第九章纤维材料的热学、光学、电学性质第一节：第一节：热学性质热学性质 第二节：第二节：光学性质光学性质第三节：第三节：电学性质电学性质第一节热学性质n一、纺织纤维的导热与保温 n二、纤维的热机械性能曲线 n三、纤维的耐热性与稳定性 n四、纤维的热膨胀与热收缩 n五、纤维的热塑性和热定型n六、纤维的燃烧性能 n七、纤维的熔孔性 热学指标(1)n比热C（specific heat）质量为1克的纺织材料，温度变化1所吸收或放出的热量：J/g比热值的大小，反映材料释放、贮存热量的能力，或者温度的缓冲能力比热较大的纤维，纤维的温度变化相对困难纤维种类比热值纤维种类比热值纤维种类比热值棉1.211.34粘胶纤维1.261.36芳香聚酰胺纤维1.21羊毛1.36锦纶61.84醋酯纤维1.46桑蚕丝1.381.39锦纶662.05玻璃纤维0.67亚麻1.34涤纶1.34石棉1.05大麻1.35腈纶1.51水4.18黄麻1.36丙纶(50)1.80空气1.01常见干燥纺织纤维的比热（测定温度为20）单位：J/gn影响比热的因素温度与回潮率的影响纤维吸湿热随温度升高而增大 水的比热大于干燥纤维的比热 羊毛纤维比热与回潮率和温度的关系n纤维结构的影响 dH/dtdH/dt(J.s-1)12701350H=175J/gH=202J/g80100120140160T/不同取向聚乙烯纤维的DSC图谱淬火PET退火PET涤纶丝的比热随温度的变化规律纤维大分子的取向排列会导致比热的增大，并向高温偏移纤维的结晶形式和结晶度也对比热值产生影响热学指标(2)n导热系数（thermal conductivity）：材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本身扩散的速度。
单位：W/m是导热系数(W/m)；Q为热量(J)；t为时间(s)，s为传导截面积(m2)，d为纤维制品厚度(m)；T为纤维材料两表面之间的温度差纤维制品(W/m)棉纤维0.0710.0731.12590.1598羊毛纤维0.0520.0550.47890.1610蚕丝纤维0.050.0550.83020.1557粘胶纤维0.0550.0710.71800.1934醋酯纤维0.05羽绒0.024木棉0.32麻1.66240.2062涤纶0.0840.97450.1921腈纶0.0510.74270.2175锦纶0.2440.3370.59340.2701丙纶0.2210.302氯纶0.042静止干空气0.026纯水0.697影响导热系数的因素n纤维的结晶与取向 有序排列的晶格有利于热振动的传递结晶度导热系数热传导的各向异性:取向度沿纤维轴向的热传导系数n纤维集合体密度 密度在0.030.06g/cm3，导热系数最小 纤维层体积重量和导热系数间的关系1、同样的纤维填充密度，当两端气压越大时，空隙中的气体流动性增大，导热系数增大2、填充密度变化，导热数先大后小，再增大：小时，虽空隙大，但对流传导性增大；大时，对流传导因孔隙的变小而减少，但纤维的热传导作用增大。
n纤维排列方向 纤维平行于热辐射方向排列时，即纤维垂直于纤维层方向取向时，导热能力较强 f热辐射方向纤维层方向导热系数n纤维细度和中空度纤维细度，纤维制品的热辐射穿透能力愈弱且在同样密度下，相对的间隙，静止空气的作用，导热系数纤维中的空腔量，在不压扁的状态下，所持有的静止空气及空间越多，纤维集合体的导热系数n环境温湿度温度升高后，热量的传递能力增强，结果表现为纤维材料导热系数随温度升高而增大水的导热系数最大，水分（回潮率越高），保暖性越差第一节热学性质n一、纺织纤维的导热与保温 n二、纤维的热机械性能曲线 n三、纤维的耐热性与稳定性 n四、纤维的热膨胀与热收缩 n五、纤维的热塑性和热定型n六、纤维的燃烧性能 n七、纤维的熔孔性 玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区交联型分子Tg()Tf()(a)纤维的结晶度较低时，性质接近非晶态高聚物所特有的力学三态及其转变特征完全结晶的高聚物，不存在玻璃化转变及高弹态非晶态材料的热机械性质n两种转变和三种力学状态两种转变和三种力学状态 Tg()Tf()交联型分子玻璃态高弹态粘流态玻璃化转变区粘弹转变区(b)玻璃态、高弹态和粘流态称为高聚物的力学三态玻璃态、高弹态和粘流态称为高聚物的力学三态。
玻璃态玻璃态：温度低，链段运动被冻结，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有小，具有虎克弹性行为虎克弹性行为；纤维坚硬纤维坚硬，类似玻璃类似玻璃玻玻璃璃态态温度温度形形变变IIIIII玻璃态玻璃态（glassy state）由玻璃态向高弹态发生突由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫变的区域叫玻璃化转变区玻璃化转变区，玻璃态开始向高弹态转变玻璃态开始向高弹态转变的温度称为的温度称为玻璃化转变温玻璃化转变温度度Tg，glass temperature玻玻璃璃化化转转变变区区玻璃化转变区玻璃化转变区：对温度变化敏感，几乎所有物理性质，如：对温度变化敏感，几乎所有物理性质，如比热、导热系数、热膨胀系数、模量、介电常数和双折射比热、导热系数、热膨胀系数、模量、介电常数和双折射率等，均发生突变率等，均发生突变 随着温度的升高，随着温度的升高，链段链段运动逐渐运动逐渐“解冻解冻”，形变逐渐，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。
