第四章 纤维的物理性能
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第四章 蛋白质纤维
第四章蛋白质纤维§4.1蛋白质纤维的一般知识蛋白质纤维：指基本组成物质为蛋白质的一类纤维。
毛：羊毛、驼毛、兔毛、马毛天然蛋白质纤维蚕丝：桑蚕丝，柞蚕丝蛋白质纤维再生蛋白质纤维大豆纤维，牛奶纤维一蛋白质的组成及结构属于高分子化合物，结构十分复杂，蛋白质又称朊，是构成生命最原始最基础的物质，羊毛的主要成分是：角朊（角质），丝的主要成分是丝朊（丝素）。
1 元素组成主要元素：碳、氢、氧、氮，还有少量硫磷、铁2 氨基酸组成蛋白质的基本组成为氨基酸，主要为α－氨基酸，结构通式：H2N—CH2—COOHR3 分子结构蛋白质分子是氨基酸彼此通过氨基和羧基脱水缩合，以酰胺键（即肽键－CO－NH－）联接而成的大分子。
酰胺键又称为肽键，由肽键相连接的缩氨酸叫做肽。
R 蛋白质大分子链为多肽链，又称为多缩氨酸链，是由基团—NH—CH—CO—重复连接而成。
分子之间的作用力：氢键、盐式键、二硫键二蛋白质的两性性质蛋白质分子中既含有氨基又含有羧基，因而具有酸性又具有碱性，是典型的两性高分子电解质。
等电点：调节溶液中的pH值，当蛋白质所带的正负电荷数相等时，此时的pH值即为蛋白质的等电点。
羊毛等电点：4.2～4.8 蚕丝等电点：3.5～5.2在等电点时，具有特别重要的性质：蛋白质不发生电泳现象，溶解度、膨化度、粘度、渗透压、导电率等均显示最低值。
§4.2羊毛羊毛主要指：绵羊身上剪下的毛。
羊毛的特性：弹性好，手感丰满、吸湿能力强、保暖性好，不易沾污，光泽柔和、染色性能优良，具有独特的缩绒性。
一羊毛的形态结构原毛：从羊身上剪下来的羊毛羊毛杂质：羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性杂质。
羊毛脂：高级脂肪酸和高级一元醇组成的复杂的有机混合物羊汗：有机酸盐和无机酸盐组成羊毛可分为三个部分：毛尖、毛根、毛干。
外观：羊毛纤维具有天然卷曲、纵向呈鳞片覆盖的圆柱体，从内至外分为三层：鳞片层（表皮层）、皮质层、髓质层鳞片层（表皮层）：逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为定向摩擦系数，这使羊毛具有缩绒性和毡缩性。
纺织材料学——化学纤维成纤高聚物特征和化学纤维制造
第四章：化学纤维
喷射纺丝：纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速 气流喷吹，并进行高倍拉伸，使纤维直径小于 0.5-3μm，成超细纤维。 复合纺丝：由两种或两种以上纺丝液，按一定比 例，复合喷丝，形成多组分复合纤维。 异形纺丝：改变喷丝孔形状，得各种异性纤维。 高速纺丝：POY丝
第四章：化学纤维
（三）后加工 经过纺丝工序，高聚物已初具纤维形态，
第四章：化学纤维
二、细度： 在棉纤维细度一节中我们讲过：Nm、Tex、
D、M、d对于化纤除M不用外，剩下的全都可用。 （单丝、复丝的表示方法有区别）。 1．振动测量法：
有关细度测量方法已在棉纤维、毛纤维一 章中详细介绍，均适用于化纤。
第四章：化学纤维
介绍一种对化纤较适用的细度测量方法。 纤维两端夹持，由仪器在纤维上施加一横向振 动，使纤维产生共振，此时，可用下面的公式 计算：
由于是人工产品，所以其性能不象天然纤维那 样性能是天生的，有限的，而是可以人为改变 和控制的，可以制得各种不同性能的纤维，因 而在民用、工农业、交通运输，国防，医疗及 尖端科学领域等方面具有广阔的用途。
第四章：化学纤维
民用：大家很熟悉，强度高，比重轻，耐磨损， 不霉蛀，易洗快干等。
工农业：包装材料，传送带，渔网，绳索等。 交通运输：轮胎帘子线。 医疗：人造器管，缝合线，消毒纱布，卫生用
品 国防：炮衣，降落伞，军用帐蓬，各种防护服 宇航：耐辐射，耐高低温纤维，飞行服，宇宙
飞船减速器。
第四章：化学纤维
长久以来，为了满足人类穿着日益增长的需 要，人们一直在寻找更多的纤维材料来源。蚕丝 是自然界唯一可供利用的长丝，而且它的形成独 具一格——由液体状变成固体状。我国早在南宋， 就有记载，周去非的《岭外代答》一书记述，广 西某县枫树上有“食叶之虫”称做“丝虫”，它 的外形“似蚕而呈赤黑色”，每当五月（农历） 间“虫腹如蚕之熟”，当地人就捉回用醋浸渍， 然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝，一虫 可得丝长6-7尺，这种从野蚕身上抽丝的方法， 堪称是人类人工制丝技术最早的事实。
