纺织物理第5章
第五章
1．试讨论影响纤维双折射的因素及纤维双折射的测量方法。
2．纤维形状双折射产生的机理，以及影响形状双折射的因素。
3．试述纤维光致发光的现象及其原理。
4．试述纤维光老化的一般机制、现象及其原理。
5．试讨论光通过纤维后的滞后、干涉作用的原理及作用。
6．试讨论光反射与光吸收的作用机制，及其防老化与透明的协调。
7．试讨论多光束干涉法测量纤维双折射的原理及方法。
8．给出萨那蒙补偿法测纤维取向度的实验光路及各元件的放置图，并讨论测量的理论。
9．试比较倍克线法与萨那蒙法对测量双折射方面的差异及特点。
10．何为二色性，何为红外二色性？。
第一章习题
第一章“纤维的结构”1.STM与AFM2.微细结构与形态结构3.纤维的尺度与形态4.缨状分子与缚结分子5.有序与取向6.折叠链与伸展链7.纳米与亚微米8.内旋转与构象9.链段与链节10.晶体取向与分子取向11.X射线广角（XWAD）和小角（XSAD）衍射12.Hermans取向因子与X射线衍射法取向因子13.质量和体积结晶度（Xw与Xv）14.各向同性与各向异性体15.形态弱节与结构弱节16.应力弱节与应变弱节17.再生与人造纤维18.纳米纤维与超细纤维19.湿敏纤维与压敏纤维20.自适应（self-adapted）纤维和智能（smart）纤维21.形状记忆（shape memory）纤维与可呼吸（breathable）纤维22.相变纤维与热自适性纤维23.石墨与碳纤维结构24.可降解与可再生25.仿生材料与生物材料26.液晶与准晶27.混合与复合28.嵌段与接枝共聚物29.棉的螺旋与螺旋换向30.氢键与范德华静电引力31.α螺旋与β折叠构像32.丝素与丝胶33.羊毛的双边分布与丝的环状分布34.细胞核残留物与髓腔层35.7+X模型与7+2模型36.正皮质（ortho-cortex）与副皮质（para- cortiex）37.Lyocell与Tencel®38.涤纶分子的旁式与反式结构39.涤纶与PTT纤维40.蜘蛛丝与甲壳素纤维第一章 纤维的结构1. 试述纤维材料（Fibrous materials ）的结构、形、性、能的范畴，及其间的基本相互关系，尤其是结构与形；结构与性质的关系。
2.试述纤维结构的基本层次及名称，并讨论其间关系与结构特征及尺度。
3. 缨状微胞理论（fringed-micelle theory ）的基本特征为何？其可以解释纤维的哪些性能（举2~3例）？产生这类说法的依据为何？4. Howsmon 和Sisson 有序度表达法（《纺织物理》图1-5）与缨状微胞说的区别在哪？对纤维来说，其内部结构的表述应该为何？5. 试给出缨状微胞fc 和缨状原纤ff 结构模型在各自结晶度、晶区和非晶区模量都相同条件下，除显见的晶区长宽比d l /不同外，纤维的模量E 和强度σ均存在差异且模量fc ff E E >和强度fc ff σσ>的原因与证明，并讨论随微胞的d l /值增加，模量E 间的和强度σ间差异减小的理由。
《纺织物理讲义》word版
第一章纤维的结构概述1．纤维结构：纤维的固有特征和本质属性，决定纤维性质；涵盖微观到分子组成，宏观到纤维形貌；结构多样性与结构层次有多种划分。
2．结构层次的模糊，纤维的微细结构（fine structure）：可以追溯到19世纪。
但卓有成效的研究和结构理论的提出与验证是在20世纪的上半叶，近五十年又在许多纤维结构理论和分析方法上有新的突破。
