紡織物理第7章精品課件

1、紡織物理第7章第1頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二高等紡織材料學(xué)第七章 纖維的表面性質(zhì)第2頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第七章 纖維的表面性質(zhì) 纖維的表面性質(zhì)取決于表面和表層的結(jié)構(gòu)特征。如羊毛纖維表面的鱗片作用賦予羊毛的差微摩擦效應(yīng)；滌綸纖維表面形態(tài)的粗糙話賦予纖維的光澤變化；高強聚乙烯表面等離子體貨哈，賦予其高的粘結(jié)性。 作為復(fù)合材料的增強體纖維，如何與基質(zhì)發(fā)生相互粘結(jié)；作為與人體接觸的紡織品，纖維如何提供舒適感；作為裝飾材料的纖維的色光特征；以及作為特殊用途功能的材料，纖維如何體現(xiàn)吸附、傳遞、耐腐蝕、能量轉(zhuǎn)換等性質(zhì)，均以纖維表面性狀特征

2、為主，是物質(zhì)相互結(jié)合、共存、分離、傳遞的關(guān)鍵層面或部位。 纖維表面性質(zhì)是一廣泛的定義，包括表面摩擦、磨損和變形；表面光學(xué)特性，如色澤特征；表面?zhèn)鲗?dǎo)特性，如對熱、濕、聲、電的傳遞；表面能及表面吸附與粘結(jié)。同時表面性能還涉及實用中的表面改性方法、表面分析方法等。 本章僅就纖維表面性質(zhì)中的3個內(nèi)容進行闡述：纖維的摩擦性質(zhì)、纖維的浸潤性、纖維的粘結(jié)性。高等紡織材料學(xué)-第七章 纖維的表面性質(zhì)第3頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì) 纖維的摩擦性質(zhì)是指纖維與纖維，或纖維與其它物質(zhì)表面接觸并發(fā)生相對運動時的行為。它是纖維表面性質(zhì)中必然涉及的性質(zhì)之一。在纖維成紗過程

3、中，纖維是靠其相互間的摩擦作用成網(wǎng)、成條、滑動變細、糾纏結(jié)合成紗的，并具有一定的力學(xué)性能。在織物成形過程中，也是靠紗線間的相互摩擦作用，使織物的交織點或編結(jié)固定，形成形狀穩(wěn)定、具有力學(xué)強度，又多孔通透、柔軟舒適的織物。對于非織造布的成形，更是靠纖維表面的摩擦性能，使纖維可以在無任何粘結(jié)劑的幫助下，僅靠纖維間的糾纏和摩擦使其成形并具有很好的力學(xué)強度。即便對于添加粘結(jié)劑的非織造布，摩擦作用仍在起著作用，只是對象換為纖維與膠粘劑，而不是纖維與纖維。纖維的摩擦性能不僅影響紡、織加工性能，而且影響成品的手感的風(fēng)格。纖維的摩擦還會導(dǎo)致纖維的磨損與變形，產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移、生熱和靜電現(xiàn)象。因此，要對纖維摩擦過程和

4、性能進行分析。第4頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)一、纖維摩擦參數(shù)及其相互關(guān)系 與纖維摩擦有關(guān)的參數(shù)有：摩擦力F、正壓力或法向負負荷N、摩擦系數(shù)、摩擦?xí)r接觸面積S、摩擦?xí)r的相對運動速度v、摩擦面的粗糙度r、表面形狀和表層附著物。1. F、N、S間的關(guān)系 Amontons或Leonard很久以前的摩擦實驗就表明物質(zhì)間的摩擦力F與物質(zhì)間的正壓力N成正比，這個比例常數(shù)就是摩擦系數(shù)，即F= N其他經(jīng)典理論：較為接近實際情況的理論：對于纖維材料而言，n一般位于2/31之間。第5頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)

