纖維材料熱學(xué)光學(xué)電學(xué)性質(zhì)

纖維材料熱學(xué)光學(xué)電學(xué)性質(zhì)第1頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.1常用熱學(xué)指標(biāo)導(dǎo)熱系數(shù)也稱(chēng)熱導(dǎo)率，其倒數(shù)稱(chēng)為熱阻。纖維本身的導(dǎo)熱系數(shù)由于纖維結(jié)構(gòu)的原因呈現(xiàn)各向異性。

對(duì)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(duì)號(hào)規(guī)律。材料在一定的溫度梯度場(chǎng)條件下，熱能通過(guò)物質(zhì)本身擴(kuò)散的速度。單位：J/m·℃·h。在數(shù)值上為在傳熱方向纖維材料厚度為1m,面積為1m2，兩個(gè)平行表面之間的溫差為1℃，1h（物理學(xué)上常定義為1s）內(nèi)通過(guò)材料傳導(dǎo)的熱量焦耳數(shù)。（2）導(dǎo)熱系數(shù)λ第2頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.1常用熱學(xué)指標(biāo)絕熱率表示纖維材料的隔絕熱量傳遞保持溫度的性能。它常常通過(guò)降溫法測(cè)得，將被測(cè)試樣包覆在一熱體外面，另一個(gè)相同的熱體作為參比物（不包覆試樣），同時(shí)測(cè)得經(jīng)過(guò)相同時(shí)間后的散熱量分別為Q1和Q0，則絕熱率T為：其中：Δt0——不包覆試樣的熱體單位時(shí)間溫度下降量（溫差）；

Δt1——包覆試樣的熱體單位時(shí)間溫度下降量（溫差）。絕熱率數(shù)值越大，說(shuō)明該材料的保暖性越好。實(shí)際測(cè)試中，為了方便和結(jié)果的穩(wěn)定可靠，常常使用兩只飲料易拉罐作為容器，加入同質(zhì)量和溫度的水，測(cè)量經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后的溫差。應(yīng)當(dāng)注意的是對(duì)于欲比較保暖性的紡織品應(yīng)該在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行,最好在標(biāo)準(zhǔn)大氣中。

(3)絕熱率第3頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六克羅值是國(guó)際上經(jīng)常采用的一個(gè)表示織物隔熱保溫性能的指標(biāo)，同時(shí)也可以表示織物在人穿著過(guò)程中的熱舒適性。它的定義是在溫度為20℃，相對(duì)濕度不超過(guò)50%，空氣流速不超過(guò)10cm/s的環(huán)境中，一個(gè)人靜坐并感覺(jué)舒適時(shí)衣服所具有的熱阻，稱(chēng)為1克羅。

1克羅=4.3×10-2℃·m2·h/J8.1.1常用熱學(xué)指標(biāo)（4）克羅值保暖率是采用恒溫原理的織物保暖儀測(cè)得的指標(biāo)，是指在保持熱體恒溫的條件下無(wú)試樣包覆時(shí)消耗的電功率和有試樣包覆時(shí)消耗的電功率之差占無(wú)試樣包覆時(shí)消耗的電功率的百分率。該數(shù)值越大，說(shuō)明該織物的保暖能力越強(qiáng)。（5）保暖率第4頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六熱力學(xué)性質(zhì)也叫熱機(jī)械性質(zhì)，是指在溫度的變化過(guò)程中，紡織材料的機(jī)械性質(zhì)隨之變化的特性。采用不同的溫度點(diǎn)來(lái)表征纖維材料力學(xué)行為的差異。8.1.2熱力學(xué)性質(zhì)（1）概念對(duì)于結(jié)晶體，熱力學(xué)狀態(tài)以熔點(diǎn)為界分為兩個(gè)狀態(tài)。對(duì)于非結(jié)晶體，熱力學(xué)狀態(tài)一般分為三個(gè)狀態(tài)——玻璃態(tài)、高彈態(tài)、黏流態(tài)。用玻璃化溫度Tg、黏流溫度Tf來(lái)劃分。（2）熱力學(xué)曲線Tg

Tf黏流態(tài)第5頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六定形是指使纖維（包括紗、織物）達(dá)到一定的（所需的）宏觀形態(tài)（狀），再盡可能地切斷大分子間的聯(lián)結(jié)，使大分子松弛，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)的處理過(guò)程。熱定形則是指在熱的作用下（以加熱、冷卻的手段進(jìn)行大分子之間聯(lián)系的切斷和重組）進(jìn)行的定形。熱定形的目的就是為了消除纖維材料在加工中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其在以后的使用過(guò)程中具有良好的尺寸穩(wěn)定性、形態(tài)保持性、彈性、手感等。生活中的衣物熨燙、生產(chǎn)中彈力絲的加工、蒸紗、毛織物煮呢、電壓及其他整理工藝都是在運(yùn)用熱定形。8.1.3熱定形（1）概念第6頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六①濕度(或定形介質(zhì))：目的是降低Tg

