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向高彈態轉變時的溫度。玻璃態向高彈態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來表示，從嚴格意義上講Ｔ_ｇ是指一個溫度區間，并隨測量方法的不同略有差異。
Ｔ_ｇ有升溫定義（從玻璃態轉變為高彈態———鏈段解凍）和降溫定義（從高彈態轉變玻璃態———鏈段凍結）兩種，但在眾多的文獻中，Ｔ_ｇ定義為玻璃態向高彈態轉變的起始點或高彈態轉變為玻璃態的結束點。
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性能的突變點，除了前面介紹過的比熱容、導熱系數外，初始模量、雙折射率、介電系數、彈性、耐疲勞性等均發生顯著變化。在工業上可以利用玻璃化轉變溫度前后纖維性能的差異進行纖維材料的熱定形加工、織物風格的整理加工、化纖制造中的拉伸和變形加工等。

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使玻璃化溫度下降。影響因素可以分為兩類，一類是結構性因素（即內因），一類是外界因素（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，Ｔ_ｇ趨向穩定。
+ S1 F3 m( _" @( _9 p! b4 f. U: j（２）基團極性的影響：大分子鏈上側基基團的多少和大小會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時都在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。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隨著其中某一組分的含量增加而大致呈線性變化，利用共聚改變聚合物的Ｔ_ｇ是一種方便的方法。
: ?( x/ Z: h6 x/ B0 B（４）結晶度的影響：玻璃化轉變是非晶區的特性，隨著結晶度的增加，非晶區在減少，同時非晶區鏈段的活動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。
5 U: i- e$ O$ O3 J（５）交聯的影響：大分子鏈段的活動能力會因分子間的化學交聯而降低，從而導致玻璃化溫度Ｔ_ｇ升高。