紡織材料的熱學 電學和光學性質 第一節熱學 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 導熱性 在有溫度差的情況下 熱量從高溫向低溫傳遞 這種性質稱為導熱性 保暖性 紡織材料被包覆體溫度的性能稱為保暖性 1 基本指標 1 導熱系數 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 常見纖維的導熱系數 在室溫20 時測得 2 絕熱率tt q1 q2 q1 100 式中 q1 包覆試樣前保持熱體恒溫所需熱量 q2 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 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 溫度與回潮率的影響t 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 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 纖維層的體積重量在0 03 0 06g cm3 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 低的纖維 加入陶瓷粉末等材料 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 這兩個突變區把熱機械曲線分為三個區域 分別對應于三種不同的力學狀態 二 纖維的熱機械性能 在區域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 表現為質硬而脆 這種力學狀態與無機玻璃相似 稱為玻璃態 隨著溫度的升高 形變逐漸增大 當溫度升高到某一程度時 形變發生突變 進入區域ii 這時即使在較小的外力作用下 也能迅速產生很大的形變 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 相應的力學狀態稱高彈態 當溫度升到足夠高時 聚合物完全變為粘性流體 其形變不可逆 這種力學狀稱為粘流態 粘流態 玻璃態 高彈態和粘流態稱為聚合物的力學三態 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 非晶態高聚物大分子鏈段開始運動的最低溫度或由玻璃態向高彈態轉變的溫度 b 粘流溫度tf定義 非晶態高聚物大分子鏈相互滑動的溫度 或由高彈態向粘流態轉變的溫度 c 熔點溫度tm定義 高聚物結晶全部熔化時的溫度 或晶態高聚物大分子鏈相互滑動的溫度 高聚物的tm 低分子的tm d 分解點溫度td定義 高聚物大分子主鏈產生斷裂的溫度 2 兩個轉變區 玻璃化轉變區 粘彈態轉變區 3 三種力學狀態 玻璃態 分子鏈段運動被凍結 顯現脆性高彈態 分子鏈段運動加劇 出現高彈變形粘流態 大分子開始變形 三 耐熱性一般規律是 t 斷裂強力 斷裂伸長率 初始模量 纖維變得柔軟 定義 耐熱性 紡織材料在高溫下保持原有物理力學性能的能力成為耐熱性 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 阻燃性 按燃燒時引燃的難易程度 燃燒速度 自熄性等燃燒特征分 1 易燃纖維2 可燃纖維3 難燃纖維4 不燃纖維指標 極限氧指數loi 指點燃紡織材料后 放在氧 氮大氣里維持燃燒的最低含氧量體積百分數 極限氧指數越大 紡織材料越難燃 五 熱收縮性 1 定義 合成纖維受熱后發生不可逆的收縮現象稱之為熱收縮 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 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tg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 tg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的工藝過程 如 蒸紗 熨燙 2 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 定型介質干熱定型 濕熱定型 第二節電學性質 一 介電性質纖維的導電能力只有導體的10 10 10 14 是一種電絕緣材料 電介質 定義 在電場中 由于介質極化而引起相反電場 將使電容器的電容增加 介質的這種性質稱為介電性質 二 纖維的導電性能1 纖維的比電阻 1 體積比電阻 v cm 定義 纖維通過長1cm 截面積為1cm2材料時的電阻值 2 表面比電阻 s 定義 電流通過長 寬都為1cm材料時的電阻值 3 質量比電阻 m g cm2 定義 電流通過長1cm 質量為1g材料時的電阻值 2 影響纖維比電阻的因素 1 回潮率 回潮率增加 m降低 2 溫度 溫度增加 減少 導電性能增加 3 纖維上的附著物 油劑 棉蠟 油脂的存在 三 纖維的靜電1 靜電現象及產生原因纖維在加工中要受到各種機件的作用 由于纖維與機械以及纖維與纖維間的摩擦 必會聚集起許多電荷從而產生靜電 纖維為電的不良導體2 靜電的危害與應用危害 粘接和分散 吸附飛花與塵埃 放電等 應用 靜電植絨 靜電吸塵 粉末塑料的靜電噴涂等 4 減少或防止靜電現象的方法機器接地提高空氣的相對濕度改善摩擦條件導電纖維的應用靜電消除器 電離空氣 加抗靜電劑 纖維油劑 織物防靜電整理 第三節光學性質 光學性質 纖維在光照射下表現出來的性質 主要包括色澤 雙折射 耐光性 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 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 合成纖維的顏色取決于 原料 是否含有雜質 紡絲工藝 如溫度 加熱 時間等 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 反射量的大小 反射光量的分布 1 纖維光澤的形成 2 影響纖維光澤的因素 a 縱面形態b 截面形狀c 層狀結構紗線的光澤還取決于紗線的結構織物的光澤還與紗線的捻向 織物