②溫度：加熱到Tg以上，

Tf以下。促使應(yīng)力松弛完成③外力：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(kāi)，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。8.1.3熱定形（2）影響熱定形效果的因素（1）耐熱性指抵抗抗熱破壞的能力。可用破壞溫度來(lái)表示，或受熱時(shí)性能的惡化來(lái)評(píng)價(jià)。（2）熱穩(wěn)定性指在某溫度持續(xù)作用下的抗破壞性能。常用單位時(shí)間破壞率來(lái)表示。8.1.4耐熱性與熱穩(wěn)定性第7頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六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(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)，使大分向內(nèi)卷縮。用收縮率表示。（如汽蒸收縮率、沸水收縮率等）。8.1.5熱收縮織物接觸到熱體而熔融形成孔洞的性能——熔孔性?？椢锏挚谷劭赚F(xiàn)象的性能叫抗熔孔性。8.1.6熔孔性(1)概念(2)影響熔孔的主要外界因素①熱體的表面溫度；②熱體的熱容量；③接觸時(shí)間；④相對(duì)濕度。第8頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.1.7阻燃性根據(jù)纖維在火焰中，離開(kāi)火焰后的燃燒狀況分為：A.易燃：遇火就燃，離火仍燃，且燃燒迅速，可造成火災(zāi)。B.可燃：遇火能燃，離火后仍蔓延，但速度慢。C.難燃：在火焰中可燃，離開(kāi)火則自熄。D.不燃：與火接觸亦不燃燒。(1)定性表達(dá)(2)定量表達(dá)

A.點(diǎn)燃溫度

B.火焰最高溫度

C.燃燒速度(單位長(zhǎng)度的時(shí)間)D.極限氧指數(shù)

LOI第9頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2光學(xué)性質(zhì)8.2.1色澤色澤既是外觀質(zhì)量也是內(nèi)在質(zhì)量的反映。

（1）顏色：材料對(duì)光的選擇性吸收和反射的結(jié)果。多用白度表示。

（2）光澤：反射可見(jiàn)光的能力。影響光澤的因素主要有：①纖維的表面狀況。如粗毛比細(xì)毛光澤強(qiáng)。②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）。③纖維結(jié)構(gòu)與含雜。蠶絲的特殊光澤與它的層狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。成熟度高的棉纖維比成熟度低的光澤好。水分使光澤下降，顏色濃度上升，表面上的油、蠟等其他成分也會(huì)使光澤發(fā)生變化。④纖維彼此排列的平順程度。第10頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.2折射與雙折射一般透明或半透明物體受傾斜方向的一條入射光照射時(shí)，在物體表面會(huì)分成一條反射光和一條折射光，其反射角、折射角分別遵從反射定律和折射定律。紡織纖維大多都屬于單軸晶體，所以當(dāng)一束光線照射時(shí)，進(jìn)入纖維內(nèi)的折射光會(huì)分成方向不同的兩條折射線----發(fā)生雙折射。分別用n∥

和n⊥

表示，（n∥－n⊥）稱(chēng)為雙折射率。雙折射率的大小可以反映纖維大分子的取向程度，雙折射率越大，說(shuō)明大分子排列越整齊，且越平行于纖維軸向。大分子的取向度越高，纖維性能的各向異性表現(xiàn)就越顯著。8.2.3耐光性和光防護(hù)纖維材料在日光照射下，其性能逐漸惡化，其強(qiáng)度下降，變色，發(fā)脆，以至喪失使用價(jià)值。纖維材料抵抗日光破壞的性能稱(chēng)為耐光性。日光中的紫外線（波長(zhǎng)400nm以下）和紅外線（波長(zhǎng)780nm以上）是造成纖維光損傷的主要原因。第11頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.3耐光性和光防護(hù)所謂光防護(hù)是指纖維制品阻隔紅外或紫外光的透射，防止紅外或紫外線對(duì)人體產(chǎn)生破壞的性能。纖維日曬時(shí)間（h）強(qiáng)度損失率（%）棉94050羊毛112050亞麻、大麻110050粘膠纖維90050腈綸90016～25蠶絲20050錦綸20036滌綸60060第12頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.3耐光性和光防護(hù)紫外線波長(zhǎng)較短，它由強(qiáng)度較大的UV—B(280～315nm)和波長(zhǎng)較長(zhǎng)、低能量的UV—A(315～400nm)以及UV—C(100～280nm)組成。紫外線的輻射不分季節(jié)、不分陰晴、不分海拔高低，只是到達(dá)地面的強(qiáng)弱（紫外線指數(shù)）不同，最強(qiáng)時(shí)段為上午的10:00～下午4:00(該時(shí)段是我國(guó)中部地區(qū)的時(shí)段)。研究表明：引起皮膚癌的主要波段為UV—B，其典型光譜為297nm，起作用強(qiáng)度大約是UV—A區(qū)的1000倍，而紫外線UV—C區(qū)的作用雖然也很強(qiáng)，但因其絕大部分受到臭氧層和空氣介質(zhì)的阻隔而難以到達(dá)地面。因此防紫外線面料的功效主要體現(xiàn)在對(duì)UV—A區(qū)和UV—Ｂ區(qū)紫外線起到有效的遮蔽作用，尤其是要遮蔽UV—B區(qū)。在常用纖維中，羊毛、麻、蠶絲、滌綸等防紫外功能較好，而棉、粘膠、錦綸、腈綸等的防紫外功能較差。當(dāng)然，紗線的結(jié)構(gòu)、織物的密度和厚度、顏色等對(duì)紫外防護(hù)也有影響。第13頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.3耐光性和光防護(hù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18830《紡織品

