紡織材料的吸濕性

紡織材料的吸濕性第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二本章知識點：1、紡織材料的吸濕平衡與吸濕指標(biāo)（重點）2、紡織材料的吸濕機(jī)理與影響因素（難點）3、大氣條件與纖維吸濕4、吸濕對纖維性能的影響第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)吸濕平衡與吸濕指標(biāo)

一、吸濕平衡

1、纖維材料的含濕量隨所處的大氣條件而變化，在一定的大氣條件下，纖維材料會吸收或放出水分，隨著時間的推移逐漸達(dá)到一種平衡狀態(tài)，其含濕量趨于一個平衡值，這時，單位時間內(nèi)纖維材料吸收大氣中的水分等于從纖維內(nèi)放出的水分，這種現(xiàn)象稱為吸濕平衡。纖維材料在大氣中吸收或放出氣態(tài)水的能力稱為吸濕性。是指紡織材料從氣態(tài)環(huán)境中吸著水分的能力。3第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

2、吸濕平衡現(xiàn)象的實例：（1）雨后的晴天是否適合曬被子？為什么？（2）夏天天氣很熱在地上灑水，為什么開始一段時間感覺比較涼爽，過一段時間后又會感覺比較濕熱？第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

需要指出的是，紡織材料的吸濕平衡是一種動態(tài)平衡。如果大氣中的水汽分壓力增大，使進(jìn)入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。纖維吸濕或放濕比較敏感，一旦大氣條件變化，其含濕量也立即變化，而紡織材料的性質(zhì)與吸濕有關(guān)，所以在進(jìn)行物理力學(xué)性能測試時，試樣應(yīng)趨于吸濕平衡狀態(tài)。（調(diào)濕）第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二纖維吸濕、放濕是呈指數(shù)增長的過程，嚴(yán)格來說達(dá)到平衡所經(jīng)歷的時間是很長的，纖維集合體體積愈大，壓縮愈緊密達(dá)到平衡的時間也愈長。一般單纖維或3mg以下的小束，6秒鐘將基本平衡；50g的塊體達(dá)到平衡約1小時或更多；100kg的絮包達(dá)到平衡約要4個月到一年。第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二.吸濕指標(biāo)1.回潮率與含水率

（1）回潮率W：紡織材料中所含水分重量對紡織材料干重的百分比。

（2）含水率M：

紡織材料中所含水分重量對紡織材料濕重的百分比。

Ga——纖維材料稱的的實際重量（濕重）G0

——纖維材料烘干后的干燥重量（干重）第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.平衡回潮率纖維材料在一定的大氣條件下,吸、放濕作用達(dá)到平衡穩(wěn)定的回潮率，稱～。8第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.標(biāo)準(zhǔn)回潮率由于各種纖維的實際回潮率隨溫濕度條件而改變，為了比較各種紡織材料的吸濕能力，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，纖維材料放置一段時間后所達(dá)到的回潮率稱為～。材料測試必須在此回潮率下進(jìn)行。第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二標(biāo)準(zhǔn)大氣條件:

大氣壓力：1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101.3kPa

（760mmHg柱）在實際工作中可以根據(jù)要求，選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)級別：

一級用于仲裁檢驗；

二級用于常規(guī)檢驗；

三級用于要求不高的檢驗。

級別標(biāo)準(zhǔn)溫度(℃)標(biāo)準(zhǔn)相對濕度(%)A類B類120±127±265±2220±227±365±3320±327±565±5第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

4.公定回潮率(Wk)

貿(mào)易上為了計重和核價的需要，由國家統(tǒng)一規(guī)定的各種紡織材料的回潮率。（純粹是為工作方便而選定的，接近但不是標(biāo)準(zhǔn)回潮率）。各國對于紡織材料公定回潮率的規(guī)定并不一致，我國常見的幾種纖維的公定回潮率見表4-2。11第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二纖維種類公定回潮率/%纖維種類公定回潮率/%原棉8.5黃麻14羊毛洗凈毛（同質(zhì)毛）16羅布麻12羊毛洗凈毛（異質(zhì)毛）15大麻12干毛條18.25劍麻12油毛條19粘膠纖維13精梳落毛16滌綸0.4山羊絨17錦綸6、錦綸664.5兔毛15腈綸2.0牦牛絨15維綸5.0桑蠶絲11含氯纖維0.5柞蠶絲11丙綸0亞麻12醋酯纖維7.0苧麻12銅氨纖維13.0洋麻12氨綸1.3幾種纖維的公定回潮率第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二混合材料或混紡紗的公定回潮率：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第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二5.標(biāo)準(zhǔn)重量Gk(公定重量)

紡織材料在公定回潮率時的重量叫標(biāo)準(zhǔn)重量，也叫公定重量。是交付結(jié)算的依據(jù)。例題:

