紡織物理第五章纖維的光學(xué)性質(zhì)

1、第五章 纖維的光學(xué)性質(zhì)纖維的光學(xué)性質(zhì)是指纖維對(duì)光的吸收、反射、折射和透射的性質(zhì)，以及光在纖維中的傳遞性質(zhì)。纖維在光照下會(huì)呈色發(fā)光，纖維對(duì)不同振動(dòng)方向的光會(huì)產(chǎn)生不同的折射效果，纖維受光以后會(huì)老化降解，這些都是纖維的光學(xué)性質(zhì)。纖維的光學(xué)性質(zhì)直接取決于纖維的結(jié)構(gòu)，纖維的分子結(jié)構(gòu)能很好地將光線的光電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成纖維分子或電子云的振動(dòng)能，將使纖維的耐光老化性提高。纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的不同將引起纖維反光、折光性質(zhì)的變化，尤其是取向的分子排列將使纖維的光學(xué)各向異性特征明顯，應(yīng)該說(shuō)纖維的光學(xué)各向異性是纖維結(jié)構(gòu)的各向異性的最明顯的表征，也是用的最多最為方便的傳統(tǒng)測(cè)量方法。本章將重點(diǎn)介紹纖維的折射特征、雙折射性質(zhì)與測(cè)量

2、、纖維的光老化及發(fā)光現(xiàn)象，以及纖維的紅外光譜及性質(zhì)。通常光學(xué)性質(zhì)的討論范圍為紫外光（nm）、可見(jiàn)光（nm）和紅外光（um）。光的波長(zhǎng)不同，能量不同。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)不同其顏色不同，結(jié)果見(jiàn)表。 表51 各種顏色的波長(zhǎng)及波長(zhǎng)范圍顏色標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍紅700620780橙610595620黃580575595綠510480575藍(lán)470450480紫420380450第一節(jié) 纖維的反射與折射的性質(zhì)一、 光與纖維 當(dāng)光線照射在纖維上，在纖維與空氣或與其他介質(zhì)的界面處將發(fā)生反射與折射現(xiàn)象。該界面在纖維體內(nèi)存在時(shí)，情況也一樣。其光路與纖維的相互關(guān)系如圖所示。 （5.1）式中，為光線在空氣中或真空中的傳播速度；

3、為光線在纖維中的傳播速度。二、 纖維的折射率 纖維是一個(gè)軸對(duì)稱的各向異性體，其折射率在上是不同的。折射率大小的矢量在纖維中是一個(gè)空間橢球分布，如圖所示。可以看出，沿纖維軸向（z軸）的折射率較大，為橢球的長(zhǎng)度。在纖維經(jīng)向平面中的折射率為中心對(duì)稱、值相等且較少。圖52 纖維的折射率分布 設(shè)：纖維中的直角坐標(biāo)系的z軸為纖維軸方向，則、分別表示纖維中沿x、y、z軸的折射率值。則有：= = 而纖維軸的整體平均折射率值，即將纖維看成一各向同性體時(shí)的折射率值為：=（+） （5.1）或 =（2+） （5.2） 通常纖維的折射率有=,即平行纖維軸的折射率較大，光的傳播速度較低；垂直纖維軸的折射率較小，故光的傳播

4、速度較快。 光子在介質(zhì)中的傳遞是受到介質(zhì)的光密度影響的。而介質(zhì)的光密度是由電子密度和電子云的易動(dòng)性決定的。光子通過(guò)介質(zhì)時(shí)，必然會(huì)與電子發(fā)生碰撞，和對(duì)電子云發(fā)生干擾，引起光子能量的轉(zhuǎn)換與損耗，以及介質(zhì)電子云的騷動(dòng)，這將改變光子的運(yùn)動(dòng)速度與方向。在宏觀上體現(xiàn)出光線的傳遞速度減慢，光波波長(zhǎng)的變化和折射率的增大。因此，只要結(jié)構(gòu)不同，分子排列方式不同、晶格參數(shù)（三軸方向和長(zhǎng)短）不同，折射率值就會(huì)不同。三、 纖維的反射與光澤 由圖可知，除了折射外另一主要的光學(xué)現(xiàn)象為光的反射。圖中繪出的只是一種鏡面反射和多層反射。實(shí)踐中，鏡面反射只是主反射線，在其他各個(gè)方向上也有反射，稱為漫反射或者散射，如圖（a）所示。這

