第六章紡織材料的熱學、電學、光學性質第六章紡織材料的熱學、電學、光學性質1第一節熱學性質比熱定義：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·℃第一節熱學性質比熱2一、紡織纖維的導熱與保溫1.指標(1)導熱系數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·℃一、紡織纖維的導熱與保溫3常見纖維的導熱系數（在室溫20℃時測得）

纖維種類λ(W·m/m2·℃)纖維種類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★空氣0.026錦綸0.244-0.337★水0.599常見纖維的導熱系數（在室溫20℃時測得）纖維種類λ(W·m4(2)

絕熱率T

T=[(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。(2)

絕熱率T5(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。(3)克羅值(CLO)62.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→λ↑。溫度與回潮率的影響T↑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。2.影響纖維導熱性能的因素73.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，λ最小，保暖性最好。3.纖維集合體的體積重量84.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4.增強服裝保暖性的途徑9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。形變溫度IIIIII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10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。玻璃態溫度形變IIIIII在區域I，溫度低，纖維在外力作用下的形變小，11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。溫度形變IIIIII玻璃態高彈態隨著溫度的升高，形變逐漸增大，當溫度升高到某一程12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。溫度形變IIIIII玻璃態高彈態粘流態玻璃態、高彈態和粘流態稱為聚合物的力學三態。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13形變溫度IIIIII玻璃態高彈態玻璃化轉變區Tg粘流態粘彈態轉變區Tf形變溫度IIIIII玻璃態高彈態玻璃化轉變區Tg粘流態粘彈態14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。

纖維的熱機械性能曲線的特點15c.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。c.熔點溫度Tm16（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（2）兩個轉變區：

17幾種紡織纖維的熱轉變點

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------13030-40桑蠶絲------15030-40粘膠纖維------150--醋酯纖維186195-205290-300----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纖維種類玻璃化溫度軟化點熔點18Tg的影響因素（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旋轉來實現，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。Tg的影響因素（1）聚合物的結構19a.主鏈結構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、芳環或芳雜環，可提高分子鏈的剛性，Tg升高a.主鏈結構主鏈由飽和單鍵所組成的聚合物，如-C-C-，-20側基的極性越強，數目越多，Tg越高，如：剛性側基的體積越大，分子鏈的柔順性越差，Tg越高，如：b.側基或側鏈側基的極性越強，數目越多，Tg越高，如：剛性側基的體積越大，21柔性側鏈越長，分子鏈柔順性越好，Tg越低，如：如果是對稱雙取代，可提高分子鏈柔順性，Tg下降，如：柔性側鏈越長，分子鏈柔順性越好，Tg越低，如：如果是對稱雙取22當分子量較低時，MW↗，Tg↗；當分子量足夠大時，Tg與分子量無關。c.分子量當分子量較低時，MW↗，Tg↗；c.分子量23d.化學交聯交聯度↗，分子鏈運動受約束的程度↗，分子鏈柔順性↘，Tg↗。d.化學交聯交聯度↗，分子鏈運動受約束的程度↗，分子鏈柔順24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Tg都有影響。測定Tg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Tg降低，外力愈大，Tg降低愈明顯。（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25三.纖維的耐熱性與熱穩定性

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。1.定義：

耐熱性——纖維耐短時間高溫的性能。

熱穩定性——纖維耐長時間高溫的性能。三.纖維的耐熱性與熱穩定性262.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。2.常用纖維耐熱性：27四、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象。原因是纖維分子受熱后發生較強的熱振動而獲得了更多的空間所致。四、纖維的熱膨脹與熱收縮28幾種纖維的熱膨脹系數

纖維種類膨脹系數（10-4）纖維種類膨脹系數（10-4）棉40膨脹錦綸1聚乙烯2膨脹滌綸0.5聚丙烯10錦綸-3醋酯纖維0.8-1.6滌綸-10（在80℃附近）幾種纖維的熱膨脹系數纖維種類膨脹系數（10-4）纖維種類膨292.熱收縮

（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：

2.熱收縮30a.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。a.沸水收縮率：31（3）產生原因：紡絲成形過程中，受到較大的抽伸作用，纖維殘留一定的內應力；