一批粘纖(規(guī)格3D，76mm），稱見重量為4980kg，測其回潮率為10.25%，求其公定重量。14第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二當(dāng)兩種纖維混紡時，成品的干重混紡比百分?jǐn)?shù)折算成投料時濕重混紡比百分?jǐn)?shù)的算法如下:

纖維1：回潮率Ｗ1，濕重混比g1，干重混比g0

纖維2:回潮率Ｗ2，濕重混比100-g1，干重混比100-g0計算公式第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二例：Ｔ實際回潮率0.3％，粘膠實際回潮率12％，為使二者干重混紡比為65/35，求滌粘的濕重混紡比。16第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二作業(yè)：1.找出至少兩種日常生活中關(guān)于吸濕平衡現(xiàn)象的實例。2．一批腈綸重1000kg，取50g試樣烘干后稱得其干重為49.2g，求該批腈綸的回潮率和標(biāo)準(zhǔn)重量。（腈綸的公定回潮率為2.0%）

3．計算55/45棉/滌混合纖維的公定回潮率。

第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二一、吸濕機(jī)理

所謂吸濕機(jī)理，是指水分與纖維的作用及其附著與脫離過程。有關(guān)吸濕的理論:棉纖維吸濕的兩相理論毛纖維吸濕的三相理論

第二節(jié)吸濕機(jī)理與影響吸濕的內(nèi)部因素第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二1、Peirce理論認(rèn)為，水分子在纖維中的存在形式有：（1）直接水：親水性基團(tuán)直接吸著的水（2）間接水：直接水本身因具有極性而再吸著的水19第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

間接吸收的水分子存在于纖維內(nèi)部的微小間隙中成為微毛細(xì)水，當(dāng)濕度很高時，間接吸收的水分子可以填充到纖維內(nèi)部較大的間隙中，成為大毛細(xì)水，大毛細(xì)水的結(jié)合力除氫鍵引力以外包括范德華力、表面張力等，所以結(jié)合力小。20第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二（1）多數(shù)初始吸收水為直接吸收水。（2）而在高濕時的吸收水主要為間接吸收水。（3）直接吸收水取決于纖維中的極性基團(tuán)。（4）間接吸收水與纖維中的空隙和無序區(qū)有關(guān)。第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二Speakman,提出羊毛吸濕的三相理論。1、第一相：水分子是與角朊分子側(cè)鏈中的親水基相結(jié)合的水。2、第二相：水分子被吸著在主鏈的各極性基團(tuán)上，并取代分子鏈段間的相互作用。3、第三相：水分子是填充在纖維空隙間和分子間的汽態(tài)水。第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二、

影響纖維吸濕的因素

影響纖維回潮率的因素有內(nèi)因和外因兩個方面。

內(nèi)在因素包括：化學(xué)結(jié)構(gòu)-纖維大分子親水基團(tuán)的數(shù)量和極性的強(qiáng)弱；聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維的結(jié)晶度、纖維內(nèi)孔隙的大小和多少；形態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維比表面積的大小，截面形狀、粗細(xì)及表面粗糙程度；纖維伴生物的性質(zhì)和含量

。

外在條件包括：溫濕度；氣壓；原來回潮率的大小。第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二(一)纖維內(nèi)在因素1．親水基團(tuán)的作用纖維大分子中，親水基團(tuán)的多少和極性強(qiáng)弱均能影響其吸濕能力的大小。數(shù)量越多，極性越強(qiáng)，纖維的吸濕能力越高。各種基團(tuán)對纖維素纖維，蛋白質(zhì)纖維，合成纖維吸水性都有很大影響。第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二如：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）。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二纖維素纖維：如棉、粘纖、銅氨等纖維，大分子中的每一葡萄糖?；?個-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，而乙酸基對水的吸引力又不強(qiáng)，因此醋酯纖維的吸濕性較低。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)纖維：主鏈上含有親水性的酰胺基、氨基（一NH2）羧基（一COOH）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。第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二合成纖維：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個碳原子上含有一個酰胺基（-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——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。第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.結(jié)晶度的影響

化學(xué)組成相同的纖維，吸濕性不一定相同，因內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。（1）結(jié)晶度增大，吸濕性減?。ㄎ鼭裰饕l(fā)生在無定形區(qū)）如棉經(jīng)絲光后，由于結(jié)晶度降低使吸濕性增加如，棉:結(jié)晶度70%左右，回潮率8.5%

粘膠:結(jié)晶度30%左右，回潮率13%

粘膠吸濕性好于棉。

29第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.纖維的比表面積和內(nèi)部空隙（1）比表面積單位體積的纖維所具有的表面積。纖維的表面具有吸附作用。纖維的比表面積越大表面能越高，表面吸附的水分子數(shù)則越多，吸濕性越好。細(xì)纖維的比表面積大，故比粗纖維的吸濕性好些。（2）纖維內(nèi)部孔隙內(nèi)部孔隙越多越大，水分子越易進(jìn)入，纖維的吸濕能力越強(qiáng)。30第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二如：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。第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二思考題3：為什么粘膠纖維的吸濕能力大于棉，合成纖維的吸濕能力低于天然纖維？第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二4.纖維內(nèi)的伴生物和雜質(zhì)

