纺织材料的吸湿性

关于纺织材料的吸湿性第1页，课件共57页，创作于2023年2月本章知识点：1、纺织材料的吸湿平衡与吸湿指标（重点）2、纺织材料的吸湿机理与影响因素（难点）3、大气条件与纤维吸湿4、吸湿对纤维性能的影响第2页，课件共57页，创作于2023年2月3第一节吸湿平衡与吸湿指标

一、吸湿平衡

1、纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化，在一定的大气条件下，纤维材料会吸收或放出水分，随着时间的推移逐渐达到一种平衡状态，其含湿量趋于一个平衡值，这时，单位时间内纤维材料吸收大气中的水分等于从纤维内放出的水分，这种现象称为吸湿平衡。纤维材料在大气中吸收或放出气态水的能力称为吸湿性。是指纺织材料从气态环境中吸着水分的能力。第3页，课件共57页，创作于2023年2月

2、吸湿平衡现象的实例：（1）雨后的晴天是否适合晒被子？为什么？（2）夏天天气很热在地上洒水，为什么开始一段时间感觉比较凉爽，过一段时间后又会感觉比较湿热？第4页，课件共57页，创作于2023年2月

需要指出的是，纺织材料的吸湿平衡是一种动态平衡。如果大气中的水汽分压力增大，使进入纤维中的水分子多于放出的水分子，则表现为吸湿，反之则表现为放湿。纤维吸湿或放湿比较敏感，一旦大气条件变化，其含湿量也立即变化，而纺织材料的性质与吸湿有关，所以在进行物理力学性能测试时，试样应趋于吸湿平衡状态。（调湿）第5页，课件共57页，创作于2023年2月纤维吸湿、放湿是呈指数增长的过程，严格来说达到平衡所经历的时间是很长的，纤维集合体体积愈大，压缩愈紧密达到平衡的时间也愈长。一般单纤维或3mg以下的小束，6秒钟将基本平衡；50g的块体达到平衡约1小时或更多；100kg的絮包达到平衡约要4个月到一年。第6页，课件共57页，创作于2023年2月二.吸湿指标1.回潮率与含水率

（1）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。

（2）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。

Ga——纤维材料称的的实际重量（湿重）G0

——纤维材料烘干后的干燥重量（干重）第7页，课件共57页，创作于2023年2月82.平衡回潮率纤维材料在一定的大气条件下,吸、放湿作用达到平衡稳定的回潮率，称～。第8页，课件共57页，创作于2023年2月3.标准回潮率由于各种纤维的实际回潮率随温湿度条件而改变，为了比较各种纺织材料的吸湿能力，在统一的标准大气条件下，纤维材料放置一段时间后所达到的回潮率称为～。材料测试必须在此回潮率下进行。第9页，课件共57页，创作于2023年2月标准大气条件:

大气压力：1个标准大气压，即101.3kPa

（760mmHg柱）在实际工作中可以根据要求，选择不同的标准级别：

一级用于仲裁检验；

二级用于常规检验；

三级用于要求不高的检验。

级别标准温度(℃)标准相对湿度(%)A类B类120±127±265±2220±227±365±3320±327±565±5第10页，课件共57页，创作于2023年2月11

4.公定回潮率(Wk)

贸易上为了计重和核价的需要，由国家统一规定的各种纺织材料的回潮率。（纯粹是为工作方便而选定的，接近但不是标准回潮率）。各国对于纺织材料公定回潮率的规定并不一致，我国常见的几种纤维的公定回潮率见表4-2。第11页，课件共57页，创作于2023年2月纤维种类公定回潮率/%纤维种类公定回潮率/%原棉8.5黄麻14羊毛洗净毛（同质毛）16罗布麻12羊毛洗净毛（异质毛）15大麻12干毛条18.25剑麻12油毛条19粘胶纤维13精梳落毛16涤纶0.4山羊绒17锦纶6、锦纶664.5兔毛15腈纶2.0牦牛绒15维纶5.0桑蚕丝11含氯纤维0.5柞蚕丝11丙纶0亚麻12醋酯纤维7.0苎麻12铜氨纤维13.0洋麻12氨纶1.3几种纤维的公定回潮率第12页，课件共57页，创作于2023年2月混合材料或混纺纱的公定回潮率：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第13页，课件共57页，创作于2023年2月145.标准重量Gk(公定重量)

