紡織材料纖維的熱學性質(zhì)

1、紡織材料纖維的熱學性質(zhì)第1頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二第一節(jié) 熱學性質(zhì) 比熱定義：質(zhì)量為1g紡織材料溫度變化1所吸收（放出）的熱量單位：J/g第2頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二一、紡織纖維的導熱與保溫 1.指標(1)導熱系數(shù) 定義：材料厚度為1m，兩表面之間溫差為1，每小時通過1m2材料所傳導的熱量。單位：Kcal/mh； W/m第3頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二常見纖維的導熱系數(shù)（在室溫20時測得） 纖維種類(Wm/m2)纖維種類(Wm/m2)棉0.071-0.073滌綸0.084羊毛0.052-0.055

2、腈綸0.051蠶絲0.050-0.055丙綸0.221-0.302粘纖0.055-0.071氯綸0.042醋纖0.050空氣0.026錦綸0.244-0.337水0.599第4頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二(2)絕熱率T T=(Q1-Q2）/Q1*100% 式中：Q1包覆試樣前保持熱體恒溫所 需熱量； Q2包覆試樣后保持熱體恒溫所 需熱量。 第5頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二(3)克羅值(CLO) 在室溫21攝氏度，相對濕度小于50%，氣流為10cm/s（無風）的條件下，一個人靜坐不動，能保持舒適狀態(tài)，此時所穿衣服的熱阻為1克羅值。 CL

3、O越大，則隔熱保暖性越好。第6頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二2. 影響纖維導熱性能的因素 分子量的大小 在同一溫度下，分子量越高。 溫度與回潮率的影響 T 因為隨溫度增加，分子的振動頻率加大，使熱量能籍此得到更好的傳遞。 水分越多，越大，保暖性越差.在同樣溫濕度條件下，吸濕能力比較好的纖維，導熱性比較好。 第7頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二3. 纖維集合體的體積重量 保暖與否主要取決于纖維層中夾持的靜止空氣數(shù)量。 纖維層中夾持的空氣越多，則纖維層的絕熱性越好。一旦夾持的空氣流動，保暖性將大大降低。 纖維層的體積重量在g/cm3，最小，保暖

4、性最好。 第8頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二4. 增強服裝保暖性的途徑 盡可能多的儲存靜止空氣； （中空纖維、多衣穿著、不透水） 降低W%； 選用低的纖維； 加入陶瓷粉末等材料 第9頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二 若對某一纖維施加一恒定外力，觀察其在等速升溫過程中發(fā)生的形變與溫度的關(guān)系，便得到該纖維的溫度-形變曲線（或稱熱機械曲線）。 纖維典型的熱機械曲線如下圖，存在兩個斜率突變區(qū)，這兩個突變區(qū)把熱機械曲線分為三個區(qū)域，分別對應于三種不同的力學狀態(tài)。形變溫度IIIIII二. 纖維的熱機械性能第10頁，共68頁，2022年，5月20日，10

5、點13分，星期二 在區(qū)域I，溫度低，纖維在外力作用下的形變小，具有虎克彈性行為，形變在瞬間完成，當外力除去后，形變又立即恢復，表現(xiàn)為質(zhì)硬而脆，這種力學狀態(tài)與無機玻璃相似，稱為玻璃態(tài)。玻璃態(tài)溫度形變IIIIII第11頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二 隨著溫度的升高，形變逐漸增大，當溫度升高到某一程度時，形變發(fā)生突變，進入?yún)^(qū)域II，這時即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當外力除去后，形變又可逐漸恢復。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學狀態(tài)稱高彈態(tài)。溫度形變IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)第12頁，共68頁，2022年，5月2

6、0日，10點13分，星期二當溫度升到足夠高時，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態(tài)。溫度形變IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學三態(tài)。第13頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)Tg粘流態(tài)粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)Tf第14頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二纖維的熱機械性能曲線的特點 （1）四個溫度 a.玻璃化溫度Tg 定義：非晶態(tài)高聚物大分子鏈段開始運動的最低溫度或由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。 b.粘流溫度Tf 定義：非晶態(tài)高聚物大分子鏈相互滑動的溫度，或由高彈態(tài)向

7、粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。 第15頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二c. 熔點溫度Tm 定義：高聚物結(jié)晶全部熔化時的溫度，或晶態(tài)高聚物大分子鏈相互滑動的溫度。 高聚物的Tm 低分子的Tm。 d. 分解點溫度Td 定義：高聚物大分子主鏈產(chǎn)生斷裂的溫度。 第16頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二（2）兩個轉(zhuǎn)變區(qū)： 玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū) （3）三種力學狀態(tài) ： 玻璃態(tài)：分子鏈段運動被凍結(jié)，顯現(xiàn)脆性 高彈態(tài)：分子鏈段運動加劇，出現(xiàn)高彈變形 粘流態(tài)：大分子開始變形 第17頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二幾種紡織纖維的熱轉(zhuǎn)變點 纖維種

