《紡織材料學(xué)》第3版

1、紡織材料學(xué)第3版姚穆 主編v 第二章 紡織纖維的形態(tài)及基本性質(zhì)v 第五節(jié) 纖維的吸濕性 一、纖維的吸濕指標(biāo) 1回潮率與含水率      回潮率W：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料干重的百分比。     含水率M：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料濕重的百分比。式中： 紡織材料濕重； 紡織材料干重。 2標(biāo)準(zhǔn)回潮率    紡織材料在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，從吸濕達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得的平衡回潮率。國際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為： 溫度（T）為20（熱帶為27）， 相對(duì)濕度（RH）為65%， 大氣壓力為86106kPa

2、，視各國地理環(huán)境而定。我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件為：大氣壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101.3kPa（760mmHg柱），并規(guī)定了溫、濕度的波動(dòng)范圍：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T  20±2，RH   65±2%；二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T  20±2，RH   65±3%；三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：T  20±2，RH   65±5%；  紡織材料在實(shí)驗(yàn)測(cè)試前需進(jìn)行調(diào)濕處理，通常在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕24h以上即可，合成纖維調(diào)濕4h以上即可。 3.公定回潮率(Wk) &

3、#160;     貿(mào)易上為了計(jì)重和核價(jià)的需要，由國家統(tǒng)一規(guī)定的各種紡織材料的回潮率。      混紡紗的公定回潮率          其中：Wi（%）混紡材料中第i種纖維的公定回潮率；            Pi（%）混紡材料中第i種纖維的干重混紡比。4.標(biāo)準(zhǔn)重量 Gk    

4、   是紡織材料在公定回潮率時(shí)的重量。v 常用纖維的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的回潮率和公定回潮率 纖維種類 標(biāo)準(zhǔn)回潮率（%） 公定回潮率（%） 原棉 78 111 苧麻（脫膠） 78 12 亞麻 811 12 黃麻 1216（生麻），913（熟麻） 14 細(xì)羊毛 1517 - 洗凈毛 - 15 山羊毛 - 15 干毛條 - 18.25 油毛條 - 19 桑蠶絲 89 11.0 粘膠纖維 1315 13 醋酯纖維 47 7 滌綸 0.40.5 0.4 錦綸6 3.50.5 4.5 錦綸66 424.5 4.5 腈綸 1.22.0 2.0 維綸 4.55.0 5 丙綸 0 0 氯綸 - 0

5、氨綸 - 1 v 常用紗線的公定回潮率 二.纖維的吸濕機(jī)理1.吸著水分的種類   根據(jù)水分子在纖維中存在的方式不同，可分為三種： （1）吸收水    由于纖維中極性基團(tuán)的極化作用而吸著的水。 吸收水是纖維吸濕的主要原因。  v 直接吸收水：由于纖維中親水基團(tuán)的作用而吸著的水分子。它們之間的結(jié)合力較強(qiáng)，主要是氫鍵力，同時(shí)放出的熱量也較多。 v 間接吸收水：其他被吸著的水分子。a.由于水分子的極性再吸著的水分子 b.纖維中其他物質(zhì)的親水基團(tuán)所吸引的水分子。它們之間的結(jié)合力較弱，主要是范德華力，同時(shí)放出的熱量也較少。2）毛細(xì)水   

6、;  纖維有許多細(xì)孔，由于毛細(xì)管的作用而吸收的水分。     微毛細(xì)水：存在于纖維內(nèi)部微小間隙之中的水分子；    大毛細(xì)水：存在于纖維內(nèi)部較大間隙之中的水分子（當(dāng)濕度較高時(shí)）。 3）粘著水（表面吸附）     纖維因表面能而吸附的水分子。      區(qū)別：吸收水屬于化學(xué)吸著，是一種化學(xué)鍵力，因此必然有放熱反應(yīng)； 毛細(xì)水和粘著水屬于物理吸著，是范德華力，沒有明顯的熱反應(yīng)， 吸附也比較快。2吸濕過程 一般認(rèn)為纖維吸濕時(shí)，水分子先吸附至纖維表面，然后

