纤维的热学性质
非织造复习资料课后习题答案
1、阐述非织造工艺的技术特点，并阐明非织造材料的特点。
答：1）多学科交叉。
突破传统纺织原理，综合了纺织、化工、塑料、造纸以及现代物理学、化学等学科的知识。
2)装备智能化，劳动生产率高3）工艺流程短，生产速度高，产量高。
4）可应用纤维范围广。
5）工艺变化多，产品用途广。
6）资金规模大，技术要求高。
2、试述纤维在非织造材料中的作用。
答：1）纤维形成非织造材料的基本结构。
2）纤维作为形成非织造材料的加固成分。
3）纤维形成非织造材料的粘合成分3、梳理机的主要种类有那两种？各自特点及其主要差异是什么？答：罗拉式梳理机和盖板式梳理机。
（1）盖板式梳理点多，罗拉式梳理点少（2）盖板式梳理属于连续式梳理，损伤纤维多，特别是长纤维，罗拉式梳理属于间歇式梳理，对长纤维损伤较少（3）盖板式梳理不仅除杂，还除去短纤维，罗拉式梳理基本上不会去除短纤维(4)盖板式梳理在盖板和锡林之间反复细微分梳纤维并混合，产量低。
而罗拉式梳理的工作罗拉仅对纤维分梳、凝聚及剥取、返回，产量很高4、气流成网原理是什么？答：纤维经过开松、除杂、混合后喂入主梳理机构，得到进一步的梳理后呈单纤维状态，在锡林高速回转产生的离心力和气流的共同作用下，纤维从针布锯齿上脱落，由气流输送并凝聚在成网帘（或尘笼）上，形成纤网。
5、气流成网形成的杂乱纤网是如何形成的？请分析其原理。
答：由于纤维有一定长度，在文丘利管中，其头、尾端处于两不同截面，又因为文丘利管是一种变截面管道，且管道截面面积从入口到出口逐步扩大。
因此纤维头、尾端速度是不同的，头端速度低于尾端速度，于是纤维产生变向，形成杂乱排列。
6、简述打浆的目的。
答：疏解作用：使纤维分散成单纤维。
水化作用：单纤维吸水后润涨，使浆粕形成胶体状。
分丝帚化作用：使纤维表面起毛，增加比表面，有利于纤维间缠结。
混合作用：使不同纤维、粘合剂和化学助剂从分混合7、湿法非织造材料与纸张有何异同？答：原料来源：湿法非织造材料原料的原料来源只要满足长度要求的纤维即可，纸张的原料来源是纤维素。
纤维的热学性质
比热值
1.21 1.46 0.67
大麻
黄麻
1.35
1.36
腈纶
丙纶(50℃)
1.51
1.80
石棉
木棉
1.05
(2). 导热系数λ 定义：材料厚度为1m，两表面 之间温差为1℃，每小时通过 1m2材料所传导的热量。由 傅里叶导热定律而得：
dT Q t s dx Qd T t s
玻璃化转变区：
在3~5℃范围内，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 数和双折射率等，均发生突变。 由于温度升高，分子链段开始“解冻”，其 热运动能可以克服主链的内旋转位垒，绕主 链轴旋转，使分子的构象发生变化。 模量迅速下降3-4个数量级，形变迅速增加。 此转变的温度称为玻璃化温度，记为Tg。
1i dQ Q1 Q2 K (T1 T2 )nvdtdA 62
又温度梯度呈线性 T T 2 dT l 1 2
dx
l l
代入得 因单位体积气体的比热Cv=iKn/2
1 dT dQ Cv vl dtdA 3 dx
1i dT dQ Knvl dtdA 32 dx
3.导热机理 分子导热机理
根据理想分子运动理论，假设时间间隔dt内通过面积微元 dA，由区域I到区域II和由区域II到区域I的分子数N是相同， 1 并且 N nvdt dA
6
由于每个分子的储备热能W=iKT/2，若沿与面积微元dA垂 直的x方向由温度差，那么从区域I到区域II的每个分子，要 比与其相反方向的分子传输更多的热能。其x方向传输的总 热量为：
强力高，变形小，且外力取除后变形很快消失，表现出类 似玻璃的力学性质。 在低温时，由于分子热运动能低，链段的热运动能不足以 克服内旋转的势垒，链段处于被“冻结”状态，只有侧基、 链节和短小支链等小运动单元的局部振动及键长、键角的 变化。形变与受力的大小成正比，当外力除去后形变能立 刻回复，这种力学性质称为虎克弹性，又称普弹性。
非晶态高聚物的热力学状态及转变
表7-5 几种纤维织物的常用热定形温度
纤维品种
涤纶 羊毛 锦纶66 腈纶 丙纶
热水定形 120~130 90~100 100~120 125～135 100~120
热定形温度(℃) 蒸汽定形 120~130 100~120 110~120 130～140 120~130
干热定形 190~210 130~150 170~190
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纺织物理
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chap6 纤维的热学性
粘弹态转变区： 纤维表现流动性，模量迅速下降，形变迅速增加 。 用Tf表示。链段热运动逐渐加剧，大分子链段在长 范围内甚至整体的相对位移。
粘流态： 变形容易且不可逆，呈现一种具有粘滞性可流动的 液体状态。纤维大分子链段运动剧烈，各大分子链 间可以发生相对位移，从而产生不可逆变形。
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chap6 纤维的热学性
几种纺织纤维的热转变点
纤维种类
玻璃化温度
软化点
熔点
棉 羊毛 桑蚕丝 粘胶纤维 醋酯纤维 涤纶 锦纶6 锦纶66
