紡織材料機(jī)理和纖維的吸濕性

1、紡織材料機(jī)理和纖維的吸濕性吸濕表征及吸濕機(jī)理一、纖維的吸濕指標(biāo) 1回潮率與含水率 回潮率W：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料干 重的百分比。 含水率M：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料濕 重的百分比。 式中：Ga紡織材料濕重；G0 紡織材料干重。 目前基本上采用回潮率。 2標(biāo)準(zhǔn)回潮率（1）標(biāo)準(zhǔn)大氣條件 國際標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為：溫度（T）：20 3（熱帶為27）相對(duì)濕度（RH%）：65 3%大氣壓力： 86106 kPa 視各國地理環(huán)境而定。 國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的為：大氣壓力：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101.3kPa（760mmHg柱）溫、濕度的波動(dòng)范圍：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T 202，RH 652%；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T 202

2、，RH 653%；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T 202，RH 655%。 （2）標(biāo)準(zhǔn)回潮率 紡織材料在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，從吸濕達(dá)到平 衡時(shí)測得的平衡回潮率。 通常在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕24h以上，合成纖維調(diào)濕4h以上。 （3）公定回潮率(Wk)貿(mào)易上為了計(jì)重和核價(jià)的需要，由國家統(tǒng)一規(guī)定的各種紡織材料的回潮率。 以標(biāo)準(zhǔn)回潮率為依據(jù)，但不等于標(biāo)準(zhǔn)回潮率?；旒徏喌墓ɑ爻甭?其中： Wi（%）混紡材料中第i種纖維的公定回潮率； Pi（%）混紡材料中第i種纖維的干重混紡比 常用纖維的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的回潮率和公定回潮率 纖維種類標(biāo)準(zhǔn)回潮率（）公定回潮率（）原棉7811.1苧麻（脫膠）7812亞麻8-1112黃麻1216(生麻）

3、，913(熟麻）14細(xì)羊毛1517-洗凈毛-15山羊毛-15干毛條-18.25油毛條-19桑蠶絲8911.0粘膠纖維131513醋酯纖維477滌綸0.40.50.4錦綸63.50.54.5錦綸664.24.54.5腈綸1.22.02.0維綸4.55.05丙綸00氯綸-0氨綸-1常用紗線的公定回潮率 天然纖維由于有雜質(zhì)和伴生物，紗線的公定回潮率與纖維的公定回潮率不一致。 （4）標(biāo)準(zhǔn)重量 紡織材料在公定回潮率時(shí)的重量。 二、纖維的吸濕機(jī)理 1. 吸著水分的種類 根據(jù)水分子在纖維中存在的方式不同，可分為三種： （1）吸收水 由于纖維中極性基團(tuán)的極化作用而吸著的水。 吸收水是纖維吸濕的主要原因。 吸收

4、水屬于化學(xué)吸著，是一種化學(xué)鍵力，因此必然 有放熱反應(yīng)； 直接吸收水：由于纖維中親水基團(tuán)的作用而吸著的水 分子。 如: -0H, -COOH, -CONH-, -NH2 結(jié)合力較強(qiáng)，主要是氫鍵力，放出熱量較多。 間接吸收水：其他被吸著的水分子。 a.由于水分子的極性再吸著的水分子 ； b.纖維中其他物質(zhì)的親水基團(tuán)所吸引的水分子。 結(jié)合力較弱，主要是范德華力，放出熱量較少。(2)粘著水（表面吸附水） 纖維因表面能而吸附的水分子。 毛細(xì)水和粘著水屬于物理吸著，是范德華力，沒有明顯的熱反應(yīng)， 吸附也比較快。 (3)毛細(xì)水 纖維無定形區(qū)或纖維集合體纖維間存在空隙，由于毛細(xì)管的作用而吸收的水分 。與纖維結(jié)