第四章动物纤维
伸直长度：把天然卷曲拉直，用尺测出的长度。 生产中，用于评价羊毛的品质。
细羊毛：6～12cm；半细毛：7～18cm；长毛 种羊毛：15～30cm。
26
2.细度 截面近似圆形，一般用直径来表示。
（1）平均直径：d (μm)
d di n
羊毛的平均直径11~70μm，平均直径越粗，
粗细越不匀，可用均方差和变异系数表示羊毛的 粗细不匀，变异系数一般在20%～30%。
2
第一节 毛纤维
毛，动物（禽兽）身上长出的细长覆盖物， 可用于纺织的我们叫它毛纤维，有发毛和绒毛两 种。发毛：粗、硬、长；绒毛：细而柔很适合衣 用。其中用量最大的毛纤维是羊毛——在纺织上 狭义常专指绵羊毛。其它的动物毛则统称为特种 动物毛，如山羊毛（绒）、骆驼毛（绒）、兔毛 （绒）、驼羊毛等。…
3
均有髓质，且呈颗粒状分布，此特征可用于鉴别兔 毛。
24
兔毛
五、羊毛的品质特征
（一）物理特征 长度、长度 密度、卷曲 吸湿性 强伸性、摩擦性等
（二）化学性质 酸、碱等的作用
25
（一）物理特征
1、长度 自然长度（毛丛长度）：纤维束在自然卷曲下， 两端间的直线距离。羊毛收购和选毛后搭配时使 用（商业习惯叫羊毛高度）。
绵羊皮肤上的导向毛和毛丛 17
（二）毛纤维的形态 1.纵向形态 具有天然卷曲，且表面有方向性排列的鳞片。
羊毛纵向形态
18
2.横向形态 圆形或椭圆形（细羊毛 横向形态
19
（三）毛纤维的截面结构 从外向里：鳞片层、皮质层、髓质层（仅
粗羊毛中有）。
细羊毛结构图
20
1.鳞片层
α-氨基酸（羊毛有20多种）形成的多缩氨酸
链。组成元素C、H、O、N、S 。
细羊毛：6～12cm；半细毛：7～18cm；长毛 种羊毛：15～30cm。
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2.细度 截面近似圆形，一般用直径来表示。
（1）平均直径：d (μm)
d di n
羊毛的平均直径11~70μm，平均直径越粗，
粗细越不匀，可用均方差和变异系数表示羊毛的 粗细不匀，变异系数一般在20%～30%。
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第一节 毛纤维
毛，动物（禽兽）身上长出的细长覆盖物， 可用于纺织的我们叫它毛纤维，有发毛和绒毛两 种。发毛：粗、硬、长；绒毛：细而柔很适合衣 用。其中用量最大的毛纤维是羊毛——在纺织上 狭义常专指绵羊毛。其它的动物毛则统称为特种 动物毛，如山羊毛（绒）、骆驼毛（绒）、兔毛 （绒）、驼羊毛等。…
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均有髓质，且呈颗粒状分布，此特征可用于鉴别兔 毛。
24
兔毛
五、羊毛的品质特征
（一）物理特征 长度、长度 密度、卷曲 吸湿性 强伸性、摩擦性等
（二）化学性质 酸、碱等的作用
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（一）物理特征
1、长度 自然长度（毛丛长度）：纤维束在自然卷曲下， 两端间的直线距离。羊毛收购和选毛后搭配时使 用（商业习惯叫羊毛高度）。
绵羊皮肤上的导向毛和毛丛 17
（二）毛纤维的形态 1.纵向形态 具有天然卷曲，且表面有方向性排列的鳞片。
羊毛纵向形态
18
2.横向形态 圆形或椭圆形（细羊毛 横向形态
19
（三）毛纤维的截面结构 从外向里：鳞片层、皮质层、髓质层（仅
粗羊毛中有）。
细羊毛结构图
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1.鳞片层
α-氨基酸（羊毛有20多种）形成的多缩氨酸
链。组成元素C、H、O、N、S 。
增强材料-玻璃纤维
粗 纤 维：单丝直径一般为30um 初级纤维：单丝直径大于20um； 中级纤维：单丝直径10-20um 高级纤维：（纺织纤维）其单丝直径3-10um。 超细纤维：单丝直径小于4um。
一般：5-10um的纤维作为纺织制品用； 10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤
