纺织材料的吸湿性.docx
《纺织材料的吸湿性.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纺织材料的吸湿性.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
纺织材料的吸湿性
第6章纺织材料的吸湿性
教学内容：
（1）吸湿指标及计算
（2）吸湿机理
（3）吸湿影响因素
（4）吸湿滞后性
（5）吸湿性测量方法
（6）吸湿性能对纺织材料物理机械性能的影响
吸湿性：
通常把纤维材料从气态环境中吸着水分的能力。
水分子和微小水滴（<1μm）统称为水汽
水汽的吸附本质上是一个动态过程，即同时存在吸湿和放湿过程
这一过程一般简称为“吸湿”
第1节吸湿指标和吸湿机理
本节为重点节
主要包括：
吸湿指标及计算、吸湿曲线、吸湿机理、吸湿影响因素、吸湿滞后性
1.吸湿指标
1.1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：
——纺织材料湿重
——纺织材料干重
1.2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。
国际标准中的标准大气条件：
温度（T）为20℃（热带为27℃），相对湿度（RH）为65%，大气压力为86~106kPa，视各国地理环境而定。
我国的标准大气条件：
大气压力为1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱）
温、湿度的波动范围：
级别温度相对湿度
1 20±1℃，27±2℃ 65±2%；
2 20±2℃，27±3℃ 65±3%；
3 20±3℃，27±5℃ 65±5%；
调湿处理：
纺织材料在实验测试前需进行。
通常在标准大气条件下调湿24h以上即可，合成纤维调湿4h以上即可。
1.3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。
混纺纱的公定回潮率
其中：
Wi（%）—第i种纤维的公定回潮率；
Pi（%）—第i种纤维的干重混纺比。
标准重量Gk：
纺织材料在公定回潮率时的重量。
常用纤维标准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（棉纱）
7~8
8.5
苎麻（脱胶）
7~8
16.28
亚麻
8~11
12
黄麻
12~16（生麻）
9~13（熟麻）
14.94（熟麻）
19.05（生麻）
细羊毛
15~17
--
洗净毛
--
16（同质）
15（异质）
山羊绒
--
15
毛条
--
18.25（干梳）
19（油梳）
桑蚕丝
8~9
11
粘胶纤维
13~15
13
醋酯纤维
4~7
7
涤纶
0.4~0.5
0.4
锦纶6/66/11
3.5~0.5（锦纶6），
4.2~4.5（锦纶66）
4.5
腈纶
1.2~2.0
2.0
维纶
4.5~5.0
5
丙纶
0
1
氯纶
--
0.5
回潮率相关计算
（1）求混纺纱公定回潮率
（2）已知湿重、干重，求回潮率、材料公定重量
（3）已知湿重、干重，求回潮率、纱线的细度
（4）已知混纺比，求棉型织物的公定重量混纺比、某一实际回潮率下的混纺比
设甲种纤维的回潮率为W1，湿重混纺比百分数为g1，干重混纺百分数为g0，乙种纤维的回潮率为W2，湿重混纺比百分数为100-g1，干重混纺百分数为100-g0，则
1.4平衡回潮率
纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化。
吸湿平衡：
纤维材料在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等。
吸湿平衡是动态平衡
平衡回潮率：
纤维材料在一定大气条件下达到吸湿平衡后的回潮率。
特点：
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（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。
故可分为从吸湿达到的平衡回潮率和从放湿达到的平衡回潮率。
达到平衡吸湿的时间
单纤维：
几秒到几十秒
松散纤维团：
几分钟至几十分钟
纱线和织物：
几十分钟到几小时（堆积密度）
棉包和毛包：
一年至几十年（堆积密度和体积）
2.吸湿等温、等压、等湿线
2.1吸湿（放湿）等温线
——在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿（放湿）达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线
吸湿等温线曲线分析
（1）总体描述：
曲线都呈反S形，吸湿机理基本一致。
具有多种吸湿机理
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
纤维结构不同，吸湿机理不同
（2）机理分析
RH=0%～15%时，曲线的斜率较大；
原因：
开始阶段纤维中游离的亲水基因比较多，容易吸湿。
RH=15%～70%时，曲线的斜率比较小；
原因：
主要靠间接吸收，水分子进入纤维内部的微小间隙中，形成毛细水；同时纤维还有一个膨化过程，所以吸收的水分比开始阶段减少。
RH>70%时，曲线斜率又明显地增大。
原因：
水汽分压大，水分进入纤维内部较大的间隙，纤维产生膨化，毛细水大量增加，表面吸附的能力，也大大增强，这就进一步增加了回潮率的上升速度。
2.2吸湿等湿线
——在一定的大气压力下，相对湿度一定时，纤维材料平衡回潮率随温度而变化的曲线。
吸湿等湿线规律
（1）一般规律是，温度愈高，平衡回潮率愈低，其原因是水分子的热运动加剧，不易附着，而易脱离运动。
（2）在高温高湿的条件下，由于纤维的热、湿膨胀，使水分子的凝结可能和空间增大，回潮率增大