纺织材料在公定回潮率时的重量叫标准重量，也叫公定重量。是交付结算的依据。例题:

一批粘纤(规格3D，76mm），称见重量为4980kg，测其回潮率为10.25%，求其公定重量。第14页，课件共57页，创作于2023年2月当两种纤维混纺时，成品的干重混纺比百分数折算成投料时湿重混纺比百分数的算法如下:

纤维1：回潮率Ｗ1，湿重混比g1，干重混比g0

纤维2:回潮率Ｗ2，湿重混比100-g1，干重混比100-g0计算公式第15页，课件共57页，创作于2023年2月16例：Ｔ实际回潮率0.3％，粘胶实际回潮率12％，为使二者干重混纺比为65/35，求涤粘的湿重混纺比。第16页，课件共57页，创作于2023年2月作业：1.找出至少两种日常生活中关于吸湿平衡现象的实例。2．一批腈纶重1000kg，取50g试样烘干后称得其干重为49.2g，求该批腈纶的回潮率和标准重量。（腈纶的公定回潮率为2.0%）

3．计算55/45棉/涤混合纤维的公定回潮率。

第17页，课件共57页，创作于2023年2月一、吸湿机理

所谓吸湿机理，是指水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。有关吸湿的理论:棉纤维吸湿的两相理论毛纤维吸湿的三相理论

第二节吸湿机理与影响吸湿的内部因素第18页，课件共57页，创作于2023年2月191、Peirce理论认为，水分子在纤维中的存在形式有：（1）直接水：亲水性基团直接吸着的水（2）间接水：直接水本身因具有极性而再吸着的水第19页，课件共57页，创作于2023年2月20

间接吸收的水分子存在于纤维内部的微小间隙中成为微毛细水，当湿度很高时，间接吸收的水分子可以填充到纤维内部较大的间隙中，成为大毛细水，大毛细水的结合力除氢键引力以外包括范德华力、表面张力等，所以结合力小。第20页，课件共57页，创作于2023年2月（1）多数初始吸收水为直接吸收水。（2）而在高湿时的吸收水主要为间接吸收水。（3）直接吸收水取决于纤维中的极性基团。（4）间接吸收水与纤维中的空隙和无序区有关。第21页，课件共57页，创作于2023年2月Speakman,提出羊毛吸湿的三相理论。1、第一相：水分子是与角朊分子侧链中的亲水基相结合的水。2、第二相：水分子被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的相互作用。3、第三相：水分子是填充在纤维空隙间和分子间的汽态水。第22页，课件共57页，创作于2023年2月二、

影响纤维吸湿的因素

影响纤维回潮率的因素有内因和外因两个方面。

内在因素包括：化学结构-纤维大分子亲水基团的数量和极性的强弱；聚集态结构-纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多少；形态结构-纤维比表面积的大小，截面形状、粗细及表面粗糙程度；纤维伴生物的性质和含量

。

外在条件包括：温湿度；气压；原来回潮率的大小。第23页，课件共57页，创作于2023年2月(一)纤维内在因素1．亲水基团的作用纤维大分子中，亲水基团的多少和极性强弱均能影响其吸湿能力的大小。数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。各种基团对纤维素纤维，蛋白质纤维，合成纤维吸水性都有很大影响。第24页，课件共57页，创作于2023年2月如：羟基（-OH）、酰胺基（-NHCO-)、羧基（-COOH）、氨基(-NH2)等。与水分子的亲和力很大，能与水分子形成化学结合水（吸收水）。第25页，课件共57页，创作于2023年2月纤维素纤维：如棉、粘纤、铜氨等纤维，大分子中的每一葡萄糖剩基含有3个-OH，在水分子和-OH之间可形成氢键，所以吸湿性较大。醋酯纤维中大部分羟基都被乙酸基（-COCH3）取代，而乙酸基对水的吸引力又不强，因此醋酯纤维的吸湿性较低。第26页，课件共57页，创作于2023年2月蛋白质纤维：主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（一NH2）羧基（一COOH）等亲水性基团，因此吸湿性很好，尤其是羊毛，侧链中亲水基团较蚕丝更多，故其吸湿性优于蚕丝。第27页，课件共57页，创作于2023年2月合成纤维：维纶——大分子中含有羟基（一OH），经缩醛化后一部分羟基被封闭，吸湿性减小，但在合纤中其吸湿能力最好。锦纶6、锦纶66——大分子中，每6个碳原子上含有一个酰胺基（-CONH-），所以也具有一定的吸湿能力。腈纶——大分子中只有亲水性弱的极性基团氰基（-CN），故吸湿能力小。涤纶、丙纶——因缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。第28页，课件共57页，创作于2023年2月292.结晶度的影响

