第10章紡織材料熱電光學(xué)性質(zhì)

第九章紡織材料的熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容：1、紡織材料的熱學(xué)性質(zhì)2、紡織材料的電學(xué)性質(zhì)3、紡織材料的光學(xué)性質(zhì)第一節(jié)紡織材料的熱學(xué)性質(zhì)紡織材料在加工和使用過程中會遇到不同的溫度，且溫度范圍很廣，不同溫度會給纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)帶來很大的影響，紡織纖維在不同溫度下表現(xiàn)出的性質(zhì)為熱學(xué)性質(zhì)，它與紡織染整加工、服用性能有密切的關(guān)系。一、比熱（一）基本概念

單位質(zhì)量1g的紡織材料，溫度變化10C所吸收或放出的熱量，叫紡織材料的比熱。標(biāo)準(zhǔn)單位：J/kg.0C，紡織上常單位J/g.0C。在大多數(shù)情況下它表現(xiàn)為物理性質(zhì)的變化，但也有化學(xué)性質(zhì)的變化，如線狀大分子的交聯(lián)與解交聯(lián)、氧化反應(yīng)、熱裂解等。水的比熱4.18，數(shù)值上為干紡織材料比熱的2-3倍；靜止空氣的比熱是1.011、溫度的影響同一種材料在不同的溫度下所測得的比熱不同,見表8-2。比熱隨著溫度增加呈臺階式上升,但影響不是太大。（二）影響比熱因素2、水的比熱大于干纖維的比熱，纖維吸濕后比熱會相應(yīng)的增大。所以濕衣服和干衣服升高的溫度相同時，所需的熱量較大，反之濕衣服接觸到熱源時，其溫度升高時的速度沒有干的衣服快。3、纖維中孔洞和纖維間縫隙的影響

一般隨孔隙率增加，比熱下降。二、導(dǎo)熱性質(zhì)（一）導(dǎo)熱系數(shù)的基本概念材料的導(dǎo)熱性，用導(dǎo)熱系數(shù)來表示，法定單位W/m.0C，曾用單位是J/m.s.0C，后者指當(dāng)材料的厚度為1m、面積為1m2的，兩個平行表面之間的溫差為10C，1s內(nèi)通過材料傳導(dǎo)的熱量焦耳數(shù)。各種纖維的導(dǎo)熱系數(shù)見下表。常見纖維的導(dǎo)熱系數(shù)（在室溫20℃時測得）纖維λ(W·m/m2·℃)纖維λ(W·m/m2·℃)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靜止空氣0.026錦綸0.244-0.337水0.599表中顯示：水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)最小，纖維介于兩者之間。λ↑導(dǎo)熱性越好，保溫性越差（二）影響纖維導(dǎo)熱性能的因素：（1）溫濕度：T↑→λ↑；

水分越多，λ↑，保暖性越差。隨著環(huán)境溫度的提高，纖維內(nèi)部大分子的運動能力提高，分子運動傳遞的熱能也會增加。相對濕度越高，纖維內(nèi)部的水分越多，測得的纖維導(dǎo)熱系數(shù)越大，而且這個變化要比溫度引起的變化大得多。

導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系（2）體積重量①纖維層的體積重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最好。②保暖與否主要取決于纖維層中夾持的靜止空氣數(shù)量。纖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。（3）纖維的排列狀態(tài)

集合體中纖維的排列狀態(tài)影響著纖維間的接觸面積的大小，接觸面積越大，熱傳導(dǎo)能力越強(qiáng)；纖維間的平行排列程度和熱源的方向也會影響集合體的導(dǎo)熱性能，纖維的軸向和熱的傳遞方向一致，將使集合體的熱傳導(dǎo)能力明顯上升。（4）纖維的形態(tài)纖維粗細(xì)、形狀、卷曲、中空等影響導(dǎo)熱系數(shù)。異形截面的纖維隨著輪廓凹凸?fàn)顩r而變化，尤其是多溝槽化會使纖維導(dǎo)熱系數(shù)下降；卷曲豐富的纖維使纖維集合體蓬松；在相同體積條件下，細(xì)的纖維可以形成更多的靜止空氣；中空纖維的空腔非常有利于保持靜止空氣，但單孔大中空的纖維抗壓扁能力較差，使用效果不好，新型的多孔(如4孔、7孔等)中空纖維使用效果較好。（1）絕熱率/%：隔絕熱量傳遞保持體溫的性能。（2）保暖率。（3）熱阻

