4-第四章-纤维的吸湿性r1

1、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。 润湿性：是指纺织材料从水溶液中吸着水分的能力。 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 纤维的吸湿及吸湿机理,一、纤维的吸湿与吸湿指标 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。,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。,2. 标准状态下的回潮率,国标

2、准规定的为：大气压力：1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱）,表4-1 标准温湿度及允许误差,通常在标准大气条件下天然纤维调湿24h以上，合成纤维调湿4h以上。,常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率,3. 公定回潮率,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。,表4-2 几种常见纤维的公定回潮率,常用纱线的公定回潮率,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。,多种纤维混合时的公定回潮率：,Wi混合纤维各自的公定回潮率； bi混合比； n混合纤维种数。,公定重量 纺织材料在公定回潮

3、率时的重量。,4. 平衡回潮率,指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时的回潮率。,吸湿平衡回潮率：纤维吸湿达到相对平衡状态时的回潮率； 放湿平衡回潮率：纤维放湿达到相对平衡状态时的回潮率。,图4-1 纤维吸湿量-时间曲线,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。,2.常用纤维的吸湿等温线,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

4、的斜率比较大； RH= 15%70% 时，曲线的斜率比较小； RH70% 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。,三、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

5、纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。 如: -0H, -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。,(2)粘着水（表面吸附水） 纤维因表面能而吸附的水分子。 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。 (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

6、分子； 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）。,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。,3. 吸湿理论,图4-4 直接间接吸收水,（1） Peirce的二相理论,图4-5 相对湿度对吸收水分子数的影响,纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分，适用于棉纤维吸湿,图4-6 相对湿度对回潮率的影响,（2） Speakman的三相理论,适用于羊毛吸湿,第一相：与角盶分子侧链中的亲水基相结合的水； 第二相：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，由此对纤维的刚性有很大

7、影响； 第三相：填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水，发生在高 湿度时。,四、吸湿滞后性 1. 吸湿滞后现象,图4-7 纤维吸湿、放湿的回潮率-时间曲线,图4-8 吸湿滞后性图,吸湿滞后现象：从放湿得到的平衡回潮率总是高于从吸湿得到的平衡回潮率的现象。纤维材料所具有的这种性质被称为吸湿滞后性或吸湿保守性。,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。,常见纤维的吸湿滞后值： 蚕丝：1.2% 羊毛：2.0% 粘胶：1.8%-2.0% 棉：0.9 锦纶：0.25%,2. 吸湿

8、滞后产生的原因,能量获得概率的差异 水分子进出的差异 纤维结构的差异 水分子分布的差异 热能作用的差异 此外还有纤维表面能的变化、反复吸湿的作用、其它杂质的带入等。,五、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。,(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

9、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。,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

10、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。,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

11、萄糖剩基上都含有3个一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。,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 b. 羊毛 c. 麻 d. 化学纤维表面的油剂,（二）外界因素 1温度的影响 在一般的情况下

12、，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.空气流速的影响 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。,第二节 吸湿性的测量,一、直接测量法 1. 烘

13、箱干燥法 2. 红外线干燥法 3. 高频加热干燥法 4. 真空干燥法 5. 吸湿剂干燥法,二、间接测试法 1.电阻测湿法 2.电容式测湿法 3.微波吸收法 4.红外光谱法,第三节 吸湿对纤维性质的影响,一、 对重量的影响 Gk=Go*（100+Wk）/100， Gk=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

14、维膨胀后，其直径、 长度、截面积和体积的增加值。,各种纤维在水中的膨胀性能表,纤维吸湿膨胀具有明显的各向异性，即 SdSl。 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。,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,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

15、不太显著 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,*对纤维伸长率的影响： W增加，伸长率有所增加；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。,. 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。,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

16、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837.41256J。 吸湿积分热：在一定的温度下，1g干燥纤维从某一回 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）。 吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。,各种纤维的吸湿积分热,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。,1名词解释： 吸湿平衡 吸湿等温线 吸湿等湿线 平衡回潮率 吸湿滞后性 公定回潮率 2为什么粘胶