化学组成相同的纤维，吸湿性不一定相同，因内部结构不同。（1）结晶度增大，吸湿性减小（吸湿主要发生在无定形区）如棉经丝光后，由于结晶度降低使吸湿性增加如，棉:结晶度70%左右，回潮率8.5%

粘胶:结晶度30%左右，回潮率13%

粘胶吸湿性好于棉。

第29页，课件共57页，创作于2023年2月303.纤维的比表面积和内部空隙（1）比表面积单位体积的纤维所具有的表面积。纤维的表面具有吸附作用。纤维的比表面积越大表面能越高，表面吸附的水分子数则越多，吸湿性越好。细纤维的比表面积大，故比粗纤维的吸湿性好些。（2）纤维内部孔隙内部孔隙越多越大，水分子越易进入，纤维的吸湿能力越强。第30页，课件共57页，创作于2023年2月如：粘胶纤维结构比棉纤维疏松，缝隙孔洞多，是其吸湿能力远高于棉的原因之一；

合成纤维结构一般比较致密，而天然纤维组织中有微隙，这也是天然纤维的吸湿能力远大于合成纤维的原因之一。第31页，课件共57页，创作于2023年2月思考题3：为什么粘胶纤维的吸湿能力大于棉，合成纤维的吸湿能力低于天然纤维？第32页，课件共57页，创作于2023年2月334.纤维内的伴生物和杂质

纤维的各种伴生物和杂质对吸湿能力也有影响。a.棉纤维中有含氮物质、果胶、棉蜡、脂肪等；b.羊毛表面的油脂（拒水）；c.麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶；d.化学纤维表面的油剂；第33页，课件共57页，创作于2023年2月（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。第34页，课件共57页，创作于2023年2月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。第35页，课件共57页，创作于2023年2月3.气压的影响4.纤维原来回潮率大小的影响

由吸湿滞后性我们可知，当纤维材料置于一新的大气条件下时，其从放湿达到平衡时的回潮率要高于从吸湿达到的回潮率。故纤维原来回潮率大小也有一定的影响。第36页，课件共57页，创作于2023年2月通常，人们希望合成纤维具有像天然纤维那样的吸湿性质。因此，根据吸湿的极性基团、高比表面积、多微孔和吸湿性杂质等机制，可以通过引入吸湿基团，采用超细多微孔纤维，进行表面改性，实现纤维吸湿性能的改善。第37页，课件共57页，创作于2023年2月38一、相对湿度与平衡回潮率

（温度恒定，大气湿度对回潮率的影响）

1.吸湿等温线和放湿等温线吸湿等温线：在一定的大气压力和温度条件下，干燥的纤维在不同的大气相对湿度下因吸湿而达到的平衡回潮率与大气相对湿度的相关曲线。放湿等温线：在大气压力和温度不变的条件下，平衡回潮率最大的纤维（大气相对湿度100%下平衡后）因放湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线。第三节大气条件与纤维吸湿第38页，课件共57页，创作于2023年2月39

