纺织纤维玻璃化转变温度及影响因素

１．玻璃化转变温度Ｔ_ｇ的概念　
+ \# g  Y8 ?( V, U# m玻璃化转变温度（ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）是指纤维材料从玻璃态向高弹态转变时的温度。玻璃态向高弹态的转变在一定的温度区间内完成，不同材料的转变区间宽度不同，一般在３～５℃，这种转变用玻璃化转变温度Ｔ_ｇ来表示，从严格意义上讲Ｔ_ｇ是指一个温度区间，并随测量方法的不同略有差异。
& e+ M3 S" G) d6 U8 VＴ_ｇ有升温定义（从玻璃态转变为高弹态———链段解冻）和降温定义（从高弹态转变玻璃态———链段冻结）两种，但在众多的文献中，Ｔ_ｇ定义为玻璃态向高弹态转变的起始点或高弹态转变为玻璃态的结束点。
Ｔ_ｇ不但对纤维材料性能的研究影响重大，而且在纺织工程中有着重要的作用。对于纤维自身，玻璃化转变温度是纤维许多性能特别是力学性能的突变点，除了前面介绍过的比热容、导热系数外，初始模量、双折射率、介电系数、弹性、耐疲劳性等均发生显著变化。在工业上可以利用玻璃化转变温度前后纤维性能的差异进行纤维材料的热定形加工、织物风格的整理加工、化纤制造中的拉伸和变形加工等。

２．影响玻璃化转变温度Ｔ_ｇ的因素　
5 F0 G2 V; W4 _+ r# O2 S$ d玻璃化转变温度是分子链段开始“解冻”的温度，凡能使大分子链的柔曲性增加、分子间作用力降低的因素都会使玻璃化温度下降。影响因素可以分为两类，一类是结构性因素（即内因），一类是外界因素（如升温速度、外力大小、作用的频率、拉伸速度等）。这里介绍几个主要的结构性因素。
/ {5 W( q( B$ j. U; A6 Q（１）分子大小的影响：在单基相同的条件下，随聚合度（分子量）增加，Ｔ_ｇ逐渐增加；但到达一定程度后，当分子量增加时，Ｔ_ｇ趋向稳定。
) ?, C$ G% ]# v: s, c（２）基团极性的影响：大分子链上侧基基团的多少和大小会影响大分子链的柔曲性，侧基越多、尺寸越大，分子链的柔曲性越差，玻璃化温度将升高。基团的极性产生两方面的影响，一方面是因为基团极性增强而使分子间作用力增加，导致Ｔ_ｇ升高；而另一方面基团极性的增加使纤维的吸湿性上升，水分的进入却降低了大分子间的作用力，从而导致Ｔ_ｇ下降，如棉、毛、麻、黏胶纤维的玻璃化温度在绝干状态时都在１６０℃以上，润湿后玻璃化温度的下降量竟然在１５０℃以上，这也是许多定形效果在水洗之后会丧失的主要原因，许多资料不列出上述纤维Ｔｇ的原因也在于此。几种纤维玻璃化转变温度随回潮率变化的情况如图所示。
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几种纤维玻璃化转变温度随回潮率变化的情况

（３）共聚的影响：共聚物的Ｔ_ｇ与共聚高分子的性能有关。一般而言，共聚物的Ｔ_ｇ是参与共聚的各组分Ｔ_ｇ的综合值，如二元共聚物的Ｔ_ｇ随着其中某一组分的含量增加而大致呈线性变化，利用共聚改变聚合物的Ｔ_ｇ是一种方便的方法。
（４）结晶度的影响：玻璃化转变是非晶区的特性，随着结晶度的增加，非晶区在减少，同时非晶区链段的活动能力因晶粒的牵制也在下降，所以结晶度高的纤维其玻璃化转变温度较高。
（５）交联的影响：大分子链段的活动能力会因分子间的化学交联而降低，从而导致玻璃化温度Ｔ_ｇ升高。