第四章 纤维的物理性能要点
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第四章 纤维的物理性能 一、纤维的比热p73 也称比热容，是指单位质量的纤维，在温度变化1℃时所吸收或 q 放出的热量，即： c0
mT
式中： C0——干纤维的比热（J/g· K）， m——干纤维的质量， Δt——温度的变化， q——纤维吸收或放出的热量。
相同质量的不同纤维，在升高相等温度时，比热大的纤维获得 的热量应当大于比热小的纤维; 若给予相同的热量，比热大的纤维温升小，而比热小的纤维温 升大。
表4-1 干燥纤维的比热p73
纤维 蚕丝纤维 羊毛纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 醋酯纤维 粘胶纤维 比热（J/g· K） （室温） 1.386 1.361 1.340 1.507 1.464 1.26～1.35 纤维 锦纶纤维 锦纶6纤维 棉纤维 粘胶纤维 亚麻纤维 玻璃纤维 比热（J/g· K） （室温） 2.052 1.840 1.21～1.34 1.357 1.344 0.670
对含有水份的纤维、比热值会有很大变化，纺织加工是一个水加工 工艺，干燥含水的纤维是常规的工艺过程，所以，含湿纤维的比热 比干纤维的更重要。这时温度变化1℃时所吸收或放出的热量，除 纤维外，还应有纤维中的水份。P73 图4-1 羊毛的比热容、温度和回潮率的关系p74
• 二、纤维的导热性p74 • 纤维内部及其集合体纤维间孔隙内充满空气，在有温差的 情况下，热量总是从高温向低温传递——导热性，抵抗这 种传递的能力则称为保暖性。 • 导热性用导热系数λ表示，单位是kJ／（m· k· h）。是指当 纤维材料的厚度为1m且两侧表面之间的温度差为1℃时， 1h内从1平米的纤维面积中通过的热量（KJ）。λ值越小， 表示该纤维的导热性越低，其绝热性或保暖性越高。
Qa F T t
在纤维材料的厚度为a的时候，通过该材料厚度的热量称为热传导率
Q k a F T t
式中：Q——通过制品的热量（KJ），a——制品的厚度（m），F——制 品的面积（m2），ΔT——温差（℃），t——时间（h）。
表4-2 纤维、空气和水的导热系数（室温20℃）[KJ／（m· k· h）] P75
λ 纤维 棉纤维 粘胶纤维 涤纶纤维 氯纶纤维 0.255～ 0.264 0.197～ 0.255 0.301 0.151 羊毛纤维 醋脂纤维 腈纶纤维 空气 0.188～ 0.197 0.180 0.184 0.092 蚕丝纤维 锦纶纤维 丙纶纤维 水 0.180～ 0.197 0.75～ 1.21 0.79～ 1.09 2.15 纤维 λ 纤维 λ
静止空气是最好的热绝缘体。纤维材料的保暖性主要取决于纤维 层中夹持的空气数量和状态。但一旦空气发生流动，保暖性就大大 降低。 P75 水的导热系数较大，随着纤维回潮率的增高，纤维的导热系数会 增大，而保暖性下降。
影响纤维导热性能的因素 （1）分子量的大小 在同一温度下，分子量越高→λ↑。 （2）温度与回潮率的影响 T↑→λ↑ 水分越多，λ越大，保暖性越差 （3）纤维集合体的体积重量 保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。 纤维层中夹持的空气越多，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。 • 纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最 好。
三、纤维的热裂解与纤维的三态转变p75-78 （一）加热过程中的物相变化 两种类型： （1）一种是先随温度升高脱去水份，然后氧化降解，直接由固态裂解为 气体和碳素残渣。许多天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维、再生纤维均属 这一种类型。 （2）一种也是先随温度升高脱去水分，随后纤维开始由固态（玻璃态） 转变为有高形变能力的高弹态，或者从近似于玻璃态的低高弹态转变为高 弹态，再继续升高温度，纤维成为流动态的熔体（粘流态），再升高温度 便开始热裂解。像涤纶、锦纶这样一 些合成纤维，日常使用温度下为玻璃态， 丙纶纤维日常使用的是近似玻璃态的低 高弹态。 （二）热塑性纤维的三态转变 纤维物理状态有加热后发生“三态转变” 的特点称为热塑性纤维。p75
