織物表面液滴接觸角的測(cè)量

織物表面液滴接觸角的測(cè)量

經(jīng)過(guò)處理后，絲綢的潤(rùn)濕性得到了提高。由于織物的多孔性,當(dāng)水等液體接觸其表面時(shí),馬上進(jìn)入織物內(nèi)部而在表面消失,因此,一般接觸角測(cè)量?jī)x不能測(cè)定其表面接觸角的大小。本文利用表面性能3S(Surface,Survey,Science)測(cè)試儀對(duì)經(jīng)過(guò)不同處理?xiàng)l件的滌綸織物進(jìn)行測(cè)試,并且通過(guò)表面接觸角和毛細(xì)接觸角來(lái)反映處理前后潤(rùn)濕性能的變化。1接觸角計(jì)算公式為1.1織物表面接觸角織物的表面潤(rùn)濕如圖1所示。當(dāng)織物一接觸到液體的表面,液體馬上濕潤(rùn)織物。輕輕向上拉動(dòng)織物,此時(shí)拉力F等于織物因表面潤(rùn)濕提起液體產(chǎn)生的質(zhì)量,表面接觸角可以根據(jù)下面的Wilhelmy公式給出:式中,F為織物表面提起液體的質(zhì)量(即織物吸收液體的總質(zhì)量減去毛細(xì)吸濕提起的質(zhì)量);γ1.2k-lh及毛細(xì)接觸角在織物中由于經(jīng)紗和緯紗交織而形成孔隙,文獻(xiàn)[1]證實(shí)了可以把織物中的孔隙看作是一個(gè)吸管集合體式中,h為液體在時(shí)刻t時(shí)進(jìn)入織物內(nèi)部孔隙的高度(μm);R為織物毛細(xì)管的當(dāng)量半徑(μm);η為液體粘滯系數(shù)(mPa·s);θ毛細(xì)接觸角可由式(2)求得。從式(2)可知,液體進(jìn)入毛細(xì)管中需要一定的時(shí)間,當(dāng)t為0時(shí),h為0。23測(cè)量?jī)x器的原理2.13織物布樣的檢測(cè)3S測(cè)試儀的測(cè)試原理是通過(guò)測(cè)試布樣表面帶起的液體質(zhì)量和織物內(nèi)部吸收的液體的質(zhì)量,根據(jù)式(1),(2)計(jì)算出織物的表面接觸角和毛細(xì)接觸角。測(cè)試方法:將高度×寬度為5cm×3cm的試樣垂直穩(wěn)定地懸掛在3S儀器上部,并保持試樣的上下邊線的水平,以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。試樣的下方是盛有測(cè)試液體的玻璃小杯子,進(jìn)行測(cè)試時(shí),3S測(cè)試儀的自動(dòng)裝置將玻璃杯自動(dòng)緩慢地向上方的測(cè)試布樣移動(dòng)。當(dāng)進(jìn)入布樣的測(cè)試液體達(dá)到預(yù)定設(shè)置值時(shí)運(yùn)動(dòng)停止?？紤]織物吸濕性的不同,預(yù)先設(shè)定實(shí)驗(yàn)的時(shí)間長(zhǎng)短,自動(dòng)裝置的升降速度等。本文中,當(dāng)測(cè)試液體為水時(shí),測(cè)試時(shí)間為4min;當(dāng)測(cè)試液體為庚烷時(shí),測(cè)試時(shí)間為1min,其它參數(shù)為3S測(cè)試儀的默認(rèn)值。2.2織物試樣實(shí)際周數(shù)p的測(cè)定在測(cè)試過(guò)程中,與測(cè)試液體接觸的織物試樣的底部實(shí)際周長(zhǎng)要大于幾何周長(zhǎng),這是因?yàn)榭椢锝Y(jié)構(gòu)的影響,紗線會(huì)產(chǎn)生彎曲而產(chǎn)生凹凸不平的表面,而周長(zhǎng)的值是影響表面接觸角的一個(gè)因素,此實(shí)際周長(zhǎng)可以由庚烷做測(cè)試液體時(shí)得出,因?yàn)楦榛旧峡梢酝耆珴?rùn)濕滌綸織物,所以,表面接觸角θ為0°,即cosθ為1,利用式(1)可以得到織物試樣的實(shí)際周長(zhǎng)P。再將P值代入式(1)中,就可以測(cè)試和計(jì)算水在織物表面的接觸角了。2.33表面接觸角在測(cè)試的過(guò)程中,當(dāng)測(cè)試液體剛剛接觸到布樣時(shí),液體迅速潤(rùn)濕織物表面并在織物的兩側(cè)形成月牙形的分布,而產(chǎn)生表面接觸角,同時(shí)由于毛細(xì)作用測(cè)試液體進(jìn)入織物的內(nèi)部,隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng),液體量也逐漸增加直至達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡穩(wěn)定的數(shù)值。從進(jìn)入織物內(nèi)部液體的質(zhì)量可以得到毛細(xì)接觸角。圖2為滌綸織物的3S測(cè)試曲線和計(jì)算曲線。2.4表面接觸角從圖2看出,織物表面吸收液體是在織物接觸液體的瞬間完成的,從圖2上可直接讀出W式中,g是重力加速度。