紡織物理第7章ppt課件

1、杜趙群東華大學(xué)紡織學(xué)院2019年-2019年第1學(xué)期第七章 纖維的外表性質(zhì)第七章第七章 纖維的外表性質(zhì)纖維的外表性質(zhì) 纖維的外表性質(zhì)取決于外表和表層的構(gòu)造特征。如羊毛纖維外表的鱗片作用賦予羊毛的差微摩擦效應(yīng)；滌綸纖維外表形狀的粗糙話賦予纖維的光澤變化；高強(qiáng)聚乙烯外表等離子體貨哈，賦予其高的粘結(jié)性。 作為復(fù)合資料的加強(qiáng)體纖維，如何與基質(zhì)發(fā)生相互粘結(jié)；作為與人體接觸的紡織品，纖維如何提供溫馨感；作為裝飾資料的纖維的色光特征；以及作為特殊用途功能的資料，纖維如何表達(dá)吸附、傳送、耐腐蝕、能量轉(zhuǎn)換等性質(zhì)，均以纖維外表性狀特征為主，是物質(zhì)相互結(jié)合、共存、分別、傳送的關(guān)鍵層面或部位。 纖維外表性質(zhì)是一廣泛的

2、定義，包括外表摩擦、磨損和變形；外表光學(xué)特性，如色澤特征；外表傳導(dǎo)特性，如對(duì)熱、濕、聲、電的傳送；外表能及外表吸附與粘結(jié)。同時(shí)外表性能還涉及適用中的外表改性方法、外表分析方法等。 本章僅就纖維外表性質(zhì)中的3個(gè)內(nèi)容進(jìn)展論述：纖維的摩擦性質(zhì)、纖維的浸潤(rùn)性、纖維的粘結(jié)性。-第七章第七章 纖維的外表性質(zhì)纖維的外表性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì) 纖維的摩擦性質(zhì)是指纖維與纖維，或纖維與其它物質(zhì)外表接觸并纖維的摩擦性質(zhì)是指纖維與纖維，或纖維與其它物質(zhì)外表接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為。它是纖維外表性質(zhì)中必然涉及的性質(zhì)之一。發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為。它是纖維外表性質(zhì)中必然涉及的性質(zhì)之一。在纖維成紗過程

3、中，纖維是靠其相互間的摩擦作用成網(wǎng)、成條、滑動(dòng)在纖維成紗過程中，纖維是靠其相互間的摩擦作用成網(wǎng)、成條、滑動(dòng)變細(xì)、糾纏結(jié)合成紗的，并具有一定的力學(xué)性能。在織物成形過程中，變細(xì)、糾纏結(jié)合成紗的，并具有一定的力學(xué)性能。在織物成形過程中，也是靠紗線間的相互摩擦作用，使織物的交錯(cuò)點(diǎn)或編結(jié)固定，構(gòu)成外也是靠紗線間的相互摩擦作用，使織物的交錯(cuò)點(diǎn)或編結(jié)固定，構(gòu)成外形穩(wěn)定、具有力學(xué)強(qiáng)度，又多孔通透、柔軟溫馨的織物。對(duì)于非織造形穩(wěn)定、具有力學(xué)強(qiáng)度，又多孔通透、柔軟溫馨的織物。對(duì)于非織造布的成形，更是靠纖維外表的摩擦性能，使纖維可以在無任何粘結(jié)劑布的成形，更是靠纖維外表的摩擦性能，使纖維可以在無任何粘結(jié)劑的協(xié)助的協(xié)

4、助 下，僅靠纖維間的糾纏和摩擦使其成形并具有很好的力學(xué)強(qiáng)度。下，僅靠纖維間的糾纏和摩擦使其成形并具有很好的力學(xué)強(qiáng)度。即使對(duì)于添加粘結(jié)劑的非織造布，摩擦作用仍在起著作用，只是對(duì)象即使對(duì)于添加粘結(jié)劑的非織造布，摩擦作用仍在起著作用，只是對(duì)象換為纖維與膠粘劑，而不是纖維與纖維。纖維的摩擦性能不僅影響紡、換為纖維與膠粘劑，而不是纖維與纖維。纖維的摩擦性能不僅影響紡、織加工性能，而且影響廢品的手感的風(fēng)格。纖維的摩擦還會(huì)導(dǎo)致纖維織加工性能，而且影響廢品的手感的風(fēng)格。纖維的摩擦還會(huì)導(dǎo)致纖維的磨損與變形，產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移、生熱和靜電景象。因此，要對(duì)纖維摩的磨損與變形，產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移、生熱和靜電景象。因此，要對(duì)纖維摩