5、與纖維的表面形態(tài)不同引起的散射不同有關(guān)，見(jiàn)圖（b）,形態(tài)不同是由主反射線的變化引起的。前者是微觀結(jié)構(gòu)作用；后者為宏觀形態(tài)作用。入射主反射散射 (a)反射示意圖 (b)形態(tài)散射示意圖 光的反射直接影響被光照物的光澤特征。 光線由光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的反射量，可由flamier公式來(lái)表達(dá)，反射系數(shù)r為： r= (5.3) r0= (5.4) 對(duì)纖維來(lái)說(shuō)，反射系數(shù)r一般為0.20.23左右，折射率n在1.51.6內(nèi)。第二節(jié) 纖維的雙折射與測(cè)量一、 纖維的雙折射 對(duì)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，當(dāng)沿著兩個(gè)不同的光軸的光線傳播時(shí)，由于在此二方向上光密度的不同，將使光線產(chǎn)生兩種傳遞速度，即具有兩個(gè)折射率值，這種現(xiàn)象

6、就稱為雙折射現(xiàn)象，表征其的指標(biāo)為雙折射率n 。雙折射現(xiàn)象的本質(zhì)是材料結(jié)構(gòu)的各向異性的光學(xué)反映，對(duì)于三軸方向的折射率不同的物質(zhì)其雙折射率有三個(gè)。若直角坐標(biāo)系中的三個(gè)折射率分別、則雙折射率為： （.） 由于纖維是軸對(duì)稱的各向異性體，即只存在平行纖維軸的折射率和垂直纖維軸折射率，故纖維的雙折射定義為：n （.） 即平行于纖維軸振動(dòng)的平面偏振光傳播時(shí)的折射率與垂直于纖維軸振動(dòng)的平面偏振光傳播時(shí)的折射率的差值n。其物理過(guò)程為，當(dāng)一束平面偏振光進(jìn)入纖維時(shí)，可將其分解為二組相互正交的平面偏振光如圖所示一是沿纖維軸向振動(dòng)的平面偏振光，其一般傳播速度較慢，折射率值較大，稱為非常光，或稱慢光，又稱e 光。另一是垂

7、直纖維軸方向振動(dòng)的平面偏振光，其一般傳播速度較快，折射率較低，稱為尋常光，或稱快光，又稱o光。故一般情況中光對(duì)纖維的作用結(jié)果是：v<v, >但也有不同情況，通常將：>即n > 0稱為正晶體； < 即n < 0稱為負(fù)晶體； > 即n 0稱為零晶體（或者各向同性體）。纖維的雙折射值有大有小，一般在范圍內(nèi)，而且其值有正有負(fù)如滌綸為n ，玻璃纖維n ，腈綸為n 。二、 影響纖維雙折射值的因素 影響纖維雙折射值的因素很多，但基本上可以從纖維結(jié)構(gòu)影響的角度和環(huán)境條件上來(lái)討論。、 纖維的結(jié)構(gòu)因素（） 極性基團(tuán)及其排列方向 極性基團(tuán)的極性聚乙烯與聚氯乙烯a)-c-c-

8、c-b)滌綸：粘膠與醋酸纖維：粘膠：極性基團(tuán)的方向 因此光振動(dòng)的方向與極性基團(tuán)的偶極軸方向的一致性極為重要。相同時(shí)極化作用強(qiáng)，光傳遞損耗大，速度慢；垂直時(shí)，極化作用小，損耗小，光傳導(dǎo)速度高。光電場(chǎng)對(duì)極性基團(tuán)的極化度與折射率的關(guān)系為： 如腈綸分子結(jié)構(gòu)，因機(jī)心風(fēng)格基團(tuán)方向的影響，加之分子間排列中的側(cè)向有序和軸向短程有序，長(zhǎng)程無(wú)序，使腈綸變?yōu)樨?fù)晶體材料。（） 纖維的密度和結(jié)晶度纖維的結(jié)晶度增加意味著纖維密度的增加，而纖維密度與折射率的關(guān)系，根據(jù)gladston & dales方程可得：同理存在： 即折射率與密度成正比，雙折射值也與密度成正比。這也就是說(shuō)，對(duì)同種纖維來(lái)說(shuō)，纖維得密度越高，其雙折