（4）影響因素：溫度——T↑，熱收縮率↑介質——水、空氣、蒸汽原來的熱處理條件（3）產生原因：32（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，產生易吊經、吊緯、裙子皺。使用時也要注意熱收縮問題。（5）利弊33五、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）五、纖維的熱塑性和熱定型342.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。2.熱定型的機理354.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。4.影響合纖織物熱定型效果的因素36（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

（3）張力37

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；發火點點燃溫度或發火點越低，纖維越容易燃燒。

（2）耐燃性指標（表示纖維經不經得起燃燒）

極限氧指數LOI（LimitOxygenIndex）

定義：纖維點燃后，在氧、氮大氣里維持燃燒所需要的最低含氧量體積百分數。六、纖維的燃燒性能382.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。2.阻燃機理39

可燃性和阻燃性易燃纖維：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、碳纖維等可燃性和阻燃性40七、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：抵抗熔孔現象的性能。2.合成纖維易產生熔孔現象的原因滌綸、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）。

七、纖維的熔孔性41第二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。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部結構的一種途徑第二節光學性質光學性質：纖維在光照射下表現出來的性質。42一、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）

一、纖維的色澤43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44光與纖維的作用圖5-1光與透明纖維及其纖維集合體的折射、反射和透射11、22入射主反射次反射主透射次透射介質1(空氣或液體)介質2(纖維)介質1(空氣或液體)（a）光對纖維的折射、反射和透射（b）光與單纖維內的作用（c）光與纖維集合體的作用lPbb1b2irtt2t3tststts2t2s纖維光與纖維的作用圖5-1光與透明纖維及其纖維集合體的折射、452.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.纖維的光澤46纖維的光澤實際上是：

正反射光、表面散射反射光和來自內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”。纖維的光澤實際上是：47（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（2）影響纖維光澤的因素：48光澤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；羊毛中粗的優于細的。化纖表面光滑，反光亮度大，光澤強。光澤光澤與觀察角度有關49二、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⊥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⊥

二、纖維的雙折射50纖維的雙折射現象傳播速度較慢的光，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為零晶體大多數纖維為正晶體纖維的雙折射現象傳播速度較慢的光，稱慢光，又稱e光，該方向的512.纖維雙折射率的測定方法及應用

測量：浸沒法：（尋找貝克線，測得表層折射率）

光程差法：

△D=d（n‖-n⊥）

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。2.纖維雙折射率的測定方法及應用52

纖維折射率n‖n⊥n‖-n⊥棉1.573~1.5811.524~1.5340.041~0.051苧麻1.595~1.5991.527~1.5400.057~0.068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纖維折射率n‖n⊥n‖-n⊥棉1.573~1.5811.53三、纖維的耐光性

定義：紡織材料抵抗光照的能力。

纖維經長期光照，會發生不同程度的裂解，使大分子斷裂，分子量下降，強度下降。TiO2的存在會加速裂解。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，產生熱振動，易使大分子裂解。三、纖維的耐光性54日光照射時間與纖維強度的損失

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纖維日曬時間（h）強度損失（%55第三節

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。第三節

纖維的電學性質纖維的電學性質與紡織加工及使用有關，561.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。1.纖維的導電性導電的基本方式:57

纖維的導電機理

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.纖維的導電機理58一、纖維的介電性質

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）。1.纖維的介電常數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，其變化的倍數稱為介電常數。它是材料的本體常數。其數值為：ε=C材/C0C材——以某種纖維材料為介質時，電容器的電容量；C0——以真空為介質時，電容器的電容量

一、纖維的介電性質59（2）影響ε大小的因素a.內因

電介質的密度：密度愈大，ε↑；

極化率：纖維分子極化程度↑，ε↑；

纖維分子量：分子量↓，ε↑。b.外因

溫度：溫度增加，ε增加。頻率：先上升再下降。回潮率：回潮率增加，ε增加。（2）影響ε大小的因素60二、纖維的導電性能

1.纖維的比電阻（1）體積比電阻（ρv，Ω·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（ρS，Ω）

定義：電流通過長、寬都為1cm材料時的電阻值。（3）質量比電阻（ρm，Ω·g/cm2）

定義：電流通過長1cm，質量為1g材料時的電阻值。

ρm易測，應用較多。ρm=ρv·γ

二、纖維的導電性能612.影響纖維比電阻的因素

（1）回潮率：回潮率增加，ρm降低;。

（2）溫度：溫度增加，ρ減少，導電性能增加;（3）纖維上的附著物：油劑、棉蠟、