纺织物理 第六章 纤维的热学性质.ppt

三、导热机理 由于气体、液体和固体作为热的导体或非导体的热传导机理，本质上都是微观粒子，如原子、电子、分子和声子的相互作用与碰撞，因此，尽管性质和机理不同，但粒子化后的导热系数的数学表达形式，应该是相同的，差别应该只是其中物理量的涵义的不同。 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 3． 声子导热机理 四、纤维材料的热传导机理 1．导热机制的多重性 纤维是一聚集态结构复杂、具有孔隙、大多能透光的物质，因此依据前述热传导机理可将其内部热传导的各种形式结合起来。由此可得多重机制的热传导系数表达式， (6. 42) i分别表示四种不同的导热载体，如分子、电子、声子和光子。对不同的物质来说，只是各种载体的所起的作用不同。 2．晶相与非晶相的导热规律 纤维一般为结晶和无序相的混合体，将晶体和非晶体的导热系数理论曲线放在一起对比，如图6- 14所示，可发现其间的关联与不同。 四、纤维材料的热传导机理 3．多相复合材料的导热系数估算 （1）多相层合平板式模型：如图6- 15a，分两种传导方向： ①热流方向与平板平行时，相当于热阻并联，而热导的串联， 即， 其中V1，V2为两相各层的体积分数； ②热流方向与平行板平面垂直相当于热阻串联，而热导的并联为： 四、纤维材料的热传导机理 3．多相复合材料的导热系数估算 （2）两相分布模型：如图6- 15 b和c，总导热系数为 式中，VD为分散相的体积百分数；λC为连续相导热系数；λD为分散相导热系数。 * 第六章 纤维的热学性质 主要问题： 纤维各典型热力学状态的特征与产生机制及其相关性质 纤维在不同温度下的高分子柔性、聚集态结构及形态特征 纤维的物质的热物理性质（Thermo-physical properties）包括热输运性质（传质与热传导性质）和热力学性质两大类。 纤维材料的热辐射防护性能：热光性能；燃烧性质 热分析技术：（ DTA、DSC、TMA、DMA、TG技术）。 纤维材料的热加工与定形理论与机理 第六章 纤维的热学性质 涉及章节与重点： 1. 纤维的热力学状态与性质 （热力学状态与转变；Tg与机理；其他转变形式与机理） 2. 纤维的热物性质 （基本概念；热传导机理、参数与方程；纤维导热机理） 3. 纤维的燃烧性质 （纤维燃烧性；燃烧机理与过程及其表征；因素与阻燃） 4. 纤维的热分析技术 （基本方法；典型应用方法） 5. 纤维的热定形 （纤维定形概念；基本原理与机制；纤维定形方法） 第一节 纤维的热力学状态与性质 本节将对纤维各典型热力学状态的特征与产生机制及其相关性质作基本叙述。 纤维的 热力学性质 分子的结构 热运动状态 纤维的性状 有关 是温度的函数 影响纤维的成形加工和使用性能 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 对一非晶态高聚物试样施加一恒定而较小的应力，在等速升温的环境下观察试样形变与温度的关系，可得图6- 1中所示的曲线。通常称为温度-形变曲线或热机械曲线。 根据试样的力学性质随温度变化的特征，可以把非晶态高聚物按温度区域的不同，划为三种力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态。并相应地形成两个转变区：玻璃化转变区和粘弹转变区。三种力学状态及两种转变区的特征是非晶态高聚物内部分子处于不同运动状态的宏观表现。 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 （1）玻璃态：链段处于被冻结的状态，只有那些较小的运动单元，如侧基、支链和小链节等能够运动。 （2）玻璃化转变区：是非晶态高聚物材料对温度十分敏感的区域。在3-5℃范围内，几乎所有性质都发生突变（如热膨胀系数、模量、介电常数、折光指数等）。从分子运动机理看，在此温度范围，链段开始解冻，即链段运动被激发。此转变的温度称为玻璃化温度，通常用Tg表示。 （3）高弹态：链段的运动，改变构象以适应外力的作用。受力时，分子链在力场作用下可从卷曲状态变到伸展状态，外力除去，分子链又可通过单键的内旋转和链段运动回复到原来的卷曲状态。高弹性的模量为105~107 Pa，比普弹性的模量（1010~1011 Pa）小得多；形变可达100-1000%，比普弹形变（0.01%~0.1%）大得多。 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 （4）粘弹转变区：也是一个对温度十分敏感的区域，链段可沿作用力方向协同运动。这不仅使分子链的形态改变，而且导致大分子链段在长范围内发生相对位移，聚合物开始出现流动性，模量迅速下降2个数量级，形变迅速增加。此转变温度称为粘流温度，用Tf表示。 （5）粘流态：在这种状态下，不仅链段运动的松弛