第八章纖維材料的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)

第八章纖維材料的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)第一節(jié)：熱學(xué)性質(zhì)第二節(jié)：光學(xué)性質(zhì)第三節(jié)：電學(xué)性質(zhì)第一節(jié)

熱學(xué)性質(zhì)

一、熱學(xué)指標(biāo)：比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)

二、熱作用時纖維的性狀

三、纖維的耐熱性與穩(wěn)定性、熱定形、熱收縮四、纖維的燃燒性能

一、熱學(xué)指標(biāo)

（一）比熱容1、比熱C質(zhì)量為1克的紡織材料，溫度變化1℃所吸收或放出的熱量：J/g·℃比熱值的大小，反映材料釋放、貯存熱量的能力，或者溫度的緩沖能力。比熱較大的纖維，纖維的溫度變化相對困難。

纖維種類比熱值纖維種類比熱值纖維種類比熱值棉1.21～1.34粘膠纖維1.26～1.36芳香聚酰胺纖維1.21羊毛1.36錦綸61.84醋酯纖維1.46桑蠶絲1.38～1.39錦綸662.05玻璃纖維0.67亞麻1.34滌綸1.34石棉1.05大麻1.35腈綸1.51水4.18黃麻1.36丙綸(50℃)1.80空氣1.01

2、常見干燥紡織纖維的比熱（測定溫度為20℃）單位：J/g·℃3、影響比熱的因素溫度與回潮率的影響纖維吸濕熱隨溫度升高而增大水的比熱大于干燥纖維的比熱

羊毛纖維比熱與回潮率和溫度的關(guān)系

纖維結(jié)構(gòu)的影響

纖維大分子的取向排列會導(dǎo)致比熱的增大，并向高溫偏移導(dǎo)熱有三種形式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射由于纖維集合體是纖維與空氣共同構(gòu)成的復(fù)合體，因此熱傳遞的三種形式必然存在。通常把熱量從高溫向低溫傳遞稱導(dǎo)熱性，其特征值為導(dǎo)熱系數(shù)；

對熱量傳遞的阻隔能力稱保暖性，其特征值為熱阻。（二）導(dǎo)熱系數(shù)1、導(dǎo)熱系數(shù)λ：材料在一定的溫度梯度場條件下，熱能通過物質(zhì)本身擴(kuò)散的速度。其物理意義：當(dāng)纖維材料的厚度為1m，兩端溫差為1℃時，1s內(nèi)通過1m2纖維材料傳導(dǎo)的熱量焦耳數(shù)。單位：W/m·℃λ是導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·℃)；Q為熱量(J)；t為時間(s)，s為傳導(dǎo)截面積(m2)，d為纖維制品厚度(m)；ΔT為纖維材料兩表面之間的溫度差

。λ越小，表示材料的導(dǎo)熱性越低，熱絕緣性或保暖性越好。通常把λ較低的材料稱保暖材料；常見的紡織纖維都是優(yōu)良的保溫材料。纖維制品λ(W/m·℃)λ∥λ⊥棉纖維0.071～0.0731.12590.1598羊毛纖維0.052～0.0550.47890.1610蠶絲纖維0.05～0.0550.83020.1557粘膠纖維0.055～0.0710.71800.1934醋酯纖維0.05

羽絨0.024

木棉0.32

麻

1.66240.2062滌綸0.0840.97450.1921腈綸0.0510.74270.2175錦綸0.244～0.3370.59340.2701丙綸0.221～0.302

氯綸0.042

靜止干空氣0.026——純水0.697——由表可以看出，水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，靜止空氣最小，所以，空氣是最好的熱絕緣體。如何提高織物的保暖性？保暖性主要取決于纖維間靜止空氣的含量靜止空氣越多，保暖性越好；水分越多，保暖性越差。空氣的流動會使保暖性下降，下降的程度取決于纖維間靜止空氣在風(fēng)壓影響下流動的速度。例子：冬天曬的被褥；編織毛衫2、影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素（1）纖維的結(jié)晶與取向

