紡織材料第七章

1、紡織材料第七章第1頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20221紡織與材料學(xué)院紡織工程系內(nèi)容提要：常用熱學(xué)指標(biāo)；纖維的熱力學(xué)性質(zhì)、熱定形及抗熱破壞性質(zhì)（耐熱性、熱穩(wěn)定性、燃燒性、熔孔性、熱收縮等）；纖維的色澤、雙折射、耐光性、紫外熒光；纖維的電阻、靜電。重點(diǎn)難點(diǎn)：保暖性，熱力學(xué)三態(tài)與熱定形，熱破壞溫度，燃燒性；雙折射、耐光性；電阻、靜電序位及測試。難點(diǎn)在纖維這些性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。解決方法：理清概念的層次關(guān)系，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品的分析，建立概念體系和思維方法。 第2頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20222紡織與材料學(xué)院紡織工程系第一節(jié)

2、： 熱學(xué)性質(zhì) 第二節(jié)： 光學(xué)性質(zhì)第三節(jié)： 電學(xué)性質(zhì)第3頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20223紡織與材料學(xué)院紡織工程系第一節(jié) 熱學(xué)性質(zhì)一、熱學(xué)指標(biāo)（一）比熱C 質(zhì)量為一克的紡織材料，溫度變化1所吸收或放出的熱量。單位：焦?fàn)?克度。 纖維的比熱值是隨環(huán)境條件的變化而變化的，不是一個(gè)定值。同時(shí)，又是纖維材料、空氣、水分的混合體的綜合值。 比熱值的大小，反映了材料釋放、貯存熱量的能力。或者溫度的緩沖能力。 第4頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20224紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）導(dǎo)熱系數(shù) 材料在一定的溫度梯度場條件下，熱能通

3、過物質(zhì)本身擴(kuò)散的速度。單位：焦/米度時(shí) ， 纖維本身的導(dǎo)熱系數(shù)由于纖維結(jié)構(gòu)的原因也呈現(xiàn)各向異性。 對于纖維集合體，也是纖維、空氣、水分三者的綜合值。導(dǎo)熱系數(shù)與集合體的體積重量的關(guān)系呈對號規(guī)律（畫圖說明） 第5頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20225紡織與材料學(xué)院紡織工程系（三）絕熱率T 它反映的是材料的隔熱能力保暖性，此值越大，說明該材料越保暖。第6頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20226紡織與材料學(xué)院紡織工程系二、熱力學(xué)性質(zhì) 熱力學(xué)性質(zhì)也叫熱機(jī)械性質(zhì)，是指在溫度的變化過程中，紡織材料的機(jī)械性質(zhì)亦隨之變化的特性。用不同

4、的溫度點(diǎn)來表征力學(xué)特性。 絕大多數(shù)纖維材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈兩相結(jié)構(gòu)，即有結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)，而這兩個(gè)區(qū)域?qū)岬姆从呈遣灰粯拥模瑢Y(jié)晶區(qū)來說在熱的作用過程中，它的熱力學(xué)狀態(tài)有兩個(gè)：一個(gè)是在熱的作用下，結(jié)晶體解體形成熔融態(tài)，要么結(jié)晶不被破壞的呈結(jié)晶態(tài)。對無定形區(qū)來講，熱力學(xué)狀態(tài)大致有三個(gè)：玻動(dòng)態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，這些狀態(tài)可用以下的熱力學(xué)指標(biāo)來表征和區(qū)分。 第7頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20227紡織與材料學(xué)院紡織工程系（一）熔點(diǎn)Tm 熔點(diǎn)是纖維的重要熱性質(zhì)之一，也是一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。我們知道低分子結(jié)晶體的熔化是一個(gè)相的轉(zhuǎn)變過程，由結(jié)晶態(tài)（晶相）變成熔融態(tài)（液相），而

5、且相的轉(zhuǎn)變在很窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，所以叫熔點(diǎn)。對纖維材料，結(jié)晶是由高聚物形成的，它的熔化過程有一個(gè)較寬的溫度區(qū)間熔程，由于該熔程比較寬，通常把開始熔化的溫度叫起熔點(diǎn)，把晶區(qū)完全熔化時(shí)的溫度叫溶點(diǎn)Tm。 若材料的結(jié)晶度高，晶體比較完整，則熔程變窄，熔點(diǎn)也隨之而提高，同樣結(jié)晶度條件下，晶粒大，Tm升高。 第8頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20228紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）玻璃化溫度Tg 對于無定形區(qū)來說，在熱的作用下，基本上有三種熱力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通過變形能力來區(qū)分。 在玻璃態(tài)時(shí)，強(qiáng)力高，變形小，且外力取除后，變形很快消失，表現(xiàn)出類似玻