腈纶
维纶
丙纶 氯纶
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----186 80,67,90 47,65 85 80～100, 140～150
85
-35 82
----195～205 235～240 180 225
晶体的导热系数：晶体的导热系数有峰值。高温时，晶格的振动造 成声子自由程的大幅下架，晶体与非晶体的导热系数接近。
晶相与非晶相的比例：当纤维材料中晶相大于非晶相时，导热系数 随温度的升高而稍有下降；反之则增大；当两者比例合适时，导热 系数可在相当大的温度范围内保持常数。
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纺织物理
牛奶纤维热学和力学性质的研究
ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｈ ｎ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｒ ｉ ｉ ｇ ｐ ｅ ｏ ｍ ｓ ｎ — ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ｅｄ ｍｅ ｓｏ ａ ａ ｄ ｎ ｒ ｆ ｒ ，ａ ｄ ｍｅ ｔ ｂ
枝 共聚 的各 种 研 究 工 作 是 出 于对 合 成 纤 维 的 改
— —
热重分析和差 示扫 描量 热分 析所 用 的仪 器分
别为 Ｎ Ｔ Ｓ Ｈ Ｔ ０ Ｅ Ｚ Ｃ Ｇ２ ９和 Ｎ Ｔ Ｓ Ｈ Ｓ ０ 。 Ｅ Ｚ Ｃ Ｄ Ｃ ２ ４ 热重分析 、 差示 扫描量热分析在 氮气 中进行 。升温
速度 为 １ ℃／ ｎ 温度 变化范 围为从 ２ ￣６ ０ Ｏ ｍｉ， ５ ０ ℃。
收稿日 ２０— — 期： ７ ３ ８ ０ ０１
作 者 简 介 ： 并 珊 （９ １ ） 女 ， 李 １ ８ 一 ， 河南 郑 州 人 ， 士 ■ ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ， ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
低下， 没有实用价值。而成功制造牛奶纤维 的技
术， 是在 ２ ０世 纪末 由 日本规 模性地 研制 开发 出来 的 。 目前 ， 全球 只有 少 数 国家 生产 牛奶 纤 维 。我
１ 试 样 与 仪 器
试样 为 １ ４ ｔｘ的牛奶 短纤 维 。 ． ８ｄｅ
国早期开 始 的蛋 白质 纤 维 的研 究 开发 ， 白质 接 蛋
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纺织物理第六章纤维的热学性质
定义
热容是描述物质在加热或冷却过程中吸收或释放热量能力的物理量。
分类
根据热容与温度的关系，可分为定容热容和定压热容。在等温过程中，定容热容表示单位 质量的物质温度升高或降低1K时所吸收或释放的热量；定压热容表示在等压过程中，单 位质量的物质温度升高或降低1K时所吸收或释放的热量。
影响因素
物质的种类、温度和物态。
重要性及应用
重要性
热学性质是纤维的基本物理性能之一，对于纺织品的加工、性能优化以及穿着 舒适性等方面具有重要影响。
应用
纤维的热学性质在纺织品的加工过程中，如热定型、染色、印花等环节中有着 广泛的应用。同时，纤维的热学性质也直接影响着纺织品的保暖性、透气性、 舒适性等性能。
02
纤维的热学性质
热容
学习纺织材料的热防护 技术，如阻燃、隔热等 技术在纺织品中的应用。
THANKS
感谢观看
热氧化
纤维在高温下与氧气发生反应， 产生氧化产物，如二氧化碳、水 蒸气等。热氧化会导致纤维质量 减轻，性能下降。
热色效应
• 热色效应是指纤维在受热时颜色发生变化的现象。不同纤维的 热色效应不同，有些纤维在受热时会变色，而有些则不会。热 色效应在纺织品加工中具有重要应用，如染色、印花等。
热防护与阻燃
热分解温度
热分解温度是指纤维材料开始发生分解反应的温度。通过测定热重曲线，可以得 到纤维材料的热分解温度和分解速率等数据。
热处理与加工性能测试
熔融温度与黏度
熔融温度是指纤维材料开始熔化的温度，黏度则表示纤维材料在熔融状态下的流动性能。这些数据对于纤维的加 工工艺和产品质量具有重要意义。
热加工温度范围
热防护
纤维的热稳定性与其热防护性能密切 相关。热防护性能好的纤维能够在高 温下保持较好的机械性能和化学稳定 性，不易燃烧或分解。
纺织物理第六章纤维的热学性质
一、纤维的热力学状态与转变
1．非晶态高聚物的热力学状态与转变
（4）粘弹转变区：也是一个对温度十分敏感的区域，链段 可沿作用力方向协同运动。这不仅使分子链的形态改变，而 且导致大分子链段在长范围内发生相对位移，聚合物开始出 现流动性，模量迅速下降2个数量级，形变迅速增加。此转 变温度称为粘流温度，用Tf表示。
（3）高弹态：链段的运动，改变构象以适应外力的作用。 受力时，分子链在力场作用下可从卷曲状态变到伸展状态， 外力除去，分子链又可通过单键的内旋转和链段运动回复到 原来的卷曲状态。高弹性的模量为105~107 Pa，比普弹性的 模量（1010~1011 Pa）小得多；形变可达100-1000%，比普弹 形变（0.01%~0.1%）纺大织物得理第多六。章纤维的热学性质
