度时，纤维中的约束减弱，从而产生收缩。评价指标：热收缩率：是指加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。

纤维的热收缩定义：材料受热作用而产生收缩的现象。沸水收缩率：一般指将纤维放在100℃的沸水中处理

30min，晾干后的收缩率；热空气收缩率：一般指用180℃

、190℃、210℃热空

气为介质处理一定时间（如15min）后的

收缩率；饱和蒸汽收缩率：一般指用125-130℃饱和蒸汽为介质

处理一定时间（如3min）后的收缩率。使用不同介质的收缩率合成纤维在不同介质处理下的热收缩率锦纶6锦纶66涤纶收缩率％－沸水收缩率－热空气收缩率-饱和蒸汽收缩率

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。影响因素：

温度——T↑，热收缩率↑介质——水、空气、蒸汽五、纤维的热塑性和热定形1、基本概念热塑性将合成纤维或制品加热到玻璃化温度以上（低于软化点温度），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。热定形利用合纤的热塑性，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、热定形的机理最初结构的松散；新结构的重建；新结构的固化。

4、热定形的方法干热定形----热风处理，金属表面接触加热。湿热定形----湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型。3、影响热定形效果的因素：定形时间：在一定范围内，温度较高，热定型时间可以缩短，温度较低时，热定型时间较长。定形张力：松弛热定型、张力热定型4、影响热定型效果的因素

温度定型温度应大于玻璃化温度，低于软化点和熔点。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。

时间温度高，定型时间可短些；温度低，定型时间可长些。张力定张力定型、无张力定型冷却速度要求较快冷却，可使新结构快速固定，可获得较好手感

的织物。

定型介质干热定形----热风处理，金属表面接触加热。湿热定形----湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型。六、燃烧性能1、几种常见纤维的燃烧特征纤维名称接近火焰在火焰中离开火焰燃烧后残渣燃烧时气味纤维素纤维不熔不缩迅速燃烧继续燃烧灰白色灰烧纸味蛋白质纤维收缩渐渐燃烧不易延燃松脆黑灰烧毛发味涤纶收缩熔融先熔后燃，有液体滴下能延燃玻璃状黑褐色硬球特殊芳香味锦纶收缩熔融先熔后燃，有液体滴下能延燃玻璃状黑褐色硬球氨臭味腈纶收缩、微熔发焦熔融燃烧有发光小火花继续燃烧松脆黑色硬块有辣味维纶收缩熔融燃烧继续燃烧松脆黑色硬块特殊甜味丙纶缓慢收缩熔融燃烧继续燃烧黄褐色硬球沥青味氯纶收缩熔融燃烧有黑烟不能延燃松脆黑色硬块氯化氢臭味燃烧分类：易燃纤维（快速燃烧，形成火焰）：纤维素纤维、腈纶纤维可燃纤维（缓慢燃烧，离开火焰可延燃）：羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶、丙纶、维纶等难燃纤维（接触燃烧，离开火焰熄灭）：氯纶、芳纶不然纤维：金属纤维、碳纤维、石棉、玻璃纤维、PBI纤维等1）极限氧指数（LOI）

定义：材料点燃后在氧—氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。LOI大，难燃；LOI小，易燃2、燃烧性能指标LOI≥35，不燃LOI=26~34，难燃LOI=20~26，可燃LOI≤20，易燃2）点燃温度、燃烧时间和燃烧温度点燃温度：纤维产生燃烧所需最低温度。燃烧时间：纤维放入燃烧环境中，从放入到燃烧所需时间。燃烧温度：材料燃烧时的火焰区中的最高温度值。3、提高纤维材料难燃性的途径阻燃整理（纯棉、化纤）制造难燃纤维（合成纤维）4、纺织材料的熔孔性

熔孔性：纺织材料织物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叫熔孔性。

1、热塑性合成纤维：温度超过其熔点的火花或其他热体---熔融，熔体向四周收缩在织物上形成孔洞（合成纤维吸湿性小，导热性强）2、天然纤维、粘胶纤维---不软化、不熔融、温度过高时即分解或燃烧。3、吸湿性强弱影响防止材料的抗熔性。棉、毛等天然纤维抗熔性较好，腈纶与毛相似。涤纶和锦纶抗熔性差。

一、光在纤维中的反射与折射现象

主反射次反射主透射次透射入射光空气（介质1）纤维（介质2）空气（介质1）第二节光学性质

层状结构二、光泽

光泽：与光的反射、折射和透射有关。镜面反射：平行光射向物体，反射出来的光仍是平行光。漫反射：平行光射向物体，反射出来的光射向各个方向。散射：纤维表层因光子的多次碰撞而散射出的光线。影响光泽的主要因素：反射光：纵向形态层状结构截面形状。1、纤维的纵向形态：表面平滑，粗细均匀，漫反射少，光泽强，表面粗糙不平，反射光不同角度反射，光泽暗。表面凹凸情况和粗细均匀程度例：无卷曲的化纤；丝光棉2、纤维的层状结构受到光线照射时，各层均发生折射与反射，各层界面上反射出来反射光强度不同，在纤维表面上形成一散射层，反射光中既有光源的色又有物体的色，光泽虽强，但有层次，不耀眼。层状结构纤维的光泽正反射光内部反射光入射光3、纤维横断面形状：三角形截面纤维：正反射光属镜面反射，但由于三角形的特点，还可能在纤维内部的棱边上产生全反射，然后再从另外棱边上透射出去，这样，在产生全反射的棱边处光泽就弱，而其他棱边处的光泽就强，有闪光效果。圆形截面纤维：如图从正反射光看，属于漫反射，但光线在任一界面上入射角，都和光线进入纤维后折射角相等，不能形成全反射。透光能力强，平行光射入，圆形截面的纤维如同一凸透镜，透射光也不再是平行光，而会相互汇聚，有集中的趋向，光线轨迹重叠性大，结果使纤维的总反射光不一定最强，但观感明亮，容易形成“极光”的观感。消光：二氧化钛消光剂；特殊光泽：异形纤维1、折射率nαir法线介质1介质2n1，n2—介质1和介质2的折射率

