纺织材料学课件 第四章纤维吸湿

第四章纤维的吸湿性第四章纤维的吸湿性吸湿性：是指纺织材料从气态环境中吸着水分的能力,或纺织材料在空气中吸收或放出水蒸气的能力。1.动态过程2.吸湿过多→水分子凝聚→毛细凝结水（液态）润湿性：是指纺织材料与液体发生接触时的相互作用。——纤维的表面性质吸湿状态与多少影响到：

纤维的性能

纺织工艺织物舒适性纺织材料的计重核价第一节吸湿指标及吸湿机理一、纤维的吸湿指标

1．回潮率与含水率

回潮率W：纺织材料中所含水分重量对纺织材料干重的百分比。

含水率M：纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿重的百分比。

式中：Ga纺织材料湿重；G0

纺织材料干重。

目前基本上采用回潮率。

2．标准回潮率（1）标准大气条件国际标准中的规定为：温度（T）：20±3℃（热带为27℃）相对湿度（RH%）：65±2%大气压力：

86-106kPa

国标准规定的为：

大气压力：1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱）

温、湿度的波动范围：

一级标准：T20±2℃，RH65±2%；

二级标准：T20±2℃，RH65±3%；

三级标准：T20±2℃，RH65±5%。

（2）标准回潮率

——纺织材料在标准大气条件下的平衡回潮率。

通常在较低温度（40-50℃）下烘燥去湿，而后在标准大气条件下

调湿24h以上，合成纤维调湿4h以上。

（3）公定回潮率(Wk)——贸易上为了计重和核价的需要，由业内公认的各种纺织材料的回潮率。——以标准回潮率为依据，但不等于标准回潮率。混纺纱的公定回潮率其中：

Wi（%）——混纺材料中第i种纤维的公定回潮率；

Pi（%）——混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率

纤维种类标准回潮率（％）公定回潮率（％）原棉7~811.1苎麻（脱胶）7~812亚麻8~-1112黄麻12~16(生麻），9~13(熟麻）14细羊毛15~17--洗净毛--15山羊毛--15干毛条--18.25油毛条--19桑蚕丝8~911.0粘胶纤维13~1513醋酯纤维4~77涤纶0.4~0.50.4锦纶63.5~0.54.5锦纶664.2~4.54.5腈纶1.2~2.02.0维纶4.5~5.05丙纶00氯纶--0氨纶--1

天然纤维由于有杂质和伴生物，纱线的公定回潮率与纤维的公定回潮率不一致。

（4）公定重量（公量）——贸易的度量

——纺织材料在公定回潮率时的重量,也叫标准重量。为纤维材料的公量(g)分别为纤维实际材料的湿重(g)和干重(g)分别为纤维材料的公定回潮率和实际回潮率(%)需要测量纤维的实际回潮率例题1一批粘胶称见重量为4980g，测定其回潮率为10.25%，求公定重量？解：分析缺少公定回潮率数值，查表得粘胶公定回潮率为13%例题2涤/粘混纺纱混纺比65/35，涤纶的实际回潮率为0.3%，粘胶的实际回潮率为12%，求湿重混纺比？解：由已知条件由于：二、纤维的吸湿机理

吸湿机理是指水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水——由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。吸收水属于化学吸着，因此必然有放热反应（可理解为分子动能的转化）。

