纺织材料学教学课件下载样章ppt.ppt
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1、纺织材料学教学课件下载-样章.ppt 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 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/mh; W/m,常见纤维的导热系数(在室温20时测得),(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
2、)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。,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。 温度与回潮率的影响 T 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,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,最小,保暖性最好。,4. 增强服装
3、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%; 选用低的纤维; 加入陶瓷粉末等材料,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。,二. 纤维的热机械性能,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。,随着温度的升高,形变逐渐增大,当温度升高到某一程
4、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。,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。,粘流态,玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。,纤维的热机械性能曲线的特点 (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
5、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。,(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,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聚合物,如-C-C-,-
6、C-N-,-C-O-,-Si-O-等,柔顺性较好,一般Tg不高 主链中引入孤立双键,可提高分子链的柔顺性,使Tg降低 主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环,可提高分子链的刚性,Tg升高,侧基的极性越强,数目越多,Tg越高,如:,刚性侧基的体积越大,分子链的柔顺性越差,Tg越高,如:,b. 侧基或侧链,柔性侧链越长,分子链柔顺性越好,Tg越低,如:,如果是对称双取代,可提高分子链柔顺性,Tg下降,如:,当分子量较低时,MW,Tg; 当分子量足够大时,Tg与分子量无关。,c. 分子量,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。,聚合物的玻璃化转变是一个松弛过程,与过程相关,因
7、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; 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。,(2)外界条件,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: 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
8、子受热后发生较强的热振动而获得了更多的空间所致。,几种纤维的热膨胀系数,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100C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、190C、210C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125-130C饱和蒸汽为介质处理一定时间(如3min)后的收缩率。,(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
9、; (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。,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TTg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),2. 热定型的机理 最初结构
10、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。,(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
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