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1、,第八章 纺织纤维的热学、 电学和光学性质教学内容： 1、纺织纤维的热学性质 2、纺织纤维的电学性质 3、纺织纤维的光学性质,8-1 纺织纤维的热学性质纺织纤维在加工和使用过程中会遇到不同的温度，且温度范围很广，不同温度会给纤维的内部结构及物理性质带来很大的影响，纺织纤维在不同温度下表现出的性质为热学性质，它与纺织染整加工、服用性能有密切的关系。,一、比热质量1g的纺织材料，温度变化10C所吸收或放出的质量，叫纺织材料的比热。标准单位：J/g.0C，曾用单位cal/g.0C 。,水的比热4.18，数值上为干纺织材料比热的2-3倍； 静止空气的比热是1.01,1、各种干纺织材料的比热，水的比热大
2、于干纤维的比热，纤维吸湿后比热会相应的增大。C=C0+ (CW-C0)C：湿材料比热 C0：干材料比热 CW：水的比热所以湿衣服和干衣服升高的温度相同时，所需的热量较大，反之湿衣服接触到热源时，其温度升高时的速度没有干的衣服快。,2、同一种材料在不同的温度下所测得的比热不同,见表8-2。温度增加比热增加,但温度的影响一般不大。,二、导热 1、材料的导热性，用导热系数来表示，法定单位W/m.0C ，曾用单位是Kcal/m.0C.h，后者指当材料的厚度为1m的材料传导的热量干卡数，各种纤维的导热系数见下表。,2、热阻R(m.0C/w)或绝热率T表示纺织材料的绝热性。绝热率T：Q1包覆试样前保持热体
3、恒温所需热量； Q2包覆试样后保持热体恒温所需热量。 T材料保温效果越好,1）导热系数增加材料的导热性愈好绝热、保温性愈差。 2）空气导热系数很小，空气是最好的热绝缘体。在空气不流动时，纤维中空气含量愈多导热系数愈小绝热性、保温性愈好。空气发生流动，保暖性下降，纤维的体积重量在0.030.06g/cm3时，导热系数最小，纤维层的保暖性最好。 3）水的导热系数较大，是纺织纤维导热系数的10倍左右，回潮率愈大导热系数愈大保暖性下降。 4）温度增加，导热系数增加稍大，(温度影响较小),三、纺织材料的热转变点,多数合成纤维在热的作用下，温度逐渐升高，分子热运动加剧，在分子间的结合力减小,发生玻璃态、高
4、弹态、粘流态等三态的转变，随着态的转变，物理性质也发行显著变化。玻璃态-（玻璃化温度）-高弹态-（粘流温度）-粘流态 玻璃化温度、粘流温度、软化温度、熔点、分解点为纺织材料的热转变点，见下图和下表。,多数合成纤维在高温下先软化后熔融，具有软化点和熔点。天然纤维、再生纤维和部分合纤熔点比分解点高，故不经过熔融而直接分解或碳化。,1、玻璃态和玻璃化温度温度较低时，分子热运动的能量低，运动单元和运动方式是只有侧基链节、短支链等的局部振动的键长、键角的变化，因此合纤的弹性模量很高，变形能力很小，纺织材料的热转变点，纤维坚硬，类似玻璃，故称玻璃态。,玻璃化温度是指纤维从玻璃态向高弹态转变的温度，Tg也叫
5、二级转变温度。它一般高于室温，所以在室温下衣服能够保持一定的尺寸的硬挺度，当温度升到玻璃化温度时，纺织纤维的变形、初始模量、比热容、热导率、膨胀率、密度、折射率都发生了突变。化纤制造中拉伸、热定型温度高于Tg，故纤维的染色多高于Tg。,2、高弹态:当温度超过Tg后，纤维的弹性模量突然下降，纤维受较小的作用就发生很大的变形，但又因整个分子不发生位移，所以这种变形在外力除去时经过一段时间可以回复，纤维的这种力学状态为高弹态。,3、流动温度与粘流态流动温度：由于高弹态转变为粘流态的温度，也叫一级转变温度Tf.粘流态：在受力作用下，通过链段的协同运动，可以实现大分子的位移，此时高聚物无固定的形状，属粘