直接吸收水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水

分子。

如:-0H,-COOH

,-CONH-

,-NH2

（纤维极性基团与水分子）结合力较强，放出热量较多，纤维大分子结合键被打开，影响纤维物理性能。

间接吸收水：

由于水分子的极性再吸着的水分子。

（水分子间）结合力较弱，放出热量较少，间接吸附于纤维大分子上，属液态水，对纤维形态影响的主机制（吸湿膨胀）。吸湿过程

1.水分子先吸附至纤维表面，水蒸气向纤维内部扩散，与纤维内大分子上的亲水性基团结合。→直接吸收水

2.湿度增加，已被吸附的水分子由于极性再吸附水分子→间接吸收水；

3.湿度继续增加，水分子进入纤维的缝隙孔洞→毛细水（液态水）。

（由外而内，逐渐聚集的过程）三、吸湿性的影响因素1.分子中极性基团多→吸湿好天然纤维PS合成纤维纤维素PS醋酸纤维羊毛PS蚕丝锦纶思考：棉PS粘胶？2.纤维的结晶度纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。结晶区越小，吸湿性越好水分子不能进入纤维的结晶区粘胶皮层吸湿率13%PS粘胶芯层吸湿率11%？结晶区小（微晶体积小），吸湿的表面积增大再思考：棉PS粘胶？3.纤维的聚合度纤维的聚合度越小，吸湿越好聚合度越小自由的极性端基数目越多涤纶PS超细涤纶？4.表面吸附纤维的比表面积大，吸湿好。纤维的比表面积越大，表面能也就越大，表面吸附能力越强，吸附的水分子数也越多，吸湿性越好。表面能：物质表面的分子引力不平衡，比内部分子具有多余的能量，叫表面能。物质都有降低自身表面能的倾向。细纤维的比表面积大，比粗纤维的回潮率偏大些。涤纶PS多微孔涤纶？5.纤维内部孔隙纤维的内部孔隙多，比表面积大，吸湿好。比表面积：单位体积纤维所具有的面积

如：棉纤维中果胶吸湿棉纤维中蜡质吸湿

脱脂棉吸湿>未脱脂棉未成熟棉含果胶多，未成熟棉>成熟棉丝胶利于吸湿羊毛油脂拒水6.纤维内伴生物和杂质纤维内伴生物的性质与含量会影响纤维的吸湿性。（二）外界因素

1．温度的影响

在一般的情况下，随着空气和纤维材料温度的提高，纤维的平衡回潮率将会下降。

2．相对湿度的影响

在一定温度条件下，相对湿度越高，空气中水蒸气的压力越大，也即是单位体积空气内的水分子数目越多，水分子到达纤维表面的机会越多，纤维的吸湿也就较多。在温度和湿度这两个因素：对亲水性纤维来说，相对湿度对回潮率的影响是主要的；对疏水性的合成纤维来说，温度对回潮率的影响明显。3.气压的影响气压低，纤维回潮率低第二节

大气条件与纤维吸湿外在条件包括：气压；温度；相对湿度一、吸湿平衡与平衡回潮率1.吸湿平衡

纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化，直到达到吸湿平衡（含湿量不变的状态）。含湿量变化→纤维发生吸湿或放湿这一宏观变化纤维吸、放湿是一个动态平衡的过程。吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等。(是动态过程)

2.平衡回潮率：

平衡回潮率：纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡态时的回潮率，即吸湿平衡状态下的回潮率。

3.影响纤维吸湿平衡快慢的因素纤维集合体堆砌的紧密程度高，所需时间长空气流速快，所需时间短温度高，所需时间短原回潮率与大气条件的差异大，所需时间长二、吸放湿等温线(T一定，W-RH%的关系)

1.定义：

吸湿等温线：在一定的大气压力和温度条件下，分别将纤维材料预先烘干，再放在各种不同相对湿度空气中，纤维材料因吸湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线；

放湿等温线：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料在相对湿度100%的空气中达到平衡回潮率后，在放在各种不同相对湿度空气中，纤维材料因放湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线。

2.常用纤维的吸湿等温线

相对湿度大，纤维平衡回潮率大特点：1.曲线都呈反S形，吸湿机理基本一致。

2.RH=0%～15%时，曲线的斜率比较大；

RH=15%～70%时，曲线的斜率比较小；

RH>70%时，曲线斜率又明显地增大。

3.纤维的吸湿是多种机理共同作用，纤维种类不同，组成和结构不同导致纤维吸湿等温线存在差异。如：吸湿高的纤维，反S形明显。高湿状态下羊毛回潮率较粘胶低。即便同种材料，纤维的结构不同，吸湿过程存在差异，能够反应在吸湿曲线上。（结构→性质）

吸湿等温线与温度有密切的依赖性，所以一般都是在标准温度下试验所得。如果温度过高过低，即使同一纤维，吸湿等温线的形状，也会有很大的不同。

三、吸湿等湿线（RH%一定，W-T的关系曲线)1.定义：纤维在一定的大气压力下，相对湿度一定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线，称为吸湿等湿线。羊毛和棉的吸湿等湿线2.曲线一般规律：温度愈高，平衡回潮率愈低。但在高温高湿的条件下，由于纤维的热膨胀等原因，平衡回潮率略有增加。1.纤维吸湿的过程由表及里：表层亲水基团与水汽分子作用快；纤维内部由于水蒸汽压差低，与水汽分子结合慢纤维吸湿与时间的关系四、吸湿滞后性（吸湿保守现象）

相对湿度和温度一定的条件下特点：1.都是对数曲线

；2.

