纺织材料6纤维的热学性质

醋酯纤维
涤纶 锦纶6 锦纶66 腈纶 维纶 丙纶 氯纶
186
80,67,90 47,65 85 80-100,140150 85 -35 82
195-205
235-240 180 225 190-240 干220-230 水中110 145-150 水中110
290-300
256 215-220 253 --163-175 200
五、纤维的热塑性和热定型 1. 基本概念
热塑性——将合成纤维或制品加热到Tg以上温度， 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。 热定型——就是利用合纤的热塑性，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）

Tg (oC) 150
CH2 O -50
CH3 Si O CH3 -123
CH2-CH=CH-CH2 CH3 -73
H 3C COO O H 3C 聚苯醚 220
3
3
聚碳酸酯
b. 侧基或侧链
侧基的极性越强，数目越多，Tg越高，如：
CH2 CH CH3 聚丙烯 Tg (oC) -18 CH2CH Cl 聚氯乙烯 81 CH2CH OH 聚乙烯醇 85 CH2CH CN 聚丙烯腈 90
2. 阻燃机理 阻燃——指降低材料在火焰中的可燃性，减慢 火焰蔓延速度，当火焰移去后能很快 自熄。 3. 提高纤维制品难燃性的途径 (1)制造难燃纤维 在纺丝原液中加入防火剂或用合成的难燃聚合物 纺丝。 (2)阻燃整理 阻燃剂处理 (3)通过与难燃纤维混纺，以提高纤维的难燃性。

可燃性和阻燃性
易燃纤维：纤维素纤维、腈纶 可燃纤维：羊毛、蚕丝、锦纶、涤纶、维 纶 难燃纤维：氯纶 不燃纤维：玻璃纤维、碳纤维等
（1）四个温度
a.玻璃化温度Tg 定义：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。 b.粘流温度Tf 定义：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。
c. 熔点温度Tm 定义：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。 高聚物的Tm >低分子的Tm。 d. 分解点温度Td 定义：高聚物大分子主链产生断裂的温度。
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，Tg下降，如：
CH2CH Cl Tg (oC) 81 Cl CH2C Cl -17 CH2CH CH3 -18 CH3 CH2C CH3 -70
•外力作用速度快，Tg高；
•单向外力可促使链段运动，使Tg降低， 外力愈大，Tg降低愈明显。
三. 纤维的耐热性与热稳定性
一般规律是：T↑，断裂强力↓；断裂伸长率 ↑；初始模量↓；纤维变得柔软。 1. 定义： 耐热性——纤维耐短时间高温的性能。 热稳定性——纤维耐长时间高温的性能。
2. 常用纤维耐热性：
玻 璃 态 形 变 I
高弹态 II
III
粘流态
温度
当温度升到足够高时，聚合物完全变为粘性流体， 其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。 玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。
形 变
玻 璃 态
I
玻 璃 化 转 变 区
高弹态
II
粘 弹 态 转 变 区
粘流态 III
Tg
温度
Tf
纤维的热机械性能曲线的特点
（2）两个转变区： 玻璃化转变区，粘弹态转变区 （3）三种力学状态 ： 玻璃态：分子链段运动被冻结，显现脆性 高弹态：分子链段运动加剧，出现高弹变形 粘流态：大分子开始变形
几种纺织纤维的热转变点
纤维种类 棉 羊毛 桑蚕丝 粘胶纤维 玻璃化温度 ----软化点 ----熔点 ----分解点 150 130 150 150 洗涤最高温度 90-100 30-40 30-40 --
第二节 光学性质
光学性质：纤维在光照射下表现出来的性 质。主要包括色泽、双折射、耐光性。 光学性质与纺织品的外观质量关系密切； 光学性质是研究纤维内部结构的一种途径

一、纤维的色泽 1. 纤维的颜色 纤维的颜色取决于纤维对不同波长色光的吸收和反 射能力。 天然纤维的颜色取决于： 品种（即天然色素）；生长过程中的外界因素。 合成纤维的颜色取决于：原料（是否含有杂质）： 纺 丝工艺（如温度、加热、时间 等）
----280-300 ----
-70-100 80-85 80-85 40-45 --30-40
Tg的影响因素

（1）聚合物的结构
– Tg是链段运动刚被冻结的温度，而链段运动
是通过主链单键的内旋转来实现，因此Tg与 高分子链的柔顺性相关，柔顺性好，Tg低， 柔顺性差，Tg高。
a. 主链结构
主链由饱和单键所组成的 CH2 CH 聚合物，如-C-C-，-C-N-， CH3 -C-O-，-Si-O-等，柔顺性 Tg (oC) -18 较好，一般Tg不高 CH2 CH 主链中引入孤立双键，可 CH3 提高分子链的柔顺性，使 T (oC) -18 g Tg降低 CH 主链中引入共轭双键、芳 O C 环或芳杂环，可提高分子 CH 链的刚性，Tg升高
第六章 纺织材料的热学、电学、 光学性质
第一节 热学性质