纺织物理第六章纤维的热学性质
一、纤维的热力学状态与转变
1．非晶态高聚物的热力学状态与转变
（1）玻璃态：链段处于被冻结的状态，只有那些较小的运 动单元，如侧基、支链和小链节等能够运动。
（2）玻璃化转变区：是非晶态高聚物材料对温度十分敏感 的区域。在3-5℃范围内，几乎所有性质都发生突变（如热膨 胀系数、模量、介电常数、折光指数等）。从分子运动机理 看，在此温度范围，链段开始解冻，即链段运动被激发。此 转变的温度称为玻璃化温度，通常用Tg表示。
纺织物理第六章纤维的热学性质
第一节 纤维的热力学状态与性质
本节将对纤维各典型热力学状态的特征与产生机制及其 相关性质作基本叙述。
纤维的 热力学性质
有关 是温度的函数
分子的结构 热运动状态 纤维的性状
GP(t,T)
影响纤维的成形加工和使用性能
纺织物理第六章纤维的热学性质
第一节 纤维的热力学状态与性质 一、纤维的热力学状态与转变 1．非晶态高聚物的热力学状态与转变 对一非晶态高聚物试样施加一恒定而较小的应力，在等速升 温的环境下观察试样形变与温度的关系，可得图6- 1中所示 的曲线。通常称为温度-形变曲线或热机械曲线。 根据试样的力学性质随温度变化的特征，可以把非晶态高聚 物按温度区域的不同，划为三种力学状态：玻璃态、高弹态 和粘流态。并相应地形成两个转变区：玻璃化转变区和粘弹 转变区。三种力学状态及两种转变区的特征是非晶态高聚物 内部分子处于不同运动状态的宏观表现。
碳纤维比热容和导热系数
碳纤维热学性质简述碳纤维是一种高性能材料，具有轻质、高强度、高刚性和耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、汽车、体育器材等领域。
碳纤维的比热容和导热系数是其热学性质的重要组成部分，对于正确设计碳纤维制品的热性能具有重要意义。
比热容比热容是指物体单位质量在温度变化下吸收或释放的热量。
它反映了物质在热量传递过程中的贮存和转移能力，是决定物质热性能的重要参数。
碳纤维的比热容通常采用实验方法进行测量。
根据实验结果，碳纤维的比热容与温度有一定的关系。
在低温下，碳纤维的比热容较小，随着温度的升高，比热容逐渐增加。
这种变化趋势与碳纤维的微观结构有关。
碳纤维的内部结构由许多石墨晶体组成，这些晶体在低温下具有较少的自由电子，因此比热容相对较低。
随着温度的升高，自由电子的能量增加，参与热传递的振动和自由电子的运动也增强，从而导致比热容的增加。
导热系数导热系数是指物体在单位厚度、两侧温度差为1℃时，单位时间内通过单位面积的热量。
它反映了物质在导热过程中的传递能力，是决定物质热性能的另一个重要参数。
碳纤维的导热系数同样采用实验方法进行测量。
实验结果表明，碳纤维的导热系数较低，通常在0.002-0.006W/m·K之间。
这种低导热系数的原因在于碳纤维的微观结构。
碳纤维内部由许多石墨晶体组成，这些晶体之间的界面具有较高的热阻，因此热量在碳纤维内部的传递受到限制。
此外，碳纤维中自由电子的含量较少，这也限制了碳纤维在导热过程中的传导能力。
然而，值得注意的是，碳纤维的比热容和导热系数并不是常数，而是随温度和压力等条件的变化而变化。
例如，在高温高压条件下，碳纤维内部的石墨晶体结构可能会发生变化，导致比热容和导热系数的改变。
因此，在实际应用中，需要根据具体条件对碳纤维的热学性质进行评估和优化。
应用碳纤维的比热容和导热系数对于设计碳纤维制品的热性能具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体需求和使用环境来选择合适的碳纤维材料。
例如，在航空领域，为了确保飞机在极端温度下的安全运行，需要评估碳纤维复合材料在各种温度下的热性能。
蛋白质改性纤维素复合纤维的热力学性能
第 １ １期
纺
ห้องสมุดไป่ตู้
织
学
报
Ｖｏ １ ． ３ ４． Ｎｏ． １ １
ＮＯ Ｖ ． ，２０１ ３
２ ０ １ ３年 １ １月
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｔｅ ｘ ｔ ｉ ｌ ｅ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｅ ｈ
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ９ ７ ２ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ０ １ ５ — ０ ４
ｂ ａ ｎ ｄｓ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｗｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｌ ｏ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ３ １ ２ ｏ Ｃ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｉｂ ｆ ｅ ｒ Ｓ ＤＳ Ｃ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ａ ｐｐ ｅ ａ ｒ ｓ
