第二章 纖維的吸濕性

1、第二章 纖維的吸濕性研究吸濕性的意義研究吸濕性的意義o吸濕性影響纖維性能吸濕性影響纖維性能n親水性纖維親水性纖維天然纖維、再生纖維天然纖維、再生纖維n疏水性纖維疏水性纖維合成纖維合成纖維o吸濕性影響纖維的紡織加工性能吸濕性影響纖維的紡織加工性能n靜電現(xiàn)象靜電現(xiàn)象o吸濕性影響紡織品的使用舒適性吸濕性影響紡織品的使用舒適性n吸濕導(dǎo)汗吸濕導(dǎo)汗纖維吸濕性的研究?jī)?nèi)容纖維吸濕性的研究?jī)?nèi)容o纖維的吸濕平衡（老知識(shí)）纖維的吸濕平衡（老知識(shí)）o纖維的吸濕熱纖維的吸濕熱o纖維材料的吸濕速率纖維材料的吸濕速率o吸濕與纖維性能之間的關(guān)系吸濕與纖維性能之間的關(guān)系o纖維的吸濕機(jī)理與理論纖維的吸濕機(jī)理與理論一、纖維的吸濕平

2、衡一、纖維的吸濕平衡1.1.吸濕平衡：吸濕平衡：n單位時(shí)間內(nèi)從纖維制品中單位時(shí)間內(nèi)從纖維制品中放出或蒸發(fā)出來(lái)的水分等放出或蒸發(fā)出來(lái)的水分等于它吸收大氣中的水分于它吸收大氣中的水分n是一種是一種動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)的吸濕和放濕的吸濕和放濕的的平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)n吸濕與大氣條件有關(guān)，標(biāo)吸濕與大氣條件有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：溫度為準(zhǔn)大氣條件：溫度為2020，相對(duì)濕度為相對(duì)濕度為65%65%吸濕的平衡吸濕的平衡2.表征吸濕性能的指標(biāo)表征吸濕性能的指標(biāo)o回潮率回潮率（moisture regain）Wo含水率含水率（moisture percentage）Mo標(biāo)準(zhǔn)回潮率標(biāo)準(zhǔn)回潮率n標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（溫度為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（溫

3、度為2020，相對(duì)濕度為，相對(duì)濕度為65%65%）纖維）纖維的回潮率的回潮率n便于比較不同纖維材料的吸濕性便于比較不同纖維材料的吸濕性o公定回潮率公定回潮率n人為規(guī)定的回潮率人為規(guī)定的回潮率n為了貿(mào)易中計(jì)量和核價(jià)的需要而制定為了貿(mào)易中計(jì)量和核價(jià)的需要而制定n混合原料的公定回潮率混合原料的公定回潮率W-W-各原料公定回潮率；各原料公定回潮率；P-P-各原料的干燥質(zhì)量分?jǐn)?shù)；各原料的干燥質(zhì)量分?jǐn)?shù)；3.3.纖維吸濕性的測(cè)試方法纖維吸濕性的測(cè)試方法o直接法：直接法：先稱(chēng)取濕重，再干燥去水獲得干重先稱(chēng)取濕重，再干燥去水獲得干重n烘箱法烘箱法o應(yīng)用最多應(yīng)用最多o存在難以完全脫水、物質(zhì)揮發(fā)干重稱(chēng)量精度低等問(wèn)題

4、存在難以完全脫水、物質(zhì)揮發(fā)干重稱(chēng)量精度低等問(wèn)題n紅外線(xiàn)干燥法（遠(yuǎn)紅外）紅外線(xiàn)干燥法（遠(yuǎn)紅外）o利用紅外線(xiàn)加熱，速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單利用紅外線(xiàn)加熱，速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單o易局部過(guò)熱，使材料變質(zhì)易局部過(guò)熱，使材料變質(zhì)n高頻加熱干燥法高頻加熱干燥法o利用極性分子和水分子在高頻電場(chǎng)下轉(zhuǎn)向摩擦生熱烘干，干燥均勻利用極性分子和水分子在高頻電場(chǎng)下轉(zhuǎn)向摩擦生熱烘干，干燥均勻n真空干燥法真空干燥法o真空降低水的沸點(diǎn)真空降低水的沸點(diǎn)o適用于不耐高溫的纖維適用于不耐高溫的纖維n吸濕劑干燥法（五氧化二磷粉末、氯化鈣顆粒）吸濕劑干燥法（五氧化二磷粉末、氯化鈣顆粒）o間接法：間接法：利用纖維中含水率與纖維性能間關(guān)系的利用纖維中含

5、水率與纖維性能間關(guān)系的原理來(lái)測(cè)試原理來(lái)測(cè)試n電阻測(cè)濕法電阻測(cè)濕法o纖維回潮率不同，纖維的電阻不同纖維回潮率不同，纖維的電阻不同n電容式測(cè)濕法電容式測(cè)濕法o纖維回潮率不同，纖維的電容不同纖維回潮率不同，纖維的電容不同n微波吸收法微波吸收法o水和纖維材料對(duì)微波的吸收和衰減程度不同水和纖維材料對(duì)微波的吸收和衰減程度不同n紅外光譜法紅外光譜法o水對(duì)紅外線(xiàn)吸收量與纖維材料含水量成比例水對(duì)紅外線(xiàn)吸收量與纖維材料含水量成比例4.4.纖維吸濕滯后性纖維吸濕滯后性定義：定義：同樣的纖維在一同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下，定的大氣溫濕度條件下，從放濕達(dá)到平衡和從吸從放濕達(dá)到平衡和從吸濕達(dá)到平衡時(shí)，兩種平濕達(dá)到