5、第6頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)2. 靜、動摩擦和滑移速度第7頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)2. 靜、動摩擦和滑移速度第8頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維表面狀態(tài)的關(guān)系 纖維與摩擦有關(guān)的表面狀態(tài)主要包括：一是纖維表面的粗糙度r；另一是纖維間的摩擦系數(shù)，即界面摩擦和潤滑摩擦。 界面摩擦是纖維固體間的接觸摩擦形式，隨相對運動速度增大而減小。潤滑摩擦是纖維間流體狀膜的剪切粘滯力的摩擦，包括纖維本身軟化和表面的油跡等，隨速度增加而增大

6、。第9頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維表面狀態(tài)的關(guān)系 一般而言，纖維的摩擦系數(shù)為0.1-0.8，其典型的摩擦系數(shù)值根Amonton定律可得。第10頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)4. 纖維外觀形態(tài)與摩擦作用 纖維外觀形態(tài)主要指纖維的截面形狀、纖維的卷曲。 合成纖維截面形態(tài)一般為圓形或近圓形，扭曲趨勢最不明顯，纖維間接觸概率較高，有效作用較強；而非圓形纖維易于產(chǎn)生螺旋狀扭曲，影響纖維的靠近。 纖維卷曲主要影響纖維間的排列，導(dǎo)致纖維間的糾纏。一方面使得纖維的分離、開松和梳理變得容易，

7、纖維網(wǎng)中的集束纖維束大都由無卷曲的纖維集合而成。另一方面，纖維卷曲會使纖維網(wǎng)更具有彈性、均勻性，因為卷曲的纖維容易相互嵌合形成整體，纖維卷曲產(chǎn)生的抱合力使得纖維條的牽伸變得穩(wěn)定，但需要大的牽伸力。 第11頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)二、摩擦機理 摩擦是指兩物體間接觸并發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生相對滑移時的現(xiàn)象。從微觀力學(xué)角度來說，是兩物質(zhì)接觸面分子間的相互作用，在切向外力作用下產(chǎn)生剪切和分離的過程。顯然，當兩物質(zhì)接觸面積越大，分子間的作用就越多越強。兩接觸物的表面平整光滑和接觸壓力，起著重要的作用，兩物質(zhì)發(fā)生相對滑移時，分子間的抗剪切作用越強，相對滑移越

8、困難。該作用產(chǎn)生的摩擦力用Fad表示，簡稱為粘附力。而分子間相互作用的解脫，是一個馳豫過程，即與外力作用時間有關(guān)，故摩擦作用的大小與相對滑移速度有關(guān)。 從物質(zhì)作用的宏觀形態(tài)來看，兩物質(zhì)接觸不可能是平行平面的理想接觸，存在著高地起伏的峰與谷，這在摩擦作用過程中變成了兩接觸物質(zhì)間的碰撞、擠壓和錯位。 當物質(zhì)一硬一軟時，會產(chǎn)生耕犁和刨刮現(xiàn)象；當兩物質(zhì)均較軟時，會產(chǎn)生軟化和剪切變形；當兩物質(zhì)均較硬時，會產(chǎn)生相互間的錯位，抬起等移動。顯然摩擦力與兩物質(zhì)的硬度或屈服應(yīng)力、剪切模量、壓縮摸量、碰撞和粘結(jié)點的數(shù)量以及正壓力的大小有關(guān)。這種宏觀形態(tài)的鎖結(jié)造成了接觸點處的卡扣和鎖結(jié)，用Fl表示，簡稱為鎖結(jié)力；第1

9、2頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二 由于材變形，剪切而被刨刮、耕犁的力用Fp表示，簡稱為耕犁力。 因此，摩擦系數(shù)與正壓力和移動速度密切相關(guān)，并且不是一個常數(shù)。線性組合，可得總摩擦力： 顯然，F(xiàn)ad，F(xiàn)l和Fp均是接觸面積A、粗糙度r、相對滑移速度v的函數(shù)。當高速運動時，會形成軟化點和膜，F(xiàn)ad、Fp作用增大，F(xiàn)l消失。式只是一種定性描述，摩擦作用過程是一個復(fù)雜有交互作用的問題。一方面決定于摩擦接觸面的微觀分子作用過程和宏觀力學(xué)變形過程。另一方面，摩擦是一個能量轉(zhuǎn)換和耗散的過程，疊加應(yīng)該從能量的角度來進行。但式明確給出了摩擦作用的機制及產(chǎn)生原因。第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第