8、類 玻璃化溫度 軟化點 熔點 分解點 洗滌最高溫度 棉 - - - 150 90-100羊毛 - - - 130 30-40桑蠶絲 - - - 150 30-40粘膠纖維 - - - 150 - 醋酯纖維 186195-205290-300- - 滌綸 80,67,90235-240256 - 70-100錦綸6 47,65180 215-220- 80-85錦綸66 85225 253 - 80-85腈綸 80-100,140-150190-240- 280-30040-45維綸 85干220-230水中110- - - 丙綸 -35145-150163-175- - 氯綸 82水中1102

9、00 - 30-40第18頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二Tg的影響因素（1）聚合物的結(jié)構(gòu)Tg是鏈段運動剛被凍結(jié)的溫度，而鏈段運動是通過主鏈單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，因此Tg與高分子鏈的柔順性相關(guān)，柔順性好，Tg低，柔順性差，Tg高。第19頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二a. 主鏈結(jié)構(gòu)主鏈由飽和單鍵所組成的聚合物，如-C-C-，-C-N-，-C-O-，-Si-O-等，柔順性較好，一般Tg不高主鏈中引入孤立雙鍵，可提高分子鏈的柔順性，使Tg降低主鏈中引入共軛雙鍵、芳環(huán)或芳雜環(huán)，可提高分子鏈的剛性，Tg升高第20頁，共68頁，2022年，5月20日，1

10、0點13分，星期二側(cè)基的極性越強，數(shù)目越多，Tg越高，如：剛性側(cè)基的體積越大，分子鏈的柔順性越差，Tg越高，如：b. 側(cè)基或側(cè)鏈第21頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二柔性側(cè)鏈越長，分子鏈柔順性越好，Tg越低，如：如果是對稱雙取代，可提高分子鏈柔順性，Tg下降，如：第22頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二當分子量較低時，MW，Tg；當分子量足夠大時，Tg與分子量無關(guān)。c. 分子量第23頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二d. 化學交聯(lián)交聯(lián)度，分子鏈運動受約束的程度，分子鏈柔順性，Tg。第24頁，共68頁，2022年，5月20

11、日，10點13分，星期二聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變是一個松弛過程，與過程相關(guān)，因此升溫或冷卻速度、外力的大小及其作用時間的長短對Tg都有影響。測定Tg時升溫或降溫速度慢，Tg偏低；外力作用速度快，Tg高；單向外力可促使鏈段運動，使Tg降低，外力愈大，Tg降低愈明顯。（2）外界條件第25頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二三. 纖維的耐熱性與熱穩(wěn)定性 一般規(guī)律是：T，斷裂強力；斷裂伸長率；初始模量；纖維變得柔軟。 1. 定義： 耐熱性纖維耐短時間高溫的性能。 熱穩(wěn)定性纖維耐長時間高溫的性能。 第26頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二2. 常用纖維耐熱性： 天

12、然纖維：棉麻蠶絲羊毛 人造纖維：粘膠棉 合成纖維：滌綸腈綸錦綸維綸 碳纖維、玻璃纖維相當好。 第27頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二四、纖維的熱膨脹與熱收縮 1. 熱膨脹 一部分纖維在加熱的情況下有輕微的膨脹現(xiàn)象。 原因是纖維分子受熱后發(fā)生較強的熱振動而獲得了更多的空間所致。 第28頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二幾種纖維的熱膨脹系數(shù) 纖維種類膨脹系數(shù)（10-4）纖維種類膨脹系數(shù)（10-4）棉40膨脹錦綸1聚乙烯2膨脹滌綸0.5聚丙烯10錦綸-3醋酯纖維0.8-1.6滌綸-10（在80附近）第29頁，共68頁，2022年，5月20日，10點1

13、3分，星期二2. 熱收縮 （1）定義：合成纖維受熱后發(fā)生不可逆的收縮 現(xiàn)象稱之為熱收縮。 （2）指標： 熱收縮率加熱后纖維縮短的長度占原來長 度的百分率。根據(jù)介質(zhì)不同有： 第30頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二a.沸水收縮率： 一般指將纖維放在100C的沸水中處理30min，晾干后的收所縮率；b.熱空氣收縮率： 一般指用180、190C、210C熱空氣為介質(zhì)處理一定時間（如15min）后的收縮率； c.飽和蒸汽收縮率： 一般指用125-130C飽和蒸汽為介質(zhì)處理一定時間（如3min）后的收縮率。第31頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二（3）產(chǎn)生

