第六章紡織材料的熱學、電學、光學性質第

一節(jié)熱學性質●比

熱-定義：質量為1g紡織材料溫度變化1℃所吸

收(放出)的熱量單

位：J/g℃一、紡織纖維的導熱與保溫1.指標(1)導熱系數(shù)λ-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/m.℃·h;W/m.℃纖維種λ(Wm/m2.

℃)纖維種類λ(W.m/m2.

℃)類棉0.071-0.073滌綸0.084羊毛0.052-0.055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常見纖維的導熱系數(shù)(在室溫20℃時測得)(2)絕熱率TT=[(Q,-Q)Q,1*100%式

中

：Q——

包覆試樣前保持熱體恒溫所需熱量

；Q?——包覆試樣后保持熱體恒

溫所需熱量

。(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。CLO越大，則隔熱保暖性越好。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→入個?！駵囟扰c回潮率的影響-T個λ↑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，λ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。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?！鹄w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?！鹄w維層的體積重量在0.03-0.06g/cm3,λ

最小，保暖性最好。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λ低的纖維；○加入陶瓷粉末等材料二.纖維的熱學性能ThermalPropertiesSpecific

heat

and

thermal

conductivity-Specific

heat:a

measurement

of

the

amount

ofheatrequiredto

change

the

temperature1°Cof

a

unit

massofthe

fiber.●

Acharacteristicofthe

material●Notas

importantas

heatofwettingthat

involves

a

lot

more

heat.-Thermal

conductivity:a

measure

of

rate

of

heatflowthroughfibers(not

a

singlefiber

but

a

mass

of

fibers)●

Unit:Cal

of

heat/cm2of

fibrous

loftHeat

Resistanceo

Heat

resistanttemperature:atwhichafiber

starts

to

degrade,evidenced

as

decrease

ofmechanical

properties(weaker

and

brittle)Softeningand

meltingGlasstransitiontemperature:(

)polymeric

fibers

all

have

a

temperature

above

that

afiber

changes

from

a

glassy

state

to

a

rubberystate

(amorphous

phase

start

to

"melt").o

Meltingtemperature:(Tm)at

which

the

crystalline

phase

melts

or

molecules

incrystalline

phase

start

to

move

around.Decompositiontemperature:at

which

polymer

molecules

decompose

into

smallmolecules.Softeningand

meltingNote-Tg

is

extremely

important

for

performance

of

afiber.-Tmand

Tgdepend

on

intermolecular

forces,

structure,configuration

and

stiffness

of

themolecule.-Melting

temperature

exists

only

when

the

polymer

has

crystalline

region

and

a

decompositiontemperature

higher

than

Tm.-Fibers

with

Tmor

a

softening

temperature

are

thermoplastic

fibers.二.纖維的熱機械性能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)為質硬而脆，這種

力學狀態(tài)與無機玻璃相似，稱為玻璃態(tài)。ⅢI玻

璃

態(tài)

1形

變溫度隨著溫度的升高，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)。高彈態(tài)I玻璃態(tài)形

變ⅢI溫度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)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學三態(tài)。Ⅲ粘流態(tài)高彈態(tài)I玻璃態(tài)形

變I高彈態(tài)II溫度玻璃化轉變區(qū)玻璃態(tài)粘流態(tài)II粘態(tài)轉變區(qū)形變TgI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)轉變的

溫

度

。b.粘流溫度T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)向粘流態(tài)轉變的溫度。c.

熔點溫度T

m定義：高聚物結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T,md.