这种受力能产生很大的形变，除去外力后又可逐渐恢复这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称能恢复原状的性能称高弹性高弹性，相应的力学状态称，相应的力学状态称高弹态高弹态高弹态高弹态（high-elastic state）温度温度形形变变IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态玻玻璃璃化化转转变变区区形形变变温度温度IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态玻玻璃璃化化转转变变区区Tg粘流态粘流态粘粘弹弹态态转转变变区区Tf交联聚合物交联聚合物MaMbMb Ma粘流态粘流态（viscous-flow state）当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致导致整个分子链质量中心发生相对位移整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，粘性流体，其形变不可逆，该该力学状力学状态态称为称为粘流态粘流态高弹态开始向粘流态转变的温度称为高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度粘流温度，以，以T Tf f表表示，其间的形变突变区域称为示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区粘弹态转变区分子量大，分子量大，Tf高。
交联聚合物不出现粘流态交联聚合物不出现粘流态结晶熔融温度结晶熔融温度Tm，或或Tf高于分子的裂解温度高于分子的裂解温度Td的纤维不存在粘弹转变和粘流态的纤维不存在粘弹转变和粘流态纤维种类玻璃化温度软 化 点熔点分 解 点洗涤最高温度棉15090100羊毛1303040桑蚕丝1503040醋酯纤维186195205290300涤纶80,67,9023524025670100锦纶647,651802152208085锦纶66852252538085腈纶80 100，1401501902402803004045维纶85干 220230，水110丙纶35145150163175氯纶82901002003040第一节热学性质n一、纺织纤维的导热与保温 n二、纤维的热机械性能曲线 n三、纤维的热塑性和热定型n四、纤维的耐热性与稳定性 n五、纤维的热膨胀与热收缩 n六、纤维的燃烧性能 n七、纤维的熔孔性 基本概念n热定型（thermosetting）目的：使纤维或织物的形状在热作用下固定并获得一定的尺寸稳定性n热变形（thermo texturing）目的：使纤维材料获得卷曲和膨松效果 n热塑性（thermo-plasticity）将合成纤维或制品加热到Tg以上温度，并加一定外力强迫其变形，然后冷却并去除外力，这种变形就可固定下来，以后遇到TTg时，则纤维或制品的形状就不会有大的变化。
这种特性称之为n合成纤维采用发生在无序区、温度范围在TgTm的热定形 n高结晶的棉、麻类纤维类似合成纤维的热定形机制不存在或太少，需采用交联或其他的方法定形n羊毛类纤维主要采用热湿和张力作用打开部分-S-S-键，并在新的位置重建二硫键，达到分子间结构的稳定n丝类纤维属高结晶纤维，但作用甚微，类似棉、麻热定型的机理热定形效果的持久性n暂时性热定形效果是指纤维或其织物在热定形后的使用中会较快消失，如对普通纯棉布的一般热定形n半永久性热定形效果在平时使用中能抵御一般作用，但给以激烈的作用，其热定形也会消失，如毛织物的一般热定形n永久性热定形效果是指纤维的Tg温度高于一般衣着使用的温度的热定形处理，如涤纶、锦纶的热定形热定型的方法n根据热定形时纤维发生收缩的程度划分张力定形（有张力）松弛（自然状态）定形 n根据热定形的热媒介质划分干热空气定形接触加热定形水蒸气湿热定形浴液(如水、甘油)定形影响热定型效果的主要因素n温度（最主要因素）：热定形的温度，要高于合成纤维的玻璃化温度，低于软化点及熔点温度太低，达不到热定形的目的温度太高，织物颜色变黄，手感发硬甚至熔融粘结，织物的服用性能下降适当降低定形温度，可以减少染料升华，使织物手感柔软。
纤维品种热定形温度()热水定形蒸汽定形干热定形涤纶120130120130190210羊毛90100100120130150锦纶66100120110120170190腈纶125135130140丙纶100120120130130140几种纤维织物的常用热定形温度n时间：大分子间的联结只能逐步拆开，达到比较完全的应力松弛，需要时间重建分子间的联结也需要时间在一定范围内，温度较高时，热定形时间可以缩短；温度较低时，时间需要较长n张力：在热定形过程中对织物施加张力，有利于布面的舒展和平整，热定形效果的提高n冷却速度：高温处理后，应急速冷却，使相互位置快速冻结而固定，形成较多的无定形区，使织物柔软，有弹性n热变形加工 对象：热塑性类纤维原理和作用机理与热定形基本一致 典型的热变形加工：膨体纱 膨体纱的形态膨体纱的形态第一节热学性质n一、纺织纤维的导热与保温 n二、纤维的热机械性能曲线 n三、纤维的热塑性和热定型n四、纤维的耐热性与稳定性 n五、纤维的热膨胀与热收缩 n六、纤维的燃烧性能 n七、纤维的熔孔性 纤维的耐热性（heatendurance）n指纤维经热作用后，力学性能的保持性n表达方法：纤维的特征温度Tg、Tm和Tf以及Td；可用纤维受不同温度和一定时间作用后，纤维力学性能的保持率表示；纤维随温度升高而强度降低的程度。
纤维在20未加热在100经过20d在100经过80d在130经过20d在130经过80d棉10092683810亚麻10070412412苎麻1006226126蚕丝1007339粘胶10090624432锦纶10082432113涤纶100100969575腈纶1001001009155玻璃纤维100100100100100常见纺织纤维受热后的剩余强度(%)纤维的热稳定性（thermal-stability）n一般指纤维在热作用下的结构形态和组成的稳定性质量与组成的稳定性 热作用会发生热降解，引起分子量的下降和组成的变化，尤其是有氧条件下发生氧化降解结构的稳定性热作用下结晶解体，取向下降 形态的稳定性 主要指纤维的热收缩性其本质是高牵伸形成的分子取向与伸直，在热作用下的回缩所致第一节热学性质n一、纺织纤维的导热与保温。