有序排列的晶格有利于熱振動的傳遞→結(jié)晶度↑→導(dǎo)熱系數(shù)↑熱傳導(dǎo)的各向異性:取向度↑→沿纖維軸向的熱傳導(dǎo)系數(shù)↑纖維層體積重量和導(dǎo)熱系數(shù)間的關(guān)系

1、同樣的纖維填充密度δ，當(dāng)兩端氣壓越大時，空隙中的氣體流動性增大，導(dǎo)熱系數(shù)增大。2、填充密度變化，導(dǎo)熱數(shù)λ先大后小，再增大：δ小時，雖空隙大，但對流傳導(dǎo)性增大；δ大時，對流傳導(dǎo)因孔隙的變小而減少，但纖維的熱傳導(dǎo)作用增大。

（2）纖維集合體密度實(shí)驗(yàn)表明：密度在0.03～0.06g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)λ最小。因此，通過制造中空纖維，增加纖維卷曲，使纖維集合體能保有較多的靜止空氣，已成為提高化學(xué)纖維保暖性的重要途徑。（3）纖維排列方向

纖維平行于熱輻射方向排列時，即纖維垂直于纖維層方向取向時，導(dǎo)熱能力較強(qiáng)

αf熱輻射方向纖維層方向?qū)嵯禂?shù)（4）纖維細(xì)度和中空度纖維細(xì)度↓，纖維制品的熱輻射穿透能力愈弱。且在同樣密度下，相對的間隙↓，靜止空氣的作用↑，導(dǎo)熱系數(shù)↓。纖維中的空腔量↑，在不壓扁的狀態(tài)下，所持有的靜止空氣及空間越多，纖維集合體的導(dǎo)熱系數(shù)↓。（5）環(huán)境溫濕度溫度升高后，熱量的傳遞能力增強(qiáng)，結(jié)果表現(xiàn)為纖維材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。

水的導(dǎo)熱系數(shù)最大，水分↑（回潮率越高），λ↑，保暖性越差。

二、熱作用時纖維的性狀（熱力學(xué)三態(tài)）熱作用或者不同溫度下，纖維的力學(xué)性質(zhì)和形狀都會發(fā)生轉(zhuǎn)變，甚至存在很大的差異。了解這些特征，對合理進(jìn)行纖維加工和正確使用纖維具有重要意義。1、纖維材料的熱力學(xué)三態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)交聯(lián)型分子Tg(℃)Tf(℃)(a)纖維的結(jié)晶度較低時，性質(zhì)接近非晶態(tài)高聚物所特有的力學(xué)三態(tài)及其轉(zhuǎn)變特征。完全結(jié)晶的高聚物，不存在玻璃化轉(zhuǎn)變及高彈態(tài)。非晶態(tài)材料的熱機(jī)械性質(zhì)

兩種轉(zhuǎn)變和三種力學(xué)狀態(tài)Tg(℃)Tf(℃)交聯(lián)型分子玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)(b)

玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為高聚物的力學(xué)三態(tài)。玻璃態(tài)：溫度低，纖維內(nèi)部大分子熱運(yùn)動能量比較低，鏈段運(yùn)動被凍結(jié)，只有側(cè)基、鏈節(jié)、鏈長、鍵角等的局部運(yùn)動，因此聚合物在外力作用下的形變小，模量比較高；纖維堅硬，類似玻璃玻璃態(tài)溫度形變IIIIII玻璃態(tài)（glassystate）

由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg

，glasstemperature玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)：對溫度變化敏感，幾乎所有物理性質(zhì)，如比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、模量、介電常數(shù)和雙折射率等，均發(fā)生突變隨著溫度的升高，鏈段運(yùn)動逐漸“解凍”，形變逐漸增大，當(dāng)溫度升高到某一程度時，鏈段運(yùn)動得以充分發(fā)展，形變發(fā)生突變，進(jìn)入?yún)^(qū)域II，這時即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當(dāng)外力除去后，形變又可逐漸恢復(fù)。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性，相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)稱高彈態(tài)。高彈態(tài)（high-elasticstate）