9、射值越大。（） 纖維大分子的構(gòu)型（） 纖維種分子得取向排列根據(jù)：其中：n為鏈段數(shù)，為牽伸比。其中：前者為極性分子的極化度；后者為鏈段的雙折射值（5（） 形狀雙折射率當(dāng)兩種各向同性體得物質(zhì)（或同種物質(zhì)不同形態(tài)）以一定方式有序排列組合時(shí)，該混合物將產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這種雙折射定義為形狀雙折射。這種雙折射現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是界面的有序排列而致，故又稱為界面取向雙折射。如圖所示，玻璃棒插入水中，會(huì)形成雙折射。對(duì)于不同的界面形成的形狀雙折射值是不同的，如圖所示。（） 水分對(duì)纖維雙折射的影響纖維吸收水分后變?yōu)榛旌象w，纖維自身的雙折射和界面的雙折射將會(huì)共同存在。即：則：令：所以，纖維與水的混合體的折射為：三、纖維雙折

10、射的測(cè)量 纖維雙折射的測(cè)量方法有許多，有傳統(tǒng)的、近代的；也有這些方法與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的方法；有基于折射率的測(cè)量方法；亦有根據(jù)雙折射現(xiàn)象的直接雙折射值的測(cè)量方法。雖然測(cè)量方法多種多樣，但依據(jù)獲得雙折射值的途徑可將這些方法分為直接法和間接法二類。、 間接方法所謂間接方法是利用纖維在某種介質(zhì)中（通常為液體），其光學(xué)人折射性質(zhì)與該介質(zhì)相同時(shí)，即兩物質(zhì)的界面消失時(shí)，測(cè)量該介質(zhì)的折射率，包括平行和垂直纖維軸的折射率，最終求得纖維得雙折射率。其原理為：當(dāng)nf=ns (5.13)式中nf、ns分別為纖維的折射率和溶液的折射率，如果入射光的平面振動(dòng)方向分別垂直和平行與纖維軸時(shí)就可以得到：nfns或者nfns

11、最終得到纖維的雙折射率：nf（nn）f（nn）s (5.14)上式中溶液的折射率ns 可以阿貝折射儀直接測(cè)量獲得。顯然要實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量原理，不許要解決兩個(gè)問(wèn)題：如何使溶液的折射率ns與纖維的折射率nf相等；怎樣確切地知道 ns=nf，一般要求精度為<對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題一般采取三種方法解決。（） 溶液混合法因?yàn)槔w維地折射率一般在.之間，通常只需要選擇兩種互溶地溶液，一種為高折射率（>1.6）的溶液（如溴代萘）；一種低折射率（<1.5）的溶液（如石蠟油1.47）。將這兩種溶液以不同的比例進(jìn)行混合，而獲得不同的折射率的混合液，以覆蓋被測(cè)纖維的折射率(1.51.6之間)。這一混合折射率ns

12、為：（）這種混合法在理論上極為簡(jiǎn)單明了，但在實(shí)際應(yīng)用中要求很多很嚴(yán)。具體內(nèi)容有： 兩種溶液能很好的相溶，而無(wú)化學(xué)反應(yīng)； 兩種溶液的物理性能穩(wěn)定，不易揮發(fā)； 兩種溶液的比重應(yīng)盡量一致，避免分層； 兩種溶液的折射率要能覆蓋所有被測(cè)纖維的折射率； 兩種溶液的透明度要高，無(wú)毒，無(wú)味。 實(shí)際上要滿足這些條件是極不容易的。（） 改變光波波長(zhǎng)法 利用不同波長(zhǎng)的光與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生色散即其折射率會(huì)發(fā)生變化的特點(diǎn)，連續(xù)地調(diào)節(jié)光波波長(zhǎng)值，使纖維的折射率與溶液的折射率一致。完成這一光波波長(zhǎng)變化的裝置 n是一個(gè)可連續(xù)變化波長(zhǎng)的單色器，即光柵。這種測(cè)量方法的曲線示意圖見(jiàn)圖510。0圖中nsi為溶液的色散曲線；纖維