6、平衡時(shí)，兩種平衡回潮率不相等，前者衡回潮率不相等，前者總是高于后者?？偸歉哂诤笳摺Ｎ鼭駵笮缘脑蛭鼭駵笮缘脑騩 纖維吸濕滯后性的原因可以用水分子進(jìn)入或纖維吸濕滯后性的原因可以用水分子進(jìn)入或離開(kāi)纖維引起纖維干、濕結(jié)構(gòu)的變化來(lái)解釋。離開(kāi)纖維引起纖維干、濕結(jié)構(gòu)的變化來(lái)解釋。水分子外逸后，纖維大分子水分子外逸后，纖維大分子間距離較大，橫向結(jié)合鍵重間距離較大，橫向結(jié)合鍵重建比水分子重新進(jìn)入纖維困建比水分子重新進(jìn)入纖維困難，纖維達(dá)到平衡態(tài)的回潮難，纖維達(dá)到平衡態(tài)的回潮率高率高 吸濕滯后吸濕滯后在某一相對(duì)濕度條在某一相對(duì)濕度條件下，纖維由干態(tài)件下，纖維由干態(tài)達(dá)到吸濕平衡達(dá)到吸濕平衡在某一相對(duì)濕度條在某

7、一相對(duì)濕度條件下，纖維由濕態(tài)件下，纖維由濕態(tài)達(dá)到吸濕平衡達(dá)到吸濕平衡纖維的吸濕等溫線(xiàn)纖維的吸濕等溫線(xiàn)o 在在一定的溫度一定的溫度條件下，條件下，纖維材料因吸濕達(dá)到纖維材料因吸濕達(dá)到平衡平衡回潮率回潮率和大氣和大氣相對(duì)濕度相對(duì)濕度間間的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為纖維的的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為纖維的吸濕等溫線(xiàn)（反吸濕等溫線(xiàn)（反S S形）形）o天然及再生纖維的吸濕性天然及再生纖維的吸濕性能比合成纖維要好得多能比合成纖維要好得多 1-1-羊毛羊毛 2-2-粘膠纖維粘膠纖維 3-3-蠶絲蠶絲 4-4-棉棉 5-5-醋酯纖維醋酯纖維 6-6-錦綸錦綸 7-7-腈綸腈綸 8-8-滌綸滌綸吸濕滯后圈吸濕滯后圈( (直觀反映吸濕滯

8、后性直觀反映吸濕滯后性) )o在一定溫度條件下，纖維材料由在一定溫度條件下，纖維材料由放濕達(dá)到平衡回潮率和大氣相對(duì)放濕達(dá)到平衡回潮率和大氣相對(duì)濕度間的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為濕度間的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為放濕等放濕等溫線(xiàn)。溫線(xiàn)。o由于纖維的吸濕滯后性，同一種由于纖維的吸濕滯后性，同一種纖維的吸濕等溫線(xiàn)與放濕等溫線(xiàn)纖維的吸濕等溫線(xiàn)與放濕等溫線(xiàn)并不重合，而形成并不重合，而形成吸濕滯后圈吸濕滯后圈o吸濕滯后的差值與纖維的吸濕能吸濕滯后的差值與纖維的吸濕能力有關(guān)。一般規(guī)律是吸濕性大的力有關(guān)。一般規(guī)律是吸濕性大的纖維差值比較大纖維差值比較大 如圖，若纖維在放濕過(guò)程中達(dá)到如圖，若纖維在放濕過(guò)程中達(dá)到a a點(diǎn)，平衡后再進(jìn)行吸

9、濕，其吸濕曲線(xiàn)是沿著點(diǎn)，平衡后再進(jìn)行吸濕，其吸濕曲線(xiàn)是沿著虛線(xiàn)虛線(xiàn)abab而變化。同樣，若纖維的吸濕過(guò)程到達(dá)而變化。同樣，若纖維的吸濕過(guò)程到達(dá)c c點(diǎn)平衡后，再進(jìn)行放濕，則其點(diǎn)平衡后，再進(jìn)行放濕，則其放濕曲線(xiàn)是沿著虛線(xiàn)放濕曲線(xiàn)是沿著虛線(xiàn)cdcd而變化。而變化。纖維的回潮率與纖維的吸放濕歷史有關(guān)，纖維的回潮率與纖維的吸放濕歷史有關(guān)，試樣需要預(yù)調(diào)濕。試樣需要預(yù)調(diào)濕。二、纖維的吸濕熱二、纖維的吸濕熱o纖維吸濕放熱的原因：纖維吸濕放熱的原因：當(dāng)纖維吸收水分時(shí)，會(huì)產(chǎn)生當(dāng)纖維吸收水分時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，熱是由于纖維分子與水分子之間的吸引而結(jié)熱量，熱是由于纖維分子與水分子之間的吸引而結(jié)合時(shí)水分子的動(dòng)能降低而轉(zhuǎn)換

10、成熱能被釋放出來(lái)。合時(shí)水分子的動(dòng)能降低而轉(zhuǎn)換成熱能被釋放出來(lái)。 1.吸濕熱指標(biāo)吸濕熱指標(biāo)吸濕微分熱吸濕微分熱Q Q，也稱(chēng)為吸濕熱，也稱(chēng)為吸濕熱n定義：是指在一定回潮率條件下，定義：是指在一定回潮率條件下，1g1g質(zhì)量的水被質(zhì)量的水被質(zhì)量為無(wú)限大的纖維材料吸收時(shí)產(chǎn)生的熱量質(zhì)量為無(wú)限大的纖維材料吸收時(shí)產(chǎn)生的熱量n單位為單位為/ /n從水蒸氣中吸收水分時(shí)產(chǎn)生的熱量為從水蒸氣中吸收水分時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q Qv v；從液態(tài)；從液態(tài)水中吸收時(shí)產(chǎn)生的熱量為水中吸收時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q Ql l，兩者間關(guān)系為，兩者間關(guān)系為Q Qv v=Q=Ql lL Ln式中，式中，L L是在一定溫度下，水蒸氣凝聚時(shí)的潛熱；是在一