14、原因： 紡絲成形過程中，受到較大的抽伸作用，纖維殘留一定的內(nèi)應力； （4）影響因素： 溫度T，熱收縮率 介質(zhì)水、空氣、蒸汽 原來的熱處理條件 第32頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二（5）利弊 利用不同的纖維收縮率，混紡可改善紗線結(jié)構(gòu)。 長絲或合纖紗熱收縮率不同，產(chǎn)生易吊經(jīng)、吊緯、裙子皺。 使用時也要注意熱收縮問題。 第33頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二五、纖維的熱塑性和熱定型 1. 基本概念 熱塑性將合成纖維或制品加熱到Tg以上溫度， 并加一定外力 強迫其變形，然后冷卻 并去除外力，這種變形就可固 定下來， 以后遇到T0為正晶體；n羊毛麻棉

15、粘膠滌綸錦綸蠶絲氰基CN：能吸收紫外光，有效的保護主鏈；羰基CO：對光敏感，產(chǎn)生熱振動，易使大分子裂解。第54頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二日光照射時間與纖維強度的損失 纖維日曬時間（h）強度損失（%）棉94050亞麻、大麻110050羊毛112050蠶絲20050粘膠纖維90060滌綸60060錦綸20036腈綸90016-25第55頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二第三節(jié) 纖維的電學性質(zhì)纖維的電學性質(zhì)與紡織加工及使用有關(guān)，并可通過纖維的電學性質(zhì)間接測量纖維的其它性質(zhì)（如回潮率、紗線條干）。 主要包括纖維的介電性質(zhì)、導電性、靜電。第56頁，

16、共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二1. 纖維的導電性 導電的基本方式: 自由電子的定向運動，如金屬; 電離離子的定向運動，如電解溶液。第57頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二 纖維的導電機理 纖維本身導電性很差,理論上為電絕緣體. 纖維內(nèi)的水分、雜質(zhì)和其它低分子物質(zhì)的存在，會電離出一定的離子，形成離子導電。 吸濕性好的纖維; 導電高分子.第58頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二一、纖維的介電性質(zhì) 纖維的導電能力只有導體的10-1010-14，是一種電絕緣材料（電介質(zhì)）。 1. 纖維的介電常數(shù) （1）定義: 在電場中，由于介質(zhì)極

17、化而引起相反電場，將使電容器的電容變化，其變化的倍數(shù)稱為介電常數(shù)。它是材料的本體常數(shù)。 其數(shù)值為： =C材/C0 C材以某種纖維材料為介質(zhì)時，電容器的電容量； C0以真空為介質(zhì)時，電容器的電容量 第59頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二（2）影響大小的因素a.內(nèi)因 電介質(zhì)的密度：密度愈大，； 極化率：纖維分子極化程度，； 纖維分子量：分子量，。 b.外因 溫度：溫度增加，增加。 頻率：先上升再下降。 回潮率：回潮率增加，增加。第60頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二二、纖維的導電性能 1. 纖維的比電阻 （1）體積比電阻（v ，cm） 定義：纖維

18、通過長1cm，截面積為1 cm2材料時的電阻值。 （2）表面比電阻（S ，） 定義：電流通過長、寬都為1cm材料時的電阻值。 （3）質(zhì)量比電阻（m，g/cm2） 定義：電流通過長1cm，質(zhì)量為1g材料時的電阻值。 m易測，應用較多。 m=v 第61頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二2.影響纖維比電阻的因素 （1）回潮率：回潮率增加，m降低;。 （2）溫度：溫度增加，減少，導電性能 增加 ;（3）纖維上的附著物：油劑、棉蠟、油脂 的存在，。 第62頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二三、纖維的靜電 1.靜電現(xiàn)象及產(chǎn)生原因 纖維在加工中要受到各種機件的作用，由于纖維與機械以及纖維與纖維間的摩擦，必會聚集起許多電荷從而產(chǎn)生靜電。纖維為電的不良導體 2.靜電的危害與應用 危害：粘接和分散、吸附飛花與塵埃、放電等； 應用：靜電植絨、靜電吸塵、粉末塑料的靜電噴涂等。 第63頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二第64頁，共68頁，2022年，5月20日，10點13分，星期二3. 衡量靜電的有關(guān)指標 a.靜電量/單位面積； b.靜電壓（kv）； c.比電阻； d.半衰期：紡織材料