4-第四章-纖維的吸濕性r1

1、第四章 纖維的吸濕性,吸濕性：是指紡織材料從氣態(tài)環(huán)境中吸著水分的能力?；蚣徔棽牧显诳諝庵形栈蚍懦鏊魵獾哪芰?。 潤濕性：是指紡織材料從水溶液中吸著水分的能力。 吸濕狀態(tài)與多少影響到： 纖維的性能 紡織工藝 織物舒適性 紡織材料的計重核價,第一節(jié) 纖維的吸濕及吸濕機理,一、纖維的吸濕與吸濕指標(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。,紡織材料在標(biāo)準大氣條件下，從吸濕達到平衡時測得的平衡回潮率。,2. 標(biāo)準狀態(tài)下的回潮率,國標(biāo)

2、準規(guī)定的為：大氣壓力：1個標(biāo)準大氣壓，即101.3kPa（760mmHg柱）,表4-1 標(biāo)準溫濕度及允許誤差,通常在標(biāo)準大氣條件下天然纖維調(diào)濕24h以上，合成纖維調(diào)濕4h以上。,常用纖維的標(biāo)準狀態(tài)下的回潮率和公定回潮率,3. 公定回潮率,貿(mào)易上為了計重和核價的需要，由國家統(tǒng)一規(guī)定的各種紡織材料的回潮率。 以標(biāo)準回潮率為依據(jù)，但不等于標(biāo)準回潮率。,表4-2 幾種常見纖維的公定回潮率,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。,多種纖維混合時的公定回潮率：,Wi混合纖維各自的公定回潮率； bi混合比； n混合纖維種數(shù)。,公定重量 紡織材料在公定回潮

3、率時的重量。,4. 平衡回潮率,指纖維材料在一定大氣條件下，吸、放濕作用達到平衡穩(wěn)態(tài)時的回潮率。,吸濕平衡回潮率：纖維吸濕達到相對平衡狀態(tài)時的回潮率； 放濕平衡回潮率：纖維放濕達到相對平衡狀態(tài)時的回潮率。,圖4-1 纖維吸濕量-時間曲線,二、吸放濕等溫線(T一定，W-RH%的關(guān)系) 1.定義： 吸濕等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因吸濕達到的平衡回潮率與大氣相對濕度的關(guān)系曲線； 放濕等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因放濕達到的平衡回潮率與大氣相對濕度的關(guān)系曲線。,2.常用纖維的吸濕等溫線,特點：1.曲線都呈反S形，吸濕機理基本一致。 2.RH= 0%15% 時，曲線

4、的斜率比較大； RH= 15%70% 時，曲線的斜率比較小； RH70% 時，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)準溫度下試驗所得。如果溫度過高過低，即使同一纖維，吸濕等溫線的形狀，也會有很大的不同。,三、纖維的吸濕機理 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

5、纖維中親水基團的作用而吸著的水分子。 如: -0H, -COOH, -CONH-, -NH2 結(jié)合力較強，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，由于毛細管的作用而吸收的水分 。與纖維結(jié)構(gòu)（結(jié)晶度）和纖維集合體的結(jié)構(gòu)有關(guān) 微毛細水：存在于纖維內(nèi)部微小間隙之中的水

6、分子； 大毛細水：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）。,2吸濕過程水分子先吸附至纖維表面，水蒸氣向纖維內(nèi)部擴散，與纖維內(nèi)大分子上的親水性基團結(jié)合，水分子進入纖維的縫隙孔洞，形成毛細水。,3. 吸濕理論,圖4-4 直接間接吸收水,（1） Peirce的二相理論,圖4-5 相對濕度對吸收水分子數(shù)的影響,纖維的吸濕包括直接吸收水分和間接吸收水分，適用于棉纖維吸濕,圖4-6 相對濕度對回潮率的影響,（2） Speakman的三相理論,適用于羊毛吸濕,第一相：與角盶分子側(cè)鏈中的親水基相結(jié)合的水； 第二相：被吸著在主鏈的各極性基團上，并取代分子鏈段間的 相互作用，由此對纖維的剛性有很大

7、影響； 第三相：填充在纖維空隙間和分子間的汽、液態(tài)水，發(fā)生在高 濕度時。,四、吸濕滯后性 1. 吸濕滯后現(xiàn)象,圖4-7 纖維吸濕、放濕的回潮率-時間曲線,圖4-8 吸濕滯后性圖,吸濕滯后現(xiàn)象：從放濕得到的平衡回潮率總是高于從吸濕得到的平衡回潮率的現(xiàn)象。纖維材料所具有的這種性質(zhì)被稱為吸濕滯后性或吸濕保守性。,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濕度有關(guān)。在同一相對濕度條件下，吸濕性大的 纖維，差值比較大。,常見纖維的吸濕滯后值： 蠶絲：1.2% 羊毛：2.0% 粘膠：1.8%-2.0% 棉：0.9 錦綸：0.25%,2. 吸濕

