纺织材料基础 课件 任务三 纺织材料的热学性质、电学性质和光学性质认识（第二稿）

纺织材料基础任务描述：干燥季节，静电“无孔不入”。寒暄握手时“指尖过电”，早晨梳头时“怒发冲冠”，晚上脱衣时“僻癖啪啪”，这些都是静电引起的。由于静电火花放电所引起的突然性爆炸事件，一旦发生，往往造成一次性巨大损失。服装衣料与皮肤摩擦生电会使面料相互吸附出现“裙抱腿”现象，既影响服装美观也导致步行困难。因此，有必要了解纺织材料的电学等相关性质。学习目标：能理解纺织材料的热学性质；能理解纺织材料的电学性质；能理解纺织材料的光学性质。能力目标：能测试纺织材料的保暖性指标；能防止静电产生。素养目标：培养爱岗敬业、勤于反思、勇于探究的职业技能人才。相关知识：一、纺织材料的热学性质随着环境温度的变化，纺织材料的各项性质均会产生相应的变化，而纺织材料在不同温度下表现出来的性质称为纺织材料的热学性质。它包括纺织材料的导热系数、耐热性、热稳定性和阻燃性等，它们直接与纺织材料的纺、织、染生产加工和使用性能有关。

（一）导热性和保暖性：1.导热系数（λ）纺织材料的导热性质可用导热系数来表示。导热系数是指当纺织材料厚度为1m、面积为1m2，两个平行表面之间的温差为1℃，1s内通过纺织材料传导的热量焦耳数。可用下式来表示：（2-13）式中：λ—导热系数，J/（m·s·℃）或W/（m·℃）；Q—传导的热量，J；D—纺织材料的厚度，m；

△T—温差，℃；t—传导热量的时间，s；

A—纺织材料的截面积，m2。

导热系数λ值越小，表示纺织材料的导热性越低，它的热绝缘性或保暖性越好。通常把导热系数较低的纺织材料称为保温材料，常用的纺织纤维都是优良的保温材料。表2-14是在环境温度为20℃、相对湿度为65%的条件下测得的几种纤维集合体的导热系数。表2-14几种纤维材料的导热系数材料λ[W/（m·℃）]材料λ[W/（m·℃）]棉0.071～0.073锦纶0.244～0.337绵羊毛0.052～0.055腈纶0.051蚕丝0.050～0.055氯纶0.042黏胶纤维0.055～0.071丙纶0.221～0.302醋酯纤维0.05涤纶0.084注：静止空气的导热系数为0.026；水的导热系数为0.697。

水的导热系数最大，静止空气的导热系数最小，所以空气是最好的热绝缘体。

空气的流动（风）会使保暖性下降，且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。2.绝热率绝热率表示纤维集合体隔绝热量传递保持体温的性能。式中：T—绝热率，%；Q0—热体不包覆试样时单位时间内的散热量，J；Q1—热体包覆试样时单位时间内的散热量，J。纺织材料的绝热率愈大，其导热性愈差，保暖性愈好。

（2-14）3.保暖率

保暖率是描述织物保暖性能的指标，其数值是在保持热体恒温的条件下无试样包覆时消耗的电功率和有试样包覆时消耗的电功率之差占无试样包覆时消耗的电功率的百分数，该数值越大，说明该织物的保暖能力越强。单位克重保暖率可用于比较不同重量纺织品之间的保暖性能，是一个相对指标。4.热阻热阻也称为热欧姆，是导热系数的倒数。式中：Rh—热阻，（m2·K·s）/J或（m2·K）/W；（2-15）

热阻有另一种单位，即“克罗值”（clo），它是在温度为20℃、相对湿度不超过50%、空气流速不超过10cm/s的环境中，一个人在静坐并感觉舒适时衣服所具有的热阻。式中：Rclo—热阻，克罗

