纤维的热学性质.pptVIP

二、纤维的热裂解和燃烧过程1、纤维的燃烧过程：（1）纤维热裂解；（2）可燃性裂解气与氧混合燃烧；（3）放热使纤维继续裂解。2、纤维热裂解机理与表征纤维燃烧的起因是热裂解，纤维失去质量，放出可燃性气体，产生引起燃烧的条件，因此热裂解是纤维燃烧性能的最重要因素之一。热裂解是纤维在高温下的分解，而燃烧是纤维分子剧烈分解的表现。热裂解通常伴随热量和质量的交换，可用热力学法推算裂解热，也可用热重分析和气相质谱法测量纤维热裂解过程质量变化及裂解产物。水分蒸发熔融热裂解氧化降解可燃气体不燃气体碳素残渣吸热和气体混合发热燃烧液体微粒无焰燃烧烟第30页，共47页，星期日，2025年，2月5日三、燃烧性的测量与表征1、燃烧性测量各国对纤维燃烧性测量有很多标准，各种方法间难以比较。根据燃烧性特征可分：（1）着火性（闪点、自燃点、LOI等）；在规定的条件下，加热试样到某温度时，试样的蒸汽和周围空气的混合气，与火焰接触发生闪燃时试样的最低温度，称为闪点。（2）燃烧速度（火焰扩展速度、炭化长度和面积、熔融热等）；（3）延燃性（持续燃烧时间、残焰、残烬时间）；（4）发热量（燃烧热、温度等）；在25℃,101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，即燃烧热。（5）发烟性（发烟量、发烟速度）；（6）毒性（气体成分、动物实验）。纺织测量方法为：垂直、水平和45°倾斜放置燃烧试验法。第31页，共47页，星期日，2025年，2月5日（3）重量转移率MTR：火焰不动改变试样喂入速度来测量单位时间内燃烧烧尽的试样质量。MTR和OI成直线关系。（4）氧指数(OI)：氧气的体积百分比。（5）氧灵敏度Δ(MTR)/Δ(OI):燃烧过程燃烧速度随氧指数的变化关系，其中(OI)0表示，燃烧速度减小到0时的氧指数。OIOMTR/gs-1(OI)02、燃烧性表征指标（1）燃烧时间θ：纤维材料进入燃烧室，温度变化到一定程度时，产生火焰，燃烧室温度突变，并持续燃烧。温度-时间曲线出现两个变化点（起燃、终燃），其时间间隔为燃烧时间。（2）火焰扩散速度v：直接测量单位时间火焰移动的距离。第32页，共47页，星期日，2025年，2月5日四、影响纤维燃烧性能的因素与阻燃1、影响纤维燃烧性的因素：纤维的化学组成、分子结构、炭化倾向、纤维集合体结构与特征，以及环境条件。（1）化学组成：涉及H、N及阻燃元素（氯Cl、溴Hr、氟F、磷P、硫S、锑Te）含量，含H量是影响燃烧性的重要因素，H↑，LOI↓。如丙纶和碳纤维氢含量分别约14.3%，2.18%，相应的LOI分别为18.6%，37%。H含量和气相燃烧中高能的H自由基及OH自由基浓度有关。含N纤维可燃性一般低于纤维素纤维，N含量高，LOI高。如羊毛和蚕丝，但是含N量不是决定燃烧的唯一因素，如腈纶N含量22%，LOI仅18%。（2）纤维结构：涉及大分子结构及其聚集态，如大分子刚性链、规整、排列有序、结晶度高，则热稳定好，热裂解反应速度慢，可燃性低。可引入共轭双键、芳环、芳杂环等。如芳香族聚酰胺、芳香族聚酯等都是裂解温度高的难燃纤维。此外成型前加入热稳定剂，如Nomex纤维（间位芳纶，芳纶1313），加入0.5%-1%碳酸镍。代表性阻燃纤维：阻燃棉、毛；间位芳纶、对位芳纶（Kevlar，芳纶1414）；玻璃、陶瓷纤维等。（3）炭化倾向：固体炭化残渣多，高温裂解可燃性气体越少，阻燃好。通常，不含阻燃元素时，H含量低、芳环含量高，炭化高。第33页，共47页，星期日，2025年，2月5日第1页，共47页，星期日，2025年，2月5日概述纤维热学性质研究主要包括以下问题：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-physicalproperties）包括热输运性质（传质与热传导）和热力学性质两类；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）；纤维材料的热加工与定形理论与机理。第2页，共47页，星期日，2025年，2月5日第一节纤维的热力学状态与性质纤维的热学性质与纤维分子的结构和性状及分子的热运动状态有关，即温度的函数。不同温度下，纤维高分子的柔性、聚集态结构，宏观形态都将发生不同程度的变化，从而影响纤维的加工和使用性能。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：因温度较低，分子运动能量低