11、定溫度下，水蒸氣凝聚時(shí)的潛熱；Q Ql l為纖維的吸濕微分熱為纖維的吸濕微分熱，有時(shí)稱(chēng)為膨脹熱。，有時(shí)稱(chēng)為膨脹熱。吸濕積分熱吸濕積分熱W W，也稱(chēng)為潤(rùn)濕熱。，也稱(chēng)為潤(rùn)濕熱。n是指在一定回潮率條件下，是指在一定回潮率條件下，1g1g質(zhì)量干燥的纖維質(zhì)量干燥的纖維材料，達(dá)到完全潤(rùn)濕時(shí)所產(chǎn)生的熱量材料，達(dá)到完全潤(rùn)濕時(shí)所產(chǎn)生的熱量n單位為單位為/g/g微分熱與積分熱之間的關(guān)系微分熱與積分熱之間的關(guān)系o當(dāng)回潮率增量當(dāng)回潮率增量d dr r時(shí)，產(chǎn)生的熱量為時(shí)，產(chǎn)生的熱量為Q Ql ld dr r/100/100。如將其從。如將其從r r積分到飽和回積分到飽和回潮率潮率r r時(shí)，這就是時(shí)，這就是當(dāng)回潮率為當(dāng)回

12、潮率為r r時(shí)的積分熱時(shí)的積分熱，即，即o反之，如果回潮率減少反之，如果回潮率減少d dr r，則其所減少的熱量也應(yīng)該等于，則其所減少的熱量也應(yīng)該等于Q Ql l d dr r100100，或微分熱或微分熱Q Ql l等于等于W是是r的函數(shù)（見(jiàn)下圖）的函數(shù)（見(jiàn)下圖）積分熱隨回潮率變大減小積分熱隨回潮率變大減小對(duì)微分熱曲線(xiàn)求積分對(duì)微分熱曲線(xiàn)求積分2.影響纖維吸濕熱的因素o吸濕性能好的纖維，它的積分熱高吸濕性能好的纖維，它的積分熱高 o纖維的積分熱隨纖維的回潮率提高而減少，在飽纖維的積分熱隨纖維的回潮率提高而減少，在飽和時(shí)，積分熱接近于零。纖維的微分熱隨回潮率增和時(shí)，積分熱接近于零。纖維的微分熱隨

13、回潮率增加而減少。加而減少。o原因：原因：高回潮率條件下，水分子與纖維結(jié)合松弛，高回潮率條件下，水分子與纖維結(jié)合松弛，產(chǎn)熱少產(chǎn)熱少 。o纖維吸濕積分熱的大小與纖維上親水基團(tuán)纖維吸濕積分熱的大小與纖維上親水基團(tuán)的極性有關(guān)，具有相同親水基團(tuán)的纖維，其的極性有關(guān)，具有相同親水基團(tuán)的纖維，其積分熱也基本相同。積分熱也基本相同。 纖維吸濕放熱的應(yīng)用纖維吸濕放熱的應(yīng)用o纖維吸濕放熱的特性纖維吸濕放熱的特性和衣著的舒適性有關(guān)和衣著的舒適性有關(guān)，吸濕熱，吸濕熱大，有大，有幫助人體調(diào)節(jié)體溫幫助人體調(diào)節(jié)體溫的作用，體現(xiàn)為有較好的的作用，體現(xiàn)為有較好的保暖性。保暖性。 o但纖維吸濕放熱這一特性對(duì)纖維材料的儲(chǔ)存是不利

14、但纖維吸濕放熱這一特性對(duì)纖維材料的儲(chǔ)存是不利的，如果倉(cāng)庫(kù)空氣潮濕和通風(fēng)不良，就會(huì)因吸濕放的，如果倉(cāng)庫(kù)空氣潮濕和通風(fēng)不良，就會(huì)因吸濕放熱而使纖維或織物變質(zhì)發(fā)霉，甚至引起火災(zāi)。熱而使纖維或織物變質(zhì)發(fā)霉，甚至引起火災(zāi)。3.纖維吸濕熱的測(cè)試方法纖維吸濕熱的測(cè)試方法o吸濕積分熱的測(cè)量吸濕積分熱的測(cè)量n將一已知質(zhì)量的一定回潮率的纖維試樣，放入一已知熱容量的將一已知質(zhì)量的一定回潮率的纖維試樣，放入一已知熱容量的量熱器中，并加過(guò)量的水，然后測(cè)量其上升的溫度，根據(jù)上升量熱器中，并加過(guò)量的水，然后測(cè)量其上升的溫度，根據(jù)上升的溫度和測(cè)試系統(tǒng)的熱容量，可以計(jì)算出積分熱的溫度和測(cè)試系統(tǒng)的熱容量，可以計(jì)算出積分熱o吸濕微

15、分熱的測(cè)量吸濕微分熱的測(cè)量n直接測(cè)量纖維的微分熱是困難的，但可以測(cè)量與纖維微分熱有直接測(cè)量纖維的微分熱是困難的，但可以測(cè)量與纖維微分熱有關(guān)的其他性能，然后經(jīng)換算得到。關(guān)的其他性能，然后經(jīng)換算得到。n量熱器法：按積分熱的測(cè)量方法，獲得纖維的積分熱量熱器法：按積分熱的測(cè)量方法，獲得纖維的積分熱回潮率回潮率曲線(xiàn)，然后算出該纖維在任何給定回潮率時(shí)的微分熱。曲線(xiàn)，然后算出該纖維在任何給定回潮率時(shí)的微分熱。n吸濕等溫線(xiàn)法：利用在一系列不同溫度下的纖維的吸濕等溫線(xiàn)吸濕等溫線(xiàn)法：利用在一系列不同溫度下的纖維的吸濕等溫線(xiàn)可以計(jì)算得到該纖維在不同回潮率時(shí)的微分熱的一種方法?？梢杂?jì)算得到該纖維在不同回潮率時(shí)的微分熱

