纤维的热学、光学、电学性质
第七章 纤维的热学、光学和电学讲解
永久性热定形：是指纤维的Tg高于一般衣着使用温度的 热定形处理。
（3）热定形的方法
根据纤维发生收缩的程度分：张力定形和松弛定形；张 力定形可形成有伸长定形（1％）、无收缩定形、部分收 缩定形；
按照定形时所采用的热媒介质或加热方式分：干热空气
定形、接触加热定形、水蒸气湿热定形和浴液（水、甘 油）定形等。
1.34 1.35 1.36
锦纶66
涤纶 腈纶 丙纶(50℃)
2.05
1.34 1.51 1.80
醋酯纤维
玻璃纤维 石棉 木棉
1.46
0.67 1.05
静止干空气：1.01； 水：4.18
3．影响纺织纤维比热容的主要因素 （1）水分的影响
纤维的比热容随回潮率的增大而增大：
3
比热(J/g·℃)
C＝C 0
1350 1270 H=202J/g
比热(J/g·℃)
H=175J/g
2.2 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0 40 80
dH/dt (J.s-1)
淬火 PET 系
列1 系 列2 120 160 200 240
退火 PET
80
100
120 T/℃
140
160
温度(℃)
4）冷却速度 一般要求较快冷却，可使新结构快速固定，可获得较 好手感的织物。 5）定型介质
表7-5 几种纤维织物的常用热定形温度 纤维品种 热定形温度(℃) 热水定形 蒸汽定形 干热定形
涤纶
羊毛 锦纶66 腈纶
120~130
90~100 100~120 125～135
120~130
100~120 110~120 130～140
第八章 纤维材料的热学、光学、电学性质
结构的稳定性
• 热作用下结晶解体，取向下降
形态的稳定性
• 主要指纤维的热收缩性。其本质是高牵伸形成的分 子取向与伸直，在热作用下的回缩所致。
（二）热收缩
定义：合成纤维受热后发生不可逆的收缩现象 称之为热收缩。
产生原因：
纺丝成形过程中，受到较大的拉伸作用， 纤维残留一定的内应力，当T＞Tg时，会发 生收缩。
αf
导 0.225 热 0.2 系 数 0.175
热传导能力
热辐射 方向 纤维层 方向
0.15 0.125 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 纤维排列方向角αf (°)
（4）纤维细度和中空度
纤维细度↓，纤维制品的热辐射穿透能力愈弱。且在同样密 度下，相对的间隙↓，静止空气的作用↑，导热系数↓。 纤维中的空腔量↑，在不压扁的状态下，所持有的静止空气 及空间越多，纤维集合体的导热系数↓。
分子量大，Tf高。交联聚合物不出现粘流态。结晶熔融温度Tm，或 Tf高于分子的裂解温度Td的纤维不存在粘弹转变和粘流态。
纺织纤维在正常使用下，一般都处于玻璃态。
纺织纤维的玻璃化温度大都高于室温，所以在室温条
件下，衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度。
如氨纶的玻璃化温度为-40℃，在常温环境下具有优 良的弹性。
导热有三种形式：热传导、热对流、热辐射
由于纤维集合体是纤维与空气共同构成的复合体，因 此热传递的三种形式必然存在。
通常把热量从高温向低温传递称导热性，其特征值为 导热系数； 对热量传递的阻隔能力称保暖性，其特征值为热阻。
1、导热系数λ：
材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本身 扩散的速度。 其物理意义：当纤维材料的厚度为1m，两端温差为1℃ 时，1s内通过1m2纤维材料传导的热量焦耳数。 单位：W/m· ℃
第七章 纤维材料的热学、光学、电学性质
纤维材料的热学、光学、电学性质1 热学性质2 光学性质3电学性质内容提要：常用热学指标；纤维的热力学性质、热定形及抗热破坏性质（耐热性、热稳定性、燃烧性、熔孔性、热收缩等）；纤维的色泽、双折射、耐光性、紫外荧光；纤维的电阻、静电。
重点难点：保暖性，热力学三态与热定形，热破坏温度，燃烧性；双折射、耐光性；电阻、静电序位及测试。
难点在纤维这些性质的综合表现。
解决方法：理清概念的层次关系，结合实际产品的分析，建立概念体系和思维方法。
第一节热学性质一、热学指标（一）比热C质量为一克的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量。
单位：焦尔/克·度。
纤维的比热值是随环境条件的变化而变化的，不是一个定值。