5、擦過程和性能進(jìn)展分析。擦過程和性能進(jìn)展分析。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)一、纖維摩擦參數(shù)及其相互關(guān)系 與纖維摩擦有關(guān)的參數(shù)有：摩擦力F、正壓力或法向負(fù)負(fù)荷N、摩擦系數(shù)、摩擦?xí)r接觸面積S、摩擦?xí)r的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v、摩擦面的粗糙度r、外表外形和表層附著物。1. F、N、S間的關(guān)系 Amontons或Leonard很久以前的摩擦實(shí)驗(yàn)就闡明物質(zhì)間的摩擦力F與物質(zhì)間的正壓力N成正比，這個(gè)比例常數(shù)就是摩擦系數(shù)，即F= N其他經(jīng)典實(shí)際：較為接近實(shí)踐情況的實(shí)際：對(duì)于纖維資料而言，n普通位于2/31之間。naNF 第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)2

6、. 靜、動(dòng)摩擦和滑移速度第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)2. 靜、動(dòng)摩擦和滑移速度第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維外表形狀的關(guān)系 纖維與摩擦有關(guān)的外表形狀主要包括：一是纖維外表的粗糙度r；另一是纖維間的摩擦系數(shù)，即界面摩擦和光滑摩擦。 界面摩擦是纖維固體間的接觸摩擦方式，隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增大而減小。光滑摩擦是纖維間流體狀膜的剪切粘滯力的摩擦，包括纖維本身軟化和外表的油跡等，隨速度添加而增大。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維外表形狀的關(guān)系 普通而言，纖維的摩擦系數(shù)為0.1-0.8，其典型的摩擦系數(shù)值根Amonton定律可得。第一

7、節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)4. 纖維外觀形狀與摩擦作用 纖維外觀形狀主要指纖維的截面外形、纖維的卷曲。 合成纖維截面形狀普通為圓形或近圓形，扭曲趨勢(shì)最不明顯，纖維間接觸概率較高，有效作用較強(qiáng)；而非圓形纖維易于產(chǎn)生螺旋狀扭曲，影響纖維的接近。 纖維卷曲主要影響纖維間的陳列，導(dǎo)致纖維間的糾纏。一方面使得纖維的分別、開松和梳理變得容易，纖維網(wǎng)中的集束纖維束大都由無卷曲的纖維集合而成。另一方面，纖維卷曲會(huì)使纖維網(wǎng)更具有彈性、均勻性，由于卷曲的纖維容易相互嵌合構(gòu)成整體，纖維卷曲產(chǎn)生的抱合力使得纖維條的牽伸變得穩(wěn)定，但需求大的牽伸力。 第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)二、摩擦機(jī)理 摩

8、擦是指兩物體間接觸并發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生相對(duì)滑移時(shí)的景象。從微觀力學(xué)角度來說，是兩物質(zhì)接觸面分子間的相互作用，在切向外力作用下產(chǎn)生剪切和分別的過程。顯然，當(dāng)兩物質(zhì)接觸面積越大，分子間的作用就越多越強(qiáng)。兩接觸物的外表平整光滑和接觸壓力，起著重要的作用，兩物質(zhì)發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，分子間的抗剪切作用越強(qiáng)，相對(duì)滑移越困難。該作用產(chǎn)生的摩擦力用Fad表示，簡(jiǎn)稱為粘附力。而分子間相互作用的解脫，是一個(gè)馳豫過程，即與外力作用時(shí)間有關(guān)，故摩擦作用的大小與相對(duì)滑移速度有關(guān)。 從物質(zhì)作用的宏觀形狀來看，兩物質(zhì)接觸不能夠是平行平面的理想接觸，存在著高地起伏的峰與谷，這在摩擦作用過程中變成了兩接觸物質(zhì)間的碰撞、擠壓和錯(cuò)位。 當(dāng)