熱阻亦稱為熱歐姆，是導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)。一般用克羅值來表示。（三）保暖性1、常用保暖性指標(biāo)（YG606A型平板式保暖儀測定）2、增強(qiáng)保暖性的途徑（1）盡可能多的儲存靜止空氣；（2）降低回潮率；（3）選用導(dǎo)熱系數(shù)低的纖維；（4）加入陶瓷粉末等材料。（中空纖維、多衣穿著、不透水）

三、熱轉(zhuǎn)變溫度（一）纖維材料的熱力學(xué)三態(tài)多數(shù)合成纖維在熱的作用下，溫度逐漸升高，分子熱運動加劇，在分子間的結(jié)合力減小,發(fā)生玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)等三態(tài)的轉(zhuǎn)變，使纖維性質(zhì)發(fā)生變化。

玻璃態(tài)：溫度較低時，分子熱運動的能量低，運動單元和運動方式是只有側(cè)基鏈節(jié)、短支鏈等的局部振動的鍵長、鍵角的變化，因此合纖的彈性模量很高，變形能力很小，紡織材料的熱轉(zhuǎn)變點，纖維堅硬，類似玻璃，故稱玻璃態(tài)。分子鏈段運動被凍結(jié)，顯現(xiàn)脆性，類似普通玻璃性能。熱力學(xué)三態(tài)高彈態(tài)：當(dāng)溫度超過Tg后，纖維的彈性模量突然下降，纖維受較小的作用就發(fā)生很大的變形，但又因整個分子不發(fā)生位移，所以這種變形在外力除去時經(jīng)過一段時間可以回復(fù)，纖維的這種力學(xué)狀態(tài)為高彈態(tài)。分子鏈段運動加劇，出現(xiàn)高彈變形，類似橡膠的特性可回復(fù)。粘流態(tài)：在受力作用下，通過鏈段的協(xié)同運動，可以實現(xiàn)大分子的位移，此時高聚物無固定的形狀，屬粘性液體。大多合纖都在粘流態(tài)下的流動行為進(jìn)行加工成型的。大分子開始變形，表現(xiàn)出液體流動的特性。（二）熱轉(zhuǎn)變溫度□1.玻璃化溫度Tg：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(zhuǎn)變的溫度。它一般高于室溫，所以在室溫下衣服能夠保持一定的尺寸的硬挺度，當(dāng)溫度升到玻璃化溫度時，紡織纖維的變形、初始模量、比熱容、熱導(dǎo)率、膨脹率、密度、折射率都發(fā)生了突變?！?.軟化溫度Ts

：指一定的應(yīng)力及條件下，高聚物達(dá)到一定變形時的溫度Ts。□3.粘流溫度Tf：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(zhuǎn)變的溫度?！?.熔點溫度Tm：高聚物結(jié)晶全部熔化時的溫度?！?.分解點溫度Td：高聚物大分子主鏈產(chǎn)生斷裂的溫度。指纖維發(fā)生化學(xué)分解時的溫度。多數(shù)合纖在高溫下先軟化后溶融，具有軟化點和熔點。天然纖維、再生纖維只有分解點。

6、熱破壞溫度（耐熱性和熱穩(wěn)定性）（1）耐熱性：紡織材料抵抗熱破壞的性能。一般根據(jù)材料受熱時機(jī)械性能的變化來評定。隨溫度、時間和纖維種類而異。滌淪、錦綸、腈綸耐熱性較好，粘膠纖維較好，蠶絲較羊毛好，羊毛耐熱性較差，加熱到100—1100C就變黃，強(qiáng)度下降。（2）熱穩(wěn)定性：在一定溫度下，隨時間增加纖維抵抗性能惡化的能力。

滌綸的熱穩(wěn)定性好,在1500C下168小時，錦綸、腈綸熱穩(wěn)定性都好。。7、熱定型溫度當(dāng)把合成纖維或其織物加熱到玻璃化濕度以上時,纖維內(nèi)部大分子間作用力減小,分子鏈段開始自由轉(zhuǎn)動,纖維的變形能力增大,在一定張力作用下強(qiáng)迫其變形,會引起纖維內(nèi)部分子鏈間部分原有價鍵拆開在新的位置重鍵，冷卻并除去外力后,合纖或織物的形狀在新的分子排列狀態(tài)下穩(wěn)定下來，只要以后的溫度不超過玻璃化溫度,纖維或其織物形狀沒有變化。合纖的這種性質(zhì)叫熱塑性,這種加工處理,叫熱定性。影響熱定型效果的主要因素：1）溫度（主要因素），要高于合纖的玻璃化溫度，低于軟化點及溶點。2）時間：溫度較高時，熱定型時間可以縮短，反之，則需要時間較長。3）熱定型過程中對織物施加張力，要選擇適當(dāng)。使織物表面舒展而平整，且有利于熱定型效果提高，張力過小，使織物的皺未充分舒展就進(jìn)行熱處理，會使皺定型更難除去，張力過大，織物薄而板硬?？椢锏钠贩N和風(fēng)格不同，施加張力的大小也不同。合纖織物經(jīng)熱定型處理后，織物的尺寸穩(wěn)定性，彈性，抗皺性等也有很大的改善。四、阻燃性：紡織材料抵抗燃燒的性能。（一）阻燃性的定性表述