7、水蒸氣向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，與纖維內(nèi)大分子上的親水性基團(tuán)結(jié)合，隨后水分子進(jìn)入纖維的縫隙孔洞，形成毛細(xì)水。 v 大氣條件與纖維吸濕 一、吸濕平衡與平衡回潮率     纖維材料的含濕量隨所處的大氣條件而變化。      吸濕平衡：纖維在單位時(shí)間內(nèi)吸收的水分和放出水分在數(shù)量上接近相等，這種現(xiàn)象稱之吸濕平衡。 吸濕平衡是動(dòng)態(tài)平衡    平衡回潮率：將具有一定回潮率的纖維，放到一個(gè)新的大氣條件下，它將立刻放濕或吸濕，經(jīng)過一定時(shí)間后，它的回潮率逐漸趨向于一個(gè)穩(wěn)定的值，稱為平衡回潮率。 特點(diǎn)： 1.都是對(duì)

8、數(shù)曲線 ；      2. 起始段快，以后減慢直至平衡 ；      3.吸濕平衡所需要的時(shí)間<放濕平衡所需時(shí)間；      4.吸濕平衡W不等于放濕平衡W。二、吸濕等溫線  1.定義：(T一定，W-RH%的關(guān)系)   吸濕（放濕）等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因吸濕（放濕）達(dá)到的平衡回潮率與大氣相對(duì)濕度的關(guān)系曲線；特點(diǎn)：1.曲線都呈反S形，吸濕機(jī)理基本一致。 2.RH= 0%15% 時(shí)，曲線的

9、斜率比較大；原因：開始階段纖維中游離的親水基團(tuán)比較多，容易吸濕。     RH= 15%70% 時(shí)，曲線的斜率比較??； 原因：因主要靠間接吸收，且水分子進(jìn)入纖維內(nèi)部的微小間隙中，形成毛細(xì)水，同時(shí)纖維還有一個(gè)膨化過程，所以吸收的水分比開始階段減少；      RH>70% 時(shí)，曲線斜率又明顯地增大。 原因：因水分進(jìn)入纖維內(nèi)部較大的間隙，纖維產(chǎn)生膨化，毛細(xì)水大量增加，表面吸附的能力，也大大增強(qiáng)，這就進(jìn)一步增加了回潮率的上升速度。3. 纖維種類不同，曲線的高低不同吸濕能力強(qiáng)的在上方，如羊毛、粘膠；吸濕能力差的在下方

10、，如腈綸、滌綸等。三、吸濕滯后性（或吸濕保守現(xiàn)象） 1.定義：同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下，從放濕達(dá)到平衡和從吸濕達(dá)到平衡，兩種平衡回潮率不相等，前者大于后者，這種現(xiàn)象稱之。 2.產(chǎn)生原因： 一 般認(rèn)為吸濕時(shí)由于水分子進(jìn)人纖維的無定形區(qū)，使大分子間距離增加，少數(shù)連接點(diǎn)被迫拆開，而與水分子形成氫鍵結(jié)合。放濕時(shí)，水分子離開纖維，連接點(diǎn)有重新結(jié) 合的趨勢(shì)，但由于大分子上已有較多的極性基團(tuán)與水分子相吸引，阻止水分子離去，而且大分子間的距離不能及時(shí)完全回復(fù)到原來情況，因而保留了一部分水分子。 因此同一纖維在同樣的溫濕度的條件下，從放溫達(dá)到平衡比從吸濕達(dá)到平衡具有較高的回潮率。  