起始段快，以后减慢直至平衡

；3.吸湿平衡所需要的时间<放湿平衡所需时间；4.吸湿平衡W不等于放湿平衡W——吸湿滞后性。

1）定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种

平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称之。

纤维的吸湿滞后性更明显地表现在纤维的吸湿等温线和放湿等温线的差异上。

2.吸湿滞后性吸湿滞后圈图2）吸湿滞后圈：同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合，而形成吸湿滞后圈。

3）吸湿滞后值（即差值）的影响因素：①与纤维的吸湿能力有关。在同一相对湿度条件下，吸湿性大的纤维，差值比较大。据资料表明，在标准状态下，差值为：

羊毛

2.0%，

粘纤

1.8%～2.0%，蚕丝

1.2%，

棉

0.9%，锦纶0.25%，涤纶等吸湿等温线和放温等温线则基本重合。②与纤维吸放湿的历史有关当从b点放湿，放湿曲线ba;当从d点吸湿，吸湿曲线dc。某相对湿度下，纤维的实际平衡回潮率是介于吸放湿曲线之间的某一值，与纤维吸放湿历史有关。我们一般说的纤维平衡回潮率是指两条曲线的中间值。对纤维回潮率的测量需进行预调湿，保证试样沿吸湿等温线达到平衡回潮率。4）产生吸湿滞后性的原因1.水分子动能吸湿——水分子动能大，容易进入纤维放湿——水分子在纤维内部动能小，不容易获得脱离纤维的能量。2.水分子进出通道的差异（直接水吸附）吸湿——通道畅通，空位多放湿——通道被水分子占满，需挨个进出。吸湿后体积不变大的情况下，易进难出，快进慢出3.纤维结构差异（间接水吸附）吸湿——纤维吸湿膨胀，分子间距增大，微晶结构单元距离变大。放湿——吸湿导致的结构变化不易回复，纤维能够保持更多水分。4.水分子分布差异吸湿——水汽浓度外高内低，单调下降，吸湿进程快。放湿——水汽浓度外低内高，分布不均，不连续，梯度吸湿导致，内外方向的扩散同时存在。放湿进程慢，且平衡回潮率高。5）应用调湿：将纺织材料直接放在标准状态下进行平衡。如：纺纱前面包需要调湿。预调湿：为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，需预先将材料在较低的温度下烘燥（一般为40～50℃去湿0.5～lh），使纤维的回潮率远低于测试所要求的回潮率。然后再在标准状态下，使达到平衡回潮率。如：纤维材料的回潮率进行测试时，需要预调湿。第四节吸湿对纤维性质的影响

一、

对重量的影响

Ga=Go*（100+Wa）/100

纤维吸湿导致纤维重量增加。二、对密度的影响纤维密度随回潮率增加先增大后减小，密度最大值发生在回潮率为4~6%。原因：纤维吸附直接吸收水，纤维体积不变密度↑；而后水分子进入纤维孔隙，进一步吸水体积膨胀，密度↓三、对长度和横截面积的影响

纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表现出明显的各向异性，即Sd>Sl

。纤维SD(%)SL(%)SA(%)SV(%)棉20~30≈040~4242~44蚕丝16.3~18.71.3~1.61930~32羊毛15~17≈025~2636~41粘胶25~523.7~4.850~11474~127铜氨32~532~656~6268~107醋酯9~140.1~0.36~8—同一纤维，可根据吸湿膨胀后各向异性的大小来判断大分子的取向度。不利之处：使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。有利之处：防水织物，如帐篷四、对机械性质的影响

纤维吸湿后，其力学性质如强力、伸长、弹性、刚度等随之变化。对强力的影响：a.一般规律是W增加，其强力会下降，如：多数天然纤维；b.吸湿能力差的纤维，W增加，强力变化不太显著如：合成纤维。c.棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加；常见纤维在润湿状态下强伸度变化表

这是因为水分子进入纤维内部后，减弱了大分子间的结合力，使它在受外力作用时容易伸直和产生相对滑移的缘故。

*对纤维伸长率的影响：

W增加，伸长率有所增加；

*对纤维的脆性、硬性有所减小，塑性变形增加。*摩擦系数有所增加。

温湿度对纺织加工的影响很大，主要就是由于纤维吸湿后机械性能发生变化引起的。①如回潮率太低，则纤维或纱线的刚性变大，加工中易于断裂；

②如回潮率太高，则纤维中的杂质难于清除同时易于相互纠缠成结或绕在机件上，影响加工的正常进行。五、对热学性质的影响

纤维吸湿放热1.原因：由于空气中的水分子被纤维大分子上的极性基团所吸引而与之结合，分子的动能降低而转换为热能被释放出来的缘故。2.指标：吸湿微分热：纤维在给定回潮率时吸着1克水放出的热量。单位为J/g（水）