n21—介质2对介质1的相对折射率绝对折射率n—等于光在真空中的速度与在该介质中的速度之比相对折射率三、折射与双折射2、双折射

图定义：o光：振动面与光轴垂直，折射率用N⊥表示；e光：振动面与光轴平行，折射率用N//表示。

双折射率：Δn=n//-n⊥表示纤维双折射能力（双折射差度）

纤维双折射率大小与分子取向度和分子本身不对称程度有关。取向度高，Δn↑，纤维中全部大分子与纤维轴平行排列时，双折射率最大，大分子紊乱排列时双折射率等于零

光线投射到纤维上时，进入纤维的光线分解成两条折射光，纺织纤维这种光学性质叫双折射。3、测量双折射率方法

（1）浸没法

（2）光程差法

4、测量双折射率的作用：用来测量纤维取向度的高低

纤维取向因子：四、耐光性材料抵抗太阳光作用的性质。光照射大分子裂解聚合度下降强度下降影响因素：照射强度、照射时间、波长、纤维结构等耐光性差异：腈纶的耐光性最好，羊毛、亚麻>棉>蚕丝，涤纶>锦纶，粘胶、维纶的耐光性也较好，丙纶耐光性最差。一、研究纺织材料电学性质意义第三节电学性质

（一）间接测量纺织材料的其他性质：测纺织材料回潮率---电容法，电阻法测纱条不匀率---电容法（二）利用电学性质进行纺织加工：静电纺纱、静电植绒等一、介电性质1、介电现象和介电常数ε：εr=C/C0C－以某种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介电现象：绝缘体物质在外加电场作用下，内部分子形成电极化的现象。由于电介质极化的缘故，材料的表面出现感应电荷产生一个附加电场能减小原外加电场的强度。介电常数ε2、影响ε因素：内因：纤维内部结构大分子的分子量：分子量小，ε↑纤维的堆砌密度：堆砌密度大，ε↑大分子中的极性基团：极性基团多，极性强，ε↑外因：纺织材料含水率越大，介电系数越大图外电场频率越高，介电系数越小温度越高，介电系数越大二、介电损耗：

1、定义：电介质在电场作用下引起发热的能量消耗叫介质损耗2、影响因素：电场频率：频率越高，析出热能越高，介质损耗高电场强度：电场强度越高，介质损耗高聚合物分子的极性和极性基团的多少。3、应用：对材料进行加热烘干。

产生原因：极化取向引起介质发热消耗能量－漏导电流损耗极化取向消耗电能克服介质内粘滞阻力－极化电流损耗三、导电性质

1）体积比电阻定义：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LS单位：欧厘米1、纤维比电阻2）表面比电阻定义：电流通过物体1cm宽、1cm长表面时的电阻称为表面比电阻。Lb单位：欧定义：长为1cm、重1g的纤维束两端间的电阻值。

3）质量比电阻

单位：欧.g/cm22、影响纺织纤维比电阻的因素

1）吸湿对纺织纤维比电阻的影响

图2）温度对纺织纤维比电阻的影响

3）纤维上附着物的影响

4）其他因素对纺织纤维比电阻的影响

四、纺织纤维的静电1、原因及危害2、表示纺织材料静电性能的指标A、电荷量Q单位：库B、静电电压（电位差）U单位：伏特C、比电阻ρ

单位：欧姆D、静电半衰期T1/2图3、消除静电现象的主要措施

A、提高空气相对湿度B、使用抗静电剂（表面活性剂）C、采用不同纤维混纺D、增加纤维导电性或采用导电纤维层状结构纤维的光泽正反射光内部反射光入射光4

2

0

-291011121314151617棉羊毛锦纶涤表面比电阻与电荷半衰期的关系温度（℃）变形（％）玻璃态高弹态粘流态Mε024685040302010棉纤维含水率与介电系数关系1千赫100千赫纺织材料质量比电阻与含水率之间关系含水率低时M与lgρm近似直线关系，在中等湿度范围，材料吸湿平衡时，空气的相对湿度与lgρm之间也近似直线关系。因此可通过测定纤维在一定条件下的电阻值间接测量纤维含水率。各种纺织材料的耐热性材料剩余强度（％）在20℃未加热在100℃经过在130℃经过20天80天20天80天棉亚麻苎麻蚕丝粘胶纤维锦纶涤纶晴纶玻璃纤维10010010010010010010010010092706273908210010010068412639624396100100382412—4421959110010126—32137555100纤维导热系数（W/（m.℃)0℃30℃100℃棉0.0580.0630.069羊毛0.0350.0490.058桑蚕丝0.0460.0520.059亚麻0.0460.052