16、的一種方法。 纖維的吸濕微分熱可以由在一定回潮率時(shí)纖維的吸濕微分熱可以由在一定回潮率時(shí)lnHlnH1/T1/T曲線(xiàn)的斜率求得曲線(xiàn)的斜率求得 三、纖維材料的吸濕速率三、纖維材料的吸濕速率1.1.纖維吸濕的水分子擴(kuò)散方程及其近似解纖維吸濕的水分子擴(kuò)散方程及其近似解n如果在一給定介質(zhì)如果在一給定介質(zhì)( (如空氣或纖維材料如空氣或纖維材料) )中水分子濃度各處是變中水分子濃度各處是變化著的，則水分子將從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散或滲透，直到化著的，則水分子將從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散或滲透，直到水分子濃度分布均勻?yàn)橹?。水分子濃度分布均勻?yàn)橹?。n通過(guò)垂直于濃度梯度的平面，面積為通過(guò)垂直于濃度梯度的平面，面積為

17、A A，擴(kuò)散系數(shù)為，擴(kuò)散系數(shù)為D D的質(zhì)量轉(zhuǎn)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率，可由費(fèi)克移速率，可由費(fèi)克(Fich)(Fich)方程給出如下方程給出如下 濃度梯度，是水分子擴(kuò)散的濃度梯度，是水分子擴(kuò)散的推動(dòng)力推動(dòng)力，為負(fù)值，為負(fù)值; ; 擴(kuò)散速度，單位時(shí)間擴(kuò)散通過(guò)的物質(zhì)的量擴(kuò)散速度，單位時(shí)間擴(kuò)散通過(guò)的物質(zhì)的量; ;D D為單位濃度梯度時(shí)，物質(zhì)通過(guò)單位截面的擴(kuò)散速度，為單位濃度梯度時(shí)，物質(zhì)通過(guò)單位截面的擴(kuò)散速度，是物質(zhì)的屬是物質(zhì)的屬性，表示物質(zhì)的擴(kuò)散能力。性，表示物質(zhì)的擴(kuò)散能力。cxdmdt當(dāng)t=0時(shí) 無(wú)限源，無(wú)限源，濃度不變濃度不變接受體接受體 為引入常數(shù)為引入常數(shù)對(duì)上式積分，由初始條件對(duì)上式積分，由初始條件t=

18、0, t=0, c c =0 =0得到得到對(duì)上式微分對(duì)上式微分受體中水汽受體中水汽濃度隨時(shí)間濃度隨時(shí)間變化情況變化情況纖維材料以此纖維材料以此速率吸濕，達(dá)速率吸濕，達(dá)到平衡需時(shí)間到平衡需時(shí)間為為 t= 時(shí)，時(shí)，c=0.63c0c=0.63c0， 可表示纖維吸濕快慢可表示纖維吸濕快慢o如圖所示的水分通過(guò)空氣長(zhǎng)度為如圖所示的水分通過(guò)空氣長(zhǎng)度為l l到達(dá)吸濕材料的擴(kuò)到達(dá)吸濕材料的擴(kuò)散系統(tǒng)。如果水分以初始速率擴(kuò)散，整個(gè)平衡過(guò)程散系統(tǒng)。如果水分以初始速率擴(kuò)散，整個(gè)平衡過(guò)程所需的時(shí)間所需的時(shí)間為為 10cccxl表明吸濕速率與濃度梯度、吸濕量、擴(kuò)表明吸濕速率與濃度梯度、吸濕量、擴(kuò)散系數(shù)、吸濕表面積、空氣間

19、隔的關(guān)系散系數(shù)、吸濕表面積、空氣間隔的關(guān)系2.影響纖維材料吸濕平衡速率的主要因素與吸濕平衡速率有關(guān)的因素：與吸濕平衡速率有關(guān)的因素：擴(kuò)散系數(shù)（水）擴(kuò)散系數(shù)（水）& &吸濕放熱的驅(qū)散（纖維）吸濕放熱的驅(qū)散（纖維）纖維材料吸濕平衡過(guò)程中回潮率、纖維材料吸濕平衡過(guò)程中回潮率、溫度、蒸汽壓力變化溫度、蒸汽壓力變化初始：大氣水蒸氣壓高初始：大氣水蒸氣壓高水分子進(jìn)水分子進(jìn)入試樣入試樣回潮率回潮率 吸濕放熱吸濕放熱溫度溫度水蒸氣壓水蒸氣壓當(dāng)纖維的蒸汽壓等于大氣蒸汽壓時(shí)為當(dāng)纖維的蒸汽壓等于大氣蒸汽壓時(shí)為“瞬瞬態(tài)平衡態(tài)平衡”，熱量必須驅(qū)散吸濕才能進(jìn)行。，熱量必須驅(qū)散吸濕才能進(jìn)行。熱量驅(qū)散熱量驅(qū)散

20、溫度溫度 水分子動(dòng)能水分子動(dòng)能 水蒸水蒸氣壓氣壓 吸濕進(jìn)行，補(bǔ)充水分子吸濕進(jìn)行，補(bǔ)充水分子 保持保持壓力不變，直到纖維溫度與大氣溫度相壓力不變，直到纖維溫度與大氣溫度相同同 。上述過(guò)程中上述過(guò)程中吸濕產(chǎn)生的熱量必須驅(qū)散吸濕產(chǎn)生的熱量必須驅(qū)散o包裝的尺寸和形狀包裝的尺寸和形狀: :包裝尺寸包裝尺寸( (或體積或體積) )大，熱傳遞的距離大，熱傳遞的距離越大，調(diào)濕越慢。表面積增加，熱傳遞加快越大，調(diào)濕越慢。表面積增加，熱傳遞加快 o包裝密度包裝密度: :調(diào)濕平衡時(shí)間調(diào)濕平衡時(shí)間密度密度o纖維材料種類(lèi)纖維材料種類(lèi): :不同纖維材料的吸濕性不同，達(dá)到平衡不同纖維材料的吸濕性不同，達(dá)到平衡時(shí)吸收水分的質(zhì)