5、構(gòu)（結(jié)晶度）和纖維集合體的結(jié)構(gòu)有關(guān) 微毛細(xì)水：存在于纖維內(nèi)部微小間隙之中的水分； 大毛細(xì)水：存在于纖維內(nèi)部較大間隙之中的水分子。 （當(dāng)濕度較高時(shí)）。 （4） 纖維中的伴生物和雜質(zhì) 如：棉纖維中果膠 吸濕 脫脂棉吸濕 未脫脂棉2吸濕過程水分子先吸附至纖維表面，水蒸氣向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，與纖維內(nèi)大分子上的親水性基團(tuán)結(jié)合，水分子進(jìn)入纖維的縫隙孔洞，形成毛細(xì)水。第二節(jié) 大氣條件與纖維吸濕一、吸濕平衡與平衡回潮率 纖維吸、放濕是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。 纖維材料的含濕量隨所處的大氣條件而變化。 吸濕平衡：纖維在單位時(shí)間內(nèi)吸收的水分和放出 水分在數(shù)量上接近相等，這種現(xiàn)象稱之。 平衡回潮率：將具有一定回潮率的纖維，

6、放到一個(gè)新的大氣條件下，它將立刻放濕 或吸濕，經(jīng)過一定時(shí)間后，它的回潮率逐漸趨向于一個(gè)穩(wěn)定的值，稱為平衡回潮率。 特點(diǎn)： 1.都是對(duì)數(shù)曲線； 2.起始段快，以后減慢直至平衡； 3.吸濕平衡所需要的時(shí)間70% 時(shí)，曲線斜率又明顯地增大。 3.纖維種類不同，曲線的高低不同，吸濕能力 強(qiáng)的在上方，如羊毛、粘膠；吸濕能力差的 在下方，如腈綸、滌綸等。 吸濕等溫線與溫度有密切的依賴性，所以一般都是在標(biāo)準(zhǔn)溫度下試驗(yàn)所得。如果溫度過高過低，即使同一纖維，吸濕等溫線的形狀，也會(huì)有很大的不同。 三、吸濕滯后性（吸濕保守現(xiàn)象） 1.定義：同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下， 從放濕達(dá)到平衡和從吸濕達(dá)到平衡，兩種

7、平衡回潮率不相等，前者大于后者，這種 現(xiàn)象稱之。 2.產(chǎn)生原因： a. 勢能梯度及大分子鏈的排列結(jié)構(gòu)。 b. 動(dòng)力滯后等。 同一種纖維的吸濕等溫線與放濕等溫線并不重合， 而形成吸濕滯后圈。 吸濕滯后值（即差值）與纖維的吸濕能力和相對(duì) 濕度有關(guān)。在同一相對(duì)濕度條件下，吸濕性大的 纖維，差值比較大。 據(jù)資料表明，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，差值為： 羊毛 2.0%， 粘纖 1.8%2.0%， 蠶絲 1.2%， 棉 0.9%， 錦綸 0.25% ， 滌綸等 吸濕等溫線和放溫等溫線則基本重合。 吸濕滯后圈圖3.應(yīng)用 a.調(diào)濕和預(yù)調(diào)濕： 調(diào)濕：紡織材料具有一定的吸濕性，故實(shí)驗(yàn)前， 需要將試樣統(tǒng)一在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下放置一定

8、時(shí)間，使達(dá)到平衡回潮率。 預(yù)調(diào)濕： 為避免纖維因吸濕滯后性所造成的誤差， 需預(yù)先將材料在較低的溫度下烘燥（一 般為4050 去濕l h），使纖維 的回潮率遠(yuǎn)低于測試所要求的回潮率。 然后再在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，使達(dá)到平衡回潮 率。 b.車間溫濕度調(diào)節(jié) 如：纖維處于放濕時(shí)，車間空氣的RH%規(guī)定值。四、吸濕等濕線（RH%一定，W-T的關(guān)系曲線)1.定義：纖維在一定的大氣壓力下，相對(duì)濕度一 定時(shí)，平衡回潮率隨溫度而變化的曲線， 稱為吸濕等濕線。2.曲線： 一般規(guī)律：溫度愈高，平衡回潮率愈低。但 在高溫高濕的條件下，由于纖維的熱膨脹等 原因，平衡回潮率略有增加。返回羊毛和棉的吸濕等濕線第三節(jié) 影響纖維吸濕的因