分解點溫度T

d定義：高聚物大分子主鏈產(chǎn)生斷裂的溫度。(2)兩個轉變區(qū)：玻璃化轉變區(qū)，粘彈態(tài)轉變區(qū)(3)三種力學狀態(tài)：玻璃態(tài)：分子鏈段運動被凍結，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)：大分子開始變形纖維種類玻璃化溫度軟化點熔點分解點洗滌最高溫度棉——15090-100羊毛———-一一13030-40桑蠶絲一

——一

15030-40粘膠纖維--150一

醋酯纖維186195-205290-300一

滌綸80,67,90235-240256——70-100錦綸647,65180215-220—-80-85錦綸6685225253——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110200——30-40幾種紡織纖維的熱轉變點Tg的影響因素o(1)

聚合物的結構Tg

是鏈段運動剛被凍結的溫度，而鏈段運動是通過主鏈單鍵的內(nèi)旋轉來實現(xiàn)，因此Tg與高分子鏈的柔順性相關，柔順性好，Tg低，柔順

性

差

，Tg高。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~CH?-0~-50

-123~CH?-CH=CHCH?~

CH-73H?CH?C聚苯醚220Tg(℃)-18Tg(°℃)a.主鏈結構聚碳酸酯150b.側基或側鏈側基的極性越強，數(shù)目越多，T,

越高，如：~CH?-CH~

～CH?CH~CH?聚丙烯

聚(3,3-二甲基-1-丁烯)

聚苯乙烯剛性側基的體積越大，分子鏈的柔順性越差，T,

越高，如：~CH?-CH~CH?聚丙烯Tg(℃)-18

64100

208CN聚丙烯腈90OH聚乙烯醇85聚氯乙烯81聚乙烯基咔唑柔性側鏈越長，分子鏈柔順性越好，Tg越低，如：CH?-

(聚甲基丙烯酸酯)COORR=-CH?,-C?

H?,-C?H7,??-C?Hg,-C?

H?7,-C1

8H37Tg(℃)105

65

35

20

-20

-100如果是對稱雙取代，可提高分子鏈柔順性，

Tg

下降，如：om.g--cm8—C

CH--CH?C

-Tg(°℃)81

-17

-18

-70H?CH??c.分子量·

當分子量較低時，MW7,

T?！?/p>

當分子量足夠大時，Tg

與分子量無關。d.化學交聯(lián)●交聯(lián)度↗,分子鏈運動受約束的程度7,分子鏈柔順性，Tg↗。(2)外界條件·

聚合物的玻璃化轉變是一個松弛過程，與過程相關，因此升溫或冷卻速度、外力的大小及其作用時間的長短對T。都有影響?！y定T

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T。降低，外力愈大，T

降低愈明顯。三.纖維的耐熱性與熱穩(wěn)定性一般規(guī)律是：T

個，斷裂強力↓;斷裂伸長率個；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。2.常用纖維耐熱性：天然纖維：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。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。膨脹系數(shù)(10-4)402100.8-1.6纖維種類棉聚乙烯聚丙烯醋酯纖維纖維種類膨脹錦綸膨脹滌綸錦綸滌綸膨脹系數(shù)(10-4)0.5幾種纖維的熱膨脹系數(shù)-10(在80℃附近)12.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)介質不同有：a.沸水收縮率：一般指將纖維放在100°C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°、190°C、210°C熱空

氣為介質處理一定時間(如15min)后的

收縮率

；c.飽和蒸汽收縮率：一般指用125-130°C飽和蒸汽為介質處理一定時間(如3min)后的收縮率。(3)產(chǎn)生原因：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個，熱收縮率↑介質——水、空氣、蒸汽原來的熱處理條件(5)利弊利用不同的纖維收縮率，混紡可改善紗線結構。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。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T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T<T時，則纖維或制品的形狀就不會有大的變化。這種特性稱之為熱塑性。熱定型—就是利用合纖的熱塑性，將織物在一定張力下加熱處理，使之固定于新的

狀態(tài)的工藝過程。(如：蒸紗、熨燙)2.熱定型的機理最初結構的松散；新結構的重建；新結

構的固化。3.熱定型的方法干熱定型----熱風處理，金屬表面接觸

加熱

。濕熱定型-——-濕法定型，汽蒸定型，過熱蒸汽定型。4.影響合纖織物熱定型效果的因素(1)