同时，又是纤维材料、空气、水分的混合体的综合值。
比热值的大小，反映了材料释放、贮存热量的能力。
或者温度的缓冲能力。
（二）导热系数λ材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本身扩散的速度。
单位：焦/米·度·时，纤维本身的导热系数由于纤维结构的原因也呈现各向异性。
对于纤维集合体，也是纤维、空气、水分三者的综合值。
导热系数与集合体的体积重量的关系呈对号规律（画图说明）（三）绝热率T它反映的是材料的隔热能力——保暖性，此值越大，说明该材料越保暖。
二、热力学性质热力学性质也叫热机械性质，是指在温度的变化过程中，纺织材料的机械性质亦随之变化的特性。
用不同的温度点来表征力学特性。
绝大多数纤维材料的内部结构呈两相结构，即有结晶区与非结晶区，而这两个区域对热的反映是不一样的，对结晶区来说在热的作用过程中，它的热力学状态有两个：一个是在热的作用下，结晶体解体形成熔融态，要么结晶不被破坏的呈结晶态。
对无定形区来讲，热力学状态大致有三个：玻动态、高弹态和粘流态，这些状态可用以下的热力学指标来表征和区分。
（一）熔点Tm熔点是纤维的重要热性质之一，也是一个结构参数。
我们知道低分子结晶体的熔化是一个相的转变过程，由结晶态（晶相）变成熔融态（液相），而且相的转变在很窄的温度范围内进行，所以叫熔点。
纺织材料学第七章07
• （三）热阻Ｒ和绝热率T
• 热阻Ｒ
R
1
• 绝热率T
（m·ºC /Ｗ）
T Q0 Q1 100(%) Q0
• 它们反映的是材料的隔热能力——保暖性，值 越大，说明材料越保暖。
16
• 二、纺织材料的热力学性质 • 热力学性质也叫热机械性质，是指在温度的变
化过程中，纺织材料的机械性质亦随之变化的 特性。用不同的温度点来表征力学特性。 绝大多数纤维材料的内部结构呈两相结构，即 有结晶区与非结晶区，而这两个区域对热的反 映是不一样的，对结晶区来说在热的作用过程 中，它的热力学状态有两个：一个是在热的作 用下，结晶体解体形成熔融态，另一个是结晶 不被破坏呈结晶态。对无定形区来讲，热力学 状态大致有三个：玻璃态、高弹态和粘流态， 这些状态可用以下的热力学指标来表征和区分。
纤维本身的导热系数由于纤维结构的原因也呈 现各向异性。
//
• (2) 纤维集合体密度 对于纤维集合体，也是纤维、空气、水分三者 的综合值。导热系数与集合体的体积重量的关 系呈对号规律。
11
两端压差大
导热系数λ
两端无压差 静止空气
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 体积重量(δ)
纤维层体积重量和导热系数间的关系
7
d
S Q
λ
T1
T2 (T2 T1)
Q dT t S
dx
8
• 材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物 质本身扩散的速度称为导热系数 。其含义是, 当纤维材料的厚度为1m,两端间的温差为1ºC时， 1秒内通过1m2纤维材料传导的热量焦耳数。单 位：焦/米·度·时 （Ｗ/m·ºC）
Qd
T t S
C Q m T
纤维的原理
纤维的原理纤维是由高分子有机物质构成的一种薄而长的物质，常见的包括天然纤维和人工纤维。
纤维的原理主要涉及到纤维的结构和性质、纤维的制备和加工等方面。
下面将从这几个方面进行详细阐述。
纤维的结构和性质是纤维原理的基础。
纤维是由许多纤维分子组成的，纤维分子通常是具有线性结构的高分子聚合物。
这些高分子聚合物会通过强的化学键和物理力相互连接起来形成纤维。
纤维分子之间的相互作用力对纤维的性质起到决定性的作用。
纤维的性质包括力学性质、热学性质、光学性质、电学性质等。
比如，天然纤维如棉、麻、丝等具有良好的吸湿性和透气性，人工纤维如涤纶、锦纶等则具有较强的耐磨性和强度。
纤维的制备是纤维原理的重要环节。
纤维的制备主要可以分为两种方法，即自然纤维的采集和人工纤维的合成。
自然纤维的采集是通过植物或动物的生长体内提取纤维，如棉花、亚麻、蚕丝等。
人工纤维的合成则是通过化学方法将化学原料转化为纤维，如涤纶、腈纶、聚酯纤维等。
这种方法的制备过程相对复杂，需要通过聚合、纺丝、拉伸等工艺步骤来实现。
纤维的加工是纤维原理的另一个重要环节。
纤维在制备之后，通常需要进行加工和改性，以满足不同的使用需求。
纤维的加工可以分为物理加工和化学加工两种。
物理加工主要包括纺纱、织造、染色、印花等过程。