当受 热 温 度 达 到 １ ５ ０ ｏ Ｃ时 ， 复合 纤 维 的 断 裂 强 度 比 原 始 值 高 １ ５ ． １ ％， 纤维受热后 ， 断 裂 伸 长 变 化率 随着 受 热 温 度 的 升高 ， 逐渐减小 ； 复合 纤维 的燃 烧 性 能 与 棉 、 粘胶纤维类 似 ， 极限氧指数为 １ ９ ％ ～２ ０ ％。
蛋 白质 改 性 纤 维 素 复 合 纤 维 的 热 力 学 性 能
杨 莉 ，毕 松 梅 ，徐 文 正 ，周 磊
（ 安 徽 工 程 大 学 纺 织 服 装 学 院 ，安 徽 芜 湖 ２ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘 要
为 了解 蛋 白 质 改 性 纤 维 素 复 合 纤 维 的热 力 学 性 能 ， 采用 Ｔ Ｇ和 Ｄ Ｓ Ｃ分 析 纤 维 的 热 力 学 特 征 ， 并对 纤维 的
ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉｂ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｆ ｉｂ ｅ ｒ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｉ ｌ ａ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈｏ ｓ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｔ ｔ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｅ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｓ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｉ ｎ ｄｅ ｘ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｉ ｓ １ ９ —２ ０％ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ；ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ￣ｙ； ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ； ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ
第七章 纤维的热学、光学和电学性质
一、光在纤维中的反射与折射现象
当光线照射在纤维上，在纤维（介质2）与空气或 液体（介质1）的界面处将发生反射与折射现象。
二、光泽
纤维的光泽实际上是：正反射光、表面散射反 射光和来自内部的散射反射光的共同贡献。 评价光泽应同时考虑两个方面： 反射光量的大小和反射光量的分布规律 反射光量很大，分布不均匀——“极光”； 反射光量很大，分布较均匀——“骠光”。
的热量焦耳数。
二、导热系数
2.影响纤维导热系数的因素
（1）纤维的结晶与取向 纤维的结晶度越高，有序排列的部分越多，连续性 越好， λ越大； 纤维中分子沿纤维轴的取向排列越高越多，有利于 热在此方向上的传递，分子的取向度越高，沿纤维 轴向的导热系数越大。
二、导热系数
2.影响纤维导热系数的因素
（2）纤维集合体密度 纤维集合体的导热系数取决 于纤维中的孔隙量及孔隙中 气体的流动性。
（2） 表面比电阻ρs
纤维柔软细长，体积或截面积难以测量，而通常 纤维导电主要发生在表面，因此采用表面比电阻 ρs 表达。ρs 是单位长度上的电压（U/L）与单位宽 度上流过的电流（I/H）之比，单位欧姆Ω。
一、导电性质
1. 纤维比电阻及其表达
（3） 质量比电阻ρm
考虑纤维材料比电阻测量的方便，引入质量比电 阻ρm概念，即单位长度上的电压（U/L）与单位线 密度纤维上流过的电流(I/(W/L))之比，单位是欧 姆· 克／厘米2(Ω · 2)。 g/cm
外加电场作用下，内部分子形成电极化的现象。 衡量介电现象强弱的物理量为相对介电常数εr， 简称介电常数。
二、介电性质
2.影响纤维介电常数的主要因素
(1) 纤维内部结构对介电常数的影响
(2) 外部因素对介电常数的影响
纤维服用性能分析
编辑ppt
表l-7 干纤维（20℃时）的比热容
纤维 棉
亚麻 大麻 黄麻 羊毛 桑蚕丝 粘胶纤维 锦纶6
比热容 J/（g·℃） 1.21～1.34
1.34 1.35 1.36 1.36 1.38～1.39 1.26～1.36 1.84
长丝为7%～9%。通常把沸水收缩率在20% 左右的纤维称为收缩纤维。
编辑pБайду номын сангаасt
4. 热塑性与热定形
当把合成纤维或其织物加热到玻璃化温度以上时， 纤维内部大分子间的作用力减小，各分子键开始自 由转动，纤维的变形能力将增大。如果再加一定张 力，强迫纤维变形，就会引起纤维内部分子链间部 分原有的次价键拆开并在新的位置重新建立新的次 价键。冷却并解除外力作用后，合成纤维织物的形 状就会在新的分子排列状态下稳定下来。只要以后 遇到的温度不超过定型温度，纤维或织物的形状就 不会有大的变化。合成纤维的这种性能，称为热塑 性。 上述的这种加工过程，称为热定形。