比热
–定义：质量为1g纺织材料温度变化1℃所吸
收（放出）的热量 –单位：J/g· ℃
一、纺织纤维的导热与保温 1.指标
(1)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。 –单位：Kcal/m· h； W/m· ℃· ℃
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）
天然纤维：棉>麻>蚕丝>羊毛 人造纤维：粘胶>棉 合成纤维：涤纶>腈纶>锦纶>维纶 碳纤维、玻璃纤维相当好。
四、纤维的热膨胀与热收缩 1. 热膨胀 一部分纤维在加热的情况下有轻微的膨 胀现象。 原因是纤维分子受热后发生较强的热振 动而获wenku.baidu.com了更多的空间所致。
几种纤维的热膨胀系数
纤维种类 膨胀系数（10-4） 纤维种类 膨胀系数（10-4）
2. 热定型的机理 最初结构的松散；新结构的重建；新结 构的固化 。 3. 热定型的方法 干热定型----热风处理，金属表面接触 加热。 湿热定型----湿法定型，汽蒸定型，过 热蒸汽定型 。
4. 影响合纤织物热定型效果的因素 （1）温度（最主要因素） 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。 （2）时间 温度高，定型时间可短些；温度低，定 型时间可长些。 定型时间必须保证热在织物中的均匀扩 散及分子链段的重建。
形 变
玻 璃 态
II
I 温度
在区域I，温度低，纤维在外力作用下的形变 小，具有虎克弹性行为，形变在瞬间完成，当外力 除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种 力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。
玻 璃 态 形 变 I
高弹态
II
III
温度
随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到 某一程度时，形变发生突变，进入区域II，这时即 使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变， 并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力 能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能 称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
（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。
常见纤维的导热系数（在室温20℃时测得）
纤维种 类 棉 羊毛 蚕丝 粘纤 λ(W· 2· m/m ℃) 0.071-0.073 0.052-0.055 0.050-0.055 0.055-0.071 纤维种类 涤纶 腈纶 丙纶 氯纶 λ(W· 2· m/m ℃) 0.084 0.051 0.221-0.302 0.042
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）。
棉
40
膨胀锦纶
1
聚乙烯
2
膨胀涤纶
0.5
聚丙烯
10
锦纶
-3
醋酯纤维
0.8-1.6
涤纶
-10（在80℃附近）
2. 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： 热收缩率——加热后纤维缩短的长度占原来长 度的百分率。根据介质不同有：
a.沸水收缩率： 一般指将纤维放在100°C的沸水中处理 30min，晾干后的收所缩率； b.热空气收缩率： 一般指用180°、190°C、210°C热空气 为介质处理一定时间（如15min）后的收 缩率； c.饱和蒸汽收缩率： 一般指用125-130°C饱和蒸汽为介质处 理一定时间（如3min）后的收缩率。
2. 影响纤维导热性能的因素 分子量的大小 在同一温度下，分子量越高→λ↑。 温度与回潮率的影响
–T↑λ↑ 因为随温度增加，分子的振动频率
加大，使热量能籍此得到更好的传递。 –水分越多，λ越大，保暖性越差.在同样温 湿度条件下，吸湿能力比较好的纤维，导热 性比较好。
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。

4. 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
c. 分子量
•当分子量较低时，MW↗，Tg↗； •当分子量足够大时，Tg与分子量无关。
d. 化学交联

交联度↗，分子链运动受约束的程度↗， 分子链柔顺性↘，Tg↗。
（2）外界条件
•聚合物的玻璃化转变是一个松弛过程，与 过程相关，因此升温或冷却速度、外力的 大小及其作用时间的长短对Tg都有影响。 •测定Tg时升温或降温速度慢，Tg偏低；

二. 纤维的热机械性能
若对某一纤维施加一恒定外力，观察其在等速 升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该纤 维的温度--形变曲线（或称热机械曲线）。
纤维典型的热机械曲线如下图，存在两个斜率 突变区，这两个突变区把热机械曲线分为三个区域， 分别对应于三种不同的力学状态。
III 形 变
II
I
温度
III
醋纤
锦纶
0.050
0.244-0.337
★空气
★水
0.026
0.599
(2) 绝热率T
T=[(Q1-Q2）/Q1]*100%
式中：Q1——包覆试样前保持热体恒温所 需热量； Q2——包覆试样后保持热体恒温所 需热量。
(3)克罗值(CLO) 在室温21摄氏度，相对湿度小于50%，气 流为10cm/s（无风）的条件下，一个人 静坐不动，能保持舒适状态，此时所穿 衣服的热阻为1克罗值。 CLO越大，则隔热保暖性越好。
（3）产生原因： 纺丝成形过程中，受到较大的抽伸作用， 纤维残留一定的内应力； （4）影响因素： 温度——T↑，热收缩率↑ 介质——水、空气、蒸汽 原来的热处理条件
（5）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。