10、13頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二三、摩擦理論1. 焊接理論就是指纖維在正壓力作用下，某些凸起點在接觸壓力作用下，發(fā)生緊密接觸和變形，形成良好的粘結(jié)作用點。認為兩物體間的滑移必須克服焊接點的剪切變形阻力，即焊接點的破壞。故正壓力越大，接觸點越多，熔接點的變形越大，故“焊接”的面積越大。第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第14頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二2. 焊接理論應(yīng)用與纖維材料纖維在相互摩擦過程中，在接觸部位會發(fā)生變形和熔接現(xiàn)象，這與焊接摩擦理論所描述的特征一樣。第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)X=0.7第15頁，共55頁，2022年，5月20日，17點5

11、6分，星期二3. 絞盤法根據(jù)Amonton定律，根據(jù)Howell定律第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第16頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二4. 絞辮法或加捻法算法根據(jù)Amonton定律，第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第17頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二一、概述 纖維的浸潤與芯吸都是討論纖維與液體（一般指水）的相互作用的。只是浸潤較多地表達單纖維或纖維集合體表面或表觀與水的相互作用；芯吸則表達纖維集合體內(nèi)（纖維間）或單纖維體內(nèi)（孔洞）對液體的毛細作用。似乎一個在外表面，一個在內(nèi)表面，但作用機制是一致的。因此，表達了纖維浸潤的特征，芯吸只要加上孔洞的等效毛細半徑

12、影響即可。 纖維浸潤中有許多有趣的現(xiàn)象，但主要有平衡與非平衡浸潤現(xiàn)象、浸潤滯后現(xiàn)象和偽浸潤現(xiàn)象等。 纖維的浸潤，或稱纖維的潤濕(wetting)，是指纖維與液體發(fā)生接觸時的相互作用過程。 可以達到平衡不變的液體形狀的浸潤，稱為平衡態(tài)浸潤，又稱靜態(tài)浸潤； 液體形態(tài)一直在變化鋪展的浸潤，稱為非平衡態(tài)浸潤，或稱鋪展浸潤，又稱動態(tài)浸潤。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第18頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二由圖6-27可知接觸角，是指氣液切面與固液界面間，含液體的夾角。其值為 (6-22)圖6-27 平衡浸潤模型Young-Dupr方程（1）平衡態(tài)浸潤第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第19頁，共5

13、5頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二表6-4 平衡浸潤的幾種形式可否浸潤cos狀態(tài)0完全浸潤1或稱鋪展090可浸潤0正浸潤=90無浸潤0零浸潤90180不可浸潤0負浸潤=180完全不浸潤1隨遇穩(wěn)態(tài)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第20頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二理論上，纖維最大的平衡浸潤性發(fā)生在0（cos=1），這時液體的表面張力應(yīng)該等于固體的表面張力，即 (6-23)此結(jié)果是求固體表面張力的一種方法。液體對固體的浸潤，是固體對液體的吸附能所致，用粘著功WSL表示。Dupr方程表達為 (6-24)如果一液體，或一固體，與其本身結(jié)合，稱為內(nèi)聚功（WLL或WSS）

14、，由式(6-24)可知： (6-25) (6-26)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第21頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二依據(jù)接觸角公式，式(6-24)可變?yōu)椋?(6-27)此式可以看出，粘著功由二部分構(gòu)成，一部分為液體本身的性能LV；另一部分為液體和固體的相互作用，LVcos。依據(jù)的大小，同樣可以將平衡態(tài)浸潤也分為五種情況：當WSL=WLL=2LV時，cos =1，為全鋪展，或完全浸潤；LVWSLWLL時，0cos 1，為正浸潤；WSL= LV，cos =0，為零浸潤；WSLLV，1cos 為負浸潤；WSL=，cos =1，為完全不可浸潤。由粘著功WSL=時，可以比接觸角，更

