广纺院纺织材料学课件10纺织材料的热学、电学和光学性质

第十章纺织材料的热学、电学和光学性质

(Thermal、ElectricalandOpticalProperties)本章主要内容

纺织材料的热学性质

导热与保温、热转变点、阻燃性与抗熔性、热膨胀与热收缩、热塑性与热定型、耐热性与热稳定性等性质

纺织材料的电学性质介电性质、比电阻的基本概念及影响因素、纤维的静电现象纺织材料的光学性质纤维的色泽及影响因素、耐光性、光致发光、双折射、二向色性

一、基础知识（一）纺织纤维的热学性质纺织纤维的导热与保温

纺织纤维的热转变点

纺织纤维的阻燃性与抗熔性合成纤维的热收缩

纺织纤维的热塑性和热定型纤维的耐热性和热稳定性1、纺织纤维的导热与保温

（1）导热性指标导热系数λ(W.m/m2.℃)

指当材料的厚度为1m及表面之间的温差为1℃时，1s钟内通过1m2的材料传导的热量焦耳数。即：λ=

式中λ---热导率[W/(m·ºc)]Q---传导的热量(J)D---材料的厚度(m)

⊿t---温差(ºc)H---传导热量的时间(s)

A---材料的面积(m2)（2）影响导热系数的因素与纤维的体积重量有关：体积重量在0.03~0.06g/cm3范围时，导热系数最小。与温度有关，随温度提高而增加；与回潮率大小有关，随回潮率增大而增大。

2、纺织纤维的热转变点（1）热塑性纤维的力学三态：玻璃态、高弹态和粘流态

A.玻璃态纤维在受力作用时，一般只发生键长、键角或基团的运动。链段及大分子的运动均被冻结。具有一般固体的普弹性能。

B.高弹态

受力作用下，高聚物可以发生链段运动，所以有较大的变形。但又因整个分子不发生位移，所以这种变形在外力除去后经过一段时间可以回复，称高弹性变形。

C.粘流态

受力作用下，通过链段的协同运动，可实现整个大分子的位移。此时，高聚物无固定的形状，属粘性液体，稍一受力即可变形，因而具有可塑性。

热塑性纤维的温度-变形曲线玻璃态B-高弹态C-粘流态

(2)纺织纤维的热转变点

将态发生转变，以及纤维性质有显著变化时的温度称为热转变点。

A.玻璃化温度Tg

指从玻璃态向高弹态转变的温度，也就是高聚物链段运动开始发生的温度。

B.粘流温度Tf

从高弹态向粘流态转变的温度，也就是高聚物熔化后发生粘性流动的温度。

C.软化温度Ts

在一定的压力及条件（如试样大小、升温速度、施力方式等）下，高聚物达到一定变形时的温度。

D.熔点Tm

指高聚物内晶体完全消失时的温度，也就是结晶融化时的温度。热塑性纤维和非热塑性纤维物理状态随温度变化而改变的规律；大多数热塑性纤维（如锦纶、涤纶等）随温度升高有三态变化，高温下先软化后熔融，具有软化点和熔点；非热塑性纤维（如天然纤维、再生纤维和一部分合纤）受热后无三态变化，达到分解点即分解。3、纺织纤维的阻燃性与抗熔性（1）纺织纤维的阻燃性纺织纤维按其燃烧能力的不同可分为：易燃的：燃烧迅速，如纤维素纤维、腈纶；可燃的：燃烧缓慢，如羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶和维纶等；难燃的：与大火焰接触时燃烧，离开火焰自行熄灭，如氯纶；不燃的：与火焰接触也不燃烧，如石棉、玻璃纤维、碳纤维等。表示纤维极其制品燃烧性能的指标可燃性指标：点燃温度或发火点（℃）点燃温度或发火点越低，纤维越易燃烧耐燃性指标：极限氧指数