9、素 影響纖維回潮率的因素有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。 內(nèi)在因素包括：化學(xué)結(jié)構(gòu)-纖維大分子親水基團(tuán)的數(shù)量和極性的強(qiáng)弱；聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維的結(jié)晶度、纖維內(nèi)孔隙的大小和多少；形態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維比表面積的大小，截面形狀、粗細(xì)及表面粗糙程度；纖維伴生物的性質(zhì)和含量。 外在條件包括：溫濕度；氣壓；原來回潮率的大小。(一)纖維內(nèi)在因素 1親水基團(tuán)的作用 纖維大分子中，親水基團(tuán)的多少和極性強(qiáng)弱 均能影響其吸濕能力的大小。數(shù)量越多，極 性越強(qiáng)，纖維的吸濕能力越高。 各種基團(tuán)對(duì) 纖維素纖維，蛋白質(zhì)纖維， 合成纖維吸水性都有很大影響。如：羥基（-OH）、 酰胺基（-NHCO-)、羧基 （-COOH）、氨基(-NH2)等。 與水

10、分子的親和力很大，能與水分子形 成化學(xué)結(jié)合水（吸收水）。纖維素纖維：如棉、粘纖、銅氨等纖維，大分子中的每一葡萄糖?；?個(gè)-OH，在水分子和-OH之間可形成氫鍵，所以吸濕性較大。醋酯纖維中大部分羥基都被乙酸基（-COCH3）取代，而乙酸基對(duì)水的吸引力又不強(qiáng)，因此醋酯纖維的吸濕性較低。 蛋白質(zhì)纖維： 主鏈上含有親水性的酰胺基、氨基（一NH2） 羧基（一COOH）等親水性基團(tuán)，因此吸濕 性很好，尤其是羊毛，側(cè)鏈中親水基團(tuán)較 蠶絲更多，故其吸濕性優(yōu)于蠶絲。合成纖維： 維綸大分子中含有羥基（一OH），經(jīng)縮醛化后一部分羥基被封閉，吸濕性減小， 但在 合纖中其吸濕能力最好。 錦綸6、錦綸66 大分子中，

11、每6個(gè)碳原子上含有一個(gè)酰胺基（-CONH-），所以也具有一定的吸濕能力。 腈綸大分子中只有親水性弱的極性基團(tuán)氰基（-CN），故吸濕能力小。 滌綸、丙綸因缺少親水性基團(tuán)，故吸 濕能力極差，尤其是丙綸基本不吸濕。 2纖維的結(jié)晶度 纖維的結(jié)晶度越低，吸濕能力就越強(qiáng)。在同樣的結(jié)晶度下，微晶體的大小對(duì)吸濕性也有影響。一般來說，晶體小的吸濕性較大。 如： 棉經(jīng)絲光后，由于結(jié)晶度降低使吸濕量增加； 棉和粘膠同屬纖維素纖維，每一個(gè)葡萄糖?；隙己?個(gè)一OH，但棉纖維的結(jié)晶度為70左右，而粘膠纖維僅30左右，W粘膠W棉。纖維無定形區(qū)內(nèi)縫隙孔洞越多越大，纖維吸濕能力越強(qiáng)。如：粘膠纖維結(jié)構(gòu)比棉纖維疏松，縫隙孔洞多