21、量和放出的熱量不同。對(duì)平衡速率有較時(shí)吸收水分的質(zhì)量和放出的熱量不同。對(duì)平衡速率有較大影響。大影響。o回潮率回潮率: :纖維試樣在較低和較高回潮率時(shí)，其水分子擴(kuò)纖維試樣在較低和較高回潮率時(shí)，其水分子擴(kuò)散系數(shù)低，吸濕平衡較慢。散系數(shù)低，吸濕平衡較慢。o溫度溫度: :高溫時(shí)，熱量的轉(zhuǎn)移或驅(qū)散較迅速，平衡較快，高溫時(shí)，熱量的轉(zhuǎn)移或驅(qū)散較迅速，平衡較快，低溫時(shí)，吸濕平衡較慢。低溫時(shí)，吸濕平衡較慢。o空氣流動(dòng)空氣流動(dòng): :圍繞纖維試樣周?chē)L(fēng)越好，熱量散失越快，圍繞纖維試樣周?chē)L(fēng)越好，熱量散失越快，調(diào)濕平衡時(shí)間也越短。調(diào)濕平衡時(shí)間也越短。外界條件外界條件可控因素可控因素四、吸濕與纖維性能間的關(guān)系四、吸濕

22、與纖維性能間的關(guān)系 1.1.對(duì)質(zhì)量的影響對(duì)質(zhì)量的影響n(yōu)纖維吸濕后質(zhì)量增加。纖維吸濕后質(zhì)量增加。纖維或紡織制品的質(zhì)量，纖維或紡織制品的質(zhì)量，實(shí)際上都是一定回潮率下的質(zhì)量，因此正確表實(shí)際上都是一定回潮率下的質(zhì)量，因此正確表示紡織材料的質(zhì)量或與質(zhì)量有關(guān)的一些指標(biāo)，示紡織材料的質(zhì)量或與質(zhì)量有關(guān)的一些指標(biāo)，如纖維或紗線(xiàn)的線(xiàn)密度，織物的平方米質(zhì)量即如纖維或紗線(xiàn)的線(xiàn)密度，織物的平方米質(zhì)量即面密度等，應(yīng)取公定回潮率時(shí)的質(zhì)量即標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)面密度等，應(yīng)取公定回潮率時(shí)的質(zhì)量即標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。量。 2. 2.吸濕膨脹吸濕膨脹n纖維吸濕后，其縱向和橫向均要發(fā)生膨脹，體積增大，其纖維吸濕后，其縱向和橫向均要發(fā)生膨脹，體積增大，其中中

23、橫向膨脹大而縱向膨脹小橫向膨脹大而縱向膨脹小。因此，織物吸水后，由于紗。因此，織物吸水后，由于紗線(xiàn)直徑變粗會(huì)使線(xiàn)直徑變粗會(huì)使織物產(chǎn)生收縮織物產(chǎn)生收縮；也會(huì)使柔軟的；也會(huì)使柔軟的織物變得粗織物變得粗硬硬，如粘膠纖維織物；如果密度很高的織物，吸濕后由于，如粘膠纖維織物；如果密度很高的織物，吸濕后由于膨脹，可能成為膨脹，可能成為不透水織物不透水織物，如文泰爾防水織物。，如文泰爾防水織物。n纖維的膨脹值可用直徑、長(zhǎng)度、截面積和體積的膨脹率來(lái)纖維的膨脹值可用直徑、長(zhǎng)度、截面積和體積的膨脹率來(lái)表示。表示。n吸濕膨脹的測(cè)量：體積膨脹率可表示為吸濕膨脹的測(cè)量：體積膨脹率可表示為011100VsVWSVV-V-

24、纖維膨脹后體積增量纖維膨脹后體積增量 V-V-纖維原來(lái)的體積纖維原來(lái)的體積 W-W-回潮率回潮率 - -纖維干燥時(shí)密度纖維干燥時(shí)密度 - -纖維吸濕膨脹后密度纖維吸濕膨脹后密度0s纖維直徑和長(zhǎng)度膨脹率可由顯微鏡和長(zhǎng)度儀測(cè)量。纖維直徑和長(zhǎng)度膨脹率可由顯微鏡和長(zhǎng)度儀測(cè)量。纖維的吸濕膨脹具有顯著的各向異性纖維的吸濕膨脹具有顯著的各向異性（由纖維結(jié)構(gòu)各向異性造成）。（由纖維結(jié)構(gòu)各向異性造成）。截面方向：截面方向：水分進(jìn)入無(wú)定形區(qū)，分子間力打開(kāi)，長(zhǎng)鏈分子距離增加，直徑增加。水分進(jìn)入無(wú)定形區(qū)，分子間力打開(kāi)，長(zhǎng)鏈分子距離增加，直徑增加。徑向：徑向：水分子進(jìn)入，非完全取向大分子構(gòu)象變化，纖維長(zhǎng)度略有增加。水分

25、子進(jìn)入，非完全取向大分子構(gòu)象變化，纖維長(zhǎng)度略有增加。羊毛在亞硫酸鹽還原劑中的溶脹羊毛在亞硫酸鹽還原劑中的溶脹 02040608010012014003060901201501800246810020406080100Swelling ratio of wool (%)Time(min)Swelling ratio of wool (%)Time(min) 3.3.對(duì)纖維密度的影響對(duì)纖維密度的影響n(yōu)纖維在吸著少量水時(shí)，其體積纖維在吸著少量水時(shí)，其體積變化不大，水分子吸附在纖維變化不大，水分子吸附在纖維大分子間的孔隙，單位纖維體大分子間的孔隙，單位纖維體積質(zhì)量隨吸濕量的增加而增加，積質(zhì)量隨吸濕量的

