棉纖維的吸濕性能

1、(一)棉纖維的吸濕性能棉纖維是一種多孔性物質(zhì)，由于纖維素大分子上存在很多的游離親水性基團(tuán)（羥基），所以能從潮濕空氣中吸收水分和向干燥空氣放出水分，這種現(xiàn)象稱為棉纖維的吸濕性。棉纖維的吸濕性，對(duì)其他各項(xiàng)物理性能都有影響。如棉纖維吸濕后，重量增加，密度先增大后減小，強(qiáng)伸度增加，導(dǎo)電性能增強(qiáng)，纖維膨脹等。因此，在籽棉加工、農(nóng)商交接、纖維性能測(cè)試以及紡織生產(chǎn)等過(guò)程中，都要規(guī)定并控制棉纖維的吸濕量。棉纖維的吸濕是比較復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象。棉纖維含水的原因，主要有纖維本身結(jié)構(gòu)以及大氣溫度和相對(duì)濕度等。1影響棉纖維吸濕的內(nèi)部因素親水基因：棉纖維的主要成分是纖維素。纖維素大分子上每個(gè)葡萄糖剩基上有3個(gè)羥基，它們

2、屬于親水基因，對(duì)水分子有相當(dāng)?shù)挠H和力，所以棉纖維分子結(jié)構(gòu)中的自由羥基的數(shù)目越多，棉纖維的吸濕能力就越大。棉纖維內(nèi)的纖維素大分子上除羥基直接吸附水分以外，已被吸附的水分子，由于它本身也具有極性，幫也可吸附其他水分子，使后來(lái)吸附的水分子積聚在上面，稱為間接吸附的水分，這些水分子排列不定，結(jié)合力也比較弱，存在于纖維內(nèi)部的微小間隙成為微毛細(xì)水；當(dāng)溫度很高時(shí)，這種間接吸收的水分可以填充到纖維內(nèi)部較大的間隙中，成為大毛細(xì)水。隨著微毛細(xì)水和大毛細(xì)水的增加，棉纖維發(fā)生溶脹可以拆開分子間的一些聯(lián)結(jié)點(diǎn)，使得更多的自由羥基與水分子結(jié)合。分子排列：棉纖維中纖維素分子鏈相互間排列不勻，存在著結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。在結(jié)晶區(qū)，

3、纖維素分子鏈排列整齊，分子間距較大，僅在少數(shù)點(diǎn)聯(lián)結(jié)，結(jié)合力弱，是一種松弛的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大多數(shù)自由羥基都向水分子開放，水分子很容易進(jìn)入，所以棉纖維的吸濕主要發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)。因此棉纖維的結(jié)晶度越低，吸濕能力越強(qiáng)。對(duì)單根棉纖維來(lái)說(shuō)，初生層的非結(jié)晶區(qū)比次生層的多，不成熟的棉纖維非結(jié)晶區(qū)所占的比例比成熟棉纖維的大。因此，不成熟的低級(jí)棉常含有較高的水分。除了結(jié)晶度影響纖維的吸濕性外，在同樣的結(jié)晶度下，微晶體的大小對(duì)吸濕性也有影響。一般說(shuō)來(lái)，晶體小的吸濕性較大。另外，大分子的取向度一般對(duì)吸濕性的影響較小，但聚合度有時(shí)對(duì)纖維的吸濕能力有一定的影響。表面吸附：棉纖維暴露在大氣中，就會(huì)在纖維表面吸附一定量的水汽和其

4、他氣體，這一般稱為物理吸附。表面吸附能力的大小與纖維比表面積有一定的關(guān)系。單位體積的棉纖維所具有的表面積，叫棉纖維的比表面積。棉纖維愈細(xì)，棉纖維中縫隙孔洞愈多，比表面積愈大，吸濕性也要大一些。所以棉纖維的比表面積的大小，也是影響吸濕性的一個(gè)因素。例如，在同樣條件下，成熟差的棉纖維比成熟好的棉纖維比表面積大，其吸濕性也較大。纖維素伴生物：棉纖維除主要成分是纖維素外，還有少量的果膠、蛋白質(zhì)、多縮戊糖、脂肪和蠟質(zhì)、以及某些無(wú)機(jī)鹽類等伴生物。脂肪和蠟質(zhì)是疏水物質(zhì)，能保護(hù)棉纖維不易受潮。果膠、蛋白質(zhì)、多縮戊糖，以及無(wú)機(jī)鹽類中的氧化鐵、氧化鎂、氧化鈣等是親水物質(zhì)，能使棉纖維的吸濕性增強(qiáng)。因此，棉纖維中纖維

