第四章纤维的吸湿性演示文稿

第四章纤维的吸湿性演示文稿当前第1页\共有36页\编于星期三\9点（优选）第四章纤维的吸湿性当前第2页\共有36页\编于星期三\9点第一节吸湿表征及吸湿机理一、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。目前基本上采用回潮率。式中：Ga纺织材料湿重；G0纺织材料干重。当前第3页\共有36页\编于星期三\9点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±3%，大气压力：86-106kPa。视各国地理环境而定。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±1℃，RH65±2%；二级标准：T20±2℃，RH65±3%；三级标准：T20±3℃，RH65±5%。（2）标准回潮率——纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时测得的平衡回潮率。当前第4页\共有36页\编于星期三\9点（3）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。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。当前第5页\共有36页\编于星期三\9点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7~88.5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当前第6页\共有36页\编于星期三\9点常用纱线的公定回潮率纱线类别公定回潮率（%）纱线类别公定回潮率（%）纯棉8.5涤/棉65/353.2纯涤纶0.4涤/棉50/504.5纯维纶5.0涤/粘65/354.8纯腈纶2.0涤/粘50/506.7纯锦纶4.5涤/腈50/501.2纯粘胶纤维13.0棉/维50/506.8纯富强纤维13.0棉/腈50/505.3纯醋酯纤维7.0棉/丙50/504.3涤/棉/锦50/33/173.8当前第7页\共有36页\编于星期三\9点（4）标准重量——纺织材料在公定回潮率时的重量。式中：Gk为纺织材料标准重量；

Ga为纺织材料湿重；

G0为纺织材料干重；

Wk为纺织材料公定回潮率；

Wa为纺织材料实际回潮率。当前第8页\共有36页\编于星期三\9点原棉公定重量的计算公量检验以批为单位，计算顺序如下：（1）计算净重。净重=毛重-包装物重（2）计算准重。准重=净重×（100-实际含杂率）/（100-标准含杂率）

（3）计算公定重量。公定重量=准重×（100+标准回潮率）/（100+实际回潮率）注意：代入上述公式中含杂率和回潮率的数值应是去掉百分号的数值，如标准含杂率2.5%、标准回潮率8.5%、实际含杂率2%、实际回潮率8%，则代入公式时的数值分别是2.5、8.5、2、8，而不是2.5%、8.5%、2%和8%。皮辊棉的标准含杂率为3%，锯齿棉的标准含杂率为2.5%。当前第9页\共有36页\编于星期三\9点例子1、某批229锯齿棉净重40.372吨，实测含杂1.8%，回潮率7.5%，计算公定重量，结果修约到0.001吨。2、有一批等级为429的皮辊棉，件数500件，毛重43吨，经检验测试，该批棉花的回潮率是9.2%，含杂率是3.5%，若包装物每件重1公斤，试计算该批棉花的公定重量。3、某企业有一批锯齿白棉，净重25吨，其中129的占88％，实测含杂1.5％，实测回潮率7.8％；229的占12％，实测含杂1.7％，实测回潮率7.9％。若129当时市价是13000元/吨，229当时市价是12800元/吨，试计算该批棉花的货值。当前第10页\共有36页\编于星期三\9点

二、纤维的吸湿机理1.吸着水分的种类根据水分子在纤维中存在的方式不同，可分为三种：（1）吸收水——由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水属于化学吸着，是一种化学键力，因此必然有放热反应；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:-OH,-COOH

,-CONH-

,-NH2结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。间接吸收水：其他被吸着的水分子。a.由于水分子的极性再吸着的水分子；b.纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。当前第11页\共有36页\编于星期三\9点(2)粘着水（表面吸附水）——纤维因表面能而吸附的水分子。

(3)毛细水——纤维无定形区或纤维集合体纤维间存在空隙，由于毛细管的作用而吸收的水分。与纤维结构（结晶度）和纤维集合体的结构有关。微毛细水：存在于纤维内部微小间隙之中的水分；大毛细水：存在于纤维内部较大间隙之中的水分子。（当湿度较高时）。毛细水和粘着水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的热反应，吸附也比较快。（4）纤维中的伴生物和杂质。棉纤维中果胶吸湿性强，使纤维吸湿性增加；脱脂棉吸湿>未脱脂棉2．吸湿过程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，水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。当前第12页\共有36页\编于星期三\9点第二节