9、物質(zhì)一硬一軟時(shí)，會(huì)產(chǎn)生耕犁和刨刮景象；當(dāng)兩物質(zhì)均較軟時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軟化和剪切變形；當(dāng)兩物質(zhì)均較硬時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相互間的錯(cuò)位，抬起等挪動(dòng)。顯然摩擦力與兩物質(zhì)的硬度或屈服應(yīng)力、剪切模量、緊縮摸量、碰撞和粘結(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及正壓力的大小有關(guān)。這種宏觀形狀的鎖結(jié)呵斥了接觸點(diǎn)處的卡扣和鎖結(jié)，用Fl表示，簡(jiǎn)稱為鎖結(jié)力； 由于材變形，剪切而被刨刮、耕犁的力用Fp表示，簡(jiǎn)稱為耕犁力。 因此，摩擦系數(shù)與正壓力和挪動(dòng)速度親密相關(guān)，并且不是一個(gè)常數(shù)。線性組合，可得總摩擦力： 顯然，F(xiàn)ad，F(xiàn)l和Fp均是接觸面積A、粗糙度r、相對(duì)滑移速度v的函數(shù)。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)構(gòu)成軟化點(diǎn)和膜，F(xiàn)ad、Fp作用增大，F(xiàn)l消逝。式只是一種定性描畫

10、，摩擦作用過程是一個(gè)復(fù)雜有交互作用的問題。一方面決議于摩擦接觸面的微觀分子作用過程和宏觀力學(xué)變形過程。另一方面，摩擦是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換和耗散的過程，疊加應(yīng)該從能量的角度來進(jìn)展。但式明確給出了摩擦作用的機(jī)制及產(chǎn)生緣由。plad0FFFFF第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)三、摩擦實(shí)際1. 焊接實(shí)際就是指纖維在正壓力作用下，某些凸起點(diǎn)在接觸壓力作用下，發(fā)生嚴(yán)密接觸和變形，構(gòu)成良好的粘結(jié)作用點(diǎn)。以為兩物體間的滑移必需抑制焊接點(diǎn)的剪切變形阻力，即焊接點(diǎn)的破壞。故正壓力越大，接觸點(diǎn)越多，熔接點(diǎn)的變形越大，故“焊接的面積越大。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)2. 焊接實(shí)際運(yùn)用與纖維資料纖維在

11、相互摩擦過程中，在接觸部位會(huì)發(fā)生變形和熔接景象，這與焊接摩擦實(shí)際所描畫的特征一樣。第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)X=0.73. 絞盤法根據(jù)Amonton定律，根據(jù)Howell定律FT1T0mm(a)絞盤法機(jī)構(gòu)(b)絞盤法原理T0T1dSdTT+dTR第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)eTT01nnnaRnTT1101114. 絞辮法或加捻法算法根據(jù)Amonton定律，第一節(jié)第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)纖維的摩擦性質(zhì)一、概述 纖維的浸潤(rùn)與芯吸都是討論纖維與液體普通指水的相互作用的。只是浸潤(rùn)較多地表達(dá)單纖維或纖維集合體外表或表觀與水的相互作用；芯吸那么表達(dá)纖維集合體內(nèi)纖維間或單纖維體

12、內(nèi)孔洞對(duì)液體的毛細(xì)作用。似乎一個(gè)在外外表，一個(gè)在內(nèi)外表，但作用機(jī)制是一致的。因此，表達(dá)了纖維浸潤(rùn)的特征，芯吸只需加上孔洞的等效毛細(xì)半徑影響即可。 纖維浸潤(rùn)中有許多有趣的景象，但主要有平衡與非平衡浸潤(rùn)景象、浸潤(rùn)滯后景象和偽浸潤(rùn)景象等。 纖維的浸潤(rùn)，或稱纖維的潤(rùn)濕(wetting)，是指纖維與液體發(fā)生接觸時(shí)的相互作用過程。 可以到達(dá)平衡不變的液體外形的浸潤(rùn)，稱為平衡態(tài)浸潤(rùn)，又稱靜態(tài)浸潤(rùn)； 液體形狀不斷在變化鋪展的浸潤(rùn)，稱為非平衡態(tài)浸潤(rùn)，或稱鋪展浸潤(rùn)，又稱動(dòng)態(tài)浸潤(rùn)。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)由圖6-27可知接觸角，是指氣液切面與固液界面間，含液體的夾角。其值為 (6-22)LVSLS