溫度形變IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)形變溫度IIIIII玻璃態(tài)高彈態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)Tg粘流態(tài)粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)Tf交聯(lián)聚合物MaMbMb>Ma粘流態(tài)（viscous-flowstate）當(dāng)溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運(yùn)動劇烈，導(dǎo)致整個分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生相對位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，該力學(xué)狀態(tài)稱為粘流態(tài)。分子量大，Tf高。交聯(lián)聚合物不出現(xiàn)粘流態(tài)。結(jié)晶熔融溫度Tm，或Tf高于分子的裂解溫度Td的纖維不存在粘彈轉(zhuǎn)變和粘流態(tài)。

紡織纖維在正常使用下，一般都處于玻璃態(tài)。紡織纖維的玻璃化溫度大都高于室溫，所以在室溫條件下，衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度。如氨綸的玻璃化溫度為-40℃，在常溫環(huán)境下具有優(yōu)良的彈性。2、熱轉(zhuǎn)變溫度（1）熔點(diǎn)Tm反映纖維材料在使用中的耐熱程度，也可以作為鑒別纖維的依據(jù)。熔點(diǎn)是指晶體從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度。低分子物的這種相變在很窄的溫度范圍內(nèi)完成。對于纖維材料，它的熔化有一個較寬的溫度區(qū)間-熔程。把開始熔化的溫度叫起熔點(diǎn)；晶區(qū)完全熔化的溫度叫熔點(diǎn)Tm。（2）粘流態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tf高彈態(tài)開始向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為粘流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區(qū)域稱為粘彈態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)。粘流態(tài)時，大分子間能產(chǎn)生整體的滑移運(yùn)動，即粘性流動。粘流溫度是纖維材料失去纖維形態(tài)逐漸變?yōu)檎沉饕后w的最低溫度，也是纖維材料的破壞溫度。（3）軟化轉(zhuǎn)變溫度纖維產(chǎn)生軟化轉(zhuǎn)變的溫度，用變形能力的變大來判斷。當(dāng)溫度達(dá)到某一點(diǎn)時，一般結(jié)晶度不高的聚合物，尤其是分子量分散度較大的高聚物在沒有熔融之前明顯變形，即呈現(xiàn)出外力作用下的流動特征——軟化。此時的溫度為軟化轉(zhuǎn)變溫度，用Ts表示。它應(yīng)該是開始熔融的溫度，可用熔點(diǎn)估計。國際上一般把低于熔點(diǎn)20-30℃的溫度稱為軟化溫度。（4）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg

纖維材料由玻璃態(tài)開始向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變在一定的溫度區(qū)間內(nèi)完成，不同材料的轉(zhuǎn)變區(qū)間不同，一般在3-5℃。在此區(qū)間纖維材料幾乎所有的物理性質(zhì)都發(fā)生轉(zhuǎn)變。（5）脆折轉(zhuǎn)變溫度脆化溫度Tb在溫度很低的時候，高聚物內(nèi)的鏈節(jié)、鏈段等運(yùn)動單元都被“凍結(jié)”，此時，纖維的力學(xué)呈現(xiàn)出模量很高、變形很小、脆性破壞的特征，出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的溫度點(diǎn)稱為脆折轉(zhuǎn)變溫度，用Tb表示。它表示的是纖維材料的耐寒性，Tb越低，說明纖維材料在低溫下的使用性能越好。（6）熱破壞溫度多種熱破壞溫度：定形效果的破壞溫度是玻璃化溫度；材料開始失去其強(qiáng)韌和形狀的破壞溫度是軟化點(diǎn)；材料完全失去固體狀態(tài)的破壞溫度是熔點(diǎn)；大分子被破壞為小分子的溫度是分解溫度；熨燙衣物不被破壞的最高溫度是熨燙溫度。三、耐熱性、熱定形與變形、熱收縮（一）耐熱性與熱穩(wěn)定性1、耐熱性指纖維經(jīng)熱作用后，力學(xué)性能的保持性。表達(dá)方法：纖維的特征溫度Tg、Tm和Tf以及Td；可用纖維受不同溫度和一定時間作用后，纖維力學(xué)性能的保持率表示；纖維隨溫度升高而強(qiáng)度降低的程度。纖維在20℃未加熱100℃經(jīng)20d100℃經(jīng)80d130℃經(jīng)20d130℃經(jīng)80d棉10092683810亞麻10070412412苧麻1006226126蠶絲1007339——粘膠10090624432錦綸10082432113滌綸100100969575腈綸1001001009155玻璃纖維100100100100100常見紡織纖維受熱后的剩余強(qiáng)度(%)