维毡等较为适宜。
④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低 环境湿度较高时，尤其明显 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使 微裂纹扩展速度加速。
(2)玻璃纤维的弹性 玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率
玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数
3）按纤维性能分类
这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本 身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为：
高强玻璃纤维；
高模量玻璃纤维；
耐高温玻璃纤维；
耐碱玻璃纤维；
耐酸玻璃纤维；
普通玻璃纤维（指无碱及中碱玻璃纤维）；
光学纤维；
低介电常数玻璃纤维；
导电纤维
等
4. 1.2 GF的结构及组成
2. 力学性能 (1) 拉伸强度 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa~100MPa
玻璃纤维强度：2000MPa
几种纤维材料和金属材料的强度
羊毛
亚麻
棉花
生丝
尼龙
高强合 金钢
铝合 金
玻璃
玻璃 纤维
纤维
直径 ~15 (μm)
16~ 50
10~ 20
18 块状
玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使 微裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面较小，使微裂纹 存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。
一般：5-10um的纤维作为纺织制品用； 10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤
维毡等较为适宜。
④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低 环境湿度较高时，尤其明显 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使 微裂纹扩展速度加速。
(2)玻璃纤维的弹性 玻璃纤维的延伸率：纤维在外力作用下直至拉断时的伸长百分率
玻璃纤维的弹性模量：在弹性范围内应力和应变关系的比例常数
3）按纤维性能分类
这是一类为适应特殊使用要求，新发展起来的，纤维本 身具有某些特殊优异性能的新型玻璃纤维，大致可分为：
高强玻璃纤维；
高模量玻璃纤维；
耐高温玻璃纤维；
耐碱玻璃纤维；
耐酸玻璃纤维；
普通玻璃纤维（指无碱及中碱玻璃纤维）；
光学纤维；
低介电常数玻璃纤维；
导电纤维
等
4. 1.2 GF的结构及组成
2. 力学性能 (1) 拉伸强度 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa~100MPa
玻璃纤维强度：2000MPa
几种纤维材料和金属材料的强度
羊毛
亚麻
棉花
生丝
尼龙
高强合 金钢
铝合 金
玻璃
玻璃 纤维
纤维
直径 ~15 (μm)
16~ 50
10~ 20
18 块状
玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使 微裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面较小，使微裂纹 存在的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。
第四章_纤维素纤维
第三节
纤维素纤维主要的物理性质
一、纤维素纤维的吸湿性
很强：标准回潮率－－棉7%，粘胶13～14%。 原因：分子上大量的－OH，可和水分子形成H键。 吸附水种类
结合水：－OH直接吸附水，有热效应，能使纤维 素溶胀。 游离水：间接吸附，无热效应，不能使纤维素溶胀。
纤维吸湿后性质的变化
棉：湿强度＞干强度