75
－
90 100
40 100
30～ 85～ 35 95
3编33～7辑ppt 100
3 － 78 － 98 － 100 75
70～80
100
5 －
62 －
80 －
100 75 50～ 60 70～ 83
10 － 44 － 37 － 97 50
45～50
51～56
5. 纤维的疲劳
蠕变：纤维在一个大小不变的拉伸外力 作用下，变形随时间的延长而逐渐增加 的现象。
0.084 0.051 0.221～0.302 0.042 0.027 0.697
木薯蚕丝纤维的热学性能研究
木薯蚕丝纤维的热学性能研究作者：黄继伟赵树强宁晚娥林海涛凌新龙岳新霞蒋芳来源：《丝绸》2018年第08期摘要：木薯蚕丝是仅有的几种被广泛饲育生产的野蚕丝之一，极具开发利用价值，研究与认识木薯蚕丝结构与性能是进一步开拓其应用领域的重要基础，而热学性能是蚕丝开发应用中被广泛关注的方面。
文章采用对比分析的方法，对木薯蚕丝、柞蚕丝和桑蚕丝的热学性能进行了表征和分析，包括微商热重法（TGA/DTG）、差示扫描量热法（DSC）和动态热机械分析法（DMA）等手段。
研究结果表明：相对于柞蚕丝和桑蚕丝，木薯蚕丝的热失重区间、最速热失重温度、储能模量和损耗模量等均较大，说明木薯蚕丝具有良好的热稳定性，进而可推断木薯蚕丝在改善或调节丝蛋白复合类材料的热稳定性方面有望作为一种有效组分来使用。
关键词：木薯蚕丝；热学性能；微商热重法；差示扫描量热法；动态热机械分析中图分类号： TS102.333文献标志码： A文章编号： 1001-7003（2018）08-0007-05引用页码： 081102Abstract： Cassava silk， one of few kinds of wild silk widely cultivated， has great value of development and utilization. The research and understanding of the structure and performance of cassava silk is very important for its development and application. The thermal property receives extensive attention in silk development and application. In this paper， the thermal properties of cassava silk， tussah silk and mulberry silk were characterized and analyzed by means of thermal gravimetric analyzer /derivative thermogravimetry （TGA/DTG）， differential scanning calorimetry （DSC） and dynamic thermomechanical analysis （DMA）. The results show that，compared with tussah silk and mulberry silk， the cassava silk shows broader thermal weight loss range， the higher thermal weight loss temperature， larger storage modulus and loss modulus，suggesting the excellent thermal stability of cassava silk. It is an effective component to improve or adjust heat stability of fibroin compound martials.Key words： cassava silk； thermal properties； derivative thermogravimetry； differential scanning calorimetry； dynamic thermomechanical analysis木薯蚕丝是仅有的几种被广泛饲育生产的野蚕丝之一，其是由喂食木薯叶的蓖麻蚕（Philosamia cynthia ricini Boisduval）吐丝形成。
热定型对氨纶纤维结构性能的影响
℃ 温度下进行 热 定 型。 然 而,氨 纶 纤 维 对 热 的 耐 受 性
较差,在高温下处理一定时间会出现弹性 性 能 恶 化 [6]。
因此,有必要对氨纶纤维的热定型进行研究,为其产 品
工艺方案提供参考依据。
文章编号:
1673-0356(
2021)
06-0028-04
伸长率 150% 缠绕在 50mm×150mm 的金属框架上。
180 ℃ 热 定 型 较
此,氨纶纤维的结晶度比较低,而 180 ℃ 热定型并不会
短时间并不会对氨纶纤维造成破坏。
化。
吸热
b
导致纤维晶相结 构 改 变,但 是 会 影 响 微 相 分 离 结 构 变
33
37
.
7 28
50
.
6
34
44
.
429
3
4.
1
15
91
.
5
10
92
.