5、素伴生物的性質(zhì)和含量，也影響棉纖維的吸濕程度。另外，棉纖維在采集和初加工過(guò)程中還保留一定數(shù)量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)往往具有較高的吸濕能力。因此，棉纖維中含雜的多少，對(duì)棉纖維的吸濕性也有一定的影響。2影響棉纖維吸濕的外部因素與棉纖維含水有關(guān)的外部因素有大氣壓力、溫度和相對(duì)濕度。由于地球表面上大氣壓力的變化不大，這里主要討論空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)棉纖維吸濕能力的影響。相對(duì)濕度：棉纖維含水大小與空氣的相對(duì)濕度密切相關(guān)。在一定的大氣壓力和溫度下，相對(duì)濕度愈高，空氣中水蒸氣分壓愈大，即單位體積內(nèi)的空氣中水分子數(shù)目愈多，水分子進(jìn)入棉纖維中的機(jī)會(huì)愈多，其吸濕時(shí)就愈大。反之，當(dāng)空氣中水蒸氣分壓和相對(duì)濕度降低時(shí)，棉纖維

6、吸入的水分子又散發(fā)到空氣中，其含濕量降低。當(dāng)空氣溫、濕度不變，棉纖維含濕量達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)，這就是棉纖維在一定溫度和濕度下的最大飽和含水值。溫度：空氣溫度對(duì)棉纖維的吸濕能力較小。在一定的大氣壓力和相對(duì)濕度下，當(dāng)空氣和棉纖維的溫度升高時(shí)，棉纖維中的水分子的熱運(yùn)動(dòng)能和棉纖維分子的熱振動(dòng)能都隨溫度的升高而增大，使棉纖維內(nèi)水蒸氣的蒸發(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，因此水分子離開棉纖維表面的機(jī)會(huì)就會(huì)大于吸附于棉纖維表面的機(jī)會(huì)。此外，存在于棉纖維內(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。由于這些原因，在一般情況下，隨著空氣和棉纖維溫度的升高，棉纖維水分含量略有下降。但在

7、高溫高濕的條件下，由于棉纖維的熱膨脹等原因，棉纖維水分含量反而略有增大。3平衡回潮率與吸濕滯后性棉纖維置于一個(gè)新的大氣條件下，它將立刻吸濕或放濕，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，它的回潮率逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定的值，這種現(xiàn)象稱為吸濕平衡，所達(dá)到的回潮率稱為平衡回潮率。達(dá)到吸濕平衡時(shí)，棉纖維對(duì)空氣中的水汽交換并不牌靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)際上是同一時(shí)間內(nèi)棉纖維吸收的水分和放出的水分在數(shù)量上接近相等，水汽交換是處于動(dòng)態(tài)平衡中。如果大氣中水汽的部分壓力增大，使進(jìn)入棉纖維中的水分子多于放出的水分子，則表現(xiàn)為吸濕；反之，則表現(xiàn)為放濕。另外，棉纖維吸濕平衡所需要的時(shí)間比放濕平衡所需要的時(shí)間短。同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下，從放濕到平

8、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)象叫做纖維的吸濕滯后性，也叫做吸濕保守現(xiàn)象。由于纖維的各種物理性能都與纖維的回潮率有關(guān)，并考慮到吸濕平衡速率快而較穩(wěn)定，故在進(jìn)行棉纖維物理性能測(cè)試時(shí)，不僅需要統(tǒng)一在標(biāo)準(zhǔn)吸濕平衡狀態(tài)下進(jìn)行，還要預(yù)先進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，即將纖維材料在較低的溫度下烘燥（一般為40-50去濕0.5-1h），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)到吸濕平衡回潮率，以盡量減小纖維吸濕滯后性所造成的誤差。第二章 棉花檢驗(yàn)取樣第一節(jié) 取樣原理棉花檢驗(yàn)取樣就是從一批棉花中取出一部分具有代表性的棉樣供檢驗(yàn)使用。它是棉花檢驗(yàn)工作的第一道工序，是檢驗(yàn)工作的

9、基礎(chǔ)。一批棉花的數(shù)量是龐大的，要全部進(jìn)行檢驗(yàn)，不僅浪費(fèi)人力、物力，浪費(fèi)時(shí)間，而且有些檢驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)棉花具有破壞性，有損棉花的使用。因此，只能從待檢驗(yàn)的棉花中抽取一部分具有代表性的棉樣進(jìn)行檢驗(yàn)，以棉樣的檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)決定整批棉花的質(zhì)量。棉花檢驗(yàn)取樣一般是以一批棉花為單位進(jìn)行的。這一批棉花，在統(tǒng)計(jì)學(xué)稱為總體，也就是檢驗(yàn)對(duì)象的全體，組成這批棉花的每個(gè)棉包即為個(gè)體。對(duì)一個(gè)棉樣來(lái)講，這個(gè)棉樣為總體，棉樣中的每根纖維為個(gè)體。取樣的目的就是從總體中取出若干個(gè)個(gè)體組成樣本。樣本中所包含的個(gè)體數(shù)稱為樣本容量，通常用符號(hào)n表示，總體中的個(gè)體數(shù)用符號(hào)N表示，根據(jù)樣本容量的多少，可以劃分為大樣本和小樣本。樣本容量（n）與總體