纤维素大分子：β-D-葡萄糖剩基彼此以1,4-苷键联结 而成，葡萄糖单元呈椅式扭转，每个单元C2、C3及C6 位的－OH均处于水平位臵。可见P164图4－5。
改错
三、纤维素的聚集态结构
（一）概述
晶区和非晶区共存，晶区到非晶区逐步过渡，无明 显界限，一个纤维素分子链可以经过若干结晶区和无 定形区。
粘胶：湿强度＜干强度
导电性：绝对干燥时是良好的绝缘体，吸湿后导电 性增加。
二、纤维素纤维的溶胀与溶解
1.溶胀 （1）有限溶胀
结晶区间溶胀
现象：溶胀剂只能到达无定形区和晶区表面。
特点：X射线衍射图不发生变化。
结晶区内溶胀
现象：溶胀剂占领整个无定形区和晶区。
特点：形成溶胀化合物，产生新的结晶格子（晶 胞），原来的X射线衍射图消失，出现新的X射线衍 射图。多余的溶胀剂不能进入新的结晶格子，只发生 有限溶胀。
≥200℃
3.纤维素纤维的结晶度和取向度
结晶度：棉纤维70%，麻纤维90%。丝光棉纤维约 50%。粘胶纤维40%。 取向度：以晶体长轴与纤维轴的夹角即螺旋角表示， 螺旋角越小，取向度越高。 纤维 麻 棉 粘胶 螺旋角/° 6～8 20～35 34
三种纤维素纤维的情况：
麻：聚合度、结晶度、取向度高。
（2）胞壁（细胞）增厚阶段
生长期：第30～50天
第四章 纤维的物理性能
纤维的热塑性和热定型P80
• 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）
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。
高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态
玻璃态 黏流态
M较小
结晶态高聚物的物理状态
M很大
玻璃态 高弹态 黏流态
注意：由于高弹态对成型加工不利，因此，一般情况下，对结晶态高聚物而言要严格 控制相对分子质量，防止很大造成的不良影响。
高聚物的各种特征温度与测定
●常见的高聚物特征温度
Tg-玻璃化温度（glass-transition temperature） Tm-熔点（melting point） Tf-黏流温度（viscous flow temperature） 高聚物特征温度 Ts-软化温度（softening temperature） Td-热分解温度（thermal destruction temperature） Tb-脆化温度（brittlenss temperature）
纤维的杨氏模量
纤维的杨氏模量在我们日常生活中，纤维是一种非常常见的材料。
它们广泛应用于纺织、建筑、医疗等领域。
纤维的杨氏模量是一个关键的物理性质，它描述了纤维在受力时的刚度和弹性。
杨氏模量是一个衡量物体刚度的物理量，它定义为物体受力后产生的应力与应变之间的比值。
在纤维材料中，杨氏模量衡量了纤维在受力后的弹性恢复能力。
简单来说，杨氏模量越大，纤维就越难被拉伸或变形。
纤维的杨氏模量与其内部分子结构有关。
纤维内部的分子排列方式和结构紧密程度会直接影响其杨氏模量。
例如，聚酯纤维由于其分子链的高度有序排列，因此具有较大的杨氏模量。
而棉纤维则由于其分子链的无序排列，所以在相同受力下产生更大的应变，杨氏模量较小。
除了纤维本身的结构，纤维的杨氏模量还受到外界条件的影响。
例如，温度的变化会导致纤维的杨氏模量发生变化。
高温会使纤维分子链更活跃，导致杨氏模量降低。
相反，低温会使纤维分子链凝固，导致杨氏模量增加。
纤维的杨氏模量对其应用具有重要意义。
在纺织领域，我们希望纤维具有一定的柔软性，但又要保持一定的强度和形状稳定性。
因此，我们可以根据纤维的杨氏模量来选择合适的纤维材料。
在建筑领域，纤维的杨氏模量决定了纤维混凝土的抗拉强度和变形能力。
而在医疗领域，纤维的杨氏模量可以用于制作支架和人工骨骼，以帮助人们恢复健康。
纤维的杨氏模量是一个重要的物理性质，它决定了纤维的刚度和弹性。
通过了解纤维的杨氏模量，我们可以选择适合的纤维材料，并应用于不同的领域。
纤维的杨氏模量对于人类的生活和工作都有着重要的意义，它是纤维科学研究的重要一环。
希望通过对纤维的杨氏模量的研究，能够为人类创造更好的生活条件和发展机会。
第四章 合成纤维