纖維材料的阻燃性分四種，即易燃纖維、可燃纖維、難(阻)燃纖維和不燃纖維。(1)易燃纖維：快速燃燒，容易形成火焰。如纖維素纖維、腈綸、丙綸等。(2)可燃纖維：緩慢燃燒，離開火焰可能會自熄。如羊毛、蠶絲、錦綸、滌綸和維綸等。(3)難燃纖維：與火焰接觸時可燃燒或炭化，離開火焰便自行熄滅。如氯綸、腈氯綸、阻燃滌綸、間位芳綸、對位芳綸、酚醛纖維、聚苯硫醚纖維等。(4)不燃纖維：與火焰接觸也不燃燒。如石棉纖維、玻璃纖維、金屬纖維、碳纖維等。（二）阻燃性的定量表述（阻燃性能指標(biāo)）

1、極限氧指數(shù)（LOI）：在規(guī)定的試驗條件下，使材料保持燃燒狀態(tài)所需氮氧混合氣體中氧的最低濃度。2、點燃溫度：規(guī)定試驗條件下，使材料開始持續(xù)燃燒的最低溫度。3、續(xù)燃：燃著物質(zhì)離開火源，仍有持續(xù)的有焰燃燒時間。4、陰燃：燃著物質(zhì)離開火源后，有持續(xù)的無焰燃燒時間。5、損毀長度：規(guī)定的試驗條件下，纖維材料損毀面積在規(guī)定方向上的最大長度，單位為mm。6、熔孔時間及熔滴：規(guī)定試驗條件下，測試高溫物體(鋼球、玻璃球、或點燃的香煙)燙出熔孔和穿過所需的時間(s)，以及材料在火焰燃燒中熔滴滴落狀態(tài)。（三）阻燃方法通常有以下幾種：1、制造阻燃纖維：2、對織物進(jìn)行阻燃整理：3、阻燃纖維和阻燃整理相結(jié)合。

一般為LOI大于26%的纖維可認(rèn)為是阻燃纖維。（一）熱收縮在纖維溫度升高時，纖維內(nèi)大分子間作用力減弱，以致在內(nèi)應(yīng)力的作用下大分子回縮，形成卷曲構(gòu)象，從而產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象。

熱收縮的大小用熱收縮率表示,它是指加熱后纖維縮短的長度占原來長度的百分率。根據(jù)加熱介質(zhì)的不同,有沸水收縮率,熱空氣收縮率和飽和蒸汽收縮率之分。五、熱變形性沸水收縮率:指將纖維放在1000C的沸水中處理30min，晾干后的收縮率。熱空氣收縮率:指用1800C、1900C、2100C，熱空氣為介質(zhì)處理一定時間(15min)后的收縮率。飽和蒸汽收縮率：指用125—1300C飽和蒸汽為介質(zhì)處理,一定時間(3min)后的收縮率。（二）紡織材料的熔孔性合纖織物在穿用過程中，在接觸到煙灰的火星，電焊火花，砂輪火花等熱體時，可能在織物上形成孔洞。紡織材料接觸到熱體在局部熔融收縮形成孔洞的性能叫熔孔性?？椢锏挚谷劭赚F(xiàn)象的性質(zhì)，叫抗熔孔性。1.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(dǎo)熱系數(shù)比棉、粘、羊毛大2.改善織物抗熔性的方法（1）合纖與天然纖維混紡；（2）制造包芯紗（芯用錦綸、滌綸，外層用棉）。第二節(jié)纖維的電學(xué)性質(zhì)（紡織材料的靜電P318）一、靜電產(chǎn)生危害和產(chǎn)生機(jī)理（1）對紡織生產(chǎn)影響：纖維易纏繞，紗線發(fā)毛、斷頭（2）對服用的影響：紡織品吸收灰塵，面料粘附肢體，使血液pH升高，鈣含量下降，而尿中鈣含量增加，血糖升高，維生素C下降。嚴(yán)重時引起電擊、火災(zāi)和爆炸。紡織材料主要是摩擦產(chǎn)生靜電