纺纱是将纤维转变为纱线的过程，织造是将纱线编织成织物的过程，染色和印花则是为了给织物增加颜色和图案。
化学加工则是通过对纤维进行化学处理，如漂白、缩毛、防皱等，以改变纤维的性质和外观。
总的来说，纤维的原理涉及到纤维的结构和性质、制备和加工等方面。
纤维的结构和性质决定了纤维的功能和应用，纤维的制备包括天然纤维的采集和人工纤维的合成，而纤维的加工则在制备之后进行，以满足不同的使用需求。
纤维的原理不仅涉及到化学、物理等学科的知识，还需要深入了解纤维的特性和加工过程，以实现更好的应用。
纤维的热学,光学和电学性质
第七章 纤维的热学、光学和电学性质第一节 纤维的热学性质一、比热1．比热的概念单位质量的纤维，温度升高(或降低)1℃所需要吸收(或放出)的热量，叫纤维的比热。
2．常见纺织纤维的比热表7-1 常见干燥纺织纤维的比热表（测定温度为20℃） 单位：J/g·℃3．影响纺织纤维比热的主要因素 (1) 水分的影响()0w 01C C WWC C −++=图7-1羊毛纤维比热与回潮率三和温度的关系(2) 温度的影响一般认为，温度较高时，具有一定回潮率纤维的比热增大。
(3) 纤维结构的影响在220℃附近，出现第二次熔前结晶，比热稍有下降。
而后者为缓慢上升曲线，无再结晶的现象。
纤维种类 比热值 纤维种类 比热值 纤维种类 比热值 棉 1.21～1.34 粘胶纤维 1.26～1.36羽绒羊毛 1.36 锦纶6 1.84 芳香聚酰胺纤维 1.21 桑蚕丝 1.38～1.39锦纶66 2.05 醋酯纤维 1.46亚麻 1.34 涤纶 1.34 玻璃纤维 0.67 大麻 1.35 腈纶 1.51 石棉 1.05 黄麻 1.36 丙纶(50℃) 1.80木棉图7-2 不同取向聚乙烯纤维的DSC 图谱图7-3 两种涤纶丝的比热随温度的变化规律4．比热对纤维加工和使用的影响二、导热系数1．导热的概念与导热系数导热主要通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。
单纤维的热传递性是极困难的，一般采用纤维集合体的方式。
s t dxdTQ ⋅⋅=λ（7-3）图7-4 热传递示意图-180 100120140160T/℃表7-2 常见纺织纤维的导热系数纤维制品λ(W/m·℃)λ∥λ⊥棉纤维 0.071～0.073 1.1259 0.1598羊毛纤维 0.052～0.055 0.4789 0.1610蚕丝纤维 0.05～0.055 0.8302 0.1557粘胶纤维 0.055～0.071 0.7180 0.1934醋酯纤维 0.05羽绒 0.024木棉 0.320.2062麻 1.66240.1921涤纶 0.0840.97450.2175腈纶 0.0510.7427锦纶 0.244～0.337 0.5934 0.2701丙纶 0.221～0.302氯纶 0.042静止干空气 0.026 ——纯水 0.697 ——2．影响纤维导热系数的因素(1) 纤维的结晶与取向(2) 纤维集合体密度图7-5 纤维层体积重量和导热系数间的关系 （3）纤维排列方向图7-6 纤维排列方向角αf与导热系数的关系(4) 纤维细度和中空度(5) 环境温湿度表7-3温度与纤维导热系数间的关系导热系数λ(W/m·℃)纤维0℃ 30℃ 100℃0.069棉 0.058 0.0630.058羊毛 0.035 0.0490.062亚麻 0.046 0.0530.059蚕丝 0.046 0.0523．导热系数对加工和使用的影响三、热作用时的纤维性状1．两种转变和三种力学状态图7-7 非晶态材料的热机械性质2．三态及转变的分子运动机理(1) 玻璃态（2）玻璃化转变区(3)高弹态(4)粘弹转变区(5)粘流态3．常见纺织纤维的三态转变温度4．热定形与变形(1) 热定形及其机理表7-4 常见纺织纤维的热学性能纤维玻璃化温度T g(℃)软化点T m(℃)熔点T f(℃)分解点T d(℃)熨烫温度(℃)棉 230 —— 150 200 羊毛 60或80 — 63.1180135 蚕丝——— 150 160 麻——— 253 100 粘胶260~300 110醋酯 186 195~205 290~300 — 110 锦纶6 47,65 180 215 — 125~145锦纶66 82 225 253 300 120~140 涤纶80, 67, 90 235~240 256 — 160 腈纶 90 190~240 — 280~300130~140 维纶 85 干: 220~230 水: 110 ——干: 150丙纶 -35 145~150 163~175 — 100~120 氯纶 82 90~100 200 — 30~40(2) 热定形效果的持久性(3) 热定形的方法(4) 影响热定形效果的主要因素表7-5 几种纤维织物的常用热定形温度热定形温度(℃)纤维品种热水定形蒸汽定形干热定形涤纶120~130 120~130 190~210羊毛 90~100 100~120130~150锦纶66 100~120 110~120 170~190腈纶 125～135 130～140丙纶100~120 120~130 130~140(5) 热变形加工四、纤维的耐热性和热稳定性1．