当前位置: 首页 » 行业资讯 » 技术文献 » 正文

纤维材料的热力学三态

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-07-10  来源:纺织干货  浏览次数:61
核心提示:研究纺织材料在不同温度下内部结构和性质的变化规律,对其合理加工和正确使用有重要意义。纤维性质在温度转变点前后表现有明显
      研究纺织材料在不同温度下内部结构和性质的变化规律,对其合理加工和正确使用有重要意义。纤维性质在温度转变点前后表现有明显不同,用不同的温度转变点来表征。从研究的内容看主要有热力学性质、热定形、热破坏等。
微信图片_20240710102328
      热力学性质,是指在温度的变化过程中,纺织材料的力学性质随之变化的特性。绝大多数纤维材料的内部结构呈两相结构,即晶相(结晶区)和非晶相(无定形区)共存。对于晶相的结晶区,在热的作用下其热力学状态有两种:一种是熔融后的结晶态,其力学特征表现为刚性体,且具有强力高、伸长小、模量大的特性;另一种是熔融后的熔融态,其力学特征表现为黏性流动体。两者可以用熔点来区分。对于非晶相的无定形区,在热的作用下其热力学状态有脆折态、 玻璃态、高弹态和黏流态,分别按变形能力的大小采用脆折转变温度、玻璃化转变温度、黏流转变温度来划分。
一、纤维材料的热力学三态

      对于线型高聚物,材料非晶相的黏流转变温度和结晶的熔点常互相重合,很难区分,所以测量纤维的热力学性质时首先表现出来的变化是非晶相的变化,其典型曲线发图1所示
微信图片_20240710102504
图1   纤维材料的典型热力学曲线

      图1是在恒应力条件下纤维的变形能力(实线)和拉伸模量(虚线)随温度变化的过程,其转折点分别为玻璃化转变温度Tg, 和黏流转变温Tf, 且转变温度都有一个区段,这是非晶态高聚物所物有的力学三态特征。其中,多数合成纤维的力学三态特征比较明显,而天然纤维(棉、麻、毛、丝)及再生纤维素纤维等在某些升温速率下(高温时)不呈现比较明显和黏流态特征,而直接分解、炭化。 

1、玻璃态
      在低温状态时,纤维内部大分子热运动的能量经较低,运动单元中有基、链节、短支链等短小单元,链段处于被“冻结”状态,运动方式主要为局部振动矣键长、键角的变化。因此,纤维的拉绅模量很高,强力高,变形能力很小,且外力除后,变形很快消失,纤维硬脆,表现出类似玻璃的力学性质,故称琉璃态(或硬玻璃态)。当温度进一步升高,运动单元尺寸增加,纤维大分子链段有了一定的回转能力,纤维表现出一定的柔曲性,坚韧性,作用力大的情况下可见塑性变形,这个状态常被称为软玻璃态(或称为强迫高弹态),绝大多数纤维在室温条件下处于此状态。
      当链节、链段、主链旋转及侧基均被冻结时称为脆折态。
      纺织纤维的玻璃化转变温度大都高于室温,所以在室温条件下,衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度,如氨纶的玻璃温度在-40°C以下(聚醚型为-70°C~-50°C)在常温环境下具有优良的弹性。
2、高弹态
      当温度继续升高超过某一温度(玻璃化转变温度Tg)后,纤维的拉伸模量突然下降,纤维受较小力的作用就发生很大变形,而且当外力解除后,变形快速恢复。在“温度-变形”或“温度-模量”曲线上出现一个平台区,这个区间的力学行为类似于橡胶的力学特征,纤维的这种力学状态就称为高弹态或称橡胶态。从分子运动机理看,在此温度下纤维内部的大分子链段已经“解冻”,链段可以绕主链轴作旋转运动,使大分子卷缩、伸直变形比较容易,且产生的变形也易于通过链段的热运动恢复原来的形态。这是高聚物特有的力学状态,高弹形变的实质是链段运动使大分子发生伸展一卷曲运动的宏观表现。
3、黏流态
      当温度再继续上升达到某一温度(黏流转变温度Tf)后,大分子的热运动克服分子间的作用力,运动单元从链段扩展至大分子链,大分子这间可以出现相对滑移,变形能力显著增大且不可逆。纺织纤维呈现出一种具有黏滞性、可流动的液体状态,纤维的这种力学状态就称为黏流态。当大分子的聚合度极高,分子间用用力极大,大分子间的缠结严重时,分子间的相对滑移极困难,不会出现黏流态。
      上述从分子运动学观点描述了热力学三态,从相态角度看,玻璃态、高弹态和黏流态均属非结晶相,即大分子间的排列状态呈无规(无序、非晶)状态。

 
 
[ 行业资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐行业资讯
点击排行