12、， 是其吸濕能力遠(yuǎn)高于棉的原因之一； 合成纖維結(jié)構(gòu)一般比較致密，而天然纖維組 織中有微隙，這也是天然纖維的吸濕能力遠(yuǎn) 大于合成纖維的原因之一。3纖維的比表面積 纖維的比表面積越大，表面能也就越大， 表面吸附能力越強(qiáng)，吸附的水分子數(shù)也 越多，吸濕性越好。細(xì)纖維的比表面積 大，比粗纖維的回潮率偏大些。4纖維內(nèi)的伴生物和雜質(zhì) a. 棉 b. 羊毛 c. 麻 d. 化學(xué)纖維表面的油劑 （二）外界因素 1溫度的影響 在一般的情況下，隨著空氣和纖維材料溫度 的提高，纖維的平衡回潮率將會(huì)下降。 2相對(duì)濕度的影響 在一定溫度條件下，相對(duì)濕度越高，空氣中水 蒸氣的壓力越大，也即是單位體積空氣內(nèi)的 水分子數(shù)目越多

13、，水分子到達(dá)纖維表面的機(jī)會(huì) 越多，纖維的吸濕也就較多。在溫度和濕度這兩個(gè)因素： 對(duì)親水性纖維來說，相對(duì)濕度對(duì)回潮率 的影響是主要的， 對(duì)疏水性的合成纖維 來說，溫度對(duì)回潮率的影響明顯。 3.氣壓的影響4.纖維原來回潮率大小的影響 由吸濕滯后性我們可知，當(dāng)纖維材料置于一新的大氣條件下時(shí)，其從放濕達(dá)到平衡時(shí)的回潮率要高于從吸濕達(dá)到的回潮率。故纖維原來回潮率大小也有一定的影響。第四節(jié) 吸濕對(duì)纖維性質(zhì)的影響一、 對(duì)重量的影響 Gk=Go*（100+Wk）/100 Gk=Ga*（100+Wk）/（100+Wa）二、對(duì)長度和橫截面積的影響 纖維吸濕后體積膨脹，橫向膨脹大而縱向 膨脹小，表現(xiàn)出明顯的各向異性

14、。纖維的膨脹值可用直徑、長度、截面積和 體積的增大率如下式： Sd=D/D； Sl=L/L； Sa=A/A； Sv=V /V 式中：D、L、A、V纖維原來的直徑、長度、 截面積和體積； D、L、A、V 纖維膨脹后，其直徑、 長度、截面積和體積的增加值。各種纖維在水中的膨脹性能表 纖維吸濕膨脹具有明顯的各向異性，即 SdSl。 同一纖維，可根據(jù)吸濕膨脹后各向異性的大小來判斷大分子的取向度。不利之處： 使織物變厚、變硬，是造成織物收縮的原因之一。三、對(duì)密度的影響 W增加，纖維密度增加；大多數(shù)纖維在 W=4%6% 時(shí)密度最大。 W再增加，纖維密度逐漸變小，因?yàn)槔w 維體積顯著膨脹，而水的比重小于纖維。

15、幾種纖維密度隨回潮率變化圖四、對(duì)機(jī)械性質(zhì)的影響纖維吸濕后，其力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)力、伸長、彈性、剛度等隨之變化。對(duì)強(qiáng)力的影響：a.一般規(guī)律是W增加，其強(qiáng)力會(huì)下降；b.吸濕能力差的纖維，W增加，強(qiáng)力變化不太顯著合成纖維由于較弱，所以吸濕后強(qiáng)力的降低。c.棉、麻纖維，吸濕后強(qiáng)力反而增加；常見纖維在潤濕狀態(tài)下強(qiáng)伸度變化表 *對(duì)纖維伸長率的影響： W增加，伸長率有所增加；這是因?yàn)樗肿舆M(jìn)入纖維內(nèi)部后，減弱了大分子間的結(jié)合力，使它在受外力作用時(shí)容易伸直和產(chǎn)生相對(duì)滑移的緣故。*對(duì)纖維的脆性、硬性有所減小，塑性變形增加，摩擦系數(shù)有所增加。 溫濕度對(duì)紡織加工的影響很大，主要就是由于纖維吸濕后機(jī)械性能發(fā)生變化引起的。如