13、的色散曲線。顯然隨光波波長(zhǎng)的變化，nsnf ，當(dāng)=i時(shí)，nsi= nf 。事實(shí)上，溶液不同（或溫度不同）ns的色散曲線位置不同，nf的值也就不同。因此測(cè)量時(shí)必須注意溶液和溫度的一致性。（） 溫度變化測(cè)量法 由于溶液和纖維所受的溫度不同，其折射率也會(huì)不同，即存在溫度與折射率的關(guān)系曲線，如圖511所示。 圖511 隨著溫度的上升，纖維和溶液的折射率下降，因此連續(xù)地改變溫度，就能找到使纖維折射率nf等于溶液的折射率ns的溫度點(diǎn)。即：當(dāng)t=ti時(shí)，nsi= nf 。這種改變溫度的方法，只需一個(gè)具有恒溫和可先行升溫的溶液槽即可。 上述三種方法比較，（1）法最簡(jiǎn)單，無(wú)需專門設(shè)備，亦最常用；（2）法只是設(shè)備

14、復(fù)雜些，但是測(cè)量速度快，準(zhǔn)確。 對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，即如何準(zhǔn)確地判定ns= nf ，其解決方法有多種。（） 倍克線法（beck line） 其原理是，當(dāng)纖維放置在某一折射率的溶液中，如果纖維的折射率與溶液的折射率不同時(shí)，會(huì)有明顯的界面。但當(dāng)ns nf時(shí)，界面就會(huì)變得不十分清楚。在此微小的范圍中，如何（準(zhǔn)確地）判斷ns= nf ，倍克線的移動(dòng)方向可以用來(lái)有效地判定ns與 nf的關(guān)系。倍克線是在交界面附近的一條淡線。 通常當(dāng)ns>nf時(shí)，溶液與纖維構(gòu)成一個(gè)凹透鏡的形式如圖512（a）。其為一個(gè)發(fā)散透光，因此當(dāng)聚焦平面向上移動(dòng)時(shí)，倍克線向外移動(dòng)，反之向內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)ns< nf時(shí)，溶液與纖維構(gòu)成

15、一個(gè)凸透鏡。如圖512（b）所示。其相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)聚透光。因此，在此條件下，當(dāng)焦平面上升時(shí)，倍克線向內(nèi)移動(dòng)，反之向外側(cè)移動(dòng)。515但對(duì)（1）法，兩種液體混合折射率不接近nf時(shí)，如果（ ）就會(huì)發(fā)生ns>nf ，反之，ns< nf 。這時(shí)再加溶液（ ）就必須知道應(yīng)該是提高ns ，還是降低。要知道這一問(wèn)題就可采用倍克線法。圖：當(dāng)ns>nf時(shí)，纖維=凹透鏡，光發(fā)散，當(dāng)焦平面上升時(shí)，倍克線外移，有纖維內(nèi)向纖維外移動(dòng)。 當(dāng)ns< nf時(shí)，纖維=凸透鏡，光內(nèi)聚，當(dāng)焦平面上升時(shí)，倍克線由外向纖維內(nèi)移動(dòng)。向上移物鏡，倍克線向外，ns>nf ；向上移物鏡，倍克線向內(nèi)，ns< nf