2、纖維的熱穩(wěn)定性（thermal-stability）

一般指纖維在熱作用下的結(jié)構(gòu)形態(tài)和組成的穩(wěn)定性。質(zhì)量與組成的穩(wěn)定性熱作用會發(fā)生熱降解，引起分子量的下降和組成的變化，尤其是有氧條件下發(fā)生氧化降解。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性熱作用下結(jié)晶解體，取向下降形態(tài)的穩(wěn)定性主要指纖維的熱收縮性。其本質(zhì)是高牽伸形成的分子取向與伸直，在熱作用下的回縮所致。（二）熱收縮定義：合成纖維受熱后發(fā)生不可逆的收縮現(xiàn)象稱之為熱收縮。產(chǎn)生原因：紡絲成形過程中，受到較大的拉伸作用，纖維殘留一定的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)T＞Tg時，會發(fā)生收縮。指標(biāo)：熱收縮率，即加熱后纖維縮短的長度占原來長度的百分率。根據(jù)介質(zhì)的不同有：沸水收縮率：熱空氣收縮率：飽和蒸汽收縮率：熱膨脹一部分纖維在加熱的情況下有輕微的膨脹現(xiàn)象。原因是纖維分子受熱后發(fā)生較強(qiáng)的熱振動而獲得了更多的空間所致。

纖維種類膨脹系數(shù)（10－4）纖維種類膨脹系數(shù)（10－4）棉40膨脹錦綸1聚乙烯2膨脹滌綸0.5聚丙烯10錦綸－3醋酯纖維0.8～1.6滌綸－10（在80℃附近）（三）熱定形與變形1、基本概念熱定型：在熱的作用下進(jìn)行的定形目的：消除纖維材料在加工中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使纖維材料的形狀在熱作用下固定并獲得一定的尺寸穩(wěn)定性。合成纖維采用發(fā)生在無序區(qū)、溫度范圍在Tg～Tm的熱定形高結(jié)晶的棉、麻類纖維類似合成纖維的熱定形機(jī)制不存在或太少，需采用交聯(lián)或其他的方法定形。羊毛類纖維主要采用熱濕和張力作用打開部分-S-S-鍵，并在新的位置重建二硫鍵，達(dá)到分子間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。絲類纖維屬高結(jié)晶纖維，但作用甚微，類似棉、麻2、熱定形的機(jī)理

3、熱定形效果暫時性熱定形效果是指纖維或其織物在熱定形后的使用中會較快消失，如對普通純棉布的一般熱定形半永久性熱定形效果在平時使用中能抵御一般作用，但給以激烈的作用，其熱定形也會消失，如毛織物的一般熱定形。永久性熱定形效果是指纖維的Tg溫度高于一般衣著使用的溫度的熱定形處理，如滌綸、錦綸的熱定形。

4、熱定型的方法

根據(jù)熱定形時纖維發(fā)生收縮的程度劃分張力定形（有張力）松弛（自然狀態(tài)）定形根據(jù)熱定形的熱媒介質(zhì)劃分干熱空氣定形接觸加熱定形水蒸氣濕熱定形浴液(如水、甘油)定形……5、影響熱定型效果的主要因素