极限氧指数（LOI）定义：指材料经点燃后在氧-氮大气里持续燃烧所需的最低氧气浓度，一般用氧占氮-氧混合气体的体积比（或百分比）表示。LOI值越大，材料的耐燃性越好。

提高纺织材料阻燃性的方法

用防火整理剂进行整理制造阻燃纤维（2）纺织纤维的抗熔性抗熔性定义：纤维接触火星时抵抗破坏的性能。影响抗熔性因素：纤维的熔点、分解点高低；熔融、分解所需热量；比热容、回潮率大小热塑性合纤抗熔性差，天然纤维和粘纤抗熔性好4、合成纤维的热收缩指合成纤维受热后产生不可逆的收缩现象。按加热介质不同分为：沸水收缩率

一般是指将纤维放在100℃的沸水中处理30min，晾干后的收缩率。热空气收缩率

一般是指用180℃、190℃或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是指用125~130℃饱和蒸汽为介质处理一定时间（如3min）后的收缩率。合成纤维的热收缩率图示1-沸水收缩率2-热空气收缩率（190℃下处理15min）3-饱和蒸汽收缩（锦纶6：在125℃下处理3min；锦纶66和涤纶：在130℃下处理3min）5、

纺织纤维的热塑性和热定型(1)热塑性(2)热定型热塑性纤维的热定型非热塑性纤维的热定型蚕丝纤维的热定型影响热定型效果的主要因素温度时间介质

6、纤维的耐热性和热稳定性（1）耐热性：纤维在高温下保持自己的物理机械性能的能力。表示方法：A.纤维受高温作用回到常温后强度能基本恢复的温度B.纤维随温度升高强度降低的程度(2)热稳定性指材料对热裂解的稳定性表示方法用在一定温度下，强度随着时间而降低的程度来表示。耐热性好的纤维，热稳定性并不一定好，只有涤纶同时具有良好的耐热性和热稳定性。(二)纺织纤维的电学性质

纺织纤维的介电性质纺织纤维的电导性能

纺织纤维的静电

1、纺织纤维的介电性质(1)纤维的介电常数定义：影响纺织材料的介电常数的因素：纤维内部结构：

主要是分子量、密度和极化率。外界的影响因素：

环境温度、回潮率、电场频率和纤维在平板电容器间的堆砌紧密程度等。(2)纤维的介质损耗定义：介质在电场作用下引起发热而消耗的能量。应用：对纺织材料进行加热烘干。2、纺织纤维的电导性能

(1)

纤维的比电阻表示纤维导电能力的指标是比电阻。

表面比电阻ρs：指电流通过宽度为1cm、长度为1cm的材料表面时的电阻（Ω）；

体积比电阻ρv：指电流通过截面积为1cm2、长度为1cm的材料内部时的电阻（Ω）；

质量比电阻ρm：指电流通过长度为1cm、重1g的纤维束时的电阻（Ω）(2)影响纺织纤维比电阻的因素纤维内部结构对比电阻的影响:a非极性分子组成的纤维，比电阻大

b聚合度大、结晶度大、取向度小的纤维比电阻大吸湿对比电阻的影响干燥的纺织纤维比电阻很大，吸湿后比电阻下降。温度对比电阻的影响电阻随温度的升高而降低纤维上的附着物对比电阻的影响天然纤维表面附着物的存在，会降低纤维的比电阻；化学纤维加上适当的含有抗静电剂的油剂，能大大降低纤维的比电阻。其他因素对比电阻的影响如：测试时的电压高低、测定时间长短和所用电极材料等３、纺织纤维的静电（１）静电的产生纺织纤维的比电阻很高，在加工和使用过程中因摩擦产生的静电荷，不易散逸而积累（２）静电的危害：使纤维发生粘结或分散；吸附飞花与尘埃，造成纱疵；静电放电；其他：影响电器仪表的准确性，使录音磁带产生杂音等等（３）应用静电植绒、静电纺纱、静电吸尘、静电喷涂，氯纶织物利用静电治疗风湿关节炎等（４）静电的防止提高车间的相对湿度；纤维上加油剂；纤维混纺；适当配置导纱件的材料；安装静电消除器；改善纤维本身的导电性。（三）纺织纤维的光学性质