溫度(最主要因素)溫度愈高，定型效果愈顯著,但T不能

太高，否則會使織物手感粗糙，甚至引

起纖維損傷。(2)時間溫度高，定型時間可短些；溫度低，定

型時間可長些。定型時間必須保證熱在織物中的均勻擴

散及分子鏈段的重建。(3)張力高張力定型適用于單絲襪子；弱張力定型用于多數(shù)的針織物和機織物；無張力定型在一般織物中用得較少。(4)冷卻速度一般要求較快冷卻，可使新結構快速

固定，可獲得較好手感的織物。(5)定型介質六、纖維的燃燒性能1.指標(1)可燃性指標：(表示纖維容不容易燃燒)點燃溫度；發(fā)火點點燃溫度或發(fā)火點越低，纖維越容易燃燒。(2)

耐燃性指標(表示纖維經(jīng)不經(jīng)得起燃燒)極限氧指數(shù)

LOI(LimitOxygen

Index)定義：纖維點燃后，在氧、氮大氣里維燃燒所需要的最低含氧量體積百分

數(shù)。2.

阻燃機理阻燃——指降低材料在火焰中的可燃性，減慢火焰蔓延速度，當火焰移去后能很快

自

熄

。3.提高纖維制品難燃性的途徑(1)制造難燃纖維在紡絲原液中加入防火劑或用合成的難燃聚合

物紡絲。(2)阻燃整理阻燃劑處理(3)通過與難燃纖維混紡，以提高纖維的難燃性?？扇夹院妥枞夹砸兹祭w維：纖維素纖維、腈綸可燃纖維：羊毛、蠶絲、錦綸、滌綸、維

綸難燃纖維：氯綸不燃纖維：玻璃纖維、碳纖維等七、纖維的熔孔性1.定義：當纖維及其制品上為熱體所濺時被熔

成孔洞的性能。抗熔性：抵抗熔孔現(xiàn)象的性能。2.合成纖維易產(chǎn)生熔孔現(xiàn)象的原因滌綸、錦綸熔融所需的熱量較少；滌綸、錦綸的導熱系數(shù)比棉、粘、羊毛大。3.改善織物抗熔性的方法：合纖與天然纖維混紡；制造包芯紗(芯用錦綸、滌綸，外層用

棉

)

。第二節(jié)

光學性質光學性質：纖維在光照射下表現(xiàn)出來的性

質。主要包括色澤、雙折射、耐光性。光學性質與紡織品的外觀質量關系密切；光學性質是研究纖維內(nèi)部結構的一種途徑○

一、纖維的色澤●1.纖維的顏色○纖維的顏色取決于纖維對不同波長色光的吸收和反

射能力?！裉烊焕w維的顏色取決于：●

品種(即天然色素);生長過程中的外界因素?！鸷铣衫w維的顏色取決于：原料(是否含有雜質):

紡

絲工藝(如溫度、加熱、時間等)各種顏色的波長與波長范圍(nm)顏色感

覺標準波

長波長范

圍顏色感

覺標準波

長波長范圍紅色700620-780綠色510480-575橙色610595-620藍色470450-480黃色580575-595紫色420380-450(a)光對纖維的折射、反射和透射(b)

光與單纖維內(nèi)的作用

(c)光與纖維集合體的作用圖5

-

1

光與透明纖維及其纖維集合體的折射、反射和透射主反射

次反射?主透射光與纖維的作用入射θ介質1(空氣或液體)介質2(纖維)介質1(空氣或液體)2.纖維的光澤纖維的光澤取決于：光線在纖維表面的反射情況(反射量

的大??；反射光量的分布)(1)纖維光澤的形成4圖9

-

8

光線在纖維表面的反射、折射和透射一入射光(平行光)2—表面正反射光3—表面散射反射光

4一透射光5一來自內(nèi)部的散射反射光●纖維的光澤實際上是：正反射光、表面散射反射光和來自內(nèi)部的散射反射光的共同貢獻。●透射光決定纖維的透明程度。●評價光澤應同時考慮兩個方面：反射光量的大小和反射光量的分布規(guī)律反射光量很大，分布不均勻——

“極光”;反射光量很大，分布較均勻——“肥光”。(2)影響纖維光澤的因素：a.