3．纤维微细结构的研究，通常采用的研究方法有：※光学显微术（optical microscopy）和电子显微术（electron microscopy）：扫描电子显微镜SEM 和透射电子显微镜TEM※X 射线和电子衍射法（X－ray ＆Electron diffraction）※红外（infra-red）、紫外（ultraviolet）、荧光（fluorescence）和喇曼光谱法（Raman spectrum）※核磁共振法（nuclear magnetic resonance）※表面分析法（surface analysis）※原子力显微镜AFM（atomic force microscope）或扫描隧道显微镜STM（scanning tunneling microscope）等方法※热分析法（thermal analysis）※动态和断裂力学法※质谱分析法（mass spectrometry）4.纤维结构的研究和发展、问题、未知性和不确定：※基本形式：对纤维微细结构作文字或简单模型图来描述。
※基本原因：结构的复杂和多样性、表征方法的局限性、人们的认识。
第一节纤维结构理论一、缨状微胞理论1．历史Nägeli理论；Meyer和Mark的微胞学；Spearkman模型。
30年代的争论：※纤维素及其他聚合物分子的长度的问题。
※关于纤维究竟是由分离的晶体所组成，还是由连续的均匀的分子所组成的问题。
Meyer认为分子是相当短的，其聚合度约为200。
而Staudinger则认为，在天然纤维素中，聚合度在2000以上。
纺织材料的热学
纤维 涤纶 腈纶 丙纶 氯纶 静止空气 水
λ(Wm/m2℃) 0.084
0.051 0.2210.221-0.302 0.042 0.026 0.599
表中显示:水的导热系数最大,静止空气的导热系数最小, 表中显示:水的导热系数最大,静止空气的导热系数最小, 纤维介于两者之间. λ↑→导热性越好,保温性越差 纤维介于两者之间. λ↑→导热性越好, 导热性越好
纤维的热机械性能曲线 1.定义:高聚物受力变形或初始模量等随温 定义: 度变化而变化的曲线. 度变化而变化的曲线. 曲线及其 及其特点 2.曲线及其特点
热塑性纤维的温度- 热塑性纤维的温度-变形曲线 A——玻璃态 B——高弹态 C——粘流态 ——玻璃态 ——高弹态 ——粘流态
特
点
(1)四个温度 (2)两个转变区 (3)三种力学状态
2.影响纤维导热性能的因素: 2.影响纤维导热性能的因素: 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↑. 分子量的大小:在同一温度下,分子量越高→λ↑. T↑㎏ (2)温度与回潮率的影响 : T↑㎏ →λ↑ 水分越多, 越大, 水分越多,λ越大,保暖性越差 (3)纤维集合体的体积重量 a.保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量. a.保暖与否主要取决于纤维层中夹持的静止空气数量. 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, 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. 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, 0.03b. 纤维层的体积重量在0.03-0.06g/cm3,λ最小,保暖 性最好. 性最好.
纺 织 物 理
。 4.
机织物的厚度与体积 分数
（1）含毛羽的厚度Tmax； （2）织物结构相厚度Ts；
（3）等支持面厚度T0；
（4）压缩形变厚度T；
第二节 织物的几何结构与表征
4. 机织物的厚度与体积分数
第二节 织物的几何结构与表征 织物中的纤维填充密度取决于纤维所占的体积，平纹织 物的体积分数V1可由上述单元几何模型求得：
二、针织物的几何结构 3. 针织物的厚度与体积分数
针织物厚度T与纱线直径之间关系T≥2d
考虑纱线变形直径为d‘（压扁系数），则其间差值e，得
第二节 织物的几何结构与表征
。
针织物体积分数：
第二节 织物的几何结构与表征
三、非织造布几何结构 1. 毛毡
传统毛毡是基于羊毛的差微摩擦效应和高弹性特征， 在热湿力作用下，定向穿插运动而纠缠成毡的结果。