吸湿积分热：在一定的温度下，(干重)1g纤维从某一回潮率吸湿到达完全润湿，所放出的总热量，单位为J/g（干纤维）。

纤维吸湿微分热与回潮率间关系纤维积分热与回潮率间关系吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大，积分热表明材料的吸湿能力。各种干燥纤维的吸湿微分热是差不多的，约837~1256J/g。随着回潮率的增加，纤维的吸湿微分热会不同程度地减小。各种纤维的吸湿积分热

3.应用

（1）吸湿放热与保暖性

（2）吸湿放热与纺织材料储存

（3）吸湿放热与热工计算（烘燥）

六、对电学性质的影响高聚物的特殊分子结构，赋予纤维具有高的电绝缘性能。

纤维吸湿——绝缘性能下降，介电系数上升，介电损耗因素增大。使纤维的比电阻下降，减缓静电现象。

应用：电阻式和电容式电气测湿仪。七、对光学性质的影响

当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率下降。

是由于水分子进人纤维后，引起分子结构作某

些改变造成的。第四节

吸湿性的测试方法

吸湿性的测试方法：分为直接法与间接法两大类。一.直接测定法

——称得湿重Ga，去除水分后得干重G0，根据定义求得W。

具体的测试方法有：1.烘箱法2.红外线辐射法3.高频加热干燥法4.吸湿剂干燥法5.真空干燥法

a.烘箱法测试

1.原理:电阻丝加热，温度一般超过水的沸点，水分充分挥发。

2.测试：间隔15min称重计算回潮率差值小于0.05%3.称重方法：

箱内热称：用烘箱内的天平称取烘篮内纤维。

箱外热称：试样烘干后取出，迅速在空气中称重。

箱外冷称：是将烘干后的试样放在铝制或玻璃容器中，密闭在干燥器中冷却约30min后进行称量。

该法不足烘箱中仍有少量水，不如的空气含水，故高吸湿纤维有低回潮率，低吸湿纤维测不准；高温长时间烘燥，纤维易损伤；高温使油脂等物质挥发，影响测试精度；能耗大。

b.红外线辐射法

利用红外线灯泡发出来的红外线照射试样，能量高，穿透力强，使材料内部在短时间内达到很高的温度，将水分去除。

一般情况下只要5～20min即可烘干。优点：烘干迅速、耗电量省、设备简单；

缺点：试验结果不稳定

（温度无法控制，能量分布也不均匀，局部过热而使材料烘焦变质）

c.高频加热干燥法

——利用高频电磁波在物质内部产生热量以去除水。

高频介质加热法或电容加热法（频率范围为1～

100MHZ）；

微波加热法（频率范围是800～3000MHZ）。

优点：从材料内部产生高热，一次烘燥量也比较大，迅速而均匀；加热设备直接作用于被烘燥的物体上，热损失小；

缺点：设备费用高，投资多、耗电量大，运转和维修费用较高，水汽蒸发过快，常引起纤维曝裂；微波对人体有害，必须很好加以屏蔽。

d.吸湿剂干燥法

将纺织材料和强烈的吸湿剂放在同一个密闭的容器

内，利用吸湿剂吸收空气中的水分，使容器内空气

的相对湿度达到0%。吸湿剂：干燥的五氧化二磷粉末（效果最好）；

干燥氯化钙颗粒状（最常用）。

优点：比较准确

缺点：适用于小量试样，否则吸不干，成本高，费时长（一般在室温下达到真正吸干约需4～6周的时间）。c.真空干燥法

将试样放在密闭的容器中抽取真空，在一定的真空

度下，再对容器用电阻丝加热，加热的温度可以自动控制。一定时间后由于水汽被除除,真空度变小用差压法即可推算水分的含量。优点：1.不需要称取干重，工作简便，试样用量很少；

2.可在较低温度（60～70℃）下将试样中的水分去除；3.烘干时间减少且可避免材料氧化变质；4.测定结果精确可靠而设备费用也不高。二.间接测定法

——利用纺织材料中含水多少与某些物理性质密切相关的原理，通过测试这些性质来推测含水率或回潮率。特点：不用去除材料中的水分