4
a
50
10
0
15
0
20
0
25
能获得良好的 穿 着 体 验。 例 如,市 面 上 的 棉 袜 主 要 使
用棉/氨纶包芯 纱,女 士 丝 袜 主 要 是 锦 纶/氨 纶 包 覆 丝
的针织品,还 有 许 多 运 动 型 面 料 使 用 涤 纶/氨 纶 复 合
丝
。这些面料 在 生 产 过 程 中 经 常 会 遭 受 高 温 作 用,
[
较短时间对氨纶纤维分子结构影响不大。
180 ℃ 热定 型 对 氨 纶 纤 维 外 观 结 构 不 会 有 影 响,
a
5
10
15
20
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30
蛋白质改性纤维素复合纤维的热力学性能
蛋白质改性纤维素复合纤维的热力学性能杨莉;毕松梅;徐文正;周磊【摘要】为了解蛋白质改性纤维素复合纤维的热力学性能,采用TG和DSC分析纤维的热力学特征,并对纤维的耐热性能和极限氧指数进行测试.结果表明:随着温度的升高,复合纤维的TG曲线有2个失重阶,主失重温度在312℃左右;复合纤维的DSC 曲线呈现出双熔融峰;柔丝纤维在90～110℃时,断裂强度随着温度的升高而下降,当受热温度达到150℃时,复合纤维的断裂强度比原始值高15.1％,纤维受热后,断裂伸长变化率随着受热温度的升高,逐渐减小;复合纤维的燃烧性能与棉、粘胶纤维类似,极限氧指数为19％～20％.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2013(034)011【总页数】4页(P15-18)【关键词】复合纤维;热力学性能;耐热性能;燃烧性能【作者】杨莉;毕松梅;徐文正;周磊【作者单位】安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】TS102.2蛋白质改性纤维素复合纤维是一种植物蛋白质改性的功能性绿色环保纤维。
具有再生纤维素类纤维所具有的光泽亮丽柔和、柔软舒适等优良的服用性能外，还具有亲肤护肤、发射远红外线、负离子等保健功能。
通过与木棉、棉、羊绒等纤维混纺，制成各项性能较优的纺织品，而被广泛用于多种服用面料[1-4]。
长期使用过程中发现，该纤维的物理力学性能与普通粘胶纤维相似，但其具有特殊的热力学性能。
热力学性能是纤维原料的一项重要性能指标，会直接影响制品的后加工和服用性能。
因此，本文对该纤维的热力学性能进行测试，分析其对纤维力学性能的影响，确保其可行性加工时温度范围的确定。
1.1 试样及仪器蛋白质改性纤维素复合纤维(1.5 dte x×38 mm)，由苏州恒光化纤有限公司提供。
什么是纤维的热力学曲线
什么是纤维的热力学曲线纤维的热力学曲线是描述纤维在温度和湿度变化下所表现出的特性的一种图形化表示。
它是一个动态的曲线，能够反映纤维在不同环境条件下的吸湿性、收缩性与伸长性等热力学特征。
纤维的热力学曲线对于纺织行业以及纤维材料的研究具有重要的指导意义。
在纤维的热力学曲线上，水分含量（湿度）和温度是两个主要的变量。
曲线的纵坐标代表纤维的长度（伸长率）或者纤维的收缩率，而横坐标则表示温度或湿度的变化。
曲线上的数据点可以通过实验测量获得，并且可以表达不同的纤维性能特征。
首先，纤维在不同的湿度和温度条件下具有不同的吸湿性。
当湿度增加时，纤维可以吸收空气中的水分，导致纤维的长度增加，这称为纤维的伸长性。
相反，当湿度降低时，纤维会释放水分，导致纤维的长度缩短，这则是纤维的收缩性。
纤维的热力学曲线可以直观地展示纤维对湿度变化的响应，更好地掌握纤维的吸湿性能。
其次，纤维的热力学曲线也能够反映纤维在不同温度下的性能特征。
随着温度的升高，纤维的伸长率会增加。
这是因为高温可以使纤维分子间的键络变得较弱，纤维结构更容易发生变形。
而当温度降低时，纤维的伸长性也会减弱。
纤维的热力学曲线可以用来预测纤维在不同温度下的收缩性能和伸长性，为纺织行业提供重要的参考依据。
在实际应用中，纤维的热力学曲线对于纺织品的制作和设计具有重要的意义。
例如，纺织品的尺寸稳定性是制作高品质服装的重要要求之一。
通过研究纤维的热力学曲线，可以选择具有合适伸长性和收缩性能的纤维，从而确保纺织品在不同环境下维持稳定的尺寸。
此外，纤维的热力学曲线还能应用于纤维的模拟仿真和材料开发，帮助进行设计优化和成本控制。
总之，纤维的热力学曲线是纤维在温度和湿度变化下所表现出的热力学特性的图形化表示。
它能够生动、全面地展示纤维的伸长性、收缩性等特征，并且在纺织行业和纤维材料研究中具有重要的指导意义。
通过研究纤维的热力学曲线，可以更好地了解纤维的性能特点，为纺织品的开发和设计提供重要的技术支持。
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2） 纤维集合体的密度（体积质量）