8、滯后產(chǎn)生的原因,能量獲得概率的差異 水分子進出的差異 纖維結(jié)構(gòu)的差異 水分子分布的差異 熱能作用的差異 此外還有纖維表面能的變化、反復(fù)吸濕的作用、其它雜質(zhì)的帶入等。,五、影響纖維吸濕的因素,影響纖維回潮率的因素有內(nèi)因和外因兩個方面。 內(nèi)在因素包括： 化學(xué)結(jié)構(gòu)-纖維大分子親水基團的數(shù)量和極性的強弱； 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親水基團的作用 纖維大分子中，親水基團的多少和極性強弱均能影響其吸濕能力的大小。數(shù)量越多，極

9、性越強，纖維的吸濕能力越高。各種基團對 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剩基含有3個-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，而乙酸基對水的吸引力又不強，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，因此吸濕性很好，尤其是羊毛，側(cè)鏈中親

10、水基團較蠶絲更多，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，每6個碳原子上含有一個酰胺基（-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氰基（-CN），故吸濕能力小。 滌綸、丙綸因缺少親水性基團，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。在同樣的結(jié)晶度下，微晶體的大小對吸濕性也有影響。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，每一個葡

11、萄糖?；隙己?個一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。 如：粘膠纖維結(jié)構(gòu)比棉纖維疏松，縫隙孔洞多，是其吸濕能力遠高于棉的原因之一；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 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，吸附的水分子數(shù)也越多，吸濕性越好。細纖維的比表面積大，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

12、，隨著空氣和纖維材料溫度的提高，纖維的平衡回潮率將會下降。 2相對濕度的影響 在一定溫度條件下，相對濕度越高，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，水分子到達纖維表面的機會 越多，纖維的吸濕也就較多。,在溫度和濕度這兩個因素： 對親水性纖維來說，相對濕度對回潮率的影響是主要的， 對疏水性的合成纖維來說，溫度對回潮率的影響明顯。,3.空氣流速的影響 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，其從放濕達到平衡時的回潮率要高于從吸濕達到的回潮率。故纖維原來回潮率大小也有一定的影響。,第二節(jié) 吸濕性的測量,一、直接測量法 1. 烘

13、箱干燥法 2. 紅外線干燥法 3. 高頻加熱干燥法 4. 真空干燥法 5. 吸濕劑干燥法,二、間接測試法 1.電阻測濕法 2.電容式測濕法 3.微波吸收法 4.紅外光譜法,第三節(jié) 吸濕對纖維性質(zhì)的影響,一、 對重量的影響 Gk=Go*（100+Wk）/100， Gk=Ga*（100+Wk）/（100+Wa） 二、對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。,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

14、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% 時密度最大。W再增加，纖維密度逐漸變小，因為纖維體積顯著膨脹，而水的比重小于纖維。,幾種纖維密度隨回潮率變化圖,四、對機械性質(zhì)的影響 纖維吸濕后，其力學(xué)性質(zhì)如強力、伸長、彈性、 剛度等隨之變化。 對強力的影響： a.一般規(guī)律是W增加，其強力會下降； b.吸濕能力差的纖維，W增加，強力變化

15、不太顯著 c.棉、麻纖維，吸濕后強力反而增加；,常見纖維在潤濕狀態(tài)下強伸度變化表,*對纖維伸長率的影響： W增加，伸長率有所增加；這是因為水分子進入纖維內(nèi)部后，減弱了大分子間的結(jié)合力，使它在受外力作用時容易伸直和產(chǎn)生相對滑移的緣故。*對纖維的脆性、硬性有所減小，塑性變形增加，摩擦系數(shù)有所增加。,溫濕度對紡織加工的影響很大，主要就是由于纖維吸濕后機械性能發(fā)生變化引起的。,. 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。,如回潮率太低，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

16、質(zhì)難于清除同時易于相互糾纏成結(jié)或繞在機件上，影響加工的正常進行。,五、對熱學(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：在一定的溫度下，1g干燥纖維從某一回 潮率吸濕到達完全潤濕，所放出的總熱 量，單位為J/g（干纖維）。 吸濕能力強的纖維，其吸濕積分熱也大。,各種纖維的吸濕積分熱,六、對電學(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、對光學(xué)性質(zhì)的影響當(dāng)纖維的回潮率升高時，纖維的光折射率下降。是由于水分子進人纖維后，引起分子結(jié)構(gòu)作某些改變造成的。,1名詞解釋： 吸濕平衡 吸濕等溫線 吸濕等濕線 平衡回潮率 吸濕滯后性 公定回潮率 2為什么粘膠