二、靜電性能指標(biāo)1、比電阻：比電阻越小，靜電泄漏越多、越快。（1）體積比電阻ρv：Ω.cm纖維比電阻大于1013Ω.cm易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。（2）質(zhì)量比電阻ρm：Ω.g/cm2

（3）表面比電阻ρs：Ω不銹鋼碳纖維AntronⅢT-25腈綸滌綸強(qiáng)度cN/dtex2.56-3.4713.2-23.82.033-42.2-4.414.14-5.62伸長率1-20.5-1.54520-3525-5020-50比電阻Ω.cm10-510-210-3-10-5107

1013-1014

1014-1015材料的比電阻值比較◆表面比電阻：電流通過物體寬1cm，長1cm表面時間的電阻稱為表面比電阻，它表示物體表面的導(dǎo)電性能。單位：Ω?！趔w積比電阻：電流通過截面積為1cm2，長為1cm的物體內(nèi)部時的電阻稱為體積比電阻，它表示物體內(nèi)部的導(dǎo)電性能。單位Ω.cm。◆質(zhì)量比電阻：電流通過長1cm，質(zhì)量為1g的纖維內(nèi)部時的電阻為質(zhì)量比電阻，單位：Ω.g/cm2

2、半衰期：紡織材料上的靜電衰減到原始值一半時所需的時間。主要決定因素是材料的表面比電阻。3、摩擦帶電量4、面電荷密度日本等國規(guī)定抗靜電織物摩擦帶電量控制在7μC/m2以下。5、摩擦帶靜電壓

三、抗靜電加工方法（一）表面處理法：纖維或織物用抗靜電整理劑整理，抗靜電樹脂粘附在纖維上。

特點：（1）成本較低，加工方便，生產(chǎn)效率高；（2）缺乏持久性；（3）在低濕度下抗靜電效果差。（二）纖維化學(xué)改性

在聚合物中抗靜電劑通過共聚或共混方法滲入到纖維內(nèi)部。

特點：（1）在低濕度下抗靜電效果差；（2）抗靜電耐久性有了明顯改善；（3）紡絲成本有所提高。（三）使用導(dǎo)電纖維：

特點：（1）低濕度下抗靜電效果仍有效。RH〈30%（2）抗靜電效果耐久性好。（3）加工復(fù)雜、成本貴、外觀不理想。（4）較低的導(dǎo)電纖維混用率，就能獲得較好的抗靜電效果。（一般混用0.05%－1%）前二種：利用吸濕使靜電泄漏原理，后一種：利用電暈放電除電原理。在低濕度下仍有效。第三節(jié)

纖維的光學(xué)性質(zhì)（不講）紡織材料在光照射下表現(xiàn)出來的性質(zhì)稱為光學(xué)性質(zhì)，包括色澤、雙折射性、耐光性等。一、纖維的顏色纖維的顏色除本身固有顏色決定外，還決定于所含的其他物質(zhì)和表面特征。天然纖維的顏色：取決于品種（即天然色素）；生長過程中的外界因素如細(xì)絨棉多為乳白色，非洲長絨棉多為奶黃色。合成纖維的顏色：取決于原料（是否含有雜質(zhì)）；紡絲工藝（如溫度、加熱時間、添加物性質(zhì)等）

二、光澤

光澤的強(qiáng)弱主要由紡織材料的反射情況而定。當(dāng)光線射到紡織材料表面時，在纖維和空氣的界面上同時產(chǎn)生反射和折射，光的一部分被反射，另一部分折射光在纖維內(nèi)部進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到另一界面時，再產(chǎn)生反射和折射。光澤的影響因素：1）纖維層狀結(jié)構(gòu)對光澤的影響層狀結(jié)構(gòu)指纖維內(nèi)部存在的可供光線反射的平面層次，當(dāng)平行光入射時，纖維各點時的正反射光和內(nèi)部反射光可以相互干涉，而正反射光中表達(dá)的是光源的色，內(nèi)部反射不表達(dá)的是物體的色，這樣反射光中既有光色又有物色，雖然光澤較強(qiáng)，但并不耀眼。2）纖維縱面形態(tài)