16、 。當(dāng)光（）消失時(shí)，倍克線也不存在。（） 中央照明法原理與倍克線法基本相當(dāng)，主要是物鏡上下移動(dòng)的距離較大，其是尋找在纖維中央（）存在的一根明亮的線條，如有，則根據(jù)物鏡的上升還是下降確定溶液的折射率是大還是小，但此法對(duì)于高倍數(shù)時(shí)，下降距離往往不移。圖：（） 相差顯微鏡法圖： 光線通過(guò)折射率不同的物質(zhì)，要發(fā)生速度的改變，產(chǎn)生光程差。光程差即反射光波的振動(dòng)的相位差，利用相差顯微鏡檢驗(yàn)是否存在0，而調(diào)節(jié)溶液的混合比或溫度以致光波波長(zhǎng)，使0成立，這時(shí)的ns= nf 。（） 干涉顯微鏡同上，利用干涉加強(qiáng)為同相位，干涉（ ）則有相位差，改變ns 、t 、使干涉光強(qiáng)最大，此時(shí)，ns= nf ，則ns 。比較：

17、（1）、（2）簡(jiǎn)單，精度低；（3）、（4）設(shè)備要求高，精度高。517而已知纖維的折射率要求纖維的雙折射，這將是一件很容易的事，只需采用平面偏振光，當(dāng)平面偏振光的振動(dòng)方向與纖維平行時(shí)，即測(cè)得n ；與纖維垂直時(shí)，即是n , n-n=n（二）平面偏振光通過(guò)纖維的現(xiàn)象1、滯后現(xiàn)象及橢圓偏振光（光程差的概念）當(dāng)一束平面偏振光與纖維軸呈一定夾角射入纖維時(shí)，光線由于從光疏物質(zhì)進(jìn)入光密物質(zhì)，就會(huì)發(fā)生速度減慢的現(xiàn)象，即單位時(shí)間通過(guò)的光程要發(fā)生變化，s=vc·t n= vc/v ns= vc·t由于纖維是各向異性體，因此平面偏振光進(jìn)入纖維后，其沿纖維軸方向振動(dòng)的光波不易于傳播，速度較慢，一般稱

18、為非尋常光，用e表示；沿纖維軸垂直方向振動(dòng)的光波易于傳播，速度較快，一般稱為尋常光，用o表示。顯然：e光（平行于纖維軸）和o光（垂直于纖維軸）在出纖維后必將發(fā)生光程上的差異，此稱為光程差。s=vc·t-vc·t=ns-ns=s(n- n)同樣振動(dòng)頻率的光，有光程差，必然存在相位差。518如果纖維直徑或厚度是一致的，那么光程差或相位差就正比例與雙折射，n=n-nn= n-n 顯然n，。這就是平面偏振光通過(guò)纖維時(shí)的滯后現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因很顯然是纖維的各向異性所致。由于進(jìn)入纖維的平面偏振光平行方向和垂直方向傳播有滯后現(xiàn)象，結(jié)果進(jìn)入纖維的平面偏振光在出纖維后就發(fā)生了變化，變成了橢圓

19、偏振光，即e光和o光在出纖維后因相位差的原因相互合成為（ ）的橢圓振動(dòng)，這就很方便的在理論上證明。圖（ ）進(jìn)入纖維的平面偏振光的振動(dòng)方程為：則：顯然：最后簡(jiǎn)化整理為：式很顯然是一橢圓方程。一般采用入射平面偏振光的振動(dòng)方向與纖維軸的夾角為，這時(shí)的振動(dòng)為對(duì)稱振動(dòng)。=時(shí)，在這種情況下：=(2k+1)/2時(shí)，為圓偏振，y2+z2=a02/2；=k時(shí)，為平面振動(dòng)，y±z=0。此處k=0,1,2,.顯然隨變化，橢圓偏振光的橢圓率會(huì)發(fā)生變化，可有直線圓直線圖：（）平面偏振光（) =vct-vct=d(n-n)s=v·tns=vctn=vc/vns-ns= vct-vct=vc(t-t)=