11、0;        同一種纖維的吸濕等溫線與放濕等溫線并不重合，而形成吸濕滯后圈。       吸濕滯后值（即差值）與纖維的吸濕能力和相對(duì)濕度有關(guān)。在同一相對(duì)濕度條件下，吸濕性大的纖維，差值比較大。如羊毛  2.0%，  粘纖  1.8%2.0%，蠶絲  1.2%，  棉  0.9%， 錦綸 0.25% ，滌綸等吸濕等溫線和放溫等溫線則基本重合。 3.應(yīng)用 （1）調(diào)濕和預(yù)調(diào)濕：   調(diào)濕：紡織材料具有一定的吸濕性，故

12、實(shí)驗(yàn)前，需要將試樣統(tǒng)一在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下放置一定時(shí)間，使達(dá)到平衡回潮率。     預(yù)調(diào)濕：為避免纖維因吸濕滯后性所造成的誤差，需預(yù)先將材料在較低的溫度下烘燥（一般為4050°C下去濕0.5l h），使纖維的回潮率遠(yuǎn)低于測(cè)試所要求的回潮率。然后再在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，使達(dá)到平衡回潮率。（2）車間溫濕度調(diào)節(jié) 如：纖維處于放濕時(shí)，車間空氣的RH%<規(guī)定值；纖維處于吸濕時(shí), 車間空氣的RH%>規(guī)定值。四、吸濕等濕線1.定義：纖維在一定的大氣壓力下，相對(duì)濕度一定時(shí)，平衡回潮率隨溫度而變化的曲線。（RH%一定，W-T的關(guān)系曲線）規(guī)律：溫度愈高，平衡回潮率愈低

13、。但在高溫高濕的條件下，由于纖維的熱膨脹等原因，平衡回潮率略有增加。3.原因：     T增加時(shí)，纖維中的水分子的熱運(yùn)動(dòng)能和纖維分子的熱振動(dòng)能增大，使纖維內(nèi)水蒸汽的蒸發(fā)壓升高，它比空氣中已成為氣體的蒸汽部分壓力的上升快得多，因此使水分子保留在纖維分子上的能力減少。    此外，存在于纖維內(nèi)部空隙中的液態(tài)水蒸發(fā)蒸汽壓力也隨著溫度的上升而升高。v 影響纖維吸濕的因素 v 一 內(nèi)在因素1親水基團(tuán)的作用 2纖維的結(jié)晶度及內(nèi)部空隙3纖維的比表面積 4纖維內(nèi)的伴生物和雜質(zhì) v 二 外界因素 纖維大分子中，親水基團(tuán)的多少和極性強(qiáng)弱均能影響

14、其吸濕能力的大小。數(shù)量越多，極性越強(qiáng)，纖維的吸濕能力越高。     如：羥基（-OH）、 酰胺基（-NHCO-)、羧基（-COOH）、氨基(-NH2)等。 與水分子的親和力很大，能與水分子形成化學(xué)結(jié)合水（吸收水）。纖維素纖維： 如棉、粘纖、銅氨等纖維，大分子中的每一葡萄糖?；?個(gè)-OH，在水分子和-OH之間可形成氫鍵，所以吸濕性較大。醋酯纖維中大部分羥基都被乙酸基（-COCH3）取代，而乙酸基對(duì)水的吸引力又不強(qiáng)，因此醋酯纖維的吸濕性較低。 蛋白質(zhì)纖維：    主鏈上含有親水性的酰胺基、氨基（一NH2）、羧基（一COOH）

15、等親水性基團(tuán)，因此吸濕性很好，尤其是羊毛，側(cè)鏈中親水基團(tuán)較蠶絲更多，故其吸濕性優(yōu)于蠶絲。合成纖維： 含有親水基團(tuán)不多，故吸濕性都較差。   維綸大分子中含有羥基（一OH），經(jīng)縮醛化后一部分羥基被封閉，吸濕性減小，但在合纖中其吸濕能力最好。   錦綸6、錦綸66 大分子中，每6個(gè)碳原子上含有一個(gè)酰胺基（-CONH-），所以也具有一定的吸濕能力。   腈綸大分子中只有親水性弱的極性基團(tuán)氰基（-CN），故吸濕能力小。   滌綸、丙綸中因缺少親水性基團(tuán)，故吸濕能力極差，尤其是丙綸基本不吸濕。&