2、成纤维高聚物具有适宜的相对分子质量 线型高 聚物分子链的长度对纤维的物理-力学性能影响很 大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的 影响更大。相对分子质量的高低均不好，高者不易 加工，低者性能不好。常见的主要成纤高聚物的相 对分子质量如下表所示。
主要成纤高聚物的相对分子质量
高聚物 聚酰胺-6或-66 聚酯 聚丙烯腈 相对分子质量 16000-22000 16000-20000 50000-80000 高聚物 聚乙烯醇 全同聚丙烯 相对分子质量 60000-80000 180000-300000
四、合成纤维的分类
纤维：长径比很大，并具有一定柔韧性的纤细物 质。 纺织纤维包括天然纤维（如羊毛、蚕丝、棉花、 麻等）和化学纤维（由聚合物等材料制成）。 化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称
人造纤维：是以天然 合成纤维：是由合成的聚合物 经纺丝而成，如聚对苯二甲酸 聚合物如纤维素和蛋 乙二醇酯纤维（涤纶）、聚酰 胺（锦纶）、聚乙烯醇缩甲醛 白质等改性而成，如 （维纶）、聚丙烯（丙纶）、 粘胶纤维、醋酸纤维、 聚丙烯腈（腈纶）、聚氯乙稀 （氯纶）、聚氨酯弹性体纤维 蛋白质纤维等； （氨纶）、芳香族聚酰胺纤维 （Kevlar）等。
二、涤纶的结构
3、聚集态结构： •结晶度和取向度
产品 初生丝 商品丝 结晶度(%) 完全无定形 40～60 取向度 差 较高 密度（克/厘米2） 1.335～1.337 1.38
•模型理论：折叠链-樱状原纤模型
三、涤纶的性能
1、热性能 2、机械性能 3、化学稳定性 4、吸湿、染色性能 5、起球现象 6、静电现象 7、燃烧性能
2、 机械性能
弹性和耐磨性 具有良好的弹性，穿着挺括，形状稳定性好，表 现在两个方面：
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高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态
玻璃态 黏流态
M较小
结晶态高聚物的物理状态
M很大
玻璃态 高弹态 黏流态
注意：由于高弹态对成型加工不利，因此，一般情况下，对结晶态高聚物而言要严格 控制相对分子质量，防止很大造成的不良影响。
高聚物的各种特征温度与测定
●常见的高聚物特征温度
Tg-玻璃化温度（glass-transition temperature） Tm-熔点（melting point） Tf-黏流温度（viscous flow temperature） 高聚物特征温度 Ts-软化温度（softening temperature） Td-热分解温度（thermal destruction temperature） Tb-脆化温度（brittlenss temperature）
共轭双键
由于分子链整个形成共轭体系，造成旋转困难，故只有刚性而无柔性。如 聚乙炔 ～CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH～ 聚 苯 ～ ～
△常见高分子主链的柔性规律 －O－＞－S－＞－N－＞－C≡C－C＞非共轭－C＝C－＞ －C－O－＞－CH2－＞－C－＞－O－C－NH－＞NH－C－NH－ O O O O ▲取代基的影响（性质、体积、数量、位置） △取代基的性质对高分子链柔性的影响（极性） 规律：极性↑，作用力↑，位能↑，内旋转↓，柔性↓。 实例： 取代基 极性 分子间力 柔性 刚性系数 PE －H 小 小 大 1.63 PVC －Cl 3.32 PAN －CN 大 大 小 2.37
Tg(K) 160 355 369
☆整个分子链的运动（重心发生位移） 条件：存在分子间或内的干扰和纠缠时，不能实现整个分子链的运动； 在溶液和熔融状态下，通过链段一方向的运动可以实现整个分子链的运动。
干扰点 纠缠点 存在干扰、纠缠时的整个分子链运动 溶液及熔融状态下的整个分子链运动
高聚物的聚集态结构
20天
80天
20天
80天
棉纤维 亚麻纤维 苎麻纤维 蚕丝纤维 粘胶纤维 锦纶纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 玻璃纤维
92 70 62 73 90 82 100 100 100
68 41 26 39 62 43 96 100 100
38 24 12 — 44 21 95 91 100