3.纤维的吸湿机理
Peirce理论认为，纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分
一般认为纤维吸湿时，水分子先吸附至纤维表面，然后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，随后水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。
3.1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。
直接吸收水：
由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。
特点：
水分子结合力较强，主要是氢键力，同时放出的热量也较多。
间接吸收水：
其他被吸着的水分子。
包括：
（1）由于水分子的极性再吸着的水分子。
（2）纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子。
特点：
水分子的结合力较弱，主要是范德华力，同时放出的热量也较少。
3.2毛细水
——纤维由于毛细管的作用而吸收的水分。
微毛细水：
存在于纤维内部微小间隙之中的水分子；
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）。
3.3粘着水（表面吸附）
——纤维因表面能而吸附的水分子。
3.4吸附水分的区别
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；
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.吸湿滞后性
4.1吸湿滞后现象
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。
吸湿滞后圈
由于同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合而形成的。
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。
如羊毛 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。
4.2吸湿滞后性的应用
（1）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°C下去湿0.5～lh），使纤维的回潮率远低于测试所要求的回潮率。
然后再调湿。
（2）车间温湿度调节
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。
4.3吸湿滞后性的产生原因
（1）能量获得概率的差异
（2）水分子进出的差异
（3）纤维结构的差异
（4）水分子分布的差异
（5）热能作用的差异
5.影响吸湿性的因素
5.1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最本质因素。
数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。
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）。
此类基团是判断纤维能否吸湿及其强弱的依据
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：
含有亲水基团不多，故吸湿性都较差。
维纶——大分子中含有羟基（一OH），经缩醛化后一分羟基被封闭，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。
吸水端基的影响
大分子聚合度低的纤维，如果大分子端基是亲水性基团，其吸湿能力也较强。
5.2纤维的晶态结构
纤维的吸湿作用主要是发生在无定形区和内部空隙，还有晶体表面。
原因：
纤维吸收的水分一般不能进入结晶区，在结晶区内，分子有规则地紧密排列，活性基在分子间形成了交键，如氢键、盐式键、双硫键等，所以水分子就不易渗入，若要产生吸湿作用就须打开这些交键，使活性基游离，显然这是困难的。
故：
（1）纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。
（2）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。
（3）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。
5.3纤维比表面积和纤维间空隙
比表面积：
纤维单位面积所具有的表面积
纤维表面分子由于引力的不平衡，使它表层分子具有的多余能量，称为表面能
（1）纤维越细，比表面积越高，表面能越高，吸湿性越好
（2）空隙增加，比表面积增大
如超细涤纶、表面改性涤纶、多微孔涤纶
5.4纤维中的伴生物和杂质
（1）棉纤维中有含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等，其中含氮物质、果胶较其主要成分更能吸着水分，而蜡质、脂肪不易吸着水分。
因此棉纤维脱脂程度越高，其吸湿能力越好；
（2）羊毛表面的油脂是拒水性物质，它的存在使吸湿能力减弱；
（3）麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿；
（4）化学纤维表面的油剂，其性质会引起吸湿能力的变化，当油剂表面活性剂的亲水基团向着空气定向排列时，纤维吸湿量变大。
5.5大气条件
（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
升级会员 