（2-16）若对某一纤维施加一恒定外力，观察其在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该纤维的温度--变形曲线。纤维典型的热机械曲线如下图，存在两个斜率突变区，这两个突变区把热机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同的力学状态。变形温度IIIIII（二）热转变点在区域I，温度低，纤维在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为，形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。玻璃态温度变形IIIIII随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，形变发生突变，进入区域II，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高弹性，相应的力学状态称高弹态。温度变形IIIIII玻璃态高弹态当温度升到足够高时，聚合物完全变为黏性流体，其形变不可逆，这种力学状称为黏流态。温度变形IIIIII玻璃态高弹态黏流态玻璃态、高弹态和黏流态称为聚合物的力学三态。变形温度IIIIII玻璃态高弹态玻璃化转变区Tg黏流态黏弹转变区Tf纤维的温度—变形曲线的特点：（1）四个温度

a.玻璃化温度Tg

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度。b.黏流温度Tf

非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，或由高弹态向黏流态转变的温度。c.熔点温度Tm

高聚物结晶全部熔化时的温度，或晶态高聚物大分子链相互滑动的温度。高聚物的Tm>低分子的Tm。d.分解点温度Td

高聚物大分子主链产生断裂的温度。（2）两个转变区：

玻璃化转变区，黏弹转变区（3）三种力学状态：玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形黏流态：大分子开始变形（三）纤维的耐热性与热定型一般规律是：T↑，断裂强力↓；断裂伸长率↑；初始模量↓；纤维变得柔软。1.定义：耐热性——纤维耐短时间高温的性能。热定型——就是利用合纤的热塑性，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.常用纤维耐热性：天然纤维：棉>麻天然蛋白纤维：蚕丝>羊毛合成纤维：涤纶>腈纶>锦纶3.影响合纤织物热定型效果的因素（1）温度（最主要因素）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。（2）时间温度高，定型时间可短些；温度低，定型时间可长些。定型时间必须保证热在织物中的均匀扩散及分子链段的重建。（3）张力高张力定型适用于单丝袜子；弱张力定型用于多数的针织物和机织物；无张力定型在一般织物中用得较少。（4）冷却速度

一般要求较快冷却，可使新结构快速固定，可获得较好手感的织物。（5）定型介质

（四）纺织材料的阻燃性1、分类按燃烧时引燃的难易程度、燃烧速度、自熄性等燃烧特征，可将纺织纤维分为易燃纤维、可燃纤维、难燃纤维、不燃纤维。2、指标

极限氧指数（LOI）纺织材料点燃后，在氧、氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。3.提高纺织材料阻燃性的途径

（1）制造阻燃纤维

一在纺丝流体中加入阻燃剂，如涤纶、腈纶的改性阻燃纤维；合成耐高温高聚物纺制的阻燃纤维，如芳纶1313。

（2）阻燃整理

阻燃剂处理二、纺织材料的电学性质纤维的电学性质与纺织加工及使用有关，并可通过纤维的电学性质间接测量纤维的其它性质（如回潮率、纱线条干）。主要包括纤维的介电性质、导电性、静电。（一）纤维的介电性质纤维的导电能力只有导体的10-10—10-14，是一种电绝缘材料（电介质）。在电场里，由于介质极化引起相反电场，将使电容器的电容增加，介质的这种性质称为介电性质。表示介电性质的量为介电常数。表2-19几种常见纺织材料的介电常数纤维介电常数纤维介电常数棉6醋酯纤维3.5～6.4羊毛6涤纶3.0蚕丝4.2锦纶4黏胶纤维7.7

（二）导电性质

物质按导电性能的大小可分为绝缘体、半导体和导体。1.比电阻的指标体积比电阻表示电流通过截面积为1cm2，长为1cm的物体内部时的电阻，它表示纤维内部的导电性。表面比电阻表示电流通过宽度为1cm、长为1cm物体表面时的电阻，它表示物体表面的导电性能。质量比电阻表示电流通过长为1cm，质量为1g时的电阻。2.影响纤维比电阻的因素（1）回潮率回潮率增加，ρm降低；（2）温度温度增加，ρ减少，导电性能增加；（3）纤维结构（4）纤维上的附着物油剂、棉蜡、油脂的存在，ρ↓。（5）测试条件（三）静电现象与消除1.静电现象及产生原因纤维在加工中要受到各种机件的作用，由于纤维与机械以及纤维与纤维间的摩擦，必会聚集起许多电荷从而产生静电。纤维为电的不良导体。2.静电的危害与应用危害：黏接和分散、吸附飞花与尘埃、放电等；应用：静电植绒、静电吸尘、粉末塑料的静电喷涂等。表2-21纺织材料静电序列表氟纶乙纶丙纶腈氯纶氯纶腈纶涤纶聚乙烯醇纤维醋酯纤维苎麻蚕丝棉黏胶纤维锦纶羊毛－＋3.静电消除主要措施（1）适当提高空气的相对湿度。（2）使用抗静电剂。（3）不同纤维混纺。（4）使用抗静电纤维。（5）纤维上油。（6）加工机件接地或尖端放电。三、纺织材料的光学性质光学性质：纤维在光照射下表现出来的性质。主要包括色泽、双折射、耐光性。光学性质与纺织品的外观质量关系密切；光学性质是研究纤维内部结构的一种途径。（一）纤维的色泽