溫度（最主要因素）：熱定形的溫度，要高于合成纖維的玻璃化溫度，低于軟化點(diǎn)及熔點(diǎn)。溫度太低，達(dá)不到熱定形的目的。溫度太高，織物顏色變黃，手感發(fā)硬．甚至熔融粘結(jié)，織物的服用性能下降。適當(dāng)降低定形溫度，可以減少染料升華，使織物手感柔軟。

纖維品種熱定形溫度(℃)熱水定形蒸汽定形干熱定形滌綸120~130120~130190~210羊毛90~100100~120130~150錦綸66100~120110~120170~190腈綸125～135130～140

丙綸100~120120~130130~140幾種纖維織物的常用熱定形溫度

時間：大分子間的聯(lián)結(jié)只能逐步拆開，達(dá)到比較完全的應(yīng)力松弛，需要時間。重建分子間的聯(lián)結(jié)也需要時間。在一定范圍內(nèi)，溫度較高時，熱定形時間可以縮短；溫度較低時，時間需要較長。張力：在熱定形過程中對織物施加張力，有利于布面的舒展和平整，熱定形效果的提高。對于輕薄織物，要求具有滑爽挺括風(fēng)格，力相對大一些；厚而松軟的織物，力相對小一些。冷卻速度：高溫處理后，應(yīng)急速冷卻，使相互位置快速凍結(jié)而固定，形成較多的無定形區(qū)，使織物柔軟，有彈性熱變形目的：使纖維材料獲得卷曲和膨松效果熱塑性將合成纖維或制品加熱到Tg以上溫度，并加一定外力強(qiáng)迫其變形，然后冷卻并去除外力，這種變形就可固定下來，以后遇到T＜Tg時，則纖維或制品的形狀就不會有大的變化。這種特性稱之為～。熱變形加工對象：熱塑性類纖維原理和作用機(jī)理與熱定形基本一致典型的熱變形加工：膨體紗膨體紗的形態(tài)

纖維的燃燒過程：纖維受熱分解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w并與氧反應(yīng)燃燒，所產(chǎn)生的熱量反饋?zhàn)饔美w維導(dǎo)致進(jìn)一步的裂解、燃燒和炭化，直至纖維全部燒燼和炭化。描述纖維燃燒性的指標(biāo)極限氧指數(shù)LOI著火點(diǎn)溫度TI燃燒時間θ火焰溫度TB等指標(biāo)。四、纖維的燃燒性1、極限氧指數(shù)LOI（LimitingOxygenIndex）是指試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚庵?，維持完全燃燒狀態(tài)所需的最低氧氣體積分?jǐn)?shù)。

LOI數(shù)值愈大，說明燃燒時所需氧氣的濃度愈高，常態(tài)下愈難燃燒。

在正常的大氣中，氧氣約占20%，所以從理論上可以認(rèn)為纖維材料的LOI只要超過空氣的含氧量，那么其在空氣中就有自熄作用。但實(shí)際上，在發(fā)生火災(zāi)時，由于空氣中對流等作用的存在，要達(dá)到自熄作用，纖維材料的LOI需要在25%以上，所以當(dāng)纖維的LOI達(dá)到27%時，就認(rèn)為具有阻燃作用。分類LOI(%)燃燒狀態(tài)纖維品種不燃≥35常態(tài)環(huán)境及火源作用后短時間不燃燒多數(shù)金屬纖維、碳纖維、石棉、硼纖維、玻璃纖維及PBO、PBI、PPS纖維難燃26~34接觸火焰燃燒，離火自熄芳綸、氟綸、氯綸、改性腈綸、改性滌綸、改性丙綸等可燃20~26可點(diǎn)燃，能續(xù)燃，但燃燒速度慢滌綸、錦綸、維綸、羊毛、蠶絲、醋酯纖維等易燃≤20易點(diǎn)燃，燃燒速度快丙綸、腈綸、棉、麻、粘膠纖維等LOI對纖維燃燒性能的分類