耐热性表7-6 常见纺织纤维受热后的剩余强度(%)纤维在20℃未加热在100℃经过20天在100℃经过80天在130℃经过20天在130℃经过80天棉 100 92 68 38 10 亚麻 100 70 41 24 12 苎麻 100 62 26 12 6 蚕丝 100 73 39 ——粘胶 100 90 62 44 32 锦纶 100 82 43 21 13 涤纶 100 100 96 95 75 腈纶 100 100 100 91 55 玻璃纤维 100 100 100 100 1002．热稳定性（1）质量与组成的稳定性10020030040050060020406080100temperature(oC)m (%)-40-30-20-1010()(2) 结构的稳定性表7-7 Kevlar®纤维的聚集态结构变化数据纤维样品 结晶度(%) 双折射值Kevlar129-未处理67.8 0.736Kevlar129-200°C 67.6 0.734 Kevlar129-300°C 67.3 0.731 Kevlar129-400°C 67.20.729(3) 形态的稳定性图7-９ 高强高模聚乙烯的热重曲线收缩率(%)246810121416PA6PA66PET纤维品种图7-10 合成纤维的热收缩率五、纤维的燃烧性能表7-8 主要纺织纤维的燃烧性比较纤维T I （℃）T B （℃）LOI(%)棉 400 860 20.1 粘胶 420 850 19.7 醋酯 475 960 18.6 三醋酯 540 885 18.4 羊毛 600 941 25.2 锦纶6 530 875 20.1 锦纶66 532—涤纶 450 697 20.6 腈纶 560 855 18.2 丙纶 570 839 18.6 阻燃棉 370 710 26~30 Nomex 43027~30kynol 430; 576 2500 29~30杜勒特 35~381．极限氧指数%100222×+=N O O V V V LOI表7-9 LOI对纤维燃烧性能的分类 分类 LOI(%)燃烧状态纤维品种不燃≥35 常态环境及火源作用后短时间不燃烧多数金属纤维、碳纤维、石棉、硼纤维、玻璃纤维及PBO、PBI、PPS纤维难燃26~34 接触火焰燃烧，离火自熄芳纶、氟纶、氯纶、改性腈纶、改性涤纶、改性丙纶等可燃20~26 可点燃，能续燃，但燃烧速度慢涤纶、锦纶、维纶、羊毛、蚕丝、醋酯纤维等易燃≤20 易点燃，燃烧速度快丙纶、腈纶、棉、麻、粘胶纤维等2．点燃温度和燃烧时间。
纺织材料与检测课件——纺织纤维的热学、电学和光学性质
二、纺织材料的热力学性质（热转变点）
无定形区的力学三态
玻璃态 高弹态
1、玻璃化温度Tg 2、粘流化温度Tf
粘流态
三.热定形
1、概念 2、影响因素：温度和时间 四.耐热性与热稳定性
短时间高温作用下抵抗热破坏的性能（强力、分解、颜色） 一定温度，随时间的增加抵抗恶化的能力
涤纶、锦纶、腈纶较好 羊毛、氯纶较差
×100%
第二节 光学性质
一、耐光性与光防护
光泽
（一）耐光性：抵抗日光照射破坏的性能
颜色
强度
优良：腈纶---- —CN
较好：羊毛、麻、粘胶、涤纶、棉
较差：蚕丝、锦纶、丙纶
（一）光防护：防护日光照射破坏的性能
日光：紫外光（400nm以下）、 可见光（380~780nm）、红外光（780 nm以上）
UV— A
第八章 纺织纤维的热学、电学和光学性质
第一节 纺织纤维的热学性质
一、常用热学指标 ➢比热：重1g，面积为1m2 温差Δt=1℃，纤维吸性或放出热量的焦耳数
释放
贮存
缓冲
➢导热系数：厚1m，面积为1m2 温差Δt=1℃，1S内通过的热量焦耳数
保暖性
1m2
Δt=1℃
1m
➢克罗值clo：t=21℃，R.H. ≤50%,v ≤ 10cm/s,穿着服装感觉舒适，所具 有的热阻，为1 clo。
aviolet Rays