纺织纤维的色泽

纺织纤维的耐光性

光致发光

纤维的双折射和二向色性

１、纺织纤维的色泽纤维的颜色天然纤维的颜色，取决于品种，即天然色素和生长过程中的外界因素纤维的光泽光泽是纤维的重要外观性质。光泽的强弱，主要由纤维对光的反射情况而定。影响纤维光泽的主要因素纤维的纵面形态；纤维截面形状；纤维层状结构蚕丝的形态结构特点截面大多数具有接近于三角形的外貌特征；是一种具有典型原纤型构造的长丝纤维，从纤维中平行排列的原纤直到长丝中平行排列的纤维，无不具有层状排列的构造；纤维中的原纤相互交络成一种网目状的构造，原纤间的网孔尺寸大致和可见光的波长相近；特有的丝胶-丝素的双组分结构，在纤维中大致平行的层状排列，并提供两种不同的折射率。蚕丝的光泽特点整个反射光比较强，正反射光比较多，所以光泽感强；内部反射光的比例高，并具有一定的色散和衍射反射效应，故光泽绚丽柔和；透过光有可能形成全反射，因此有闪灿的光速效果；沿纤维表面反射光强度的分布比较整齐，故光泽均匀。２、纺织纤维的耐光性耐光性：纺织纤维抵抗日光作用的性能。常见纤维的耐光性比较腈纶>羊毛>麻>棉>粘胶纤维>涤纶>锦纶>蚕丝３、光致发光定义：纺织纤维在受到紫外线照射时，材料的分子受到激发，会辐射出一定光谱的光，从而产生不同的颜色，这种现象称为光致发光。应用：用紫外线照射纤维，利用纤维的荧光颜色来鉴别纤维４、纤维的双折射和二向色性双折射光线投射到纺织纤维上时，除了在界面上产生反射光反射外，进入纤维的光线被分解成两条折射光。纺织纤维的这种光学性质称做双折射。偏振光振动方向平行于纤维轴向的偏振光的折射率与垂直方向的折射率之差叫双折射率。常用纤维的双折射率为-0.005~0.062。可利用纤维的双折射率进行取向度、棉纤维成熟度等性能的测试。（２）二向色性指纤维对平行和垂直于纤维轴向的偏振光具有不同的吸收性能。纤维束、蚕丝等纤维用某种染料染色，并于纤维中沉淀金、铜、银等金属之后，则当偏振光通过时，偏振光的振动面与纤维轴平行或垂直时，就呈现不同的颜色，这种现象称为二向色性。测定二向色性，可以定量地求得纤维的取向度，也可以明了染料的配置状态。二、纺织材料热学、电学和光学性质的实际应用

玻璃化温度与熔点在产品加工及使用中的指导意义纺织测试中对影响纺织材料介电常数的因素的应用及避免纺织加工中静电现象的防止研究与测定合成纤维的热收缩率在生产上的用途热定形在生产中和日常生活中的应用

1、玻璃化温度与熔点在产品加工

及使用中的指导意义玻璃化温度用于指导产品加工中热定形工艺的参数选择以及正确使用和保养；熔点用于规定该纤维的使用温度上限。2、纺织测试中对影响纺织材料介电常数的

因素的应用及避免

例如：电容式条干仪就是利用纱条长度方向上介电常数的变化与线密度的变化具有一致性设计的，而条干测量中则应使环境温湿度保持一定的稳定性；微波烘燥设备则是利用纤维的介电常数与纤维中水分的介电常数具有较大差异设计的。3、纺织加工中静电现象的防止提高车间的相对湿度给纤维