26、增加而增加，使纖維密度增加。大多數(shù)纖維使纖維密度增加。大多數(shù)纖維在回潮率為在回潮率為4%4%6%6%時(shí)密度最大。時(shí)密度最大。n待水分子充滿(mǎn)孔隙后再吸濕，待水分子充滿(mǎn)孔隙后再吸濕，纖維體積顯著膨脹，使纖維密纖維體積顯著膨脹，使纖維密度反而降低。度反而降低。1-1-棉棉 2-2-粘膠纖維粘膠纖維 3-3-蠶絲蠶絲 4-4-羊毛羊毛 5-5-錦綸錦綸4 4、對(duì)力學(xué)性能的影響、對(duì)力學(xué)性能的影響 大多數(shù)纖維大多數(shù)纖維強(qiáng)力隨回潮率升高下降強(qiáng)力隨回潮率升高下降，但，但棉、麻纖維相反棉、麻纖維相反；所有纖維斷裂；所有纖維斷裂伸長(zhǎng)率隨回伸長(zhǎng)率隨回潮率升高增加潮率升高增加。纖維塑性變形增大。纖維塑性變形增大。5

27、5、對(duì)熱、光、電學(xué)性能的影響、對(duì)熱、光、電學(xué)性能的影響 回潮率回潮率導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)電阻電阻介電常數(shù)介電常數(shù)雙折射雙折射形狀雙折射形狀雙折射 五、纖維吸濕的影響因素（材料、環(huán)境）五、纖維吸濕的影響因素（材料、環(huán)境）o1.1.纖維材料本身對(duì)纖維吸濕的影響因素纖維材料本身對(duì)纖維吸濕的影響因素親水性基團(tuán)：親水性基團(tuán)： 羥基（羥基（OHOH）、羧基（）、羧基（COOH COOH ）、氨基）、氨基（NH2NH2）、酰胺基（）、酰胺基（CNOHCNOH）結(jié)晶度：結(jié)晶度：水分不能進(jìn)入纖維的結(jié)晶區(qū)，結(jié)晶度低吸濕水分不能進(jìn)入纖維的結(jié)晶區(qū)，結(jié)晶度低吸濕能力好（棉能力好（棉70%70%、粘膠、粘膠30%30%），晶

28、粒小吸濕好（粘膠），晶粒小吸濕好（粘膠皮層回潮率皮層回潮率13-14%13-14%，粘膠芯層回潮率，粘膠芯層回潮率11-12% 11-12% ）。）。纖維比表面積和空隙：纖維比表面積和空隙：比表面積大，表面能高，吸附比表面積大，表面能高，吸附能力強(qiáng)，吸濕好（直接吸收水，間接吸收水）空隙能力強(qiáng)，吸濕好（直接吸收水，間接吸收水）空隙在高相對(duì)濕度時(shí)形成在高相對(duì)濕度時(shí)形成毛細(xì)水毛細(xì)水伴生物和雜質(zhì)伴生物和雜質(zhì)2.2.環(huán)境對(duì)纖維吸濕性的影響環(huán)境對(duì)纖維吸濕性的影響 o相對(duì)濕度的影響相對(duì)濕度的影響n(yōu)在一定溫度條件下，在一定溫度條件下，相對(duì)濕度越高相對(duì)濕度越高，空氣中水汽分壓力越大，單，空氣中水汽分壓力越大，單

29、位體積空氣中的水分子數(shù)目越多，纖維的位體積空氣中的水分子數(shù)目越多，纖維的吸濕機(jī)會(huì)也較多吸濕機(jī)會(huì)也較多。o溫度的影響溫度的影響n(yōu)溫度對(duì)纖維平衡回潮率的影響比相對(duì)濕度要小，其一般規(guī)律是溫度對(duì)纖維平衡回潮率的影響比相對(duì)濕度要小，其一般規(guī)律是溫溫度越高，平衡回潮率越低。度越高，平衡回潮率越低。溫度對(duì)棉纖維吸濕的影響溫度對(duì)棉纖維吸濕的影響 羊毛和棉的吸濕等濕線(xiàn)羊毛和棉的吸濕等濕線(xiàn) o空氣流速的影響空氣流速的影響n(yōu)當(dāng)周?chē)?dāng)周?chē)諝饬魉倏鞎r(shí)空氣流速快時(shí)，有助于纖維表面被吸附，有助于纖維表面被吸附水分子的蒸發(fā)，纖維的水分子的蒸發(fā)，纖維的平衡回潮率有所降低平衡回潮率有所降低。o應(yīng)力的影響應(yīng)力的影響n(yōu)纖維的吸濕膨

30、脹意味著應(yīng)力作用于纖維將會(huì)改纖維的吸濕膨脹意味著應(yīng)力作用于纖維將會(huì)改變其平衡回潮率。當(dāng)變其平衡回潮率。當(dāng)拉應(yīng)力拉應(yīng)力作用于長(zhǎng)絲纖維時(shí)，作用于長(zhǎng)絲纖維時(shí)，纖維平衡回潮率增加纖維平衡回潮率增加 ; ;當(dāng)橫向當(dāng)橫向壓應(yīng)力壓應(yīng)力作用于纖作用于纖維，其回潮率降低。維，其回潮率降低。3.吸濕理論吸濕理論 o皮爾斯皮爾斯(Peirce)理論理論 o海爾伍德海爾伍德(Hailwood)和霍洛賓和霍洛賓(Horrobin)理理論論 o其他的纖維吸濕理論其他的纖維吸濕理論 皮爾斯皮爾斯(Peirce)(Peirce)理論理論(1929)(1929)o理論提出的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：纖維吸濕后模量呈指理論提出的實(shí)驗(yàn)依據(jù)：纖維吸