causes your skin to turn darker
防护性指标
1、透射率 有试样时的透射辐照度/无试样时的透射辐照度×100% 2、防护系数UPF 无织物时产生红斑所需的最小辐照度/有试样时相应的透射辐照度
第三节 电学性质
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
第八章 纤维材料的热学、光学、电学性质
❖ （6）热破坏温度
❖ 多种热破坏温度：
❖ 定形效果的破坏温度是玻璃化温度； ❖ 材料开始失去其强韧和形状的破坏温度是软化点； ❖ 材料完全失去固体状态的破坏温度是熔点； ❖ 大分子被破坏为小分子的温度是分解(fēnjiě)温度；
❖ 熨烫衣物不被破坏的最高温度是熨烫温度。
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常见(chánɡ jiàn)纺织纤维受热后的剩余强度(%)
纤维
棉 亚麻 苎麻 蚕丝 粘胶 锦纶 涤纶 腈纶 玻璃纤维
在20℃ 未加热
100 100 100 100 100 100 100 100 100
100℃ 经20d
92 70 62 73 90 82 100 100 100
100℃ 经80d
68 41 26 39 62 43 96 100 100
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❖ 纤维结构的影响(yǐngxiǎng)
纤维大分子的取向排列(páiliè)会导致比 热的增大，并向高温偏移
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（二）导热(dǎorè)系数
❖ 导热有三种形式：热传导、热对流、热辐射
❖ 由于纤维集合体是纤维与空气(kōngqì)共同构成的复合体， 因此热传递的三种形式必然存在。
❖ 通常把热量从高温向低温传递称导热性，其特征值为导热系 数；
❖ 四、纤维的燃烧性能
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一、热学(rèxué)指标
（一）比热容
❖ 1、比热(bǐrè)C 质量为1克的纺织材料，温度变化1℃所吸收或放出的热量： J/g·℃ ▪ 比热值的大小，反映材料释放、贮存热量的能力， 或者温度的缓冲能力。 • 比热较大的纤维，纤维的温度变化相对困难。
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2、常见干燥(gānzào)纺织纤维的比热（测定温度为20℃）单位：J/g·℃
第8章 纺织材料的热学、光学和电学性质
1.比热
• （2）温度的影响
– 当纤维回潮率一定时，温度愈高，纤维回潮率的比热 愈大 – 原因：纤维吸湿热随温度升高而增大
3 2.5
80 ℃ 40 ℃ 20 ℃ 0℃
比热(J/g·℃)
2 1.5 1 0.5 0 10 20 回潮率(%) 30
40
2. 导热系数
• 当材料的厚度为1m，两侧温差为1℃时，1秒钟内 通过1m2纤维材料传导的热量焦耳数 • 纤维集合体是纤维与空气共同构成的复合体 • 存在三种传热方式； • 存在水分的吸收与释放的潜热形式
16 14 12 10
沸水
热空气
饱和蒸汽
收缩率(%)
8 6 4 2 0 PA6 PA66 纤维品种 PET
图 7-10 合成纤维的热收缩率
4.3 抗熔孔性
• • • • 织物在接触到点状热体时，形成孔洞的性能 热体类型：烟灰的火星、火花等 纤维特点：受热软化、熔融——热塑性纤维 原因：当接触到温度超过其熔点的热体时，接触 部位因吸收热量而熔融，熔体向四周收缩，形成 孔洞； • 现象：热体脱离，已熔断的纤维端就相互粘结， 孔洞不再继续扩大。
两端压差大
导热系数λ
两端无压差 静止空气
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
体积重量(δ )
• 为什么？
影响纤维集合体导热系数的因素
• （4）环境因素
• 温度上升，纤维分子的热运动频率升高，热量传 递能力增强 • 湿度，水的导热系数约为干纤维的几倍到一个数 量级
思考
• 如何选择夏季织物纤维材料 • 如何选择冬季织物纤维材料
3.4 热定形与变形
• 热定形目的是使纤维的内部结构或织物形状在热 作用下固定并获得一定的尺寸 • 变形是使纤维材料获得卷曲和膨松的效果
纺织材料学第七章(07)讲解
• 影响纤维导热系数的因素 • (1) 纤维的结晶与取向