縱面形態(tài)b.

截面形狀c.層狀結構●光澤與觀察角度有關●光澤與反射平面有關-有均一反射平面的纖維，其光澤感強-如蠶絲，截面為三角形，有很多的反射平面

圓形化纖無反射平面，光澤較差●光澤還與纖維表面的粗糙度有關-天然纖維表面較粗糙，反光亮度較弱，光澤亦差棉纖維中成熟好光

澤好；羊毛中粗的優(yōu)于細的。-化纖表面光滑，反光亮度大，光澤強。光澤二、纖維的雙折射1.

定義平行偏振光沿非光軸方向投射到纖維上時，

除了在界面上產(chǎn)生反射光外，進入纖維的光

線被分解成兩條折射光，稱之為纖維的雙折

射。其中一條：尋常光(簡稱o光),遵守折射定律，振

動

面上光軸，n

;另一條：非尋常光(簡稱e光),不遵守折射定律，振動面，光軸，n。雙折射率：△n=n-n●傳播速度較慢的光，稱慢光，又稱e

光，該方向的折射率較大

傳播速度較快的光，稱快光，又稱o光，該方向的折射率較小●雙折射率△n=n-n●△n>0為正晶體；△n<0

為負晶

體；△n=0

為零晶體●大多數(shù)纖維為正晶

體纖維的雙折射現(xiàn)象平面端振光A=A

sinot纖華軸

(2軸)2.纖維雙折射率的測定方法及應用o

測量：浸沒法：(尋找貝克線，測得表層折射率)光程差法：△D=d(n-n1)用石英楔子補償法測出△D

和d。應用：1.用于判明纖維分子的取向程度△n

大，取向度大。2.用于判明管狀纖維的孔徑或棉纖維的成熟度。纖維折射率nn-n棉1.573~1.5811.524~1.5340.041~0.051苧麻1.595~1.5991527~1.5400.057~0.068亞麻1.5941.5320.062羊毛1.553~1.5561.542~1.5470.009~0.012桑蠶絲1.5781.5380.040粘膠纖維1.539~1.5501.514~1.5230.018~0.036三醋酯纖維1.4741.479-0.005滌綸1.7251.5370.188錦綸61.5681.5150.040錦綸661.570~1.5801.520~1.5300.053腈綸1.500~1.5101.500~1.510-0.005~0維綸1.5471.5220.025三、纖維的耐光性定義：紡織材料抵抗光照的能力。纖維經(jīng)長期光照，會發(fā)生不同程度的裂解，使

大分子斷裂，分子量下降，強度下降。Ti0,的

存在會加速裂解?！?/p>

耐光性大致順序：腈綸>羊毛>麻>棉>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

。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日光照射時間與纖維強度的損失第三節(jié)

纖維的電學性質●纖維的電學性質與紡織加工及使用有關，并可

通過纖維的電學性質間接測量纖維的其它性質

(如回潮率、紗線條干)。主要包括纖維的介電性質、導電性、靜電。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?！鹄w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、雜質和其它低分子物質的存

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.一、纖維的介電性質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)。1.纖維的介電常數(shù)ε(1)

定義：在電場中，由于介質極化而引起相反

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

：

e=C

材/C?C材——以某種纖維材料為介質時，電容器的電容量；C?！哉婵諡榻橘|時，電容器的電容量(2)影響ε大小的因素a.內(nèi)因電介質的密度：密度愈大，ε個；極化率：纖維分子極化程度個，E

個；纖維分子量：分子量↓,εb.外

因溫度：溫度增加，

e

增加。頻率：先上升再下降。回潮率：回潮率增加，

e增加。二、纖維的導電性能1.纖維的比電阻(1)體積比電阻(pv,Ω

·