6、性液体。大多合纤都在粘流态下的流动行为进行加工成型的。,4、软化温度：指一定的应力及条件下，高聚物达到一定变形时的温度Ts。 5、熔点: 指晶体完全消失时的温度，也就是结晶熔化的温度Tm。 6、分解点：指纤维发生化学分解时的温度。多数合纤在高温下先软化后溶融，具有软化点和熔点。天然纤维、再生纤维和一部分合成纤维达到分解点后分解。,四、耐热性和热稳定性 1、纺织材料在高温下保持自己的物理机械性能的能力叫耐热性。一般根据材料受热时机械性能的变化来评定，纺织材料受热后一般强度下降,下降的程度随温度、时间和纤维种类而异。涤沦、锦纶、腈纶耐热性较好，粘胶纤维较好，蚕丝较羊毛好，羊毛耐热性较差，加热到10
7、01100C就变黄，强度下降。 2、在一定温度下强度随时间而降低的程度来表示纤维的热稳定性。涤纶的热稳定性好,在1500C下168小时，锦纶、腈纶热稳定性都好。,。,五、合成纤维的热收缩和热定型 1、热收缩的合成纤维受热后发生不可逆的收缩现象.原因:由于在纺丝成形过程中都要受拉伸,在纤维中残留有应力,但受玻璃态的约束不能缩回,当纤维受热温度超过一定 限度时,减弱了大分子的约束,从而产生收缩。热收缩的大小用热收缩率表示,它是指加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率.根据加热介质的不同,有沸水收缩率,热空气收缩率和饱和蒸汽收缩率之分。,沸水收缩率:指将纤维放在1000C的沸水中处理30min，晾干
8、后的收缩率。热空气收缩率: 指用1800C、1900C、2100C，热空气为介质处理一定时间(15min)后的收缩率。饱和蒸汽收缩率：指用1251300C 饱和蒸汽为介质处理,一定时间(3min)后的收缩率。,1)同一种纤维,由于 处理的介质不同,所以收缩率不同。 2)不同纤维,介质相同,收缩率不同,这由于纤维吸湿性不同。锦纶在饱和蒸汽中收缩率最大,沸水中次之,热空气最小；涤纶(吸湿性差),在 热空气中收缩率最大,(热空气温度高则收缩率大)。 3)长丝和短丝的热收缩率不同,长丝较大,短纤维较小。这是由于长丝和短纤在成形过程中,所受的拉伸倍数不同,故热收缩率不同。 4)温度高,热收缩率大。由于织
9、物或针织物在穿着过程中洗涤或熨烫时,也发生热收缩,为了生产质量好和尺寸稳定需要对纺织物进行热定型。,2、热定型当把合成纤维或其织物加热到玻璃化湿度以上时,纤维内部大分子向作用力减小,分子链段开始自由转动,纤维的变形能力增大,在一定张作用下强迫其变形,会引起纤维内部分子链间部分原有价键拆开的在新的位置重键.冷 却并除去外力后,合纤或织物的形状在新的分子排列状态下稳定下来.只要以后的温度不超过玻璃化温度,纤维或其织物形状举有大的变化。合纤的这种性质叫热塑性,这种加工处理,叫热定性。,影响热定型效果的主要因素： 1）温度（主要因素），要高于合纤的玻璃化温度，低于软化点及溶点。 2）时间 ：温度较高时
10、，热定型时间可以缩短，反之，则需要时间较长。 3）热定型过程中对织物施加张力，要选择适当。使织物表面舒展而平整，且有利于热定型效果提高，张力过小，使织物的皱未充分舒展就进行热处理，会使皱定型更难除去，张力过大，织物薄而板硬，热水收缩率提高，织物的品种，风格不同，施加张力的大小也不同。合纤织物经热定型处理后，织物的尺寸稳定性，弹性，抗皱性，等也有很大的改善。,六、纺织材料的熔孔性合纤织物在穿用过程中，在接触到烟灰的火星，电焊火花，砂轮火花等热体时，可能在织物上形成孔洞。纺织材料的这种性能性能叫熔孔性。织物抵抗熔孔现象的性质，叫抗熔孔性。,七、纺织材料的燃烧性能 1、纤维素纤维 （棉，麻，粘），晴
11、纶是易燃烧的，燃烧迅速。 2、羊毛，蚕丝，锦纶，涤纶，维纶，等是可燃的，容易燃烧，但燃烧速度较慢。 3、氯纶，聚乙烯醇一氯乙烯共聚纤维（维氯纶），等难燃，接触火焰，时燃烧，离开火源后自行熄灭。 4、石棉，玻璃纤维等是不燃的，与火焰接触出不燃烧。,提高纺织材料难燃性，其方法如下： 1、对纺织纤维进行，防火整理，如纯棉织物的防火整理剂是反应型阻燃整理剂。 2、制造难燃纤维，如涤纶在制造中，即熔体中加入难燃剂，能燃纤维有两类： 一类是在纺丝原液中加入防火剂,混合纺丝制成如粘、涤、睛的改性防火纤维。 另一类是合成的难燃雾合物纺制而成,如诺梅克斯(NOMOX)、库诺尔(Kynd)、杜勒特(Dunette