纤维本身的导热系数由于纤维结构的原因也呈 现各向异性。
//
• (2) 纤维集合体密度 对于纤维集合体，也是纤维、空气、水分三者 的综合值。导热系数与集合体的体积重量的关 系呈对号规律。
11
两端压差大
导热系数λ
两端无压差 静止空气
68
38
10
亚麻 100
70
41
24
12
苎麻
100
62
26
12
6
蚕丝
100
73
39
—
—
粘胶 100
90
62
44
32
锦纶
100
82
43
21
13
涤纶 100 100
96
95
75
腈纶
100
100
100
91
55
玻璃纤维 100
100
100
100
100
33
热收缩 （1）定义：合成纤维受热后发生不可逆的收缩
现象称之为热收缩。 （2）指标：
17
• （一）熔点Tm（软化点） • 熔点是纤维的重要热性质之一，也是一个结构
参数。我们知道低分子结晶体的熔化是一个相 的转变过程，由结晶态（晶相）变成熔融态 （液相），而且相的转变在很窄的温度范围内 进行，所以叫熔点。对纤维材料，结晶是由高 聚物形成的，它的熔化过程有一个较宽的温度 区间——熔程，由于该熔程比较宽，通常把开 始熔化的温度叫起熔点，把晶区完全熔化时的 温度叫溶点Tm。 若材料的结晶度高，晶体比较完整，则熔程变 窄，熔点也随之而提高，同样结晶度条件下， 晶粒大，Tm升高。
第七章纺织材料的热学、光学和电学性质
2、纺织纤维的电导性能（熟悉）
纤维的比电阻定义及影响因素
3、纺织纤维的静电(掌握)
静电的危害
静电的应用
静电的防止
4、纺织纤维的光学性质（了解）
纺织纤维的色泽、耐光性、光致发光、双折射和二向色性
5、纺织纤维的热学性质（熟悉）
（三）小结
1、介电常数、介质损耗、比电阻的定义
第七章纺织材料的热学、光学和电学性质
一、教学目标：
1、了解各种纤维的电学性质及静电现象的危害、防止与及利用；
2、了解各种纤维的光学性质和热学性质。
ห้องสมุดไป่ตู้二、教学重点与难点
1．教学重点：纺织纤维的电学性质.保暖性，热力学三态与热定形，热破坏温度，燃烧性；双折射、耐光性；电阻、静电序位及测试。
2．教学难点：难点在纤维这些性质的综合表现。
2、纺织上静电的防止，并举实例讨论之
3、纺织纤维的热学、光学性质
六、作业与思考题
1、名词解释：比电阻、纤维的介质损耗、纤维的介电常数。
2、在纺织加工和使用过程中如何防止静电现象。
七、课后分析
结合生产实际讲解，能较好地增强学生对纺织纤维的电学性能有关知识的理解，加强教学效果。
三、教学与学习建议
1、教学手段与建议：
利用多媒体课件。讲解与讨论，并联系实际生产生活中有关现象阐述便于学生理解。
2、学习建议：理解的基础上加以记忆，多观察周围的生活现象
四、课时安排：理论教学4课时
五、教学内容与进程
（一）复习与提问
纺织纤维按燃烧能力的不同，分成哪几类？
（二）新课内容
1、纺织纤维的介电性质(掌握)
第十章 纺织材料的热学、电学和光学性质
１、纺织纤维的色泽
纤维的颜色 天然纤维的颜色，取决于品种，即天然色素 和生长过程中的外界因素
纤维的光泽 光泽是纤维的重要外观性质。光泽的强弱， 主要由纤维对光的反射情况而定。
影响纤维光泽的主要因素
纤维的纵面形态； 纤维截面形状； 纤维层状结构
蚕丝的形态结构特点
截面大多数具有接近于三角形的外貌特征； 是一种具有典型原纤型构造的长丝纤维，从纤维中
等。
表示纤维极其制品燃烧性能的指标
可燃性指标：点燃温度或发火点（℃） 点燃温度或发火点越低，纤维越易燃烧
耐燃性指标：极限氧指数 极限氧指数（LOI）定义：指材料经点燃后在氧氮大气里持续燃烧所需的最低氧气浓度，一般用 氧占氮-氧混合气体的体积比（或百分比）表示。 LOI值越大，材料的耐燃性越好。
提高纺织材料阻燃性的方法
维束时的电阻（Ω）
(2)影响纺织纤维比电阻的因素
纤维内部结构对比电阻的影响: a 非极性分子组成的纤维，比电阻大 b 聚合度大、结晶度大、取向度小的纤维比电阻大
吸湿对比电阻的影响 干燥的纺织纤维比电阻很大，吸湿后比电阻下降。
温度对比电阻的影响 电阻随温度的升高而降低
纤维上的附着物对比电阻的影响
洁衣物。
三、纺织材料热学、电学和光学性质的测试
❖ 合成纤维热收缩率的测定(详见实验部分) ❖ 纺织材料静电性能的测试(详见实验部分) ❖ 纺织材料保暖性的测定(详见实验部分)
内部反射光的比例高，并具有一定的色散和衍 射反射效应，故光泽绚丽柔和；
透过光有可能形成全反射，因此有闪灿的光速 效果；
沿纤维表面反射光强度的分布比较整齐，故光 泽均匀。
