紡織纖維玻璃化轉變溫度及影響因素

１．玻璃化轉變溫度Ｔ_ｇ的概念　
玻璃化轉變溫度（ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）是指纖維材料從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變時(shí)的溫度。玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉變在一定的溫度區間內完成，不同材料的轉變區間寬度不同，一般在３～５℃，這種轉變用玻璃化轉變溫度Ｔ_ｇ來(lái)表示，從嚴格意義上講Ｔ_ｇ是指一個(gè)溫度區間，并隨測量方法的不同略有差異。
Ｔ_ｇ有升溫定義（從玻璃態(tài)轉變?yōu)楦邚棏B(tài)———鏈段解凍）和降溫定義（從高彈態(tài)轉變玻璃態(tài)———鏈段凍結）兩種，但在眾多的文獻中，Ｔ_ｇ定義為玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變的起始點(diǎn)或高彈態(tài)轉變?yōu)椴ＡB(tài)的結束點(diǎn)。
Ｔ_ｇ不但對纖維材料性能的研究影響重大，而且在紡織工程中有著(zhù)重要的作用。對于纖維自身，玻璃化轉變溫度是纖維許多性能特別是力學(xué)性能的突變點(diǎn)，除了前面介紹過(guò)的比熱容、導熱系數外，初始模量、雙折射率、介電系數、彈性、耐疲勞性等均發(fā)生顯著(zhù)變化。在工業(yè)上可以利用玻璃化轉變溫度前后纖維性能的差異進(jìn)行纖維材料的熱定形加工、織物風(fēng)格的整理加工、化纖制造中的拉伸和變形加工等。
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２．影響玻璃化轉變溫度Ｔ_ｇ的因素　
玻璃化轉變溫度是分子鏈段開(kāi)始“解凍”的溫度，凡能使大分子鏈的柔曲性增加、分子間作用力降低的因素都會(huì )使玻璃化溫度下降。影響因素可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是結構性因素（即內因），一類(lèi)是外界因素（如升溫速度、外力大小、作用的頻率、拉伸速度等）。這里介紹幾個(gè)主要的結構性因素。
（１）分子大小的影響：在單基相同的條件下，隨聚合度（分子量）增加，Ｔ_ｇ逐漸增加；但到達一定程度后，當分子量增加時(shí)，Ｔ_ｇ趨向穩定。
: a4 j/ O1 t  r（２）基團極性的影響：大分子鏈上側基基團的多少和大小會(huì )影響大分子鏈的柔曲性，側基越多、尺寸越大，分子鏈的柔曲性越差，玻璃化溫度將升高?；鶊F的極性產(chǎn)生兩方面的影響，一方面是因為基團極性增強而使分子間作用力增加，導致Ｔ_ｇ升高；而另一方面基團極性的增加使纖維的吸濕性上升，水分的進(jìn)入卻降低了大分子間的作用力，從而導致Ｔ_ｇ下降，如棉、毛、麻、黏膠纖維的玻璃化溫度在絕干狀態(tài)時(shí)都在１６０℃以上，潤濕后玻璃化溫度的下降量竟然在１５０℃以上，這也是許多定形效果在水洗之后會(huì )喪失的主要原因，許多資料不列出上述纖維Ｔｇ的原因也在于此。幾種纖維玻璃化轉變溫度隨回潮率變化的情況如圖所示。

幾種纖維玻璃化轉變溫度隨回潮率變化的情況

（３）共聚的影響：共聚物的Ｔ_ｇ與共聚高分子的性能有關(guān)。一般而言，共聚物的Ｔ_ｇ是參與共聚的各組分Ｔ_ｇ的綜合值，如二元共聚物的Ｔ_ｇ隨著(zhù)其中某一組分的含量增加而大致呈線(xiàn)性變化，利用共聚改變聚合物的Ｔ_ｇ是一種方便的方法。
（４）結晶度的影響：玻璃化轉變是非晶區的特性，隨著(zhù)結晶度的增加，非晶區在減少，同時(shí)非晶區鏈段的活動(dòng)能力因晶粒的牽制也在下降，所以結晶度高的纖維其玻璃化轉變溫度較高。
& z( y3 D% O& Q; E7 {- @6 U0 j. `（５）交聯(lián)的影響：大分子鏈段的活動(dòng)能力會(huì )因分子間的化學(xué)交聯(lián)而降低，從而導致玻璃化溫度Ｔ_ｇ升高。