15、為清楚地反映出纖維與液體間無任何粘著或吸附作用。（2）鋪展浸潤對于鋪展過程，即非平衡浸潤，在理論上已轉(zhuǎn)化為氫鍵或化學(xué)鍵作用的吸附過程，故Young-Dupr方程已不再適用。而在0時，液體在固體表面仍以某種速度vS擴展，克服液體內(nèi)聚能WLL，使液體表面積擴大。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第22頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二因此鋪展的必要條件是，WSLWLL恒成立。顯然對于只描述液滴在固體物質(zhì)上的形狀變化，而對表面積變化不加考慮的式(6-21)或(6-22)已無意義。鋪展浸潤的特征是液滴在固體表面上的展開成膜，原有的固氣界面消失，而留下二層固液界面和氣液界面。2. 浸潤的滯后

16、性 浸潤滯后性是指固體表面第一次浸潤和第二次浸潤間存在的差異，且第一次浸潤角1恒大于第二次浸潤角2，即 (6-28)以此推廣，存在 (6-29)式中，i為浸潤次數(shù)，隨著i的增大，i和i+1趨于一致。即i，ii+1。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第23頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二實際中第一次和第二次浸潤可以用液體的前浸潤，即三相交匯點a有液體前進的趨勢和后浸潤，即三相交匯點b有液體回縮的趨勢來表示，見圖6-26的a，b點。a，b點的接觸角分別稱為前進角a和后退角b。同樣， (6-30) (6-31)a-b被稱為滯后角，其反映纖維浸潤的滯后性。浸潤滯后性是由浸潤的表面清潔作用

17、，或殘留和固結(jié)水分子的親和作用，或材料浸潤后的表面結(jié)構(gòu)變化的作用等引起，解釋較多，是一值得探討和測量的問題。 3. 偽浸潤現(xiàn)象 所謂偽浸潤現(xiàn)象是指由于材料的表觀形態(tài)與真實形態(tài)存在差異，或材料表面不同組份的組合使液滴的三相交匯點落在某一位置或組份中，而引起的表觀接觸角不能表達或不能完全表達真實浸潤性的現(xiàn)象。前者稱為形態(tài)偽浸潤；后者稱為組份偽浸潤。因此，對形態(tài)波動或粗糙的表面，或表面多組份或有孔隙的表面應(yīng)該特別小心，且必須進行顯微觀察。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第24頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二（1）形態(tài)的影響當液滴作用于粗糙表面時，表觀接觸角會發(fā)生跳躍性變化，其變化的原

18、因如圖6-28所示。實際A、B液滴為同一液體，固體物質(zhì)也為均質(zhì)材料，只是表面起伏，引起表觀接觸角AB，A=A= B= B=為真正的接觸角。表面的起伏可以通過微區(qū)測量獲得真實的接觸角，但當起伏趨于微區(qū)化時，上述跳躍性，或A與B的差異會趨向一個穩(wěn)態(tài)值。（2）組份的影響不同組分的表面浸潤如圖6-29所示。在不同組份區(qū)域尺寸較大時，接觸角值也會產(chǎn)生跳動。當不同組份的區(qū)域趨向于微觀化時，A、B兩組份所形成的A與B的差異趨向一個穩(wěn)態(tài)值A(chǔ)B。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第25頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-28 粗糙表面浸潤模型圖形態(tài)偽浸潤第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第26頁，共55頁，

19、2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-29 不同組份表面的浸潤模型組份偽浸潤第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第27頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二二、纖維浸潤性測量1. 接觸角測量接觸角的測量可以采用顯微鏡直接觀測角度值，主要有插入轉(zhuǎn)動法，如圖6-30所示；懸滴法（如圖6-31）僅適于900的測量，懸滴法的計算為： (6-32)圖6-30 插入轉(zhuǎn)動法示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第28頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-31 懸滴法計算示意和實物圖懸滴法第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第29頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二對

