第6章 纺织材料的吸湿性

第六章纺织材料的吸湿性吸湿性：是指纺织材料从气态环境中吸着水分的能力。润湿性：是指纺织材料从水溶液中吸着水分的能力。吸湿状态影响到：纤维性能；纺织工艺；织物舒适性；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——纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时的回潮率。标准大气条件：（中国）气压：1个大气压；温度：20℃；相对湿度：65%允许误差：各国略有不同。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设立，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。4.平衡回潮率——纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡时的回潮率。有吸、放湿平衡回潮率之分，但常用吸湿平衡回潮率。平衡时间：单纤维或3mg以下的纤维束，6s基本平衡；50g块体需1h或更多时间达到平衡；100kg的棉包，达到平衡约要4-12个月。5.公定（标准）重量——纺织材料在公定（标准）回潮率时的重量。式中：Ga纺织材料湿重；G0纺织材料干重Wk公定回潮率；Wa实际回潮率)1()1()1(akakokWWGWGG干混比换算成投料比的计算。练习1.一批腈纶重1000g，取50g试样烘干后称得其干重为49.2g，求该批腈纶的回潮率和标准重量。（腈纶的公定回潮率为2.0%）2.一批原棉重98kg，测得回潮率为9.2%，求这批原棉的标准重量为多少？（原棉的公定回潮率为11.1%）3．计算干重比为55/45的棉/涤混纺纱的公定回潮率。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。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)1)(100()1(100201011WgWggg例：涤纶实际回潮率0.3％，粘胶实际回潮率12％，为使涤/粘干重混纺比为65/35，求涤粘的湿重混纺比。)1)(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(6510012111gggg练习：涤纶实际回潮率0.3％，粘胶实际回潮率12％，为使涤/粘湿重混纺比为65/35，求涤粘的干重混纺比。)1)(100()1(100201011WgWggg二、纤维的吸湿机理——水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。（一）水分子在纤维内部存在形式1.直接水：纺织材料内部的极性基团吸水。极性基团有：羊毛、蚕丝：---COOH，---NH2，---OH棉：每个环上含有三个---OH粘胶：--OH；维纶：--OH腈纶：--CN强极性；锦纶：--CONH---结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。2.间接水：直接水本身具有极性再吸水。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。3.毛细水存在于纤维内部的间隙中的水分子。结合力：氢键、范德华力、表面张力等，结合力小。4、吸湿过程水分子吸附至纤维表面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。第二节影响纤维吸湿的因素为什么粘胶纤维的吸湿能力大于棉为什么合成纤维的吸湿能力低于天然纤维？(一)纤维内在因素1．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。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。羊毛：-CONH；-COOH,-NH2,-OH蚕丝：-CONH；-COOH,－NH2,-OH棉：每个葡萄糖剩基含三个OH；粘胶：-OH；维纶：-OH；腈纶：-CN强极性；锦纶：-CONH涤纶：含-COO-（酯基）、-CH2-，其吸水性弱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醋酯纤维中大部分羟基都被乙酰基（―COCH3）取代蛋白质纤维：主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（―NH2）羧基（―COOH）等亲水性基团合成纤维：维纶：大分子中含有羟基（―OH），经缩醛化后一部分羟基被封闭，吸湿性减小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―）腈纶：大分子中虽有极性强的氰基（―CN），但绝大部分形成规整排列涤纶、丙纶：缺少亲水性基团2．纤维的结晶度和聚合度结晶度增大，吸湿性减小；聚合度增大，游离基团减小，吸湿性减小；取向度对材料的吸湿性几乎无影响。如，棉:结晶度70%左右，聚合度10000,回潮率8.5%粘胶:结晶度30%左右，聚合度500左右,回潮率13%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。3.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。（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。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。4．纤维内的伴生物和杂质a.棉：含氮物质，果胶，棉蜡，脂肪等。b.羊毛：油脂等。c.麻：胶质。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，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。总结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。回答为什么粘胶纤维、麻纤维的吸湿能力大于棉为什么合成纤维的吸湿能力低于天然纤维？1.纤维内部的亲水基团2.结晶度、聚合度3.纤维的比表面积4.纤维表面伴生物含量及性质第三节大气条件与纤维吸湿一、吸湿平衡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。纤维吸、放湿是一个动态平衡的过程。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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。三、吸湿等湿线定义：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。返回羊毛和棉的吸湿等湿线四、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，从放湿达到的平衡回潮率总是大于从吸湿达到的平衡回潮率的现象。2.产生原因：a.能量获得概率的差异；b.水分子进出的差异；c.纤维结构的差异；d.水分子分布的差异；e.热能作用的差异等。大气相对湿度（％）纤维的吸湿滞后现象2.吸湿滞后性曲线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。3.应用a.调湿和预调湿：调湿：将纺织材料在标准状态下平衡24小时，以减少由吸湿滞后性造成的测试误差。预调湿：将纺织材料在低温下烘干，使其回潮率大大低于要达到的回潮率。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。第四节吸湿对纺织材料性能的影响一、对重量的影响Gk=G0×（1+Wk）Gk=Ga×（1+Wk）/（1+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。不利之处：使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。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。织物缩水的原理三、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，所以吸湿后强力降低。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。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。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；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：空气中水分子的动能转换为热能。2.指标：a.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）。b.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。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、透射率和光泽会下降，光的吸收会增加，颜色变深，光降解和老化会加剧等。是由于水分子进人纤维后，引起纤维结构改变造成的。第五节纤维润湿性定义：纤维表面对液态水的粘