12、)等。,8-2 纺织纤维的光学性质纺织纤维在光照射下表现出来的性质称为光学性质，包括色泽、双折射性、耐光性、光致发光等。,一、色泽色泽是指颜色和光泽。天然纤维的色泽在一定的程度上反映了它的内在质量 。化学纤维的色泽与内在质量的关系虽不像天然纤维那样密切，但也有一定影响，它的色泽在一定程度上可以人为控制。,1、颜色：由于光和人的视网膜上的感色，细胞共同形成的。天然纤维的颜色，一方面取决于它的品种，即天然色素，另一方面也取决于生长过程中的外界因素，如细绒棉多为乳白色，非洲长绒棉多为奶黄色。粘胶纤维使用的原料不同，纤维颜色不同，木材制的呈微黄色，漂白后呈浅浮色，棉短绒制得的呈微蓝色。合成纤维纺丝工艺
13、不良，如温度加热时间，原料中杂质含量，添加物性质不适当时，纤维会发黄，影响纤维质量。,2、光泽光泽的强弱主要由纺织材料的反射情况而定 。当光线射到纺织材料表面时，在纤维和空气的界面上同时产生反射和折射，光的一部分被反射，另一部分折射光在纤维内部进行，当达到另一界面时，再产生反射和折射。,光泽的影响因素： 1）纤维层状结构对光泽的影响 层状结构指纤维内部存在的可供光线反射的平面层次，当平行光入射是时，纤维各点时的正反射光和内部反射光可以相互干涉，而正反射光中表达的是光源的色，内部反射不表达的是物体的色，这样反射光中既有光色又有物色，虽然光泽较强，但并不耀眼。,2）纤维纵面形态对光泽的影响。主要看
14、纤维沿纵向表面情况和粗细均匀程度。如果沿纵向表面平滑，粗细均匀，则慢反射少，表现出较强的光泽，如化学纤维长丝，丝光棉（膨胀使天然转曲消失）。,3）纤维截面形状对光泽的影响。圆形截面，从正反射光来说，属漫反射，光线应较柔和，但由于圆形截面的特点,光程轨迹重叠可能性大，而且内部反射光不能正反射光的周围形成光泽过渡比较均匀的散射层，以上这些结果使圆形截面纤维的总反射光不一定最强，但感观明亮。易形成“极光”的观感。三角形截面，从正反射光来看，三角形的边上属镜面反射，光泽强，由于三仍形的特点，还可能在纤维内部的棱边上产生全反射，然后，再以另外棱边上透射出去，由于三角形的棱镜作用，使光线射出来时发生色散效
15、应，如此便使纤维具有绚丽多彩的光释效果，如蚕丝，及异形化纤。,4）圆形截面，粗细均匀，表面光滑化纤光泽刺目，加二氧化钛消光剂，由于二氧化钛粒子的存在改变了光线的反射情况，可达到消光作用。纤维的光泽反映了纤维的内部结构和纤维的品质。纤维集合体的光泽取决于纤维光泽的纤维间排列情况。纱线的光泽的光泽取决于纤维光泽和纤维在纱中的排列财情况。织物的光泽取决于纤维，纱线的光泽以及织物组织结构，浮线长短，织物表面的平整度。,二、耐光性纺材在贮存和穿用过程中，因受各和种大气因素和综合作用，材料的性能逐渐恶化，以致丧失使用价值，这种现象叫“老化”，如果在大气因素中突出太阳光的作用，排除风吹。雨淋等的影响，则称材
16、料抵抗太阳光作用的性质为耐光性，这种试验叫耐光性试验。纺织纤维在日光照射下，会发生不同程度裂解，使大分子聚合度下降，纤维的断裂强度，断裂伸长率和耐用性降低，并会使纤维变色。,影响耐光性的因素 1、纤维的种类：腈纶最好，涤纶较好，丙纶、氯纶差，锦纶最差 羊毛，亚麻较好，棉、粘胶较差，蚕丝最差。 2、TiO2的存在及含量，TIO2吸收波长300mm以上的紫外线，引起强烈的光化裂解，使纤维的强度和断裂功的损失率大提高。纤维中TIO2的含量-影响越大。 3、相对湿度对纺织材料的耐光性的影响，随着相对湿度的增加，材料的强度损失不同程度增大。,8-3 纺织纤维的电学性质纺织材料的电学性质，包括介电系数，电阻放静电等，这些性质是相互联系的，它们的存在有利有敝，比如纤维电阻很大时摩擦后易产生静电，影响编织加严重者影响产品质量，甚至引起事故，同时也可以自费用其电学性质，通过电量变化测定来间接测试纺织材料，的一些物理性质，如电阻测湿仪，电容测湿仪，电容式条干均匀仪等，还可利用电学性质进行静电纺纱，静电植绒等特殊工艺加工。,