（二）热塑性纤维的三态转变p76-77
• 玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。
在温度比较低时，表现出有类似于刚体的性能。 • 高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。 表现为类似于橡胶的性能。 • 粘流态：大分子开始变形，表现出液体流动的特性。
表4-3 一些纤维的热特性温度 p78 纤维 棉纤维 羊毛纤维 蚕丝纤维 锦纶6纤维 锦纶66纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 维纶纤维 丙纶纤维 氯纶纤维 醋酯纤维 软化点（℃） — — 180 160～180 235～240 238～240 190～240 干：220～230 水中：110 121～176 90～100 200～230 熔点（℃） 热分解温 玻璃化温度（℃） 度（℃） — — — 215～220 250～260 255～260 327 225～239 163～186 180～200 260～300 341 243 287 416 — 410 312 — — 287 336 — — — 47～50 47～50 67、81、125 80～100、140～150 85 －15 82 186
• 三态转变温度p78
• 1.玻璃化温度Tg ——非晶态高聚物大分子链段开始运动的最低温度，或由玻璃态向 高弹态转变的温度。 影响Tg的因素：化学组成的影响；分子量和交键作用；混合、接枝及 共聚的影响；增塑剂的作用。凡是使链的柔性增加，使分子间作用力 下降的结构因素都会使Tg • 2.流动温度(Tf ) ——非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，或由高弹态向粘流态转 变的温度。 熔点温度Tm ——高聚物结晶全部熔化时的温度，或晶态高聚物大分子链相互滑动 的温度。 • 3. 分解点温度Td ——高聚物大分子主链产生断裂的温度。
高分子的链结构与形态
旋转图每逆时针旋转60o的构象分解
60o 反式
U
60o 旁式 重式
60o
mT
式中： C0——干纤维的比热（J/g· K）， m——干纤维的质量， Δt——温度的变化， q——纤维吸收或放出的热量。
相同质量的不同纤维，在升高相等温度时，比热大的纤维获得 的热量应当大于比热小的纤维; 若给予相同的热量，比热大的纤维温升小，而比热小的纤维温 升大。
表4-1 干燥纤维的比热p73
纤维 蚕丝纤维 羊毛纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 醋酯纤维 粘胶纤维 比热（J/g· K） （室温） 1.386 1.361 1.340 1.507 1.464 1.26～1.35 纤维 锦纶纤维 锦纶6纤维 棉纤维 粘胶纤维 亚麻纤维 玻璃纤维 比热（J/g· K） （室温） 2.052 1.840 1.21～1.34 1.357 1.344 0.670
对含有水份的纤维、比热值会有很大变化，纺织加工是一个水加工 工艺，干燥含水的纤维是常规的工艺过程，所以，含湿纤维的比热 比干纤维的更重要。这时温度变化1℃时所吸收或放出的热量，除 纤维外，还应有纤维中的水份。P73 图4-1 羊毛的比热容、温度和回潮率的关系p74
• 二、纤维的导热性p74 • 纤维内部及其集合体纤维间孔隙内充满空气，在有温差的 情况下，热量总是从高温向低温传递——导热性，抵抗这 种传递的能力则称为保暖性。 • 导热性用导热系数λ表示，单位是kJ／（m· k· h）。是指当 纤维材料的厚度为1m且两侧表面之间的温度差为1℃时， 1h内从1平米的纤维面积中通过的热量（KJ）。λ值越小， 表示该纤维的导热性越低，其绝热性或保暖性越高。
Qa F T t
在纤维材料的厚度为a的时候，通过该材料厚度的热量称为热传导率
Q k a F T t
式中：Q——通过制品的热量（KJ），a——制品的厚度（m），F——制 品的面积（m2），ΔT——温差（℃），t——时间（h）。