λ
δK=0.03-0.06g/cm3时，纤维保暖性最好。
空气
δK
δ
0.1
0.2
保暖性主要取决于纤维中夹持的空气数量和状态。 纤维层中夹持的静止空气越多，则纤维层的绝热性越 好。一旦夹持的空气流动，保暖性将大大降低。
3）纤维的结晶度与取向度
纤维中分子取向排列越高越多，沿纤维轴向的导热 系数越大，垂直于纤维轴向的导热系数越小，存在热 传导的各向异性。 纤维的结晶度越高有序排列的部分越多，连续性越 好，导热系数越大。
热作用下纤维外观形态的稳定性，主要是指纤维的热收缩。
纤维的热收缩
定义：材料受热作用而产生收缩的现象。 原因：初生纤维拉伸，纤维中残留有应力，因受玻璃态约束
未能缩回，当纤维受热温度超过一定限度时，纤维中的约束 减弱，从而产生收缩。
评价指标：
热收缩率：是指加热后纤维缩短的长度占原来长度的百分率。
使用不同介质的收缩率
1、基本概念 将合成纤维或制品加热到玻璃化温度以上 （低于软化点温度），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T<Tg时，则纤 维或制品的形状就不 会有大的变化。这种 特性称之为热塑性。 利用合纤的热塑性，将织物在一定张力下 加热处 理，使之固定于新的状态的工艺过 程。（如：蒸纱、熨烫）
四、耐热性和热稳定性
耐热性：纺织纤维经热作用后力学性能的保持性 叫耐热性。 图
热稳定性：纤维在热的作用下结构形态和组成 的稳定性。
1、质量与组成的稳定性
裂解：高分子主链的断裂，导致分子量下降，材料的机械 性能恶化。
2、结构的稳定性
热作用下，纤维的聚集态结构发生变化，结晶度下降，取向 度下降。
3、形态的稳定性（热收缩）
异形纤维、卷曲纤维有利于降低纤维集合体导热系数
3、导热系数对纤维的加工和使用的影响 导热系数对纤维加工的影响
对纤维进行热加工时，导热系数大小影响纤维热作用的 传递和热处理的效果
增强服装保暖性的途径 尽可能多的储存静止空气； （中空纤维、多衣穿着、不透水） 降低W%； 选用λ低的纤维；
加入陶瓷粉末等材料。
涤纶
腈纶 丙纶 氯纶 ★空气 ★水
0.084
0.051 0.221-0.302 0.042
醋纤
锦纶
0.050
0.244-0.337
0.026
0.697
2、影响纤维集合体导热系数的因素
1）环境温湿度影响 温度 ： T↑，λ↑ 随温度增加，纤维分子的热运动频率加大，使热量传 递能力提高。 湿度： RH ↑，W ↑, λ↑，保暖性↓ 纤维吸湿和放湿过程的热效应对纤维的保暖性有影响
4）纤维排列方向
α
纤维层 方向
导热系数λ
热辐射方向
10 20 30 40 50 60 70
80
90
纤维排列方向角α
纤维平行于热辐射方向排列导热能力强
5）纤维的形态
形态导致纤维集合体中维持静止空气使导热系数下降 形态导致纤维间接触面积减少使导热系数下降 形态导致纤维集合体中直通孔隙的减少使导热系数下降 细度↓ ，导热系数↓；中空度↑，导热系数↓
纤维的热学性质
一、比热容
1、定义 质量为1克的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量。
Q C m t
纺织材料的比热为：锦纶66 C=2.05 J/g.℃。 玻璃纤维C=0.67 J/g.℃。 水：C=4.18 J/g.℃，干空气C=1.01 J/g.℃。
二、影响纤维比热容的主要因素
水分 纤维的比热容与纤维回潮率有关，随纤维回 潮率增加而增大。
玻 璃 化 转 变 区
高 弹 态
粘 弹 转 变 区
粘 流 态
lgE
玻 璃 态
玻 璃 化 转 变 区
高 弹 态
粘 弹 转 变 区
粘 流 态
温度（℃ ）
温度（℃ ）
曲线上有两个斜率突变区—玻璃化转变区、粘弹转变区。 呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态
2、两种转变和三种力学状态 玻璃态
玻 璃 态
3、提高纤维材料难燃性的途径
阻燃整理（纯棉、化纤） 制造难燃纤维（合成纤维）
4、纺织材料的熔孔性
熔孔性：纺织材料织物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叫熔孔性。 1、热塑性合成纤维：温度超过其熔点的火花或其他热体---熔融， 熔体向四周收缩在织物上形成孔洞（合成纤维吸湿性小，导热 性强） 2、天然纤维、粘胶纤维---不软化、不熔融、温度过高时即分解 或燃烧。
沸水收缩率：一般指将纤维放在100℃的沸水中处理 30min，晾干后的收缩率； 热空气收缩率：一般指用180℃ 、190℃、210℃热空 气为介质处理一定时间（如15min）后的 收缩率； 饱和蒸汽收缩率：一般指用125-130 ℃饱和蒸汽为介质 处理一定时间（如3min）后的收缩率。
