纺织材料4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。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。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。100(%)00GGGWa回潮率100(%)0aaGGGM含水率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±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±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，从吸湿达到平衡时测得的平衡回潮率。通常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。（4）标准重量——纺织材料在公定回潮率时的重量。%)1(%)1(%)1(akakokWWGWGG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:-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）。（4）纤维中的伴生物和杂质如：棉纤维中果胶吸湿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。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。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。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。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、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。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。吸湿滞后圈图3.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。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。返回羊毛和棉的吸湿等湿线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。(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。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。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，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。第四节吸湿对纤维性质的影响一、对重量的影响Gk=Go*（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。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，强力变化不太显著合成纤维由于较弱，所以吸湿后强力的降低。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。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。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