纺织材料的吸湿性

1第九章纺织材料的吸湿性2第一节吸湿平衡与吸湿指标纤维材料在大气中吸收或放出气态水的能力称为吸湿性。一、吸湿平衡大气条件变化，纤维含湿量变化，一定时间后趋于稳定，这时进入纤维中的水分子数量等于从纤维内逸出的水分子数，这种现象称为吸湿平衡，其是一种动态平衡。吸湿：进入纤维中的水分大于放出的水分。放湿：进入纤维中的水分小于放出的水分。3二、吸湿指标1.回潮率与含水率（1）回潮率:（2）含水率:G—纺织材料湿重；G0—纺织材料干重。%100%100000GGGMGGGW2.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时的回潮率，称平衡回潮率。即：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。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。63.标准回潮率纺织材料在标准大气条件下放置一段时间后所达到的平衡回潮率。材料测试必须在此回潮率下进行。标准大气条件:温度－－20℃±1℃；相对湿度－－65%±2%通常在标准大气条件下调湿24h以上，合成纤维调湿4h以上。标准温湿度及允许误差级别标准温度(℃)标准相对湿度(%)A类B类120±127±265±2220±227±365±3320±327±565±58混合材料或混纺纱的公定回潮率：iiPWW＝混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）。95.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。)1(11110kakakWGWWGG实际回潮率公定回潮率标准重量＝称见重量10通常所说的，如65/35的涤棉混纺纱，是干重混纺比，即各种纤维的干重占两种纤维总干重的比例。而两种纤维的实际回潮率不同，混纺纱吸湿后各纤维的湿重不同，故各湿重占混纺纱总湿重的比例不同。混纺纱干重混纺比折算成湿重混纺比：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)100/1)(100()100/1(100201011WgWggg11例：涤纶（T）实际回潮率0.3％，粘胶（R）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。)100/1)(100()100/1(100201011WgWggg。）为粘的湿重混比（投料比涤解：5.37/5.62/5.375.621005.62)12.01)(65100()003.01(651002111gggg12一、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。吸湿是复杂的物理、化学作用。由于纤维种类繁多，已有的吸湿理论有其适应范围。第二节吸湿机理与影响吸湿的内部因素13Peirce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14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。Peirce理论是用于棉纤维吸湿的两相理论。C为总的吸收水分子数；Ca为直接吸收水分子数；Cb为间接吸收水分子数Speakman研究了羊毛纤维的吸湿，提出了羊毛吸湿的三相理论。161.亲水基团的作用亲水基团的作用是影响吸湿性的最本质因素。亲水基团的数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。亲水基团：-COOH-,-NH2,-OH,-CONH（酰胺基）羊毛：-CONH；-COOH,-NH2,-OH蚕丝：-CONH；少-COOH,－NH2,-OH棉:每个葡萄糖剩基含三个OH；粘胶：-OH；维纶：-OH；锦纶：-CONH；涤纶、丙纶：缺少亲水基团，其吸湿性差二、影响吸湿的内部因素172.结晶度和聚合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（2）聚合度增大，游离基团减小，吸湿性减小棉:结晶度70%左右，聚合度10000,公定回潮率8.5%粘胶:结晶度30%左右，聚合度500左右,公定回潮率13%棉纤维的吸湿性比粘胶纤维差得多。183.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。成熟度差的棉吸湿较高。（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。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。204.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；如棉纤维脱脂程度越高，其吸湿性越好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；21一、纤维的吸湿等温线（温度恒定，大气相对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22232.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，极性基团直接吸附水。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。对于化学纤维，由于它的大分子亲水基团少，结构紧密，使化学吸着水（直接吸附）和毛细吸数水量都少，使反S形不明显。（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。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。25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。温度不同，吸湿等温线的形状位置就会发生变化，这一点希望大家能够注意，要比较材料的平衡回潮率，必须在相同的条件下去做。26二、吸湿滞后现象（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”。纤维吸、放湿与时间的关系272.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（％）28a-b，c-d都处于吸湿等温线和放湿等温线之间。纤维的实际平衡回潮率处于两条线之间的某一值，通常提到纤维的平衡回潮率是指它的吸湿平衡回潮率。纤维的吸湿滞后现象293.吸湿滞后产生的原因一般认为，吸湿时大分子间的连接点被迫拆开，而与水分子形成氢健结合；放湿时，由于大分子上较多的极性基团对水分子的吸引，阻止水分子的离去，造成放湿时的平衡回潮率大。同一种纤维尽管在相同的温湿度条件下，但处于吸湿中的纤维与处于放湿中的纤维内部结构并不相同。304.吸湿滞后对实际工作的指导意义（1）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，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下烘燥（一般为40～50℃去湿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。31（2）车间温湿度调节纤维处于放湿时：纤维处于吸湿时：车间的相对湿度规定值车间的相对湿度规定值32三、温度对吸湿的影响（大气相对湿度恒定）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吸湿等湿线。羊毛和棉的吸湿等湿线332.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，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34影响纤维回潮率的外因1.温度温度升高，平衡回潮率下降。2.相对湿度在一定温度条件下，相对湿度越高，空气中水蒸气的压力越大，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。363.纤维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。37第四节吸湿性对纺织材料的影响一、对质量的影响纤维材料的重量随吸着水分量的增加而成比例地增加。纺织材料的重量，实际上都是一定回潮率下的重量。二、对长度和横截面积的影响吸湿后纤维体积膨胀，且横向膨胀远远大于纵向膨胀。原因：大分子沿轴向排列，吸湿后分子间距离增大；而大分子的构象虽有改变，使纤维长度有一定程度的增加，但其膨胀率远小于横向膨胀率。38织物吸湿前后织物结构的变化纤维吸湿膨胀的各向异性，会导致织物变厚、变硬并产生收缩。39三、对密度和体积的影响开始密度随着回潮率的增大而增大，以后随着回潮率的增大而减小。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。纤维密度随回潮率的变化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四、对物理性质的影响1.对机械性质的影响2.对热学性质的影响3.对电学性质的影响4.对光学性质的影响43第五节吸湿性的测试方法一、直接测试方法直接获取纤维中水分重量的测量方法称为直接测量法。根据驱除材料中水分方法的不同，分为烘箱干燥法红外线干燥法高频加热干燥法真空干燥法吸湿剂干燥法烘箱法测试优点：测得的结果比较稳定；缺点：耗电量大，时间长，并易损坏试样；纤维内的一些油脂或其他物质的挥发，影响测定结果的真实性。干重不是绝对的干重。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）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分。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，常引起纤维曝胀；微波对人体有害，必须很好加以屏蔽。真空干燥法将试样放在密闭的容器内，抽成真空进行挥发干燥。往往配以加热，提高烘燥效率，加热的温度可以自动控制。该法温度较低或室温，干燥较快，且均匀，工作简便，试样用量很少；可用于不耐高温、回潮率较低的合成纤维。测