20、浸潤前進后退角的測量，可采用插入法的緩慢插入測a；緩慢拔出測b。也可采取注入法（圖6-32）測得前進角a和后退角b。圖6-32 浸潤的前進角和后退角的測量示意第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第30頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二2. 浸潤力的測量浸潤力的測量可以有豎直拔出法和水平浸入拉出法，如圖6-33所示。 圖6-33 浸潤力測量原理圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第31頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二（1）豎直拔出法豎直拔出法的受力平衡為 (6-33)式中，F(xiàn)為纖維拔出力；FP為浸潤力；Gf為纖維的重力；Fb為纖維浸潤段的浮力，即 ； ； 。其中，P為固、

21、液、氣三相交界線的長度，即纖維截面的周長，當圓形時，P=d，d為纖維直徑；L、Af，和f分別為纖維的長度、截面積和密度；l和L分別為浸入液體的纖維長度和液體的密度。將拔出力F換算出表面張力的表達，并令纖維為圓形截面積，可得 (6-34)纖維表面的真實浸潤表面張力 (6-35)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第32頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二即為Wilhelmy表達式，可求液體的表面張力或cos，轉(zhuǎn)而求SV。豎直拔出法不適于接觸角大的、柔軟的纖維。 （2）水平浸入拉出法典型的實驗曲線如圖6-34所示，其中(a)為纖維和液體接觸過程示意圖；(b)為實驗過程中力值變化和時間的關(guān)系

22、圖。在時間T1以前，為纖維和纖維架逐漸進入液體中的過程。初始OA階段，纖維架開始向下進入液體中，OA階段的力值由于纖維架受到的浮力的增大而逐漸線性減少，但十分微小。到A點時，纖維開始接觸液體，此時，力值突然增加到B點，是纖維吸著液體的表現(xiàn)，界面張力的變化導(dǎo)致了這個力值的變化。過B點后，纖維繼續(xù)進入液體中，固液界面開始趨替固氣界面，力值逐漸減小，至C點。當由于纖維進入液體形成的凹液面消失、液面閉合，力值突然增大回到D點。時間T1以后，即到I點，開始向上拉纖維架，液體對纖維架浮力的減少以及移動阻力的出現(xiàn)，使得力值緩慢增加，直到J1點。J1點后，纖維開始被拉出液面，并附帶部分液體形成液膜，隨著液膜的

23、逐漸增加，力值呈線性增大，直到J2點；第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第33頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二隨著液膜的減薄和破損，力值出現(xiàn)非線性特征，從J2點緩慢增加到P點，然后又從P點下降到P點。由于最后液膜破裂，力值在瞬間降至Q點。根據(jù)上述浸潤過程的現(xiàn)象，假設(shè)纖維為均勻細長的圓柱形，由于纖維水平進入液體中，其與液體接觸的界面為圓形。對于這一浸潤，接觸角為常數(shù)，纖維受到的有效浸潤力，即液體表面張力沿垂直方向的分力（）大小隨液體與纖維接觸點的位置變化，如圖6-35所示。 第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第34頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二浸沒拔出圖6-34 典

24、型的實驗曲線及過程示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第35頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-35 液面和纖維的接觸點的關(guān)系示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第36頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-35中，E點為液體和纖維的接觸點，O為纖維截面圓心，點A為液體和纖維的初始接觸點；點D為液面閉合時液體和纖維的接觸點，線BC為過E點的圓的切線，線FG為過E點的水平線。為OA和OE的夾角；為過E點的切線BC和水平線FG的交角。在浸入過程中，水平線FG和接觸角是恒定不變的，變化的是。理論上，總有一接觸點，使。因為，當時，接觸點E將低于液面水平面，即線b，此