13、Vcos 固體 液體 x y a b SV LV SL 氣體 圖圖6-27 平衡浸潤(rùn)平衡浸潤(rùn)模型模型Young-Dupr方程第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)表表6-4 平衡浸潤(rùn)的幾種方式平衡浸潤(rùn)的幾種方式可否浸潤(rùn)可否浸潤(rùn)cos狀態(tài)狀態(tài)0完全浸潤(rùn)完全浸潤(rùn)1或稱鋪展或稱鋪展0 90 可浸潤(rùn)可浸潤(rùn) 0正浸潤(rùn)正浸潤(rùn)=90 無浸潤(rùn)無浸潤(rùn)0零浸潤(rùn)零浸潤(rùn)90 180 不可浸潤(rùn)不可浸潤(rùn) 0負(fù)浸潤(rùn)負(fù)浸潤(rùn)=180 完全不浸潤(rùn)完全不浸潤(rùn) 1隨遇穩(wěn)態(tài)隨遇穩(wěn)態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)實(shí)際上，纖維最大的平衡浸潤(rùn)性發(fā)生在0cos=1，這時(shí)液體的外表張力應(yīng)該等于固體的外表張力，即 (6-23)此結(jié)

14、果是求固體外表張力的一種方法。液體對(duì)固體的浸潤(rùn)，是固體對(duì)液體的吸附能所致，用粘著功WSL表示。Dupr方程表達(dá)為 (6-24)假設(shè)一液體，或一固體，與其本身結(jié)合，稱為內(nèi)聚功WLL或WSS，由式(6-24)可知： (6-25) (6-26)cSVLVSLSVLVSLW 2SVSSWLVLL2W第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)根據(jù)接觸角公式，式(6-24)可變?yōu)椋?(6-27)此式可以看出，粘著功由二部分構(gòu)成，一部分為液體本身的性能LV；另一部分為液體和固體的相互作用，LVcos。根據(jù)的大小，同樣可以將平衡態(tài)浸潤(rùn)也分為五種情況：當(dāng)WSL=WLL=2LV時(shí)，cos =1，為全鋪展，或完全浸

15、潤(rùn)；LVWSLWLL時(shí)，0cos 1，為正浸潤(rùn)；WSL= LV，cos =0，為零浸潤(rùn)；WSLLV，1cos 為負(fù)浸潤(rùn)；WSL=，cos =1，為完全不可浸潤(rùn)。由粘著功WSL=時(shí)，可以比接觸角，更為清楚地反映出纖維與液體間無任何粘著或吸附作用。2鋪展浸潤(rùn)對(duì)于鋪展過程，即非平衡浸潤(rùn)，在實(shí)際上已轉(zhuǎn)化為氫鍵或化學(xué)鍵作用的吸附過程，故Young-Dupr方程已不再適用。而在0時(shí)，液體在固體外表仍以某種速度vS擴(kuò)展，抑制液體內(nèi)聚能WLL，使液體外表積擴(kuò)展。）（cos1LVSLW第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)因此鋪展的必要條件是，WSLWLL恒成立。顯然對(duì)于只描畫液滴在固體物質(zhì)上的外形變化，而

16、對(duì)外表積變化不加思索的式(6-21)或(6-22)已無意義。鋪展浸潤(rùn)的特征是液滴在固體外表上的展開成膜，原有的固氣界面消逝，而留下二層固液界面和氣液界面。2. 浸潤(rùn)的滯后性 浸潤(rùn)滯后性是指固體外表第一次浸潤(rùn)和第二次浸潤(rùn)間存在的差別，且第一次浸潤(rùn)角1恒大于第二次浸潤(rùn)角2，即 (6-28)以此推行，存在 (6-29)式中，i為浸潤(rùn)次數(shù)，隨著i的增大，i和i+1趨于一致。即i，ii+1。211ii第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)實(shí)踐中第一次和第二次浸潤(rùn)可以用液體的前浸潤(rùn)，即三相交匯點(diǎn)a有液體前進(jìn)的趨勢(shì)和后浸潤(rùn)，即三相交匯點(diǎn)b有液體回縮的趨勢(shì)來表示，見圖6-26的a，b點(diǎn)。a，b點(diǎn)的接觸角分