6、璃的力學(xué)性質(zhì)。 而高彈態(tài)時(shí)，受到外力，可產(chǎn)生較大的變形，當(dāng)外力消除，變形較易回復(fù)，類似于橡膠的力學(xué)特征。 第9頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20229紡織與材料學(xué)院紡織工程系 粘流態(tài)時(shí)，變形不但很容易而且是不可逆的，呈現(xiàn)一種具有粘滯性可流動(dòng)的液體狀態(tài)。我們把高彈態(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變稱做玻璃化轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化溫度。對紡織材料來說，這個(gè)轉(zhuǎn)變是很重要的。（熱定形，許多使用性能的基礎(chǔ)）（三）粘流溫度Tf高彈態(tài)到粘流態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度。 第10頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202210紡織與材料學(xué)院紡織工程系三、熱定形（一）概

7、念： 定形是指使纖維（包括紗、織物）達(dá)到一定的（所需的）宏觀形態(tài)（狀），盡可能切斷分子間的聯(lián)結(jié)，使分子松弛，然后在新的平衡位置上重新建立盡可能多的分子之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。 熱定形則是指在熱的作用下（以熱手段進(jìn)行分子之間聯(lián)系的切斷或重建）進(jìn)行的定形?？梢钥闯?，熱定形的主要目的就是為了消除材料在加工過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使之在以后的使用過程中具有良好的尺寸穩(wěn)定性，形態(tài)保持性彈性，手感等。 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202211紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）熱定形的效果暫時(shí)定形與永久定形（簡單解釋）。（三）熱定形的條件（1）濕度(或定形液)：降低Tg（2）熱

8、：加熱到Tg以上， Tf以下方可定形（3）力：施加外力達(dá)到我們所需的外觀形態(tài)（4）時(shí)間：大分子間的聯(lián)結(jié)只能逐步拆開，達(dá)到比較完全的應(yīng)力松弛，需要時(shí)間。重建分子間的聯(lián)結(jié)也需要時(shí)間 第12頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202212紡織與材料學(xué)院紡織工程系四、耐熱性和熱穩(wěn)定性（一）耐熱性。指在熱的作用下，抗破壞的能力。可用破壞溫度來表示，或受熱時(shí)性能的惡化來評價(jià)。詳見教材第443頁表8-4。（二）熱穩(wěn)定性。指在某溫度持續(xù)作用下，多長時(shí)間會(huì)破壞的性能。詳見教材第444頁表8-5。第13頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202213

9、紡織與材料學(xué)院紡織工程系五、熱收縮 合成纖維因受熱的作用而產(chǎn)生的收縮。產(chǎn)生收縮的原因：1、定形效果不好，有殘余內(nèi)應(yīng)力存在； 2、分子鏈比較伸展，各鍵節(jié)、鍵段的無規(guī)運(yùn)動(dòng)，使大分向內(nèi)卷縮。用收縮率表示。（如化纖的氣蒸收縮率試驗(yàn)） 第14頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202214紡織與材料學(xué)院紡織工程系六、熔孔性（一）概念織物接觸到熱體而形成孔洞的性能熔孔性。影響熔孔性的因素主要有：（1）熱體的溫度（2）熱體的作用時(shí)間（3）熱體的熱量（4）纖維的性能（可熔性，導(dǎo)熱性，比熱，吸濕性等）。第15頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20

10、2215紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）測量方法1落球法：一定溫度、重量大小的鋼（或玻璃）球在布上形成孔洞所需時(shí)間。2燙法：用熱體（金屬棒、玻璃棒、紙煙等）接觸試樣一定時(shí)單間，觀察熔融狀態(tài)。 第16頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202216紡織與材料學(xué)院紡織工程系七、阻燃性（一）定性表達(dá)根據(jù)纖維在火焰中，離開火焰后的燃燒狀況分為：1、易燃：遇火就燃，離火仍燃，且燃燒迅速，可造成火災(zāi)。2、可燃：遇火能燃，離火后仍曼延，但 度慢。3、難燃：在火焰中可燃，離開火則自熄。4、不燃：與火接觸亦不燃燒。 第17頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9