大气条件与纤维吸湿一、吸湿平衡与平衡回潮率纤维吸、放湿是一个动态平衡的过程。纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化。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，这种现象称之为吸湿平衡。平衡回潮率：将具有一定回潮率的纤维，放到一个新的大气条件下，它将立刻放湿或吸湿，经过一定时间后，它的回潮率逐渐趋向于一个稳定的值，称为平衡回潮率。吸湿平衡曲线与放湿平衡曲线特点：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。当前第13页\共有36页\编于星期三\9点二、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，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，纤维材料因放湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线。常用纤维的吸湿等温线当前第14页\共有36页\编于星期三\9点特点：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.纤维种类不同，曲线的高低不同，吸湿能力强的在上方，如羊毛、粘胶；吸湿能力差的在下方，如腈纶、涤纶等。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。当前第15页\共有36页\编于星期三\9点三、吸湿滞后性（吸湿保守现象）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，这种现象称之为吸湿滞后性。2.产生原因：a.势能梯度及大分子链的排列结构。b.动力滞后等。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。吸湿滞后圈图当前第16页\共有36页\编于星期三\9点吸湿滞后值（即差值）与纤维的吸湿能力和相对湿度有关。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。当前第17页\共有36页\编于星期三\9点3.吸湿保守现象的应用a.调湿和预调湿：调湿：纺织材料具有一定的吸湿性，故实验前，需要将试样统一在标准状态下放置一定时间，使达到平衡回潮率。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。b.车间温湿度调节如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%<规定值；纤维处于吸湿时,车间空气的RH%>规定值。当前第18页\共有36页\编于星期三\9点四、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。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。羊毛和棉的吸湿等湿线当前第19页\共有36页\编于星期三\9点第三节

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。当前第20页\共有36页\编于星期三\9点(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。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）。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。当前第21页\共有36页\编于星期三\9点蛋白质纤维：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。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。当前第22页\共有36页\编于星期三\9点2．纤维的结晶度纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。在同样的结晶度下，微晶体的大小对吸湿性也有影响。一般来说，晶体小的吸湿性较大。如：棉经丝光后，由于结晶度降低使吸湿量增加；棉和粘胶同属纤维素纤维，每一个葡萄糖剩基上都含有3个-OH，但棉纤维的结晶度为70％左右，而粘胶纤维仅30％左右，W粘胶>W棉。纤维无定形区内缝隙孔洞越多越大，纤维吸湿能力越强。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。当前第23页\共有36页\编于星期三\9点3．纤维的比表面积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。细纤维的比表面积大，比粗纤维的回潮率偏大些。4．纤维内的伴生物和杂质a.棉：果胶质、棉蜡、棉籽表皮、棉籽壳b.羊毛：羊脂、羊汗、草刺c.麻：果胶、木质素、半纤维素d.化学纤维表面的油剂当前第24页\共有36页\编于星期三\9点（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4.纤维原来回潮率大小的影响由吸湿滞后性可知，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。当前第25页\共有36页\编于星期三\9点第四节吸湿对纤维性质的影响一、对重量的影响Gk=G0×（100+Wk）/100Gk=Ga×（100+Wk）/（100+Wa）二、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。纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率如下式：Sd=⊿D/D；Sl=⊿L/L；Sa=⊿A/A；Sv=⊿V/V。式中：D、L、A、V—纤维原来的直径、长度、截面积和体积；⊿D、⊿L、⊿A、⊿V—纤维膨胀后，其直径、长度、截面积和体积的增加值。纤维吸湿膨胀具有明显的各向异性，即Sd>Sl。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。当前第26页\共有36页\编于星期三\9点各种纤维在水中的膨胀性能表当前第27页\共有36页\编于星期三\9点三、对密度的影响W增加，纤维密度增加；大多数纤维在W=4%～6%时密度最大。W再增加，纤维密度逐渐变小，因为纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维。几种纤维密度随回潮率变化图当前第28页\共有36页\编于星期三\9点四、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；b.吸湿能力差的纤维，W增加，强力变化不太显著，合成纤维由于吸湿较弱，所以吸湿后强力的降低不显著。c.棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加；对纤维伸长率的影响：W增加，伸长率有所增加；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。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。当前第29页\共有36页\编于星期三\9点常见纤维在润湿状态下强伸度变化表

当前第30页\共有36页\编于星期三\9点

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。如回潮率太低，则纤维或纱线的刚性变大，加工中易于断裂，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。纤维的刚性和弹性还影响到纤维的相互抱合，使纱线的结构和质量受到影响；吸湿性对纤维变形的影响，反映在加工成品如纱线和织物的长度或尺寸上的不稳定。当前第31页\共有36页\编于星期三\9点五、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因所吸引而与之结合，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）

各种干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为837.