17、別稱為前進(jìn)角a和后退角b。同樣， (6-30) (6-31)a-b被稱為滯后角，其反映纖維浸潤(rùn)的滯后性。浸潤(rùn)滯后性是由浸潤(rùn)的外表清潔作用，或殘留和固結(jié)水分子的親和作用，或資料浸潤(rùn)后的外表構(gòu)造變化的作用等引起，解釋較多，是一值得討論和丈量的問題。 3. 偽浸潤(rùn)景象 所謂偽浸潤(rùn)景象是指由于資料的表觀形狀與真實(shí)形狀存在差別，或資料外表不同組份的組合使液滴的三相交匯點(diǎn)落在某一位置或組份中，而引起的表觀接觸角不能表達(dá)或不能完全表達(dá)真實(shí)浸潤(rùn)性的景象。前者稱為形狀偽浸潤(rùn)；后者稱為組份偽浸潤(rùn)。因此，對(duì)形狀動(dòng)搖或粗糙的外表，或外表多組份或有孔隙的外表應(yīng)該特別小心，且必需進(jìn)展顯微察看。ba21第二節(jié)第二節(jié) 纖維的

18、浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)1形狀的影響當(dāng)液滴作用于粗糙外表時(shí)，表觀接觸角會(huì)發(fā)生騰躍性變化，其變化的緣由如圖6-28所示。實(shí)踐A、B液滴為同一液體，固體物質(zhì)也為均質(zhì)資料，只是外表起伏，引起表觀接觸角AB，A=A= B= B=為真正的接觸角。外表的起伏可以經(jīng)過微區(qū)丈量獲得真實(shí)的接觸角，但當(dāng)起伏趨于微區(qū)化時(shí)，上述騰躍性，或A與B的差別會(huì)趨向一個(gè)穩(wěn)態(tài)值。2組份的影響不同組分的外表浸潤(rùn)如圖6-29所示。在不同組份區(qū)域尺寸較大時(shí)，接觸角值也會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)。當(dāng)不同組份的區(qū)域趨向于微觀化時(shí)，A、B兩組份所構(gòu)成的A與B的差別趨向一個(gè)穩(wěn)態(tài)值A(chǔ)B。第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì) B B A A A A B B

19、A滴 B滴 B A B 圖圖6-28 粗糙外表浸潤(rùn)模型圖粗糙外表浸潤(rùn)模型圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)圖圖6-29 不同組份外表的浸潤(rùn)模型不同組份外表的浸潤(rùn)模型第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)二、纖維浸潤(rùn)性丈量二、纖維浸潤(rùn)性丈量1. 接觸角接觸角丈量丈量接觸角的丈量可以采用顯微鏡直接觀測(cè)角度值，主要有插入轉(zhuǎn)動(dòng)接觸角的丈量可以采用顯微鏡直接觀測(cè)角度值，主要有插入轉(zhuǎn)動(dòng)法，如圖法，如圖6-30所示；懸滴法如圖所示；懸滴法如圖6-31僅適于僅適于900的丈量，的丈量，懸滴法的計(jì)算為：懸滴法的計(jì)算為： (6-32) 纖維纖維 纖維纖維 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 液體液體 圖圖6-30 插入轉(zhuǎn)動(dòng)法

20、表示圖插入轉(zhuǎn)動(dòng)法表示圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)圖圖6-31 懸滴法計(jì)算表示和實(shí)物圖懸滴法計(jì)算表示和實(shí)物圖LDH 2tan懸滴法第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)對(duì)浸潤(rùn)前進(jìn)后退角的丈量，可采用插入法的緩慢插入測(cè)a；緩慢拔出測(cè)b。也可采取注入法圖6-32測(cè)得前進(jìn)角a和后退角b。 a b 注入 吸出 圖圖6-32 浸潤(rùn)的前進(jìn)角和后退角的丈量表示浸潤(rùn)的前進(jìn)角和后退角的丈量表示第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì) F L 纖維 Gf Fb 液體纖維v 圖圖6-33 浸潤(rùn)力丈量原理圖浸潤(rùn)力丈量原理圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)bfPFGFFcosLVPFPff

21、fLAG LfblAF LfLV44cosLdLdPFcosLV第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)即為Wilhelmy表達(dá)式，可求液體的外表張力或cos，轉(zhuǎn)而求SV。豎直拔出法不適于接觸角大的、柔軟的纖維。 2程度浸入拉出法典型的實(shí)驗(yàn)曲線如圖6-34所示，其中(a)為纖維和液體接觸過程表示圖；(b)為實(shí)驗(yàn)過程中力值變化和時(shí)間的關(guān)系圖。在時(shí)間T1以前，為纖維和纖維架逐漸進(jìn)入液體中的過程。初始OA階段，纖維架開場(chǎng)向下進(jìn)入液體中，OA階段的力值由于纖維架遭到的浮力的增大而逐漸線性減少，但非常微小。到A點(diǎn)時(shí)，纖維開場(chǎng)接觸液體，此時(shí)，力值忽然添加到B點(diǎn)，是纖維吸著液體的表現(xiàn)，界面張力的變化導(dǎo)致了