16、回潮率太低，則纖維或紗線的剛性變大，加工中易于斷裂，如回潮率太高，則纖維中的雜質(zhì)難于清除同時(shí)易于相互糾纏成結(jié)或繞在機(jī)件上，影響加工的正常進(jìn)行。.纖維的剛性和彈性還影響到纖維的相互抱合，使紗線的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量受到影響；吸濕性對(duì)纖維變形的影響，反映在加工成品如紗線和織物的長度或尺寸上的不穩(wěn)定。五、對(duì)熱學(xué)性質(zhì)的影響纖維吸濕放熱1.原因：由于空氣中的水分子被纖維大分子上 的極性基因所吸引而與之結(jié)合，分子 的動(dòng)能降低而轉(zhuǎn)換為熱能被釋放出來 的緣故。2.指標(biāo)：吸濕微分熱：纖維在給定回潮率時(shí)吸著1克水放出的 熱量。單位為J/g（水） 各種干燥纖維的吸濕微分熱大致接近， 約為837.41256J。吸濕積分熱：在一

17、定的溫度下，1g干燥纖維從某一回 潮率吸濕到達(dá)完全潤濕，所放出的總熱 量，單位為J/g（干纖維）。 吸濕能力強(qiáng)的纖維，其吸濕積分熱也大。各種纖維的吸濕積分熱 3.應(yīng)用（1）吸濕放熱與保暖性（2）吸濕放熱與紡織材料儲(chǔ)存（3）吸濕放熱與熱工計(jì)算六、對(duì)電學(xué)性質(zhì)的影響高聚物的特殊分子結(jié)構(gòu)，賦予纖維具有高的電絕緣性能。 纖維吸濕絕緣性能下降，介電系數(shù)上升，介電損耗因素增大。使纖維的比電阻下降，減緩靜電現(xiàn)象。應(yīng)用：電阻式和電容式電氣測濕儀。七、對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響當(dāng)纖維的回潮率升高時(shí)，纖維的光折射率下降。是由于水分子進(jìn)人纖維后，引起分子結(jié)構(gòu)作某些改變?cè)斐傻?。第四?jié) 吸濕性的測試方法吸濕性的測試方法：分為直接法

18、與間接法兩大類。一.直接測定法 稱得濕重Ga，去除水分后得干重G0，根據(jù)定 義求得W。 具體的測試方法有：1.烘箱法2.紅外線輻射法 3.高頻加熱干燥法 4.吸濕劑干燥法5.真空干燥法烘箱法測試1.原理 2.取樣3.確定試驗(yàn)參數(shù)4試驗(yàn)步驟優(yōu)點(diǎn)：檢驗(yàn)歷史長，測得的結(jié)果比較穩(wěn)定； 缺點(diǎn)：耗電量大，時(shí)間長，并易損壞試樣； 纖維內(nèi)的一些油脂或其他物質(zhì)的揮 發(fā)，影響測定結(jié)果的真實(shí)性； 干重不是絕對(duì)的干重。紅外線輻射法利用紅外線燈泡發(fā)出來的紅外線照射試樣，能量高，穿透力強(qiáng)，使材料內(nèi)部在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，將水分去除。一般情況下只要520min即可烘干。 優(yōu)點(diǎn)：烘干迅速、耗電量省、設(shè)備簡單； 缺點(diǎn)：試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定 （溫度無法控制，能量分布也不均勻，局部過熱而使材料烘焦變質(zhì)） 高頻加熱干燥法利用高頻電磁波在物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生熱量以去除水。 高頻介質(zhì)加熱法或電容加熱法（頻率范圍為1100MHZ）； 微波加熱法（頻率范圍是8003000MHZ）。 優(yōu)點(diǎn)：從材料內(nèi)部產(chǎn)生高熱，一次烘燥量也比較大，迅速而均勻；加熱設(shè)備直接作用于被烘燥的物體上，熱損失??； 缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)用高，投資多