16、#160;     此外，大分子聚合度低的纖維，如果大分子端基是親水性基團(tuán)，其吸濕能力也較強(qiáng)。 纖維的結(jié)晶度和內(nèi)部空隙纖維吸收的水分一般不能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，在結(jié)晶區(qū)內(nèi)，分子有規(guī)則地緊密排列，活性基在分子間形成了交鍵，如氫鍵、鹽式鍵、雙硫鍵等，所以水分子就不易滲入，若要產(chǎn)生吸濕作用就須打開這些交鍵，使活性基游離，顯然這是困難的。因而纖維的吸濕作用主要是發(fā)生在無定形區(qū)。      纖維的結(jié)晶度越低，吸濕能力就越強(qiáng)。在同樣的結(jié)晶度下，微晶體的大小對(duì)吸濕性也有影響。一般來說，晶體小的吸濕性較大。 如：棉經(jīng)絲光后，由于結(jié)晶度降低

17、使吸濕量增加；       棉和粘膠同屬纖維素纖維，每一個(gè)葡萄糖剩基上都含有3個(gè)一OH，但棉纖維的結(jié)晶度為70左右，而粘膠纖維僅30左右，W粘膠>W棉。                             纖維無定形區(qū)內(nèi)縫隙孔洞越多越大，纖維吸濕能力越強(qiáng)。 如

18、：*粘膠纖維結(jié)構(gòu)比棉纖維疏松，縫隙孔洞多，是其吸濕能力遠(yuǎn)高于棉的原因之一；        *合成纖維結(jié)構(gòu)一般比較致密，而天然纖維組織中有微隙，這也是天然纖維的吸濕能力遠(yuǎn)大于合成纖維的原因之一。v 纖維的比表面積越大，表面能也就越大，表面吸附能力越強(qiáng)，吸附的水分子數(shù)也越多，吸濕性越好。v 細(xì)纖維的比表面積大，較細(xì)纖維的回潮率偏大些。v a.棉纖維中有含氮物質(zhì)、棉蠟、果膠、脂肪等，其中含氮物質(zhì)、果膠較其主要成分更能吸著水分，而蠟質(zhì)、脂肪不易吸著水分。 因此棉纖維脫脂程度越高，其吸濕能力越好；v  b.羊毛表面的油脂是拒

19、水性物質(zhì)，它的存在使吸濕能力減弱； v  c.麻纖維的果膠和蠶絲中的絲膠有利于吸濕； v  d.化學(xué)纖維表面的油劑，其性質(zhì)會(huì)引起吸濕能力的變化，當(dāng)油劑表面活性劑的親水基團(tuán)向著空氣定向排列時(shí)，纖維吸濕量變大。 外界因素1溫度的影響       在一般的情況下，隨著空氣和纖維材料溫度的提高，纖維的平衡回潮率將會(huì)下降。   2相對(duì)濕度的影響 在一定溫度條件下，相對(duì)濕度越高，空氣中水蒸氣的壓力越大，也即是單位體積空氣內(nèi)的水分子數(shù)目越多，水分子到達(dá)纖維表面的機(jī)會(huì)越多，纖維的吸濕也就較多。 在溫度和濕度這兩個(gè)因素：  

20、;    對(duì)親水性纖維來說，相對(duì)濕度對(duì)回潮率的影響是主要的；      對(duì)疏水性的合成纖維來說，溫度對(duì)回潮率的影響明顯。 3. 纖維原來回潮率大小的影響      由吸濕滯后性我們可知，當(dāng)纖維材料置于一新的大氣條件下時(shí)，其從放濕達(dá)到平衡時(shí)的回潮率要高于從吸濕達(dá)到的回潮率。故纖維原來回潮率大小也有一定的影響。v 吸濕對(duì)纖維性質(zhì)的影響 一、對(duì)重量的影響其中：G0干重；Ga稱見重量。二、對(duì)長度和橫截面積的影響      纖