2.吸湿等温线的特点：（1）曲线呈上升趋势。表明随着相对湿度的增大，回潮率增大。（2）曲线都呈反S形。表明吸湿机理基本一致。

0-15%斜率大，吸湿速率快，极性基团吸水。

15%-70%斜率小，吸湿速率慢，间接吸附水。

70%-100%斜率大，吸湿速率快，吸湿膨胀，空隙增加。（3）纤维种类不同，曲线的高低不同。表明各种纤维的平衡回潮率在相同的湿度条件下是不同的。

图4-2各种纤维的吸湿等温等压线第39页，课件共57页，创作于2023年2月40

吸湿等温线与温度有密切的依赖性，所以一般是在标准温度下试验所得。不同温度时的吸湿等温线以棉为例，如下图所示。第40页，课件共57页，创作于2023年2月41二、吸湿滞后性（纤维原有的湿度对平衡回潮率的影响）1.定义同种纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡的回潮率大于从吸湿达到的平衡回潮率，这一性能称为纤维的吸湿滞后性，也称“吸湿保守现象”。如下图所示：第41页，课件共57页，创作于2023年2月422.吸湿滞后性曲线

纤维的吸湿滞后现象

同一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。湿滞的差值（吸湿滞后性造成的差值）与纤维的吸湿性有关，吸湿性好，差值大。湿滞差值的大小还与纤维原有的回潮率有关。如图中a→b（由吸湿状态重新放湿），

c→d（由放湿状态重新吸湿）。大气相对湿度（％）第42页，课件共57页，创作于2023年2月43

a-b，c-d都处于吸湿等温线和放湿等温线之间。

纤维的吸湿滞后现象由此可见，在同样的相对湿度下，纤维的实际平衡回潮率处于两条线之间的某一值，这一数值与纤维在吸湿或放湿前的历史有关。通常讲的平衡回潮率是指理论平衡回潮率，即两曲线的中间值。第43页，课件共57页，创作于2023年2月（2）水分子进出的差异吸湿过程：纤维内的通道和位置是敞开和空着的。放湿过程：各通道已被水分子堵塞，水分子进出必须挨个进行，是单方向的。进容易、出困难，进快速、出慢速，进多通道、出单方向，形成明显的滞后。（1）能量获得概率的差异吸湿过程：水分子是高速运动的自由颗粒，本身具有较大动能。放湿过程：水分子是被吸附的水分子，运动能量低，要脱离必须获得能量。而能量的获得取决于其他运动粒子的碰撞，存在概率。3.吸湿滞后产生的原因

第44页，课件共57页，创作于2023年2月（3）纤维结构的差异主要体现在吸湿后纤维不可逆的膨胀与微结构的变化。吸湿过程：水分子挤入，结构被拉开，孔隙增大，这种变形是不可塑的。（4）水分子分布的差异吸湿：水汽浓度外高内低。放湿：水汽浓度内高外低。（5）热能作用的差异吸湿：进入将释放能量。放湿：推出将获取能量。第45页，课件共57页，创作于2023年2月464.吸湿滞后对实际工作的指导意义（1）预调湿

实验前将试样在标准状态下放置一定时间，使达到平衡回潮率以减小回潮率对纤维性质的影响。

预调湿：预先将材料在较低的温度烘燥（40～50℃，0.5～1h），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。（2）车间温湿度调节

纤维处于放湿时：纤维处于吸湿时：车间的湿度<规定值车间的湿度>规定值第46页，课件共57页，创作于2023年2月47三、大气温度与平衡回潮率（大气湿度恒定）

1.吸湿等湿线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～。羊毛和棉的吸湿等湿线第47页，课件共57页，创作于2023年2月482.曲线特点

温度愈高，平衡回潮率愈低。但在高温高湿的条件下，平衡回潮率略有增加。

羊毛和棉的吸湿等湿线第48页，课件共57页，创作于2023年2月49四、影响回潮率的外因（总结）1.温度

温度升高，平衡回潮率下降。2.相对湿度温度一定，相对湿度越高，纤维的吸湿也越高。亲水性纤维，相对湿度的影响是主要的，疏水性纤维，温度的影响明显。

第49页，课件共57页，创作于2023年2月50

3.原来回潮率的大小

从放湿达到平衡时的回潮率要高于从吸湿达到的回潮率。

4.空气流速的影响当空气流速快时，纤维的平衡回潮率降低。第50页，课件共57页，创作于2023年2月51第四节