20、s(n-n)、通過(guò)各種纖維時(shí)的現(xiàn)象在檢測(cè)纖維時(shí)平面偏振光路是這樣的。圖：（）所以當(dāng)纖維厚度一定時(shí)且同種纖維，即：=const。圖：（）這樣如果將一纖維放入正交的起偏器形成的視野中，視野應(yīng)該是全顯的，但纖維（）其各向異性的原因而產(chǎn)生橢圓偏振光，纖維就不一定是全顯體，但隨著纖維軸與起偏器夾角的改變，其亮暗程度會(huì)發(fā)生改變，如果是各向異性的纖維，n-n0。則k/2時(shí)，上述推導(dǎo)，a0i0纖維與周圍視野一樣，是顯體，即、四個(gè)位置?？梢韵胂蟮某鲈谶@些位置無(wú)分解現(xiàn)象。當(dāng)(2k+1)/4時(shí)，這時(shí)纖維是明亮的，即在、四個(gè)位置上，由于纖維的各向異性不相同，這種情況也有差異。n-n0各向同性纖維，玻璃、醋脂、腈綸，即

21、使在、位置也是顯的，因?yàn)榇┻^(guò)纖維無(wú)橢圓偏振產(chǎn)生； 各種合成、人造、毛、絲纖維各向異性，同上分析； 棉、麻、復(fù)合纖維，因其小纖維的電子（）和排列形成的正反而交（），圓始終是亮的。、干涉色現(xiàn)象上面我們講到的基本上都是單色偏振光，如采用自然光線，即全色光偏振后通過(guò)纖維，就會(huì)產(chǎn)生干涉色現(xiàn)象。因?yàn)樽匀还獾墓獠úㄩL(zhǎng)為，其同時(shí)通過(guò)纖維時(shí)，不同波長(zhǎng)的振動(dòng)頻率不一樣，最后出來(lái)后，因纖維各向異性的影響，相位差也不一樣。12.n12.n公式（）=2/這樣通過(guò)纖維后，有的波長(zhǎng)顏色的光全符合=(2k+1)，相干加強(qiáng)而顯色，=2k時(shí)，相干減弱而不顯色。（k=1、2、.n)此是空間問(wèn)題不是平面問(wèn)題，不要搞混。圖：（）這樣通

22、過(guò)檢偏器后，原來(lái)的全色光將變?yōu)橹挥心硯追N顏色的平面振動(dòng)光而顯不同的色彩。圖表：（ ）523棉纖維的成熟度測(cè)量中所運(yùn)用的正是這一原理。因?yàn)槊蘩w維的成熟度不同，其（）的厚度不同，d不同，而且對(duì)纖維的各向異性也有一定的影響，成熟度高的棉纖維（），取向排列成分多，各向異性大，(n-n)，這樣，出纖維的光干涉情況發(fā)生變化，成熟與未成熟纖維的干涉色就會(huì)出現(xiàn)差異，根據(jù)這種干涉色的差異就可判斷纖維的成熟與否。一般厚度影響是最為主要的，棉纖維的厚度一般在um，雙折射：.左右，故：=10×0.02530×0.045=250um1350um但一般正常成熟棉纖維的左右范圍，一般只有光程差mu，故色

23、不豐富。（）加入補(bǔ)償片如一級(jí)紅（）片，增加mu，使纖維的干涉色更為豐富清晰。對(duì)一級(jí)紅，成熟纖維為黃、綠、橙色；未成熟纖維為透明紅、無(wú)色、紫、深藍(lán)。如減去一個(gè)mu，為三級(jí)紅，這時(shí)成熟纖維為黃綠；未成熟纖維為紅色。不加補(bǔ)償片，未成熟的為鐵灰；成熟的為灰色。（三）直接方法 運(yùn)用光學(xué)原理及儀器直接測(cè)量纖維的雙折射和光程差，其根據(jù)：=d(n-n)則纖維的雙折射為/d。采用這種方法，其中有一個(gè)很重要的參數(shù)d，一般較難確定，原因是：第一、纖維是非圓形的；第二，纖維的直徑是變化的。因此這種方法要做到準(zhǔn)確，就必須限制纖維的形態(tài)，要求被測(cè)纖維是圓形的，d=直徑。 這樣在已知纖維細(xì)度值的情況下，可以直接測(cè)得光程差而