合成纤维在不同介质处理下的热收缩率
收 缩 率 ％
锦纶6
锦纶66
涤纶
－沸水收缩率
－热空气收缩率
- 饱和蒸汽收缩率
影响因素： 温度——T↑，热收缩率↑ 介质——水、空气、蒸汽 利弊： 利用不同的纤维收缩率，混纺可改善纱线结构。 长丝或合纤纱热收缩率不同，产生易吊经、吊纬、裙子 皱。 使用时也要注意热收缩问题。
五、纤维的热塑性和热定形
粘流态
粘 弹 转 变 区
粘流态 III
I
II
温度（℃ ）
粘弹转变区：大分子链段产生相互滑移，纤维表现流动性。 大分子链段产生相互滑移，变形能力显著增加，产生不可逆 变形，聚合物完全变为粘性流体，称为粘流态。
3、热转变温度 表 （1）玻璃化温度：从玻璃态向高弹态转变的温பைடு நூலகம்。 （2）粘流温度：由高弹态转变为粘流态的温度， （3）软化温度：在一指定的应力及条件下，高聚物 达到一定变形时的温度。 （4）熔点温度：高聚物结晶全部熔化时的温度 （5）分解温度：纤维发生化学分解时的温度。
II
III
I
Tg
温度（℃ ）
分子链段运动被冻结，运动方式是局部振动和键长、键角的 变化。纤维在外力作用下的形变小，弹性模量高，表现为质 硬而脆，类似玻璃，称为玻璃态。
高弹态
玻 璃 化 转 变 区
高弹态
II III
I
Tf
温度（℃ ）
玻璃化转变区：纤维所有物理性质发生突变，链段运动限制被 解除，大分子构象可以发生变化。 分子链段运动加剧，发生链段构象的变化（但整个分子不发生 位移） ，出现高弹变形，类似橡胶的特性。称高弹态
Qd T t S
λ↓，导热性下降，绝热 性、保暖性增强 。
d Q T1
S
T2
（T2>T1）
常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得）
纤维种类 λ(W· m/m2· ℃) 纤维种类 λ(W· m/m2· ℃)
棉
羊毛 蚕丝 粘纤
0.071-0.073
0.052-0.055 0.050-0.055 0.055-0.071
燃烧分类：
易燃纤维（快速燃烧，形成火焰）：纤维素纤维、腈纶纤维 可燃纤维（缓慢燃烧，离开火焰可延燃）：羊毛、蚕丝、锦纶、 涤纶、丙纶、维纶等
难燃纤维（接触燃烧，离开火焰熄灭）：氯纶、芳纶
不然纤维：金属纤维、碳纤维、石棉、玻璃纤维、PBI纤维等
2、燃烧性能指标
1）极限氧指数（LOI）
定义：材料点燃后在氧—氮大气里维持燃烧所需要的最低 含氧量体积百分数。
C 0 CW W C 1W
温度
在回潮率一定时，温度增加，纤维的比热容 增大。 1、纤维大分子的取向排列导致比热容增大 2、纤维结晶形式和结晶度对比热容有影响 3、比热容对应的是分子热运动所需的能量。 分子热运动受材料的结构及分子的排列影响
纤维结构
二、导热系数λ
2，两个平行表面之间温差 材料厚度为 1m ，面积为 1m 1、定义： 为1℃时，1s通过材料传导的热量焦尔数 。
3、吸湿性强弱影响防止材料的抗熔性。棉、毛等天然纤维抗熔 性较好，腈纶与毛相似。涤纶和锦纶抗熔性差。
热塑性
热定形
2、 热定形的机理 最初结构的松散；新结构的重建；新结构的固化 。 3、影响热定形效果的因素： 定形时间：在一定范围内，温度较高，热定型时间可以缩短， 温度较低时，热定型时间较长。 定形张力：松弛热定型、张力热定型 4、热定形的方法 干热定形----热风处理，金属表面接触加热。 湿热定形----湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型 。
六、燃烧性能
1、几种常见纤维的燃烧特征
纤维名称 纤维素纤维 蛋白质纤维 涤纶 锦纶 腈纶 维纶 丙纶 氯纶 接近火焰 不熔不缩 收缩 收缩熔融 收缩熔融 收缩、微熔 发焦 收缩熔融 缓慢收缩 收缩 在火焰中 迅速燃烧 渐渐燃烧 先熔后燃， 有液体滴下 先熔后燃， 有液体滴下 熔融燃烧有 发光小火花 燃烧 熔融燃烧 熔融燃烧有 黑烟 离开火焰 继续燃烧 不易延燃 能延燃 能延燃 继续燃烧 继续燃烧 继续燃烧 不能延燃 燃烧后残渣 灰白色灰 松脆黑灰 玻璃状黑褐 色硬球 玻璃状黑褐 色硬球 松脆黑色硬 块 松脆黑色硬 块 黄褐色硬球 松脆黑色硬 块 燃烧时气味 烧纸味 烧毛发味 特殊芳香味 氨臭味 有辣味 特殊甜味 沥青味 氯化氢臭味
4、影响热定型效果的因素 温度 定型温度应大于玻璃化温度，低于软化点和熔点。温度 愈高，定型效果愈显著，但T不能太高，否则会使织物手 感粗糙，甚至引起纤维损伤。 时间 温度高，定型时间可短些；温度低，定型时间可长些。 张力 定张力定型、无张力定型 冷却速度 要求较快冷却，可使新结构快速固定，可获得较好手感 的织物。 定型介质 干热定形----热风处理，金属表面接触加热。 湿热定形----湿法定型，汽蒸定型，过热蒸汽定型 。