11、/26/202217紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）定量表達(dá)1、點(diǎn)燃溫度 2、火焰最高溫度 3、燃燒速度 4、極限氧指數(shù)第18頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202218紡織與材料學(xué)院紡織工程系第二節(jié) 光學(xué)性質(zhì) 纖維同其它物體一樣，當(dāng)光照時(shí)到它也會(huì)發(fā)生反射、透射、折射、散射和吸收。光學(xué)性質(zhì)也和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著比較密切的關(guān)系。一、色澤：色澤顏色與光澤，不可分的統(tǒng)一體。（一）顏色：材料對光的選擇性吸收和反射的結(jié)果。天然纖維的白度反映其質(zhì)量。（二）光澤：反射可見光的能力。 第19頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202219紡織與材料學(xué)

12、院紡織工程系影響光澤的因素主要有：纖維的表面狀況（粗毛比細(xì)毛光澤強(qiáng)）；纖維的截面形狀，不同的形狀會(huì)產(chǎn)生不同的光澤效果。如表面平滑平行反射（鏡面反射），光最強(qiáng)；表面粗糙漫射，光柔和（反射光強(qiáng)一致）或產(chǎn)生閃光效應(yīng)（有峰值漫射）；第20頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202220紡織與材料學(xué)院紡織工程系纖維結(jié)構(gòu)與含雜：層狀結(jié)構(gòu)（蠶絲）相當(dāng)于多個(gè)反射層，反射折射的多次反復(fù)，形成了蠶絲的特殊光澤。水分使光澤下降，顏色濃度上升，表面上的油、蠟等其它成分也會(huì)使光澤發(fā)生變化，所以化纖可通過滲雜（二氧化鈦）獲得有光、半光、無光纖維。纖維彼此排列的平順程度。第21頁，共27頁，

13、2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202221紡織與材料學(xué)院紡織工程系二、折射與雙折射 構(gòu)成纖維的大分子都是很長的，若不形成取向排列，則它們只會(huì)有折射，但大多數(shù)纖維都是有取向的，當(dāng)一束光射到纖維上時(shí)（非光軸入射）會(huì)形成兩條折射率不同的光線，發(fā)生雙折。三、耐光性 耐光性是纖維抵抗日光破壞的能力。它是耐氣候性的一個(gè)方面。日光中的紫外線對纖維損傷厲害，而紅外線起輔助破壞作用。 第22頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202222紡織與材料學(xué)院紡織工程系四、紫外熒光 纖維在受到紫外線的照射時(shí)，會(huì)發(fā)出在可見光范圍內(nèi)的光，稱之為紫外熒光。各種紡織纖維具

14、有不同顏色的熒光，可用來鑒別纖維，產(chǎn)品開發(fā)。 第23頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202223紡織與材料學(xué)院紡織工程系第三節(jié) 電學(xué)性質(zhì)一、電阻（一）定義1體積比電阻： 2質(zhì)量比電阻：3表面比電阻： （歐姆）（歐姆厘米） （歐姆克/平方厘米）第24頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202224紡織與材料學(xué)院紡織工程系（二）影響因素：1、回潮率：在溫度0100%的變化范圍內(nèi)，比電阻變化可達(dá)106倍?？捎媒?jīng)驗(yàn)公式 來表示。2、溫度：溫度升高，導(dǎo)電性能增加，電阻下降。3、電壓與頻率：電壓過高，材料擊穿失去絕緣性，頻率影響介電系數(shù)，

15、頻率變高，介電系數(shù)變小，介電系數(shù)與質(zhì)量比電阻的關(guān)系如下式： 4、含雜與伴生物。5、纖維在電場中的排列方向第25頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/202225紡織與材料學(xué)院紡織工程系三、靜電（一）靜電的產(chǎn)生與積累任何兩種物質(zhì)，互相接觸或摩擦?xí)r，只要表面電荷載體的能量分布不同，就可能發(fā)生表面間的電荷再分配（電荷轉(zhuǎn)移）。當(dāng)它們分離后，表面會(huì)出現(xiàn)帶電體。若表面為導(dǎo)體，這些帶電體上的電荷將迅速消失，宏觀上不會(huì)覺察有電的現(xiàn)象。若表面為絕緣體，電荷將存在于其上，宏觀上會(huì)有電的現(xiàn)象。紡織纖維大多是絕緣體，在其加工和使用中，則不斷發(fā)生著接觸，分開及摩擦，電荷不斷產(chǎn)生，并積累起來，當(dāng)然也會(huì)不斷發(fā)生逸散。（有興趣的同等可借“靜電手冊”看看）。 第26頁，共27頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)12分，星期二9/26/20222