表4-2 纤维、空气和水的导热系数（室温20℃）[KJ／（m· k· h）] P75
λ 纤维 棉纤维 粘胶纤维 涤纶纤维 氯纶纤维 0.255～ 0.264 0.197～ 0.255 0.301 0.151 羊毛纤维 醋脂纤维 腈纶纤维 空气 0.188～ 0.197 0.180 0.184 0.092 蚕丝纤维 锦纶纤维 丙纶纤维 水 0.180～ 0.197 0.75～ 1.21 0.79～ 1.09 2.15 纤维 λ 纤维 λ
静止空气是最好的热绝缘体。纤维材料的保暖性主要取决于纤维 层中夹持的空气数量和状态。但一旦空气发生流动，保暖性就大大 降低。 P75 水的导热系数较大，随着纤维回潮率的增高，纤维的导热系数会 增大，而保暖性下降。
影响纤维导热性能的因素 （1）分子量的大小 在同一温度下，分子量越高→λ↑。 （2）温度与回潮率的影响 T↑→λ↑ 水分越多，λ越大，保暖性越差 （3）纤维集合体的体积重量 保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量。 纤维层中夹持的空气越多，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。 • 纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3，λ最小，保暖性最 好。
三、纤维的热裂解与纤维的三态转变p75-78 （一）加热过程中的物相变化 两种类型： （1）一种是先随温度升高脱去水份，然后氧化降解，直接由固态裂解为 气体和碳素残渣。许多天然纤维素纤维、天然蛋白质纤维、再生纤维均属 这一种类型。 （2）一种也是先随温度升高脱去水分，随后纤维开始由固态（玻璃态） 转变为有高形变能力的高弹态，或者从近似于玻璃态的低高弹态转变为高 弹态，再继续升高温度，纤维成为流动态的熔体（粘流态），再升高温度 便开始热裂解。像涤纶、锦纶这样一 些合成纤维，日常使用温度下为玻璃态， 丙纶纤维日常使用的是近似玻璃态的低 高弹态。 （二）热塑性纤维的三态转变 纤维物理状态有加热后发生“三态转变” 的特点称为热塑性纤维。p75
（二）热塑性纤维的三态转变p76-77
• 玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性，类似普通玻璃性能。
在温度比较低时，表现出有类似于刚体的性能。 • 高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形，类似橡胶的特性。 表现为类似于橡胶的性能。 • 粘流态：大分子开始变形，表现出液体流动的特性。
表4-3 一些纤维的热特性温度 p78 纤维 棉纤维 羊毛纤维 蚕丝纤维 锦纶6纤维 锦纶66纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 维纶纤维 丙纶纤维 氯纶纤维 醋酯纤维 软化点（℃） — — 180 160～180 235～240 238～240 190～240 干：220～230 水中：110 121～176 90～100 200～230 熔点（℃） 热分解温 玻璃化温度（℃） 度（℃） — — — 215～220 250～260 255～260 327 225～239 163～186 180～200 260～300 341 243 287 416 — 410 312 — — 287 336 — — — 47～50 47～50 67、81、125 80～100、140～150 85 －15 82 186
• 三态转变温度p78
• 1.玻璃化温度Tg ——非晶态高聚物大分子链段开始运动的最低温度，或由玻璃态向 高弹态转变的温度。 影响Tg的因素：化学组成的影响；分子量和交键作用；混合、接枝及 共聚的影响；增塑剂的作用。凡是使链的柔性增加，使分子间作用力 下降的结构因素都会使Tg • 2.流动温度(Tf ) ——非晶态高聚物大分子链相互滑动的温度，或由高弹态向粘流态转 变的温度。 熔点温度Tm ——高聚物结晶全部熔化时的温度，或晶态高聚物大分子链相互滑动 的温度。 • 3. 分解点温度Td ——高聚物大分子主链产生断裂的温度。
高分子的链结构与形态
旋转图每逆时针旋转60o的构象分解
60o 反式
U
60o 旁式 重式
60o