1.纤维的颜色

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。天然纤维的颜色取决于：品种（即天然色素）；生长过程中的外界因素。合成纤维的颜色取决于：

原料（是否含有杂质）；纺丝工艺（如温度、加热、时间等）2.纤维的光泽纤维的光泽取决于：光线在纤维表面的反射情况（反射量的大小；反射光量的分布）。图2-22光线在纤维表面的反射、折射与透射1—入射光；2—表面正反射光；3—表面散射反射光；4—透射光；5—来自内部的散射反射光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。透射光决定纤维的透明程度。评价光泽应同时考虑两个方面：

反射光量的大小和反射光量的分布规律

反射光量很大，分布不均匀——“极光”；反射光量很大，分布较均匀——“肥光”。3.影响纤维光泽的因素：（1）层状结构（2）纵面形态（3）截面形状（二）耐光性定义：纺织材料抵抗光照的能力。纤维经长期光照，会发生不同程度的裂解，使大分子断裂，分子量下降，强度下降。TiO2的存在会加速裂解。耐光性大致顺序：腈纶>羊毛>麻>棉>黏胶纤维>涤纶>锦纶>蚕丝氰基—CN：能吸收紫外光，有效的保护主链；羰基—CO—：对光敏感，产生热振动，易使大分子裂解。表2-22各种材料日晒后强度损失材料棉羊毛亚麻黏胶纤维腈纶蚕丝锦纶涤纶日晒时间（h）94011201100900900200200600强度损失（%）5050505016～25503660任务实施：根据《GB/T14342化学纤维短纤维比电阻试验方法》，利用纤维比电阻仪，测定纤维的电阻值，将测定结果填入报告单。任务完成后，提交工作报告。一、测试原理根据体积电阻的公式

，测量在一定的几何形状下，具有一定密度的纤维的电阻值，再根据纤维的填充度换算成比电阻值。二、操作仪器、工具和试样纤维比电阻仪及附件、天平（最小分度值0.01g）、镊子、化学纤维一种。三、调湿及其试样准备1.调湿

从试验样品中随机均匀取出30g以上纤维，经手扯松后进行调湿，公定回潮率小于4.5%的纤维调湿和试验用标准大气为：温度（20士2）℃、相对湿度（65±5）%。公定回潮率大于或等于4.5%的纤维调湿和试验用标准大气为：温度（20±2）℃、相对湿度（65士3）%。纤维公定回潮率≤2%的调湿时间2h，2%<纤维公定回潮率≤4.5%的调湿时间2～4h，4.5%<纤维公定回潮率≤9%的调湿时间4～6h，纤维公定回潮率>9%的调湿时间6～8h。2.试样准备

从经调湿平衡的样品中，随机称取15g纤维（精确到0.1g）两份，作为测试样品。四、试验步骤1.开启纤维比电阻仪，预热并调节至正常工作状态。2.用无水乙醇将测试盒内清洗干净。盖上盒盖。将电阻仪测试极接到测试盒的两电极上，并施加100V电压，测试其绝缘电阻不低于1014Ω或不低于纤维电阻预计值的10倍后待用。3.断开测试盒两电极上的电压，将两电极相连接地、使极板上静电散逸。4.用镊子将纤维均匀地填入测试盒内，盖上盒盖使纤维在6cm×4cm×2cm的空间内。

5.将电阻仪测试极接到测试盒的两电极上。6.将测试电压施加在测试盒的两电极上，以通电后1min的电阻仪读数作为被测纤维的电阻值。7.重复步骤3。8.从测试盒中取出纤维。重复步骤4~7测试另一份纤维。

注：测量范围106Ω~1014Ω时测试电压为100V。如指针显示的仪器为了提高读数精度，可选用50V，但应在报告中注明。

电阻值102Ω~107Ω几的化学纤维短纤维可采用电桥法测试。五、指标和计算（一）体积比电阻

（2-18）式中：

—纤维的比电阻（Ω·cm）；12—仪器常数（cm）；R—纤维实测电阻值（Ω）；15—纤维质