21、維吸濕后體積膨脹，橫向膨脹大而縱向膨脹小，表現(xiàn)出明顯的各向異性,即 Sd>Sl。纖維的膨脹率：Sd=D/D；Sl=L/L； Sa=A/A；   Sv=V /V 式中：D、L、A、V纖維原來的直徑、長度、截面積和體積；             D、L、A、V 纖維膨脹后，其直徑、長度、 截面積和體積的增加值。v 同一纖維，可根據(jù)吸濕膨脹后各向異性的大小，來判斷大分子的取向度。v 各種纖維在水中的膨脹性能表 三、對(duì)密度的影響 

22、0;    W增加，纖維密度增加；大多數(shù)纖維在  W=4%6%時(shí)密度最大。    W再增加，纖維密度逐漸變小，因?yàn)槔w維體積顯著膨脹，而水的比重小于纖維。 四、對(duì)機(jī)械性質(zhì)的影響     纖維吸濕后，其力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)力、伸長、彈性、剛度等隨之變化。1.對(duì)強(qiáng)力的影響：（1）一般規(guī)律是W增加，其強(qiáng)力會(huì)下降；     這是因?yàn)樗肿舆M(jìn)入纖維內(nèi)部無定形區(qū)，減弱了大分子間的結(jié)合力，使分子間容易在外力作用下發(fā)生滑移之故。強(qiáng)力下降的程度，視纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)和吸

23、濕多少而定。    粘膠纖維由于大分子聚合度較低，結(jié)晶度也較低，纖維斷裂主要表現(xiàn)為大分子的滑脫，同時(shí)水分子進(jìn)入后對(duì)大分子結(jié)合力的減弱也很顯著，因此吸濕后強(qiáng)力下降非常顯著。（2）吸濕能力差的纖維，W增加，強(qiáng)力變化不太顯著合成纖維由于較弱，所以吸濕后強(qiáng)力的降低。（3）棉、麻纖維，吸濕后強(qiáng)力反而增加； 這是由于棉和麻纖維大分子聚合度很高，結(jié)晶度也很高，纖維斷裂主要表現(xiàn)為大分子本身的斷裂，而水分子進(jìn)入后對(duì)大分子間結(jié)合力的減弱不顯著，并主要表現(xiàn)為水分 子進(jìn)入后可將一些大分子鏈上的纏結(jié)被拆開，分子鏈的舒展和受力分子鏈的增加，平均地負(fù)擔(dān)纖維上所受的外力，因此使纖維強(qiáng)力增加。2.

24、對(duì)纖維伸長率的影響：     W增加，伸長率有所增加。    這是因?yàn)樗肿舆M(jìn)入纖維內(nèi)部后，減弱了大分子間的結(jié)合力，使它在受外力作用時(shí)容易伸直和產(chǎn)生相對(duì)滑移的緣故。3.對(duì)纖維的脆性、硬性有所減小，塑性變形增加，摩擦系數(shù)有所增加。v 常見纖維在潤濕狀態(tài)下強(qiáng)伸度變化表 五、對(duì)熱學(xué)性質(zhì)的影響  纖維吸濕放熱1.原因：由于空氣中的水分子被纖維大分子上的極性基團(tuán)所吸引而與之結(jié)合，分子的動(dòng)能降低而轉(zhuǎn)換為熱能被釋放出來的緣故。2.指標(biāo)：吸濕微分熱：纖維在給定回潮率時(shí)吸著1克水放出的熱量。單位為J/g（水） &