防紫外線性能的評(píng)定》規(guī)定，當(dāng)紡織品的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF≥30，透過(guò)率T≤5％時(shí)，可稱(chēng)為“防紫外線產(chǎn)品”。只有當(dāng)紫外線防護(hù)系數(shù)UPF和透射比T兩項(xiàng)指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，才算是合格的防紫外線產(chǎn)品。目前，防曬紡織品主要有以下4種類(lèi)型，纖維內(nèi)嵌入紫外線吸收材料(紡絲時(shí)加入防紫外材料)，織物防紫外線印染整理，織物表面加金屬涂層，織物表面加非金屬物涂層。紫外線透過(guò)率(也叫透射率)T的定義為覆蓋有試樣時(shí)的紫外線輻照度占無(wú)試樣時(shí)的紫外線透射輻照度的百分率。根據(jù)紫外線區(qū)段的不同可分為UV-A區(qū)段透射率TUVA和UV-B區(qū)段透射率TUVB。

第14頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.2.3耐光性和光防護(hù)紫外線防護(hù)系數(shù)UPF（Ultravioletprotectionfactor）的定義為：皮膚無(wú)織物保護(hù)時(shí)產(chǎn)生紅斑所需紫外線的最小輻照度與能量與產(chǎn)生紅斑的最小輻照度的紫外線透過(guò)織物的輻照度的比?？梢赃@樣理解UPF的意義，比如UPF值為50，就說(shuō)明有1/50的紫外線可以透過(guò)織物。UPF值越高，就說(shuō)明紫外線的防護(hù)效果越好。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中紡織品的UPF值最高的標(biāo)識(shí)是50＋，也就是UPF>50。因?yàn)閁PF大于50以后，對(duì)人體的傷害影響就可以忽略不計(jì)了。一般UPF值在15～24時(shí)稱(chēng)為良好，在25～

39時(shí)稱(chēng)為非常好，40～

50或以上者稱(chēng)為優(yōu)良。8.2.4紫外熒光纖維在受到紫外線照射時(shí)，會(huì)發(fā)出在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光，稱(chēng)之為紫外熒光。各種紡織纖維具有不同顏色的熒光，可用來(lái)鑒別纖維，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

第15頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3電學(xué)性質(zhì)8.3.1纖維的絕緣性能①體積比電阻：ρV=R?S/L（Ω·cm）②質(zhì)量比電阻：ρm=d?ρV

（Ω

·g/cm2）③表面比電阻：ρS=R?W/L（Ω

）(1)常用指標(biāo)①相對(duì)濕度P476～P477，濕度上升，電阻下降。②溫度溫度上升，電阻下降。③含雜雜質(zhì)往往使電阻降低。（化纖油劑就可以降低電阻）④其他因素纖維集合體的形狀、體積重量、纖維排列狀況、測(cè)試電壓、時(shí)間、電極形狀等均對(duì)電阻有影響。(2)影響纖維電阻的因素第16頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期六8.3.2纖維的靜電特性?xún)蓚€(gè)電性不同的物體因相互接觸或摩擦后分開(kāi)時(shí)，在兩個(gè)物體的接觸表面上會(huì)產(chǎn)生靜止電荷（一個(gè)帶正電荷，另一個(gè)帶負(fù)電荷），這種現(xiàn)象稱(chēng)之為靜電現(xiàn)象。實(shí)踐表明：往往是介電系數(shù)大者常積聚正電荷；表面物質(zhì)呈酸性者常積聚負(fù)電荷；表面物質(zhì)呈堿性者常積聚正電荷。不同區(qū)域的摩擦劇烈程度不同、溫度不同，也會(huì)產(chǎn)生不同電荷積聚。(1)靜電的產(chǎn)生與積累(2)靜電電位序列需要強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是靜電電位序列表只是表達(dá)一種規(guī)律，和實(shí)際的情況不會(huì)完全相符，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件不同，結(jié)果就會(huì)不同，位序就可能顛倒，尤其是序列中相鄰的纖維。如從一束根尖方向一致的羊毛纖維中抽拔