第三节 织物的基本性能
一、织物的基本力学性能 2. 织物的弯曲与起拱
如图所示，在织物发生起拱变形之前，织物上的阻力大多 为纯压缩所致，这时织物的压缩力与变形曲线与弹性体相 近，当压缩力P达到临界值时，织物发生起拱屈曲，随之 其弯曲变形迅速增大，压缩阻力反而减小，即为弯曲变形 所致。
第三节 织物的基本性能
1.线圈长度与密度
基于Peirce模型推广，得到线圈长度l为：
C为横向圈距；W为纵向圈距（圈高）；d为纱线直径；
根据针织物的横密Pc和纵密Pw，得：
为未充满系数和其他参数关系如下：
第二节 织物的几何结构与表征
二、针织物的几何结构 2. Munden的几何模型
基于Peirce模型，r为针编弧线圈半径；
纺织物理
第十章 织物的结构与性能
第十章 织物的结构与性能
第五章纺织纤维力学性质
0
0
0 Δla
2
4 Δl 伸长(mm)
0
0.1
0.2 ε=应变
0
10
20 ε=应变率(%)
第五章纺织纤维力学性质
一般纤维负荷-伸长曲线★
第五章纺织纤维力学性质
2.拉伸曲线反映的指标
上图所能反映的指标有： 1.断裂强力（或断裂强度） 2.断裂伸长（或断裂伸长率）
第五章纺织纤维力学性质
3.初始模量E★
单位：N/tex（cN/dtex）；N/den（cN/den)。 其计算式为：
Ptex=P/Ttex Pden=P/Nden
第五章纺织纤维力学性质
（3）断裂长度（LR）
定义：纤维的自身重量与其断裂强力相等时所 具有的长度。
即一定长度的纤维，其重量可将自身拉断， 该长度为断裂长度。 其计算公式为：
LP=（P/g）*Nm 式中：LP——纤维的断裂长度（km）
天然纤维：麻>棉>丝>毛； 再生纤维：富纤>粘胶>醋纤； 合成纤维：涤纶>腈纶>维纶>锦纶
第五章纺织纤维力学性质
4.屈服应力与屈服伸长率（屈服应变）
屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较 小转向较大）部分的转折点。 屈服应力：屈服点处所对应的应力。 屈服应变：屈服点处所对应的应变。
第五章纺织纤维力学性质
第五章 纺织纤维 的力学性质
第五章纺织纤维力学性质
纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纤 维及其制品在使用过程中的重要性质之一。 纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是 根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性 能（不一定拉断）来评价的。纤维在外力作 用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂 为最主要的破坏形式。
纺织物理学ppt
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1、燃烧法 2、极限氧指数法 3、表面燃烧实验法
第七节 防寒织物
1、种类和用途：天然填充料、合成纤维絮或网、制成毛 绒织物、涂金属膜织物、可充气膨胀的织物等。
2、防寒机理及织物构造：
（1）构造：防寒织物由内层绝热材料和外层材料两部分 构成。
（2）机理：内层绝热材料纤维间充满空气，对热的转移 有一定得阻挡作用，可有效地防止热量散失。外层材 料可有效地保护内层绝热材料的绝热性，使整体织物 具有优异的服用性能（防风、防水、透湿）。
一、工业毒物的种类及危害 1、工业毒物的种类：蒸气、雾、烟、粉尘等。 2、工业毒物对人的危害：直接中毒、间接中毒。 二、防毒纺织品类型及防毒机理 1、隔绝型防毒织物 2、吸附型防毒织物 3织品的燃烧过程
二、纺织品阻燃的机理