10 12 6 — 32 13 75 55 100
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 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 。 影响合纤织物热定型效果的因素 1）温度（最主要因素） 2）时间 3）张力 4）冷却速度 5）定型介质
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。
O2的体积 100% LOI= O2的体积 N 2的体积
• P80 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。 • 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。 (4)在普通纤维上与反应性阻燃剂进行接枝共聚，或 通过阻燃整理而赋予纤维以阻燃性，即阻燃改性 的表面处理法。
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
顺式
60o
重式
60o
旁式
60o
反式
C C C C
0o
60o 120o 180o 240o 300o 360o θ
旋转过程中的位能变化
高分子链的内旋转
旋转过程中构象不断变化，位能（U）也不断变化。旋转的难易取决于旋转位能的的 高低，位能越低越容易旋转。分子结构不同，位能不同，一般电负性大、取代基多或大， 位能越大。
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
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。
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
一、玻璃化温度 ●定义
高聚物分子链开始运动或冻结的温度。 ●玻璃化温度的使用价值 玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低温度。
●影响玻璃化温度的因素
高聚物的各种特征温度
主链柔性
升温速度 分子间 作用力
外力大小 作用时间
影响玻璃化 温度的因素
相对分 子质量
增塑剂 交联
共聚
高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量M、温度T的关系
Tf 黏流态 T 高弹态 Tg 玻璃态 M 过渡区
高弹态、黏 流态及两者 之间的过渡 区均随相对 分子质量和 温度的增加 而变宽。
二、结晶态高聚物的物理状态 ●结晶态高聚物的形变-温度曲线
形变% 1 2 1-相对分子质量较小 2-相对分子质量很大 Tg Tm Tf T/℃
• 常用纤维耐热性： • 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；涤纶的耐热性与热稳定性均较好；锦纶 的耐热性较好，但热稳定性差。
纤维的燃烧性能 p79 • （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）： ——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。 ▴LOI越大，说明材料难燃。
纤维的热塑性和热定型P80
• 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）
四、纤维的耐热性、燃烧性和热稳定性p78 1.耐热性 耐热性——指纤维经过短时间的高温作用， 回到常温时，其机械性能的变化程度耐短 时间高温的性能。 随着温度的升高而强度降低的程度表示。 热稳定性——纤维耐长时间高温的性能。
剩余强度（％） （20℃） 纤维 在100℃条件下加热后
（未加热前的强度为100%） 在130℃条件下加热后
• 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。
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
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。