２、纺织纤维的耐光性
耐光性：纺织纤维抵抗日光作用的性能。 常见纤维的耐光性比较
纺织材料6纤维的热学性质
刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，Tg越高，如：
CH2 CH CH3 CH2 CH H3C C CH3 CH3 聚(3,3-二甲基-1-丁烯） 64 CH2CH CH2CH N
聚丙烯 Tg (oC) -18
聚苯乙烯 100
聚乙烯基咔唑 208
柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，Tg越低，如：
CH2 CH3 C COOR -CH3， 105 （聚甲基丙烯酸酯）
七、纤维的熔孔性 1.定义：当纤维及其制品上为热体所溅时被熔 成孔洞的性能。 抗熔性：抵抗熔孔现象的性能。 2. 合成纤维易产生熔孔现象的原因 涤纶、锦纶熔融所需的热量较少； 涤纶、锦纶的导热系数比棉、粘、羊毛大。 3. 改善织物抗熔性的方法： 合纤与天然纤维混纺； 制造包芯纱（芯用锦纶、涤纶，外层用棉）。
R= Tg (oC)
-C2H5， -C3H7，? ? -C 4H9， 65 35 20
-C8H17， -20
-C18H37 -100
如果是对称双取代，可提高分子链柔顺性，降，如：
CH2CH Cl Tg (oC) 81 Cl CH2C Cl -17 CH2CH CH3 -18 CH3 CH2C CH3 -70
（3）张力 高张力定型适用于单丝袜子； 弱张力定型用于多数的针织物和机织物； 无张力定型在一般织物中用得较少。 （4）冷却速度 一般要求较快冷却，可使新结构快速固 定，可获得较好手感的织物。 （5）定型介质
六、纤维的燃烧性能
1. 指标 （1）可燃性指标：（表示纤维容不容易燃烧） 点燃温度；发火点 点燃温度或发火点越低，纤维越容易燃烧。 （2）耐燃性指标（表示纤维经不经得起燃烧） 极限氧指数 LOI（Limit Oxygen Index） 定义：纤维点燃后，在氧、氮大气里维持 燃烧所需要的最低含氧量体积百分 数。
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h
17
5.保暖率
描述织物的保暖性能
在保持热体恒温的条件下，无试样包覆时消耗 的电功率和有试样包覆时消耗的电功率之差，占 无试样包覆时消耗的电功率的百分率
数值越大，说明该织物的保暖性能越强
h
18
第一节 热学性质
一、纺织纤维的导热与保温 二、纤维的热力学性质 三、纤维的耐热性与稳定性 四、纤维的热膨胀与热收缩 五、纤维的热塑性和热定型 六、纤维的燃烧性能 七、纤维的熔孔性
比热值
1.26～ 1.36 1.84
纤维种类 比热值
芳香聚酰 1.21 胺纤维
醋酯纤维 1.46
桑蚕 1.38～ 锦纶66
2.05
玻璃纤维 0.67
丝
1.39
亚麻
1.34
涤纶
1.34
石棉
1.05
大麻
1.35
腈纶
1.51
水
4.18
黄麻
1.36
丙纶
1.80
(50℃)
空气
1.01
h
6影响比热的因素温Fra bibliotek与回潮率的影响
始向高弹态转变的温
度称为玻璃化转变温
h
12
两端压差大
导热系数λ
两端无压差 静止空气
0
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
体 积 重 量 (δ )
纤维层体积重量和导热系数间的关系
h
13
纤维排列方向
纤维平行于热辐射方向排列时，导热能力较强
0.275
0.25
热传导能力
导 0.225
热 系
0.2
数 0.175
热辐射 方向
αf
纤维层 方向
0.15
0.125 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 纤维排列方向角αf (°)
h
14
纤维细度和中空度
纤维细度↓，导热系数↓。 纤维中的空腔量↑，纤维集合体的导热系数↓。
环境温湿度
纤维材料导热系数随温度升高而增大。 回潮率越高，λ↑。
h
15
3.绝热率
定义：纤维材料隔绝热量保持温度的性能
为传导截面积(m2)，d为纤维制品厚度(m)；ΔT为纤维
材料两表面之间的温度差 。
h
9
• 导热性：在有温差的情况下，热量从高温向低 温传递的性质。 • 保暖性：抵抗这种传递的能力。 • 导热系数与集合体的体积重量的关系
λ
纤维层
空 气
δk
δ
h
10
纤维制品 棉纤维
λ(W/m·℃) 0.071～0.073