2、點(diǎn)燃溫度和燃燒時間

點(diǎn)燃溫度TI：是指纖維產(chǎn)生燃燒所需的最低溫度，是燃燒的激發(fā)點(diǎn)溫度，稱著火點(diǎn)溫度。取決于纖維的熱降解溫度和裂解可燃?xì)怏w的點(diǎn)燃溫度，其值愈高，纖維愈不易被點(diǎn)燃。燃燒時間θ是指纖維放入一可燃環(huán)境（有氧、高溫）中，觀察纖維從放入到燃燒所需的時間。燃燒時間反應(yīng)纖維被點(diǎn)燃的快慢程度，取決于纖維的導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱C、熱降解速率、點(diǎn)燃溫度。

3、燃燒溫度

TB是指材料燃燒時火焰區(qū)中的最高溫度值，又稱火焰最高溫度。TB反應(yīng)纖維材料在燃燒中的反應(yīng)速度及其熱能的釋放量。TB值愈高，說明纖維的燃燒性愈強(qiáng)，且對纖維進(jìn)一步燃燒的正反饋?zhàn)饔迷綇?qiáng)。該指標(biāo)取決于纖維的熱裂解速度以及氧化反應(yīng)速率、量和完善程度，并與燃燒時纖維質(zhì)量的損失率直接相關(guān)。

續(xù)燃時間在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，移開火源后纖維材料持續(xù)有焰燃燒的時間。主要反映纖維材料持續(xù)燃燒的能力。陰燃時間在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，當(dāng)有焰燃燒終止后，或者移開火源后，纖維材料持續(xù)無焰燃燒的時間。陰燃只在固-氣相界面處燃燒，不產(chǎn)生火焰或火焰貼近可燃物表面的一種燃燒形式，燃燒過程中可燃物成熾熱狀態(tài)，也稱為無焰燃燒或者表面熾熱型燃燒。纖維難燃的途徑及形式纖維的難燃性一般通過阻止或減少纖維熱分解、隔絕或稀釋氧氣和快速降溫使其終止燃燒等原理實(shí)現(xiàn)。目前的難燃纖維主要分為兩類：在紡絲原液中加入阻燃劑，混合紡絲。由合成的難燃聚合物紡絲，如Nomex（芳綸1313纖維)、酚醛樹脂纖維、聚酰亞胺纖維(杜勒特Dunette)纖維的熔孔性1.定義：當(dāng)纖維及其制品上為熱體所濺時被熔成孔洞的性能?？谷坌裕旱挚谷劭赚F(xiàn)象的性能。2.合成纖維易產(chǎn)生熔孔現(xiàn)象的原因滌綸、錦綸熔融所需的熱量較少；滌綸、錦綸的導(dǎo)熱系數(shù)比棉、粘、羊毛大。3.改善織物抗熔性的方法：

合纖與天然纖維混紡；

制造包芯紗（芯用錦綸、滌綸，外層用棉）。

光學(xué)性質(zhì)：纖維在光照射下表現(xiàn)出來的性質(zhì)。主要包括色澤、雙折射、耐光性。光學(xué)性質(zhì)與紡織品的外觀質(zhì)量關(guān)系密切；光學(xué)性質(zhì)是研究纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種途徑第二節(jié)：光學(xué)性質(zhì)本節(jié)內(nèi)容：一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象

二、雙折射現(xiàn)象與雙折射率三、纖維的光澤四、耐光性與光照穩(wěn)定性

按照幾何光學(xué)概念，當(dāng)平行光入射到透明、均勻、各向同性的兩種介質(zhì)的分界面上時，一般情況下，一部分光從界面上反射，形成反射光；一部分光將進(jìn)入另一介質(zhì)，形成折射光。折射率：入射角的正弦與折射角的正弦之比。一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象