10、個(gè)體數(shù)（N）之比n/N，稱為取樣比例。要使得所取出的樣本能代表總體性質(zhì)，取樣必須遵守隨機(jī)原則，即完全排除主觀意志的作用，保證總體中的每個(gè)個(gè)體（或群體），被抽取作為樣本的個(gè)體（或群體）的概率相同，這種取樣稱為隨機(jī)取樣。只有這樣，才能根據(jù)樣本的檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)總體作出某種判斷。棉花檢驗(yàn)取樣必須按隨機(jī)原則進(jìn)行，主要依據(jù)了概率論的大數(shù)定律和中心極限定理。 大數(shù)定律闡明，如果被檢驗(yàn)的總體是由大量的相互獨(dú)立的隨機(jī)變量所構(gòu)成，那么這些隨機(jī)變量的平均結(jié)果與個(gè)別隨機(jī)變量的特征無(wú)關(guān)。在一定條件下，當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)很大時(shí)，也就是樣本容量很大時(shí)，樣本的平均值趨近于總體的平均值。中心極限定理認(rèn)為，如果被檢驗(yàn)的總體是由大量相互獨(dú)立的

11、隨機(jī)變量所構(gòu)成，無(wú)論這些獨(dú)立的隨機(jī)變量是否服從正態(tài)分布，當(dāng)個(gè)體數(shù)無(wú)限增加時(shí)，隨機(jī)變量之和的分布趨于正態(tài)分布。在取樣過(guò)程中，遵守隨機(jī)原則所得到的樣本具有下述特性：隨機(jī)性：表現(xiàn)在總體中每個(gè)個(gè)體都有相同的概率被扦取作為樣本的個(gè)體。獨(dú)立性：樣本的觀察值是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。代表性：樣本中個(gè)體的分布特性與總體中個(gè)體的分布特性相同。綜上所述，采用隨機(jī)取樣獲得的樣本，其檢驗(yàn)結(jié)果的平均值可代表總體。但是，在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中，樣本平均值與總體真實(shí)值之間還存在著固定的不可避免的誤差，我們把這種誤差稱為取樣誤差，即隨機(jī)誤差。取樣誤差的大小主要受以下因素的制約和影響。樣本容量：在其他條件不變時(shí)，取樣誤差與樣本容量成反比

12、。樣本容量愈大，取樣誤差就愈?。环粗?，取樣誤差就愈大。總體中個(gè)體間的差異：取樣誤差與總體中個(gè)體間的差異大?。纯傮w指標(biāo)的變異程度）成正比。總體中個(gè)體間差異愈大，取樣誤差也愈大；反之，取樣誤差則愈小。取樣方法：采用不同的取樣方法取樣誤差也不同。從總體中取樣有重復(fù)取樣和不重復(fù)取樣，不重復(fù)取樣誤差小于重復(fù)取樣誤差，棉花檢驗(yàn)取樣屬于不重復(fù)取樣。在棉花檢驗(yàn)取樣中常用的取樣方式、方法有多種，取樣誤差各不相同，但目的只有一個(gè)，盡可能減小取樣誤差，以保證樣本的代表性。二、棉纖維試驗(yàn)取樣方法棉纖維試驗(yàn)取樣與業(yè)務(wù)檢驗(yàn)取樣有較大差別，當(dāng)需要了解一批棉花的內(nèi)在品質(zhì)，需要通過(guò)儀器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所進(jìn)行的取樣就稱為棉纖維試驗(yàn)

13、取樣。試驗(yàn)取樣是多階段的，通常先要扦取批樣，然后再扦取實(shí)驗(yàn)室樣品、試驗(yàn)樣品，最后才能獲得某一項(xiàng)目測(cè)試所需的試驗(yàn)試樣。棉纖維試驗(yàn)取樣按照GB 6097的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。（一）批樣的抽取批樣就是從一批棉花中隨機(jī)抽取一個(gè)相對(duì)大的樣品，作為這批棉花的代表，并用來(lái)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室樣品。批樣的數(shù)量和抽取方法可參照GB 1103的有關(guān)規(guī)定和棉花業(yè)務(wù)檢驗(yàn)取樣方法。（二）實(shí)驗(yàn)室樣品的抽取實(shí)驗(yàn)室樣品是從批樣中抽取的，作為批樣的代表送到實(shí)驗(yàn)室的樣品。每份實(shí)驗(yàn)室樣品的常規(guī)大小約為200-250g。在測(cè)定項(xiàng)目較少時(shí)，可適當(dāng)減少取樣數(shù)量。實(shí)驗(yàn)室樣品的抽取方法和份數(shù)根據(jù)指來(lái)確定。當(dāng)批量在250g-1包以下時(shí)，先將批樣平鋪成正方形，然后從正反兩面多部位隨機(jī)抽取至少100叢，每叢約2-2.5g，組成一份實(shí)驗(yàn)室樣品。當(dāng)批量較大時(shí)，通常采用對(duì)分式四分法從批樣中取得實(shí)驗(yàn)樣品；批量在100包及以下抽取一份，101-300包抽取兩份，301-500包抽取三份，500包以上抽取四份?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)及其他方面特殊需要的取樣，則根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?、要求以及?lái)樣的特性，確定取樣的比例和方法。（