25、時液體表面張力沿垂直方向的分力b向上。只有時，接觸點E位于FG線上，液體表面張力在水平方向，垂直方向的分力為零。因此，可以顯微觀察得到。但理論上可以求得接觸角值。首先定義浸潤因子w為 (6-36)式中，F(xiàn)AB和FCD分別為AB和CD段得力值，見圖6-36。當時，有： （6-37） 第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第37頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二據(jù)圖6-36可知： （6-38）假設(shè)圖6-36中BC為直線，根據(jù)浸潤因子的定義： （6-39）不考慮纖維架和纖維的浮力作用，則 （6-40）將（6-40）代入（6-39）得： （6-41）將（6-41）代入（6-37）得： （6-4

26、2）式（6-42）反映了接觸角與浸潤因子的定量關(guān)系。結(jié)合浸潤因子的定義，有表6-5的關(guān)系。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第38頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-36 實驗曲線中力值變化分析示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第39頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二表6-5 浸潤因子與接觸角的關(guān)系力值關(guān)系浸潤因子接觸角FCDw=0FAB1w0/2FAB=FCDw=1=/2FABFCD0w1/2FAB=0w=0=第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第40頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二3. 鋪展速度的測量纖維的鋪展浸潤性可用鋪展系數(shù)P來表達，即 （

27、6-43）鋪展系數(shù)又可稱為“鋪展壓”或“鋪展張力”，其反映在此壓力或張力的作用下，液體分子不僅能克服自身的內(nèi)聚能作用，展開增加表面積，而且使液體分子在固體表面上快速擴散。 vS為鋪展速度，即氣、液、固三相的交匯點A+的移動。 第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第41頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二圖6-37 長絲向下運動時液面月牙狀的變化第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第42頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二三、纖維芯吸與表征 浸潤對于單一纖維，或單一表面，可以用上述現(xiàn)象和說法來解釋.但面對纖維集合體或多表面靠近，或多孔材料時，即便是原平衡態(tài)的浸潤，也會變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)

28、特征的浸潤，即氣、液、固三相交匯點A（圖6-27），會發(fā)生長時間的移動，稱為芯吸(wicking)。1. 纖維集合體的浸潤現(xiàn)象纖維集合體的浸潤有毛細吸水的現(xiàn)象，或稱芯吸。芯吸作用除了單纖維的浸潤作用外（cos），還有孔隙形狀因子的影響。典型的毛細管壓力p方程為： (6-44) 第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第43頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二 毛細管的等效半徑，即為形狀參數(shù)；增大，芯吸壓力p下降，浸潤作用減弱；變小時，芯吸壓力上升；當大于液體表面月牙弧的曲率半徑時，芯吸便停止。即毛細管垂直狀態(tài)因重力作用存在極限值。 水平狀態(tài)時，當大到一定程度時，一種是液體分離，回到浸潤的平

29、衡或鋪展狀態(tài)，一種是如平常的水管，只要水源足夠，將不停地流動。垂直和水平兩種毛細狀態(tài)見圖6-38所示。 圖6-38 無毛細作用時液體的狀態(tài)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第44頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二2. 芯吸高度當纖維條，織物豎直插入液體或纖維集合體的空隙為豎直面對液體時，其拒水和芯吸作用，如圖6-39所示。 (a) 90180（拒水） (b) 0/2，越大，hP越大，=時， （6-47）拒水的第二條件，才是織物的孔隙等效直徑d0在織物不可浸潤的條件下，d與hP成反比，d愈小，織物愈拒水。(2) 導(dǎo)水高度hW由圖6-39(b)可得力平衡方程第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第46頁，共55頁，2022年，5月20日，17點56分，星期二所以，纖維間的芯吸高度hW為： (6-48)顯然，要獲得導(dǎo)水材料的必要條件是接觸角90，當=0時，又回到式(6-47)。其次是毛細管直徑要小，纖維集合體越緊密，則纖維間孔隙的等效孔徑越小，纖維集合體的芯吸作用越強，hW越大。3. 芯吸速度纖維集合體的芯吸速率，在微觀上取決于纖維的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及液體分子的熱平衡過程；在宏觀上取決于孔隙形態(tài)與方向。可由定時間t，測芯吸高度hW、擴展長度L和芯吸液體質(zhì)量mW來表達。 (6-49)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第47頁，共55頁，2022年，5月20日