24、求出雙折射值。直接方法有多種，其中有：石英楔子法； 干涉法； 薩那蒙補(bǔ)償法； 其他補(bǔ)償法。這里介紹的兩種有代表性的，一是薩那蒙；一是干涉法。、 薩那蒙補(bǔ)償法 光學(xué)彩光及原理 如圖所示：纖維與起偏器撐度角，起偏器與檢偏器正交，/補(bǔ)償片的慢光方向與檢偏器振動(dòng)方向平行，這樣只要通過(guò)纖維后產(chǎn)生橢圓偏振光，不管是何形式，其經(jīng)/補(bǔ)償片作用就會(huì)變成平面圖：（） 偏振光，但其振動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)了角，而該角與實(shí)際的相位差成特定關(guān)系：=/2。這樣只要轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器角，就可達(dá)到與補(bǔ)償后的平面偏振光相互垂直而完全消光的目的。因此，只要檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)到視野中纖維全黑時(shí)，這時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度就為角，已知，根據(jù)：這時(shí)，已知，單色光，d：纖維

25、直徑已知。 原理的理論證明已知通過(guò)纖維的橢圓偏振方程為：為對(duì)稱：=45°圖：（）實(shí)際上輸入角度°時(shí)，方塊就會(huì)變成長(zhǎng)方形，=0，就有斜線變成正橢圓。理論上：所以當(dāng)纖維如前光路系統(tǒng)安排時(shí)，/4補(bǔ)償片的插入，圖：（）所以正橢圓被改變成與起偏器成角的平面偏振光。該角可根據(jù)求得。因?yàn)椋捍耄憾ㄟ^(guò)/4補(bǔ)償片的光已變成平行偏振光，則檢偏器只要轉(zhuǎn)動(dòng)與其垂直視野就會(huì)黑。而轉(zhuǎn)角與關(guān)系已知，所以可求出：這里我們只討論了0的情況，實(shí)際纖維有時(shí)光程差會(huì)差幾個(gè)波長(zhǎng)。如滌綸纖維，其<2，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)多根干涉條紋，隨纖維的厚度不同而改變，一般采用斜切法來(lái)求其相位角，將纖維斜切，看其相涉條紋數(shù)共三條

26、，然后轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器時(shí)，亮變暗，暗變亮。圖：（）、 干涉法有單光束、雙光束、多光束法。雙光束法：圖：（）求纖維的厚度及光程差。 以上幾種方法比較：間接法中的倍克線法：表面雙折射操作可測(cè)的較準(zhǔn)，適用各種纖維（除滌綸）；直接法中的薩那蒙法：整體雙折射，操作方便對(duì)同形測(cè)量精度尚可；直接法中的干涉法：快速、精確，各種纖維、各種厚度、表面、整體均可。多光束法：圖：（）第節(jié) 纖維對(duì)光的吸收及光老化一、 纖維對(duì)光的吸收 光線通過(guò)折射進(jìn)入纖維后，除了，反射和透射，就是在纖維內(nèi)部的多次反射折射而被纖維的分子原子所吸收，這些吸收的光及其能量便轉(zhuǎn)換為原子中的電子云的偏移振動(dòng)，電子的能級(jí)的躍遷、非彈性振動(dòng)和置換的能量轉(zhuǎn)換

27、（光能熱能）、物質(zhì)的發(fā)熱以及分子間分子內(nèi)鍵和作用力的破壞，產(chǎn)生游離基的化學(xué)能，由于這些光能向其他能量或運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化，動(dòng)能、熱能、化學(xué)能、電子能級(jí)變化等，就會(huì)產(chǎn)生許多有趣的現(xiàn)象或令人討厭的后果。二、 纖維的光致發(fā)光現(xiàn)象 纖維被波長(zhǎng)較短的紫外光照射時(shí)（一般幾百至 ）受激可產(chǎn)生可見(jiàn)光，這種現(xiàn)象就稱為光致發(fā)光現(xiàn)象，光致發(fā)光有二種。一種是熒光現(xiàn)象，其指纖維在受到紫外光線的照射時(shí)，即受激發(fā)射產(chǎn)生的可見(jiàn)光，稱為熒光；（ ）另一種為磷光，即紫外光線照射停止后的一段時(shí)間內(nèi)仍在繼續(xù)發(fā)光的現(xiàn)象，稱為磷光。（ ）熒光或者磷光的顏色以及磷光的延滯時(shí)間的長(zhǎng)短，可以用來(lái)鑒別纖維和討論纖維的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。532纖維名稱熒光顏色磷光