31、濕后模量呈指數(shù)下降。數(shù)下降。o纖維吸收的水分子分成兩類(lèi)纖維吸收的水分子分成兩類(lèi)n一類(lèi)是一類(lèi)是直接吸收水直接吸收水，即水分子通過(guò)氫鍵直接與，即水分子通過(guò)氫鍵直接與纖維大分子上的親水基團(tuán)結(jié)合在一起。纖維大分子上的親水基團(tuán)結(jié)合在一起。n另一類(lèi)是吸附在直接水分子上的另一類(lèi)是吸附在直接水分子上的間接吸收水間接吸收水。間接吸收水對(duì)纖維的物理機(jī)械性質(zhì)影響不大，間接吸收水對(duì)纖維的物理機(jī)械性質(zhì)影響不大，結(jié)合力較小，容易蒸發(fā)，它對(duì)纖維中水分的蒸結(jié)合力較小，容易蒸發(fā)，它對(duì)纖維中水分的蒸發(fā)起主要作用。發(fā)起主要作用。 oC C為總吸著位置上具有的水分子的比數(shù)。其為總吸著位置上具有的水分子的比數(shù)。其中，中，CaCa為總吸

32、著位置上直接吸著水分子的比為總吸著位置上直接吸著水分子的比數(shù)，數(shù)，CbCb為總吸著位置上間接吸著水分子的比為總吸著位置上間接吸著水分子的比數(shù)，則有：數(shù)，則有： C= Ca+ CbC= Ca+ Cbo當(dāng)當(dāng)C C增加增加dCdC時(shí)，其中直接吸著水分子的增量應(yīng)與未被直時(shí)，其中直接吸著水分子的增量應(yīng)與未被直接吸著水分子占據(jù)的位置數(shù)成正比，即接吸著水分子占據(jù)的位置數(shù)成正比，即1aadCqCdCq q為比例常數(shù)，將上式積分得到為比例常數(shù)，將上式積分得到ln 1aCqC 假設(shè)假設(shè)q=1q=1，有，有1qCaCe 1CaCe 即即1CbaCCCCe 由回潮率定義：由回潮率定義：r=r=吸收水的質(zhì)量吸收水的質(zhì)量

33、/ /纖維干重纖維干重= = 其中，其中，MwMw為水分子相對(duì)質(zhì)量為水分子相對(duì)質(zhì)量=18=18；MoMo為為每一吸著位置每一吸著位置相應(yīng)相應(yīng)的纖維質(zhì)量的纖維質(zhì)量=1/3=1/3葡萄糖剩基質(zhì)量葡萄糖?；|(zhì)量=54=54；k=k=纖維質(zhì)量纖維質(zhì)量/ /纖維纖維中無(wú)定形區(qū)質(zhì)量，中無(wú)定形區(qū)質(zhì)量， k1k1，其引入表示纖維中的無(wú)定形區(qū)，其引入表示纖維中的無(wú)定形區(qū)才能吸收水分。才能吸收水分。由上式得出由上式得出0100%WM CkM3100k rC皮爾斯兩相理論的棉纖維回潮率分配C為為每個(gè)吸著位置每個(gè)吸著位置上的平均水分子數(shù)上的平均水分子數(shù)o水分的蒸發(fā)，與間接吸著水有關(guān)水分的蒸發(fā)，與間接吸著水有關(guān) P P

34、為蒸汽壓；為蒸汽壓；PoPo為飽和蒸汽壓；為飽和蒸汽壓； P/PoP/Po為相對(duì)濕度。為相對(duì)濕度。oP/PoP/Po增加增加dP/PodP/Po，CbCb增加增加dCbdCb，且其只吸附于尚未有，且其只吸附于尚未有間接水分子的部位間接水分子的部位o對(duì)上式積分得對(duì)上式積分得上式為相對(duì)濕度和吸濕之間的關(guān)系方程式。上式為相對(duì)濕度和吸濕之間的關(guān)系方程式。0bpCp001bdppdCpp為修正位置為修正位置（1- P/Po 1- P/Po ）的常數(shù)）的常數(shù)01bCpep o考慮到有直接吸著水，但沒(méi)有間接吸著水的位置上，考慮到有直接吸著水，但沒(méi)有間接吸著水的位置上，也有一部分水分子會(huì)蒸發(fā)，為相對(duì)濕度的增加

35、做貢也有一部分水分子會(huì)蒸發(fā)，為相對(duì)濕度的增加做貢獻(xiàn)，這部分位置等于（獻(xiàn)，這部分位置等于（1- P/Po1- P/Po），其上吸著的），其上吸著的直直接吸著水分子接吸著水分子為為o因此因此01bCaapCC ep01bbCCapeKC ep K為常數(shù)為常數(shù)011bCapKCep間接水間接水直接水直接水o將前面分析結(jié)果帶入，得到將前面分析結(jié)果帶入，得到回潮率與相對(duì)濕回潮率與相對(duì)濕度度的理論關(guān)系的理論關(guān)系K K可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得?？赏ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)求得。o絲光棉的回潮率與相對(duì)濕度絲光棉的回潮率與相對(duì)濕度的理論關(guān)系為的理論關(guān)系為011bCapKCep3/1001 3/1003/1000111krekrkrpKee

36、p 5.4011 0.4bCapCep絲光棉的回潮率與相對(duì)濕度的關(guān)系這里對(duì)于棉來(lái)說(shuō)，這里對(duì)于棉來(lái)說(shuō)，K=0.4,=5.4K=0.4,=5.4海爾伍德海爾伍德(Hailwood)(Hailwood)和霍洛賓和霍洛賓(Horrobin)(Horrobin)理論理論 o假設(shè)一部分水分子與纖維結(jié)合在一起，其他的水分假設(shè)一部分水分子與纖維結(jié)合在一起，其他的水分子則溶解于纖維，與纖維混合在一起，他們認(rèn)為吸子則溶解于纖維，與纖維混合在一起，他們認(rèn)為吸濕后的纖維是溶解水濕后的纖維是溶解水(H(H2 2O O溶解溶解) )、與水結(jié)合的纖維、與水結(jié)合的纖維(F-H(F-H2 2O)O)、未與水結(jié)合的纖維、未與水結(jié)