22、這個(gè)力值的變化。過B點(diǎn)后，纖維繼續(xù)進(jìn)入液體中，固液界面開場(chǎng)趨替固氣界面，力值逐漸減小，至C點(diǎn)。當(dāng)由于纖維進(jìn)入液體構(gòu)成的凹液面消逝、液面閉合，力值忽然增大回到D點(diǎn)。時(shí)間T1以后，即到I點(diǎn)，開場(chǎng)向上拉纖維架，液體對(duì)纖維架浮力的減少以及挪動(dòng)阻力的出現(xiàn)，使得力值緩慢添加，直到J1點(diǎn)。J1點(diǎn)后，纖維開場(chǎng)被拉出液面，并附帶部分液體構(gòu)成液膜，隨著液膜的逐漸添加，力值呈線性增大，直到J2點(diǎn)；第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)隨著液膜的減薄和破損，力值出現(xiàn)非線性特征，從J2點(diǎn)緩慢添加到P點(diǎn)，然后又從P點(diǎn)下降到P點(diǎn)。由于最后液膜破裂，力值在瞬間降至Q點(diǎn)。根據(jù)上述浸潤(rùn)過程的景象，假設(shè)纖維為均勻細(xì)長(zhǎng)的圓柱形，

23、由于纖維程度進(jìn)入液體中，其與液體接觸的界面為圓形。對(duì)于這一浸潤(rùn)，接觸角為常數(shù)，纖維遭到的有效浸潤(rùn)力，即液體外表張力沿垂直方向的分力大小隨液體與纖維接觸點(diǎn)的位置變化，如圖6-35所示。 O AB BC CD (a) I J2 P PQ 纖維 J1 浸沒點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)-50050100150200250300350400-0.50.00.51.01.52.0OQPPIDCBAJ2pulling-outimmerging(b)T1J1Force, F (mgf)Time, t (sec)浸沒拔出圖圖6-34 6-34 典型的實(shí)驗(yàn)曲線及過程表示圖典型的實(shí)驗(yàn)曲線及過程表示

24、圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)圖圖6-35 液面和纖維的接觸點(diǎn)的關(guān)系表示圖液面和纖維的接觸點(diǎn)的關(guān)系表示圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)圖6-35中，E點(diǎn)為液體和纖維的接觸點(diǎn)，O為纖維截面圓心，點(diǎn)A為液體和纖維的初始接觸點(diǎn)；點(diǎn)D為液面閉合時(shí)液體和纖維的接觸點(diǎn)，線BC為過E點(diǎn)的圓的切線，線FG為過E點(diǎn)的程度線。為OA和OE的夾角；為過E點(diǎn)的切線BC和程度線FG的交角。在浸入過程中，程度線FG和接觸角是恒定不變的，變化的是。實(shí)際上，總有一接觸點(diǎn)，使。由于，當(dāng)時(shí)，接觸點(diǎn)E將低于液面程度面，即線b，此時(shí)液體外表張力沿垂直方向的分力b向上。只需時(shí)，接觸點(diǎn)E位于FG線上，液體外表張

25、力在程度方向，垂直方向的分力為零。因此，可以顯微察看得到。但實(shí)際上可以求得接觸角值。首先定義浸潤(rùn)因子w為 (6-36)式中，F(xiàn)AB和FCD分別為AB和CD段得力值，見圖6-36。當(dāng)時(shí)，有： 6-37 CDABFFw TAA1/)(ttt第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)據(jù)圖6-36可知： 6-38假設(shè)圖6-36中BC為直線，根據(jù)浸潤(rùn)因子的定義： 6-39不思索纖維架和纖維的浮力作用，那么 6-40將6-40代入6-39得： 6-41將6-41代入6-37得： 6-42式6-42反映了接觸角與浸潤(rùn)因子的定量關(guān)系。結(jié)合浸潤(rùn)因子的定義，有表6-5的關(guān)系。ADTtttD1DAA1CDABttt