一、光在纖維中的反射與折射現(xiàn)象

光與平行界面介質(zhì)的相互作用:反射、折射與透射作用在介質(zhì)中發(fā)生多次，強(qiáng)度隨作用次數(shù)衰減，因介質(zhì)對光有吸收作用

入射主反射次反射次透射主透射介質(zhì)1(空氣或液體)介質(zhì)1(空氣或液體)介質(zhì)2(纖維)2211(a)層狀結(jié)構(gòu)入射反射1反射3折射2折射1折射3反射2(b)纖維普通纖維截面形狀多為圓形，光在纖維內(nèi)多次反射、折射和透射

irtt2t3trtr2trtt2rtr(c)纖維集合體若纖維之間產(chǎn)生的光的干涉作用忽略不計，光與纖維集合體的作用則為光與各單根纖維作用結(jié)果的疊加

1.定義平行偏振光沿非光軸方向投射到纖維上時，除了在界面上產(chǎn)生反射光外，進(jìn)入纖維的光線被分解成兩條折射光，稱之為纖維的雙折射。其中一條：

尋常光（簡稱o光），遵守折射定律，振動面⊥光軸，n⊥；另一條：

非尋常光（簡稱e光），不遵守折射定律，振動面‖光軸，n‖。

雙折射率：△n=n‖-n⊥

二、雙折射現(xiàn)象與雙折射率

傳播速度較慢的光，稱慢光，又稱e光，該方向的折射率較大傳播速度較快的光，稱快光，又稱o光，該方向的折射率較小雙折射率△n＝n∥－n⊥△n>0為正晶體；△n<0為負(fù)晶體；△n=0為零晶體大多數(shù)纖維為正晶體

纖維折射率n‖n⊥n‖-n⊥棉1.573~1.5811.524~1.5340.041~0.051苧麻1.595~1.5991.527~1.5400.057~0.068亞麻1.5941.5320.062羊毛1.553~1.5561.542~1.5470.009~0.012桑蠶絲1.5781.5380.040粘膠纖維1.539~1.5501.514~1.5230.018~0.036三醋酯纖維1.4741.479-0.005滌綸1.7251.5370.188錦綸61.5681.5150.040錦綸661.570~1.5801.520~1.5300.053腈綸1.500~1.5101.500~1.510-0.005~0維綸1.5471.5220.0252、常見纖維的雙折射率

由于紡織纖維的結(jié)構(gòu)不完全均勻，在纖維之間或單一纖維的表層與內(nèi)部都會產(chǎn)生差異，故纖維的折射率和雙折射率也必然存在差異。3、雙折射率與纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系纖維雙折射率的大小與纖維分子的取向程度和分子本身結(jié)構(gòu)的不對稱程度有關(guān)。纖維中大分子與纖維軸平行排列時，纖維雙折射率最大；大分子完全紊亂排列，雙折射率為零。雙折射率反映的是纖維材料的各向異性的特征，而各向異性由分子鏈的取向決定。用于判明纖維分子的取向程度

△n大，取向度大。

1.纖維的顏色

纖維的顏色取決于纖維對不同波長色光的吸收和反射能力。天然纖維的顏色取決于：品種（即天然色素）；生長過程中的外界因素。合成纖維的顏色取決于：原料（是否含有雜質(zhì)）：紡絲工藝（如溫度、加熱、時間等）

三、纖維的色澤

各種顏色的波長與波長范圍（nm）

顏色感覺標(biāo)準(zhǔn)波長波長范圍顏色感覺標(biāo)準(zhǔn)波長波長范圍紅色700620-780綠色510480-575橙色610595-620藍(lán)色470450-480黃色580575-595紫色420380-4502、纖維的光澤