纤维吸湿热随温度升高而增大
比热(J/g·℃)
3
2.5
80℃
40℃
2
20℃
1.5
0℃
1
0.5 0
10
20
30
40
回潮率(%)
羊毛纤维比热与回潮率和温度的关系
h
7
纤维结构的影响
dH/dt (J.s-1)
1350 1270
H=202J/g
H=175J/g
80
100
120
140
160
T/℃
不同取向聚乙烯纤维的DSC图谱
h
8
2.导热系数λ：
材料在一定的温度梯度场条件下，热能通过物质本 身扩散的速度。
在数值上为在传热方向纤维材料厚度为1m,面积为 1m2，两个平行表面之间的温差为1℃，1h内通过材 料传导的热量焦耳数。
单位：W/m·℃
Qd
T t s
λ是导热系数(W/m·℃)；Q为热量 (J)；t为时间(s)，s
湿纤维的比热为：
CC01M 0(0 CwC0)
式中：C——湿纤维的比热（J/g·K），Co——干纤维的比热 （J/g·K），Cw——水的比热（J/g·K），M——纤维含水率。
h
5
常见干燥纺织纤维的比热 单位：J/g·℃
纤维 种类
棉
羊毛
比热值
1.21～ 1.34 1.36
纤维种 类
粘胶纤 维
锦纶6
h
21
两种转变和三种力学状态
(a)
玻
玻璃态
璃 化
转
变
区
高弹态
粘 弹 粘流态 转 变 区
形变
交联型分子
Tg(℃)
温度
Tf(℃)
非晶态材料的热机械性质
玻璃态、高弹态和粘流态称为高聚物的力学三态。
h
22
（二）玻璃态
玻 璃
玻 璃 化
形
态转
变
II
变 I区
温度
III
由玻璃态向高弹态发
生突变的区域叫玻璃
化转变区，玻璃态开
h
19
热力学性质：在温度变化过程中，纺织材料的 机械性质随之变化的性质
两相结构
结晶区：熔融前的熔融态，刚性体、强力高、 伸长小、模量大 ；熔融后的熔融态，黏性流动 体
无定形区：玻璃态、高弹态、黏流态
h
20
（一）熔点
熔点：晶体从结晶态转变为熔融态的转变 温度
低分子物的相变--熔点； 高聚物的融化--熔程 熔点受结晶度和晶粒状态影响
λ∥ 1.1259
λ⊥ 0.1598
羊毛纤维
0.052～0.055
0.4789 0.1610
蚕丝纤维
0.05～0.055
0.8302 0.1557
粘胶纤维
0.055～0.071
0.7180 0.1934
醋酯纤维 羽绒 木棉 麻
0.05 0.024 0.32
1.6624 0.2062
涤纶
0.084
0.9745 0.1921
h
3
一、热学指标
1.比热C（specific heat ）
质量为1克的纺织材料，温度变化1℃所吸收
或放出的热量：J/g·℃
c0
q mT
式中：Co——干纤维的比热（J/g·K），M——干纤维的质 量， △T——温度的变化，q——纤维吸收或放出的热量。
比热值的大小，反映材料释放、贮存热量的 能力
h
4
绝热率T为：
TQ 0Q 110 % 0 t0 t110 % 0
Q 0
t0
Q0被包覆的热体一定时间后的散热量 Q1未包覆的热体相同时间后的散热量 ∆t0--不包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差） ∆t1--包覆试样的热体单位时间温度下降量（温差）
h
16
4.克罗值
定义：它的定义是在温度为20℃，相对湿度不 超过50%，空气流速不超过10cm/s的环境中， 一个人静坐并感觉舒适时衣服所具有的热阻，称 为1克罗。 1克罗=4.3×10-2℃·m2·h/J=155m2·℃/W
腈纶
0.051
0.7427 0.2175
锦纶
0.244～0.337
0.5934 0.2701
丙纶
0.221～0.302
氯纶
0.042
静止干空气
0.026
—
纯水
0.697 h
—
—
—
11
影响导热系数的因素
纤维的结晶与取向
有序排列的晶格→导热系数↑ 热传导的各向异性
纤维集合体密度
密度在0.03～0.06g/cm3，导热系数λ最小
第八章
纤维材料的热学、光学、电学性质
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1
第一节： 热学性质 第二节： 光学性质 第三节： 电学性质
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2
第一节 热学性质
一、纺织纤维的导热与保温 二、纤维的热机械性能曲线 三、纤维的耐热性与稳定性 四、纤维的热膨胀与热收缩 五、纤维的热塑性和热定型 六、纤维的燃烧性能 七、纤维的熔孔性