26、tFFw)(AA1TD1Dttttt1TAA1wwttt) 1/(w第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)020406080100120-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6tDtD1tA1CDD1A1BtAAForce, F (mgf)Time, t (sec)圖圖6-36 實(shí)驗(yàn)曲線中力值變化分析表示圖實(shí)驗(yàn)曲線中力值變化分析表示圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)表表6-5 浸潤(rùn)因子與接觸角浸潤(rùn)因子與接觸角的關(guān)系的關(guān)系力值關(guān)系力值關(guān)系浸潤(rùn)因子浸潤(rùn)因子接觸角接觸角FCDw=0FAB1w0/2FAB=FCDw=1=/2FABFCD0w1/2FAB=0w=0=

27、第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)LLSLWWP第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì) A+ 氣體 長(zhǎng)絲 液體 A A+ A- 0 v vs 圖圖6-37 長(zhǎng)絲向下運(yùn)動(dòng)時(shí)液面長(zhǎng)絲向下運(yùn)動(dòng)時(shí)液面月牙狀的變化月牙狀的變化第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)三、纖維芯吸與表征三、纖維芯吸與表征 浸潤(rùn)對(duì)于單一纖維，或單一外表，可以用上述景象和說法來解浸潤(rùn)對(duì)于單一纖維，或單一外表，可以用上述景象和說法來解釋釋.但面對(duì)纖維集合體或多外表接近，或多孔資料時(shí)，即使是原平但面對(duì)纖維集合體或多外表接近，或多孔資料時(shí)，即使是原平衡態(tài)的浸潤(rùn)，也會(huì)變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)特征的浸潤(rùn)，即氣、液、固三相衡態(tài)的浸潤(rùn)，也

28、會(huì)變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)特征的浸潤(rùn)，即氣、液、固三相交匯點(diǎn)交匯點(diǎn)A圖圖6-27，會(huì)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的挪動(dòng)，稱為芯吸，會(huì)發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的挪動(dòng)，稱為芯吸(wicking)。1. 纖維集合體的浸潤(rùn)景象纖維集合體的浸潤(rùn)景象纖維集合體的浸潤(rùn)有毛細(xì)吸水的景象，或稱芯吸。芯吸作用除了纖維集合體的浸潤(rùn)有毛細(xì)吸水的景象，或稱芯吸。芯吸作用除了單纖維的浸潤(rùn)作用外單纖維的浸潤(rùn)作用外cos，還有孔隙外形因子的影響。典型，還有孔隙外形因子的影響。典型的毛細(xì)管壓力的毛細(xì)管壓力p方程為：方程為： (6-44) rpcos2LV第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì) 毛細(xì)管的等效半徑，即為外形參數(shù)；增大，芯吸壓力p下降，浸潤(rùn)作用減弱；變小時(shí)

29、，芯吸壓力上升；當(dāng)大于液體外表月牙弧的曲率半徑時(shí)，芯吸便停頓。即毛細(xì)管垂直形狀因重力作用存在極限值。 程度形狀時(shí)，當(dāng)大到一定程度時(shí)，一種是液體分別，回到浸潤(rùn)的平衡或鋪展形狀，一種是如平常的水管，只需水源足夠，將不停地流動(dòng)。垂直和程度兩種毛細(xì)形狀見圖6-38所示。 2r毛細(xì)管2r液體少液體少 圖圖6-38 無毛細(xì)作用時(shí)液體的形狀無毛細(xì)作用時(shí)液體的形狀 2r毛細(xì)管2r液體少液體少第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)2. 芯吸高度芯吸高度當(dāng)纖維條，織物豎直插入液體或纖維集合體的空隙為豎直面對(duì)液當(dāng)纖維條，織物豎直插入液體或纖維集合體的空隙為豎直面對(duì)液體時(shí)，其拒水和芯吸作用，如圖體時(shí)，其拒水和芯吸作用，如圖6-39所示。所示。 hW d hP d LV織物 LV纖維表面 (a) 90180拒水拒水 (b) 090導(dǎo)水導(dǎo)水圖圖6-39 纖維正、負(fù)浸潤(rùn)時(shí)的芯吸模型圖纖維正、負(fù)浸潤(rùn)時(shí)的芯吸模型圖第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)g4)cos( 2hdd )2(cosg4LVPdhdh1g4LVPg4cos2hdd第二節(jié)第二節(jié) 纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)纖維的浸潤(rùn)性質(zhì)所以，纖維間的芯吸高度hW為： (6-48)顯然，要獲得導(dǎo)水資料的必要條件是接觸角90，當(dāng)=0時(shí)，又回到式(6-47)。其次是毛細(xì)管直徑要小，纖維集合體越嚴(yán)密，那么纖維間