目前比较成熟的阻燃理论有四种：一是熔融覆盖论， 观点是阻燃剂与火源接触后，产生玻璃状粘着物质，把被 燃物覆盖起来，从而与氧气隔开，达到阻燃目的；二是气 体理论，认为固相受热分解后产生大量的氢和氧基游离基， 氢基游离基与阻燃剂遇热产生的游离基相结合，生产新的 物质，使可燃性气体中的游离基数量减少达到阻燃目的； 三是吸热反应论，认为阻燃剂在燃烧时产生分解而吸收热 能，阻止被燃物继续燃烧；四是化学理论，认为阻燃剂作 为一个组分参加化学反应，生产不燃或难燃物质，达到阻 燃目的。
纺织物理第6章
导热系数矩阵：
第二节 纤维的导热性质
3. 材料热传导中的热阻 （1）单层平壁热阻
（2）对流换热边界热阻
（4）稳态传热网络热阻
（3）接触热阻
第二节 纤维的导热性质
三、导热机理与表达 1 分子导热机理 2. 电子导热机理 3. 声子导热机理
4. 光子导热机理
第二节 纤维的导热性质
四、纤维材料的热传导机理 1. 导热机制的多重性 对于纤维高聚物而言，结构复杂、具有孔隙、大多能透光，故其导热的形式 有：分子导热、电子导热、声子导热、光子导热，以声子导热为主。 2. 晶相与非晶相的导热规律 （1）非晶体的导热系数 （2）晶体的导热系数 （3）晶相与非晶相的比例
《高等纺织材料学》
杜赵群
（东华大学纺织学院） 2013年-2014年第1学期
《高等纺织材料学》
第六章 纤维的热学性质
第一节 纤维的热力学状态与性质
一、纤维的热力学状态与转变 1. 非晶态高聚物的热力学状态与转变 三态两转变： （1）玻璃态 （2）高弹态 （3）粘流态 （4）玻璃化转变区 （5）粘弹转变区
2.动态热机械分析法(DMA）的基本原理
第四节 纤维的热分析技术
3 TMA和DMA的应用 （1）玻璃化温度 （2）高聚物松弛行为
第四节 纤维的热分析技术
四、热重分析法 1. 热重法的基本原理 2. 热重法的应用 评价物质的热稳定性。
第五节 纤维的热定形
一、纤维材料定形的一般概念 是纤维材料在温度和外力作用下发生变形，并受物理、化学处理，使 其应力松弛达到稳定。 包括：暂时性（定形在随后的使用中会消失）； 半永久性（能抵御一般轻微作用的定形，但给予激烈地处理，也会消 失）； 永久性定形（通过定性纤维结构发生变化而不能复原的定形。 二、热定形的物理原理
纺织物理 第四章 纤维的电学性质
中性→极性
O O
O
E
O H 电子极化模型示意图 +
H
H H
低极性→高极性
原子极化模型示意图
3）偶极极化：偶极极化又称取向极化，或称Debye极化，是极性分子或基团 在电场作用下转动，并沿电场方向定向排列，取决于极性分子或官能团的 大小即周围的约束条件，极化与时间有关，约10-9s-10-2s。对纤维，偶极极 化有两种作用机制：一是极性低分子转动取向极化；二是大分子极性基团 （侧基）的转动取向排列。 4）界面极化：游离粒子（电子和离子）在电场作用下向界面进行移动和聚集， 使材料在界面处产生与电场相反的极化电荷层，包括物质表面、内部结构 相界面、空隙表面等。粒子迁移受自身空间位阻和迁移速度的影响，极化 时间较长，一般1-103s或更长。
二、影响纤维导电性的因素
1、从电导率公式电离离子数N看： N 2n
2n0 1 e E0 /(2 kT )
• 其中n表示载流子对数；n0表示材料中可以被电离的离子数，取决于纤维 材料中含水、含杂；那么电离度α=n/n0；E0为真空电离能，离子最小逸出 能，显然该值越小，N越大；T为环境温度，上升时，N会显著增加，从 而电导率上升，电阻下降；ε为介电常数，其值越大，离子数越多，导电 越好；k为玻尔兹曼常数。
• 其中a，b为常数。
三、纤维导电性的测量与表征
1.表面比电阻（Surface Specific Resistance）SSR. • 电流在通过纤维表面时，所呈现出的电阻值，用单位长度上施加的电 压（电场强度E）U/ l与单位宽度上流过的电流（电流线密度）I/h的比 值来表示，其中Rs为电阻值，受纤维不同排列方式的影响。
