Лекция 12 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКОН, НИТЕЙ И ТЕКСТИЛЯ

1. ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА характеризуют отношение волокон, нитей и ТМ к воздействию на них тепловой энергии

1.1 ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Теплоемкость – способность ТМ поглощать тепло при повышении температуры.

Характеристиками теплоемкости материала являются: удельная теплоемкость, объемная теплоемкость.

Удельная теплоемкость С, Дж/ (кг ⁰С), - количество тепла, которое необходимо сообщить материалу массой 1кг, чтобы повысит его температуру на 1 ⁰С.

Q -количество подведенного тепла,Дж

m - масса материала, кг;

Т₁-Т₂ – разность термодинсмических температур, ⁰С.

Для полимерных материалов (при 20º С):

Зависимость удельной теплоемкости с_уд от температуры Т имеет максимумы в области релаксационных переходов, например, стеклования Т_с.

Объемная теплоемкость Cv Дж/ (м3 º с), показывает какое количество тепла необходимо для нагревания единицы объема данного материала

- объемная масса материала, кг/м³

Теплоемкость - важное теплофизическое свойство текстильных материалов, т.к. она характеризует их тепловую инерцию. Материалы с большой объемной теплоемкостью обладают лучшими теплозащитными свойствами.

1.2 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Теплопроводность – способность текстильных материалов проводить тепло при условии разницы температур по обе стороны материала. Теплопроводность оценивается следующими характеристиками: коэффициент теплопроводности, коэффициент теплопередачи, удельное тепловое сопротивление, тепловое сопротивление.

Коэффициент теплопроводности - Вт/(м ⁰С) показывает какое количество тепла проходит за 1 ч через 1 м2 материала толщиной 1 м при разности температур 1⁰С

Q – величина теплового потока;Дж

τ – длительность прохождения теплового потока;

Т1, Т2 – температура поверхности материала; ⁰С

S, h – площадь, толщина материала.

Для блочных полимеров (пластиков): при 20° С

К оэффициент теплопроводности зависит от вида полимерного материала, его структуры, дефектности (пористости), температуры и других факторов.

Зависимость коэффициента теплопроводности от степени кристалличности х_кр и температуры

1 -

2 -

Для аморфных и малокристаллических полимеров λ (Т) проходит через максимум при . Для кристаллических полимеров с ростом температуры λ уменьшается.

Коэффициент теплопередачи К, ВТ/ (м^{2 0}С) характеризует теплопроводность материала при его фактической толщине

Удельное тепловое сопротивление , м ⁰С/Вт – характеристика обратная коэффициенту теплопроводности

Тепловое сопротивление Rм, м^{2 0}С/ Вт - характеристика обратная коэффициенту теплопередачи

Удельное тепловое сопротивление и тепловое сопротивления характеризуют способность ТМ препятствовать прохождению через них тепла, т.е. их теплозащитные свойства. Чем выше показатели этих характеристик, тем выше теплозащитные свойства ТМ.

Теплопроводность пористого (волокнистого) слоя определяется следующими механизмами:

• контактной теплопроводностью волокон;

• теплопроводностью воздуха в порах;

• конвекцией;

• лучеиспусканием.

При невысоких температурах и малых размерах пор конвекция и лучеиспускание играют малую роль.

Коэффициент эффективной теплопроводности зависит от пористости и объемной массы .

Коэффициент теплопроводности (при 20° С) следующим образом зависит от пористости φ

φ
0,98	0,03 – 0,035
0,9 – 0,98	0,035 – 0,08
0,8 – 0,9	0,08 – 0,11
0,7 – 0,8	0,1 – 0,2

Для воздуха (при 20° С)

Чем выше пористость структуры, больше толщина материала, тем выше его теплоизоляционные свойства

З ависимость коэффициента теплопроводности от температуры Т и влажности w следующая:

1 – волокнистый слой

2 – воздух

Повышение влажности приводит к уменьшению их теплозащитных свойств.

1.3 ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Показатель температуропроводности характеризует способность к выравниванию температуры в разных точках материала.

Коэффициент температуропроводности а равен:

м2/с

С - Удельная теплоемкость, Дж/ (кг ⁰С)

- объемная масса материала, кг/м³

- Коэффициент теплопроводности - Вт/(м ⁰С)

Для блочных полимеров (пластиков): при 20° С

Для текстильных (пористых волокнистых) материалов: при 20° С

Температуропроводность (больше) в значительной степени влияет на теплозащитные свойства материалов (меньше).

1.4 ТЕПЛО- И ТЕРМОСТОЙКОСТЬ

В процессах производства и эксплуатации ТМ могут подвергаться продолжительным или непродолжительным воздействиям высоких температур. При установлении режимов этих процессов необходимы сведения об устойчивости материалов к действию повышенных температур, которые характеризуются тепло и термостойкостью.

Теплостойкость материалов обычно оценивают максимальной температурой, выше которой начинается ухудшение свойств материала, препятствующее его использованию.

Термостойкость материала оценивают температурой, при которой начинается термический распад материала.

По термостойкости волокна и нити разделяются на термостойкие и жаростойкие. К термостойким относятся волокна, предназначенные для эксплуатации в условиях которые выше области разложения обычных волокон и нитей при Т=250…400 (кевлар, СВМ и другие из ароматических, гетероциклических и лестничных полимеров).

Жаростойкие волокна и нити сохраняют свои эксплуатационные показатели при температуре 2000 …2500 (углеродные, борные и др).

Огнестойкость определяет стойкость волокон и нитей к воздействию пламени огня. По стойкости к огню волокна разделяют на

- негорючие (стеклянное, хлориновое, ацетохлориновое и др.)

- загорающиеся, но прекращающие гореть и тлеть после удаления из пламени (полиамидное, полиэфирное и др)

- горючие, продолжающие гореть и тлеть после удаления из пламени (хлопковое, льняное, гидратцеллюлозное и др

2. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Свойства	Диэлектрики	Полупроводники	Проводники
Материалы	Органические полимеры	Углеродные, карбидные	Металлы, сплавы
Тип носителей тока	Электроны, ионы	Электроны	Электроны
Ширина запрещенной зоны, эВ	3 – 8	0,1 – 3	0
Удельное электрическое сопротивление,
Температурный коэффициент электрического сопротивления	отрицательный	отрицательный	положительный
Диэлектрическая проницаемость, ε	2 – 7	-	-
(диэлектрические потери)	0,01 – 0,05	1,0	-
Магнитная восприимчивость, μ

Ширина запрещённой зоны — это ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона. У металлов и полуметаллов она равна нулю, в то время как у полупроводников и диэлектриков она отлична от нуля. (Электро́нво́льт)

Объёмная магнитная восприимчивость равна отношению намагниченности единицы объёма вещества к напряжённости намагничивающего магнитного поля.

Температу́рный коэффицие́нт электри́ческого сопротивле́ния - величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.

Большинство полимеров, волокон – диэлектрики.

Их электросопротивление зависит от времени, температуры:

- энергия активации

= 30 – 80