37、合的纖維(F)(F)，三者混合在一起，三者混合在一起，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的固體相物質(zhì)。各物質(zhì)濃度關(guān)系為：形成一個(gè)簡(jiǎn)單的固體相物質(zhì)。各物質(zhì)濃度關(guān)系為： 溶解水與水蒸氣存在平衡態(tài)溶解水與水蒸氣存在平衡態(tài)水蒸氣濃度可代表相對(duì)濕度水蒸氣濃度可代表相對(duì)濕度H H為相對(duì)濕度為相對(duì)濕度得到得到K=K2/100三種成分濃度比等三種成分濃度比等于其摩爾比于其摩爾比（1 1）（2 2）（3 3）由（由（1 1）得到）得到由（由（2 2）、（）、（3 3）得到）得到纖維吸收總水分（包括溶解水與結(jié)合水）等于纖維吸收總水分（包括溶解水與結(jié)合水）等于 ，纖維總分子數(shù)（與，纖維總分子數(shù)（與水結(jié)合及未與水結(jié)合的）等于水結(jié)合及未與水

38、結(jié)合的）等于 ，因此，纖維回潮率為，因此，纖維回潮率為1wnn01nn1818為水分子相對(duì)分子量；為水分子相對(duì)分子量；M M為纖維每一親水基團(tuán)的相對(duì)分子量為纖維每一親水基團(tuán)的相對(duì)分子量（4 4）（5 5）上式可改寫(xiě)成上式可改寫(xiě)成由（由（4 4）、（）、（5 5）兩式得）兩式得海氏理論與棉、毛纖維的實(shí)驗(yàn)值的比較 其他的纖維吸濕理論其他的纖維吸濕理論 o 斯畢克曼（斯畢克曼（SpeakmanSpeakman）理論）理論(1944)(1944)n三相理論：與角蛋白質(zhì)側(cè)鏈中親水基團(tuán)結(jié)合的水分子，稱(chēng)為第一三相理論：與角蛋白質(zhì)側(cè)鏈中親水基團(tuán)結(jié)合的水分子，稱(chēng)為第一相；吸著于主鏈上親水基團(tuán)的結(jié)合水分子為第二相

39、；而在高濕條相；吸著于主鏈上親水基團(tuán)的結(jié)合水分子為第二相；而在高濕條件下，附著于纖維的結(jié)合力較低的間接水分子或毛細(xì)水，稱(chēng)為第件下，附著于纖維的結(jié)合力較低的間接水分子或毛細(xì)水，稱(chēng)為第三相。三相。羊毛纖維的吸濕等溫線(xiàn)的三相水羊毛纖維的吸濕等溫線(xiàn)的三相水a(chǎn) a、b b、c c的分配的分配 o多層吸附理論多層吸附理論 n基于布魯耐爾基于布魯耐爾(Brunauer)(Brunauer)、埃米特、埃米特(Emmett)(Emmett)和泰勒和泰勒(Teller)(1944)(Teller)(1944)在藍(lán)繆爾在藍(lán)繆爾(Langmuir)(Langmuir)的單分子層吸的單分子層吸附理論的基礎(chǔ)上提出了多層吸

40、附理論，得到附理論的基礎(chǔ)上提出了多層吸附理論，得到B.E.T.B.E.T.方程能夠描述反方程能夠描述反S S形的纖維吸濕等溫線(xiàn)。形的纖維吸濕等溫線(xiàn)。 單分子層吸附理論o假設(shè)假設(shè) a)a)單分子層吸附；單分子層吸附； b)b)相鄰被吸附分子間沒(méi)有作用力；相鄰被吸附分子間沒(méi)有作用力； c)c)表面各處吸附能力相同；表面各處吸附能力相同； d)d)吸附是動(dòng)態(tài)平衡。吸附是動(dòng)態(tài)平衡。o解吸速度解吸速度=K=K1 1 其中，其中，為任一瞬間已吸附氣體的固體表面對(duì)固體為任一瞬間已吸附氣體的固體表面對(duì)固體總表面的分?jǐn)?shù)；總表面的分?jǐn)?shù)；1-1-為未吸附氣體的表面積占總面積的為未吸附氣體的表面積占總面積的分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)

41、。 K K1 1為一定溫度時(shí)的比例常數(shù)。為一定溫度時(shí)的比例常數(shù)。o吸附速度吸附速度= = K K2 2P P（1-1-） K K2 2為一定溫度下的比例常數(shù)；為一定溫度下的比例常數(shù)； P P為氣體壓力（吸附速度與單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積為氣體壓力（吸附速度與單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積上氣體的分子數(shù)有關(guān)）上氣體的分子數(shù)有關(guān)）o吸附平衡有：吸附速度吸附平衡有：吸附速度= =解析速度解析速度 即即K K1 1=K=K2 2P P（1-1-） = =K K2 2P/(KP/(K1 1+K+K2 2P)P)蘭繆爾等溫方程蘭繆爾等溫方程o用于化學(xué)吸附或溶液中吸附較大分子（如染料），效果用于化學(xué)吸附或溶液中吸附較大分子（如染料），效果滿(mǎn)意，但其它情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。滿(mǎn)意，但其它情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。o多分子層吸附理論是對(duì)蘭繆爾理論的擴(kuò)充和提高，認(rèn)為被多分子層吸附理論是對(duì)蘭繆爾理論的擴(kuò)充和提高，認(rèn)為被吸附物分子也有引力，允許形成多分子層。如圖：吸附物分子也有引力，允許形成多分子層。如圖：o推導(dǎo)出二常數(shù)公式推導(dǎo)出二常數(shù)公式（B.E.T.方程）方程）o式中：式中：P為被吸附氣體的