28、顏色磷光延滯時(shí)間（s）棉淡黃色淡黃色 20棉（未成熟）淡蘭色淡黃色 17棉（絲光）淡紅色淡黃色 27.5絲(脫膠)淡蘭色淡黃色 23.5羊毛淡黃色無(wú)色12黃麻淡蘭色黃色15亞麻(生) 紫褐色無(wú)色5.75粘膠白色紫陰影黃色10粘膠(強(qiáng)光澤)淡黃色紫陰影無(wú)色19錦綸淡蘭色淡黃色 22.5533三、 光作用下的降解（聚合物的光降解、光氧化和光穩(wěn)定） 光照作用下的降解過(guò)程一般為：光降解光氧化。其與熱降解、熱氧化的作用機(jī)理有很大的不同之處，但測(cè)試方法大致類同。到目前為止，對(duì)機(jī)理的看法都是片面的和不完整的，其作用機(jī)理比人們想象的要復(fù)雜的多。（一） 均聚物、 聚乙烯 在真空中，紫外光照射（=2537，無(wú)氧化

29、）主要發(fā)生鍵斷裂和鏈的交聯(lián)。分子式（ ）534分子式535第節(jié) 紅外光譜與紅外二色性紅外光譜法是測(cè)量纖維分子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的一種有效方法，由于紅外光譜的測(cè)量原理和方法的引伸，紅外光譜不僅能反映纖維的分子構(gòu)成及各組（ ）量的多少以及纖維材料的鑒別方法，而且可以用來(lái)研究纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（超分子結(jié)構(gòu)）和纖維混合比的測(cè)量。一、 紅外吸收光譜的基本原理 紅外光與x光、紫外光、可見(jiàn)光、微波、無(wú)線電波一樣，從本質(zhì)上都是一種電磁波，而只是波長(zhǎng)的不同。紅外光波位于紫外光與微波之間，分為近、中、遠(yuǎn)紅外紫外光 近 中 遠(yuǎn) 微波（ ） 0.720u 2025u 25300u 5000400u 紅外光測(cè)量一般采用的是中紅外

30、區(qū)，此區(qū)對(duì)于分子中原子極性基團(tuán)和原子核的振動(dòng)極為敏感，其頻率與這些振動(dòng)頻率正好在不同的范圍之內(nèi)，因此極易引起這些振動(dòng)形式產(chǎn)生共振而吸收能量。反對(duì)稱對(duì)稱伸縮振動(dòng) 這些振動(dòng)方式有： 扭曲振動(dòng)（ ）外搖擺剪切搖擺平面搖擺變形振動(dòng)536這些振動(dòng)將改變分子或原子的偶極矩，而引起能量的改變，而吸收紅外光波能量。不同的振動(dòng)頻率段，即不同的波（ ）處就會(huì)產(chǎn)生吸收現(xiàn)象，由lanbest beer （ ）式中：io為入射光強(qiáng)強(qiáng)度；i為出射光強(qiáng)強(qiáng)度；a為（）系數(shù)；b為厚度；c為濃度。利用這一原理將一定強(qiáng)度的紅外光照射在纖維上，而通過(guò)一整套聚光、反光和分光裝置，將接收所得的紅外透射光信號(hào)按不同的波長(zhǎng)（或稱波數(shù)）記錄下來(lái)，得到紅外吸收分光與譜圖，然后根據(jù)譜圖中的特征吸收峰來(lái)分析纖維中各種成分的含量。其主要根據(jù)是每一特征峰反映一種基團(tuán)的某種振動(dòng)形式，且每一特征峰的大小反映了這種振動(dòng)能量的大小。圖：（）二、 紅外二色性是采用不同振動(dòng)方向的平面偏振光照射纖維，獲得紅外圖譜，最常用的是采用垂