25、#160; 各種干燥纖維的吸濕微分熱大致接近，約為837.41256J。吸濕積分熱：在一定的溫度下，1g干燥纖維從某一回潮率吸濕到達(dá)完全潤濕，所放出的總熱量稱為，單位為J/g（干纖維）。        吸濕能力強(qiáng)的纖維，其吸濕積分熱也大。3.應(yīng)用（1）吸濕放熱與保暖性（2）吸濕放熱與紡織材料儲(chǔ)存（3）吸濕放熱與熱工計(jì)算v 各種纖維的吸濕積分熱 六、對(duì)電學(xué)性質(zhì)的影響    高聚物的特殊分子結(jié)構(gòu)，賦予纖維具有高的電絕緣性能。    纖維吸濕絕緣性能下

26、降，介電系數(shù)上升，介電損耗因素增大。    使纖維的比電阻下降，減緩靜電現(xiàn)象。       應(yīng)用：電阻式和電容式電氣測(cè)濕儀。七、對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響 當(dāng)纖維的回潮率升高時(shí)，纖維的光折射率下降。是由于水分子進(jìn)人纖維后，引起分子結(jié)構(gòu)作某些改變?cè)斐傻?。v 吸濕性的測(cè)試方法 一、直接測(cè)定法      稱得濕重Ga，去除水分后得干重G0，根據(jù)定義求得W。   具體的測(cè)試方法有： 烘箱法(1)原理 烘箱是利用電熱絲加熱，當(dāng)箱內(nèi)溫度升至規(guī)定值時(shí)，把試樣放入烘箱內(nèi)，

27、使紡織材料內(nèi)的水分蒸發(fā)于熱空氣中，并利用換氣裝置將濕空氣排出箱外。由于紡織材料內(nèi)水分不斷蒸發(fā)和散失，質(zhì)量不斷減少，當(dāng)質(zhì)量烘至恒量時(shí)，即為紡織材料干重（烘燥過程中的全部質(zhì)量損失都作為水分），最后算出回潮率指標(biāo)。 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供給烘箱的大氣應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣，如為非標(biāo)準(zhǔn)大氣，則測(cè)得的烘干質(zhì)量應(yīng)修正到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的干重。 （2）影響烘干效果的因素： a.溫度和時(shí)間        溫度：棉105°C；絲110°C；其它纖維105110°C。 （有溫控裝置）   時(shí)間：烘燥90分鐘左右,第一次稱重，

28、10min后第二次稱重，兩次重量之差與后一次重量之比<0.05%，后一次重量為干燥重量。 b.稱重方法        稱重方法：箱內(nèi)熱稱、箱外熱稱和箱外冷稱三種。 c.大氣溫濕度條件        箱內(nèi)的相對(duì)濕度不可能達(dá)到0，當(dāng)烘箱置于非標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下測(cè)試時(shí)，其干重需根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度進(jìn)行修正。再用修正后的干重計(jì)算其回潮率。 優(yōu)點(diǎn)：檢驗(yàn)歷史長，測(cè)得的結(jié)果比較穩(wěn)定； 缺點(diǎn)：耗電量大，時(shí)間長，并易損壞試樣；      纖維內(nèi)

29、的一些油脂或其他物質(zhì)的揮發(fā)，影響測(cè)定結(jié)果的真實(shí)性；      干重不是絕對(duì)的干重。2.紅外線輻射法  利用紅外線燈泡發(fā)出來的紅外線照射試樣，能量高，穿透力強(qiáng)，使材料內(nèi)部在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，將水分去除。          一般情況下只要520min即可烘干。 優(yōu)點(diǎn)：烘干迅速、耗電量省、設(shè)備簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定  （溫度無法控制，能量分布也不均勻，局部過熱而使材料烘焦變質(zhì)）3高頻加熱干燥法     利用高頻電磁波在物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生熱量以去除水。  高頻介質(zhì)加熱法或電容加熱法（頻率范圍為1100MHZ）；      微波加熱法（頻率范圍是8003000MHZ）。 優(yōu)點(diǎn)：從材料內(nèi)部產(chǎn)生高熱，一次烘燥量也比較大，迅速而均勻；加熱設(shè)備直接作用于被烘燥的物體上，熱損失小； 缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)用高，投資多、耗電量大，運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用較高，           水汽