紡織纖維的光澤既與光的反射和折射有關(guān)，又與光的透射有關(guān)。纖維的光澤取決于三類反射：鏡面反射：如果平行光射向界面為平面的物體，反射出來的仍將是平行光，這種反射稱為～，表現(xiàn)出很強(qiáng)的光澤。漫反射：如果平行光射向界面粗燥的物體，反射出來的光均勻地射向各個方向，這種反射稱為～，表現(xiàn)出均勻而柔和的光澤。散射光：因光子的多次碰撞從纖維表層散射出的光線，其與入射光的角度無關(guān)，與入射光能量和纖維表層結(jié)構(gòu)與組成有關(guān)。在纖維體內(nèi)，材料密度由外及里連續(xù)或分層變化的結(jié)構(gòu)，稱為纖維的層狀結(jié)構(gòu)。天然纖維在形成過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)差異，以及化學(xué)纖維的生產(chǎn)工藝或材料不同，均可使纖維具有層狀結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)使纖維體內(nèi)光的折射率產(chǎn)生差異。影響纖維光澤的主要因素

纖維的層狀結(jié)構(gòu)

多層反射作用使到達(dá)纖維表面的反射光產(chǎn)生疊加，且不同波長光還會產(chǎn)生干涉作用，纖維呈現(xiàn)出較強(qiáng)的光澤而不耀眼。入射反射1234空氣層1層2層3層4…纖維縱向形態(tài)對光澤的影響如纖維縱向表面平滑一致，則漫反射少，纖維表現(xiàn)出較強(qiáng)的光澤?；瘜W(xué)纖維：若無卷曲，鏡面反射較多→光澤較強(qiáng)。絲光棉光澤較強(qiáng)←纖維膨脹使天然轉(zhuǎn)曲消失，縱向表面變得較為平滑。粗羊毛：鱗片較稀疏，緊貼于毛干上，表面較為平滑，光澤較強(qiáng)。細(xì)羊毛：鱗片稠密，在毛干上貼緊程度較差，光澤則較柔和。若鱗片受損傷，羊毛的光澤會變暗淡。制造半無光或消光化纖的常用方法紡絲液或紡絲熔體中加入二氧化鈦(TiO2)消光劑橫向截面形狀圓形截面纖維：纖維外觀較明亮。平行光束照射時，圓截面纖維如同一凸透鏡，透射光會聚焦，形成極光點(diǎn)或線，稱為“極光”光線在纖維體內(nèi)的多次反射會造成晶亮透明晶體的效果，但無層次感。三角形截面纖維：照射到纖維上的光線會產(chǎn)生強(qiáng)烈的鏡面反射效果。象棱柱晶體一樣轉(zhuǎn)動時或不同視角觀察時，會產(chǎn)生光澤明暗相間的現(xiàn)象，稱為“閃光”效應(yīng)。三角棱鏡的色散作用，還會產(chǎn)生不同色彩效應(yīng)。四、耐光性及光照穩(wěn)定性

耐光性：指纖維受光照后其力學(xué)性能保持不變的性能。腈綸＞羊毛＞麻＞棉＞粘膠＞滌綸＞錦綸＞蠶絲光照穩(wěn)定性：指纖維受光照射后其不發(fā)生降解或光氧化、不產(chǎn)生色澤變化的性能。蠶絲（酪氨酸）、錦綸第三節(jié)：電學(xué)性質(zhì)一、纖維的導(dǎo)電性

纖維導(dǎo)電性指標(biāo)：比電阻各種物質(zhì)的電阻與其長度成正比，與其橫截面積成反比，并和溫度有關(guān)比電阻是其長度和橫截面積各為一單位時的電阻體積比電阻ρv（Ω·cm）：－指單位長度上所施加的電壓U，相對于單位截面上所流過的電流I之比

，也叫電阻系數(shù)或電阻率。

表面比電阻ρs（Ω）：單位長度上的電壓（U/L）與單位寬度上流過的電流（I/H）之比。質(zhì)量比電阻ρm（Ω·g/cm2）－－單位長度上的電壓（U/L）與單位線密度纖維上流過的電流(I/(W/L))之比。一般紡織纖維質(zhì)