2.5織物密度的測(cè)試根據(jù)式(2),設(shè)h式中,A為常數(shù)。由于毛細(xì)吸收而進(jìn)入到試樣的測(cè)試液體的質(zhì)量W式中,ρ為測(cè)試液體的密度(gcm由式(3)、(4)可以得到進(jìn)入織物內(nèi)部的液體質(zhì)量公式:根據(jù)式(6)可以得到下面的計(jì)算公式同時(shí),由于庚烷能夠完全地潤(rùn)濕滌綸纖維,所以θ用庚烷做為測(cè)試液體得到K值同時(shí),根據(jù)式(6)還可以得到參數(shù)R(ρS)3實(shí)驗(yàn)部分3.1紡絲油劑整理滌綸織物的規(guī)格:經(jīng)緯密400根10cm×260根10cm;平紋組織;未經(jīng)染色;經(jīng)親水性整理;采用紡絲油劑;緊度75.5%;面密度120gm3.2織物前理劑為復(fù)合織物,在防殘整理滌綸織物上把織物中的滌綸打氫氧化鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,處理溫度為83℃,固液比為1∶60,處理時(shí)間的單位為s。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了保證處理的均勻性,所采用的儀器配有自動(dòng)攪拌器,處理完畢后立即用溫水對(duì)試樣沖洗幾分鐘,以除去織物上的殘留氫氧化鈉,然后在70℃的烘箱內(nèi)烘干。為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性,每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。3.3織物表面接觸角表1、2為測(cè)試結(jié)果。從表1看出,經(jīng)向和緯向的吸濕性的確不同,而且實(shí)際的周長(zhǎng)的確比幾何周長(zhǎng)(織物寬30mm,厚度0.3mm,幾何周長(zhǎng)為60.6mm)要大,這是由于織物經(jīng)緯紗交織時(shí)產(chǎn)生了紗線屈曲。經(jīng)向的K值比緯向的大,表明經(jīng)向的吸濕性要高于緯向的。從表2看出,經(jīng)過(guò)氫氧化鈉溶液處理后的織物表面接觸角有很大程度的降低,如處理時(shí)間是40s時(shí),表面接觸角已經(jīng)降低到29°,這也證實(shí)了滌綸纖維在高溫氫氧化鈉溶液的作用下,其表面大分子鏈的斷裂以及親水性極性基團(tuán)的出現(xiàn),而對(duì)于毛細(xì)接觸角來(lái)說(shuō),其減少程度要比表面接觸角的減少程度要小,可見,氫氧化鈉溶液對(duì)滌綸織物紗線內(nèi)部纖維的表面有所作用,但程度要比對(duì)表面纖維作用小。將除去紡絲油劑的織物的表面接觸角以及毛細(xì)接觸角與未除去紡絲油劑的織物做對(duì)比,從表2看出,紡絲油劑增加了織物的吸濕性,因?yàn)?除去紡絲油劑之后的織物的表面接觸角和毛細(xì)接觸角均有不同程度的提高。而對(duì)于親水性紡織油劑來(lái)說(shuō),情況有所不同,除去親水性紡織油劑后,滌綸織物的表面接觸角升高很多,而毛細(xì)接觸角基本上沒有變化,因此,親水性紡織油劑只對(duì)表面接觸角起作用,對(duì)毛細(xì)接觸角基本上沒有作用。所以說(shuō)親水性紡織油劑只作用于織物的表面,提高了表面的吸濕性,而對(duì)滌綸纖維之間以及內(nèi)部的吸濕性沒有提高的作用。4織物潤(rùn)濕性的測(cè)試液體與織物的接觸角可以表現(xiàn)液體與織物的潤(rùn)濕程度。3S測(cè)試儀通過(guò)測(cè)試織物表面和內(nèi)部吸收的液體的質(zhì)量,可以得到液體在親水性織物的表面接觸角和毛細(xì)接觸角,彌補(bǔ)了一般接觸角測(cè)量?jī)x只能應(yīng)用于拒水性織物的缺陷。本文利用3S測(cè)試儀對(duì)經(jīng)過(guò)氫氧化鈉溶液進(jìn)行表面處理后的滌綸織物的潤(rùn)濕性進(jìn)行測(cè)試,借助于接觸角的表示方法可以得到最佳處理?xiàng)l件,同時(shí)這對(duì)于紡織品的親水性整理效果的檢驗(yàn)是很有作用的。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,對(duì)滌綸纖維的表面處理,使水在滌綸纖維表面的接觸角明顯減小,可以明顯地改善滌綸纖維的吸濕性。從圖2看出,在測(cè)試結(jié)束時(shí),織物所吸收的液體總量W等于測(cè)試剛剛開始時(shí)測(cè)試液體在試樣表面所吸收的液體量W式中,K為毛細(xì)管吸濕曲線的斜率,稱為液體的擴(kuò)散系數(shù),表示毛細(xì)吸濕性的大小,對(duì)于每個(gè)試樣有其特殊的值,該值由3S測(cè)試儀所得