第四章 纤维的电学性质
第五章纺织纤维的力学性质PPT课件
（2）断裂比功Wa
定义：拉断单位细度、单位长度纤维外力 所作的功。
Wa=W/(Ttex*L0)
纤维密度相同时，它对不同粗细和不同试样长 度的纤维材料具有可比性。 反映应力－应变曲线下的面积。
（3）功系数We
定义：实际所作功（即断裂功W，相当于 拉伸曲线下的面积）与假定功 （即断裂强力*断裂伸长）之比。
第五章 纺织纤维 的力学性质
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
纺织纤维的力学性质（或机械性质）是纤 维及其制品在使用过程中的重要性质之一。 纤维材料的力学性质的好与坏（优与劣）是 根据它在受外力作用时，所表现的耐破坏性 能（不一定拉断）来评价的。纤维在外力作 用下遭到破坏的形式很多，其中以拉伸断裂 为最主要的破坏形式。
❖ 屈服点高的纤维，不易产生塑性变形，拉伸 弹性较好，其制品保形性好，不易起拱，起 皱。
5．断裂功、断裂比功和功系数
（1）断裂功W 定义：指拉断纤维过程中外力所作的功，或纤 维受拉伸到断裂时所吸收的能量。
W是强力和伸长的综合指标，用来有效评价纤维 的坚牢度与耐用性能。 W大，说明纤维的韧性好，耐疲劳性能强，能承 受较大的冲击。 在负荷-伸长曲线上，断裂功就是曲线下所包含的 面积。
屈服点：曲线坡度由较大转向较小（伸长由较 小转向较大）部分的转折点。 屈服应力：屈服点处所对应的应力。 屈服应变：屈服点处所对应的应变。
p
1
2
Yc
Y
p Y
(a)
(b)
❖ 纤维在屈服以前产生的变形主要是纤维大分 子链本身的键长、键角的伸长和分子链间次 价键的剪切，所以基本上是可恢复的急弹性 变形。而屈服点以后产生的变形中，有一部 分是大分子链段间相互滑移而产生的不可恢 复的塑性变形。
纺织物理知识点
纺织物理知识点1、毛纺织品产生静电的原因2、羊毛产生静电现象的原因3、羊毛打滚不会毡化和缩绒4、蚕丝为什么具有优雅的光泽？答案解析：1. 毛纺织品产生静电的原因（5点）（1）混入毛织物中的涤纶纤维比例越高，静电现象必然严重。
（2）纯毛纺织品的标准回潮率虽高达14%（20°C，相对湿度65%），但在相对湿度小于40%条件下也会有静电现象。
（3）纯毛纺织品在进行防毡缩整理，机可洗整理时，一般先进形氯化或氧化处理（俗称“减法”处理），接着为了改善手感及进一步改善毡缩性，需进行柔软光滑整理（俗称“加法”处理），如果采用有机硅类及聚氨酯类整理剂，就会产生静电现象。
（4）对毛线及毛针织品，以前大多采用土耳其红油进行柔软与蓬松处理。
由于土耳其红油带负电荷，不会产生静电问题。
然而，现企业大量的采用柔软效果更好的有机硅类整理剂进行处理，造成静电现象十分严重。
（5）浙江嘉兴地区羊毛衫市场上的纯羊毛衫大量使用有机硅类整理剂，其总用量甚至高达10%以上（对纤维重），造成了严重的静电现象。
2. 羊毛产生静电现象的原因（1）羊毛纤维内部是毛干，由20种α氨基酸所构成的蛋白质高分子组成，因亲水性好，是不会产生静电现象的。
（2）羊毛纤维的外部由鳞片层构成，其结构比较特殊。
由于鳞片层中胱氨酸含量高，其网状结构程度远远高于毛干部分，使得鳞片层的亲水性明显的变差。
（3）鳞片表层网状架构的稳定性比整个鳞片层网状结构的稳定性好的多，相应的鳞片表层的亲水性就更差些。
（4）鳞片表层的外层就是完全由脂肪长链构成的，称为类脂层，脂肪长链整齐地排列在外层中，相当于在羊毛纤维的外表涂上了一层油蜡，因此鳞片表层具有典型的疏水性。
（5）这一结构的特点正是羊毛纤维静电现象的结构基础和起因。
3. 羊毛打滚不会毡化和缩绒（1）鳞片在生长过程中，前缘向着纤维顶端，形成突出台阶。
脱离羊体的羊毛，在机械、水分、热、化学等的促进作用，会产生羊毛几何体的毡化现象，现在的羊毛是活羊毛。