纖維的各種伴生物和雜質(zhì)對吸濕能力也有影響。a.棉纖維中有含氮物質(zhì)、果膠、棉蠟、脂肪等；b.羊毛表面的油脂（拒水）；c.麻纖維的果膠和蠶絲中的絲膠；d.化學(xué)纖維表面的油劑；33第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二（二）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下降。

2．相對濕度的影響在一定溫度條件下，相對濕度越高，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)會越多，纖維的吸濕也就較多。第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二在溫度和濕度這兩個因素：對親水性纖維來說，相對濕度對回潮率的影響是主要的，對疏水性的合成纖維來說，溫度對回潮率的影響明顯。第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二3.氣壓的影響4.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，其從放濕達(dá)到平衡時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。第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二通常，人們希望合成纖維具有像天然纖維那樣的吸濕性質(zhì)。因此，根據(jù)吸濕的極性基團(tuán)、高比表面積、多微孔和吸濕性雜質(zhì)等機(jī)制，可以通過引入吸濕基團(tuán)，采用超細(xì)多微孔纖維，進(jìn)行表面改性，實現(xiàn)纖維吸濕性能的改善。第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二一、相對濕度與平衡回潮率

（溫度恒定，大氣濕度對回潮率的影響）

1.吸濕等溫線和放濕等溫線吸濕等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，干燥的纖維在不同的大氣相對濕度下因吸濕而達(dá)到的平衡回潮率與大氣相對濕度的相關(guān)曲線。放濕等溫線：在大氣壓力和溫度不變的條件下，平衡回潮率最大的纖維（大氣相對濕度100%下平衡后）因放濕達(dá)到的平衡回潮率與大氣相對濕度的關(guān)系曲線。第三節(jié)大氣條件與纖維吸濕38第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

2.吸濕等溫線的特點：（1）曲線呈上升趨勢。表明隨著相對濕度的增大，回潮率增大。（2）曲線都呈反S形。表明吸濕機(jī)理基本一致。

0-15%斜率大，吸濕速率快，極性基團(tuán)吸水。

15%-70%斜率小，吸濕速率慢，間接吸附水。

70%-100%斜率大，吸濕速率快，吸濕膨脹，空隙增加。（3）纖維種類不同，曲線的高低不同。表明各種纖維的平衡回潮率在相同的濕度條件下是不同的。

圖4-2各種纖維的吸濕等溫等壓線39第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

吸濕等溫線與溫度有密切的依賴性，所以一般是在標(biāo)準(zhǔn)溫度下試驗所得。不同溫度時的吸濕等溫線以棉為例，如下圖所示。40第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二二、吸濕滯后性（纖維原有的濕度對平衡回潮率的影響）1.定義同種纖維在一定的大氣溫濕度條件下，從放濕達(dá)到平衡的回潮率大于從吸濕達(dá)到的平衡回潮率，這一性能稱為纖維的吸濕滯后性，也稱“吸濕保守現(xiàn)象”。如下圖所示：41第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.吸濕滯后性曲線

纖維的吸濕滯后現(xiàn)象

同一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。濕滯的差值（吸濕滯后性造成的差值）與纖維的吸濕性有關(guān)，吸濕性好，差值大。濕滯差值的大小還與纖維原有的回潮率有關(guān)。如圖中a→b（由吸濕狀態(tài)重新放濕），

c→d（由放濕狀態(tài)重新吸濕）。大氣相對濕度（％）42第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二

a-b，c-d都處于吸濕等溫線和放濕等溫線之間。

纖維的吸濕滯后現(xiàn)象由此可見，在同樣的相對濕度下，纖維的實際平衡回潮率處于兩條線之間的某一值，這一數(shù)值與纖維在吸濕或放濕前的歷史有關(guān)。通常講的平衡回潮率是指理論平衡回潮率，即兩曲線的中間值。43第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二（2）水分子進(jìn)出的差異吸濕過程：纖維內(nèi)的通道和位置是敞開和空著的。放濕過程：各通道已被水分子堵塞，水分子進(jìn)出必須挨個進(jìn)行，是單方向的。進(jìn)容易、出困難，進(jìn)快速、出慢速，進(jìn)多通道、出單方向，形成明顯的滯后。（1）能量獲得概率的差異吸濕過程：水分子是高速運(yùn)動的自由顆粒，本身具有較大動能。放濕過程：水分子是被吸附的水分子，運(yùn)動能量低，要脫離必須獲得能量。而能量的獲得取決于其他運(yùn)動粒子的碰撞，存在概率。3.吸濕滯后產(chǎn)生的原因

第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二（3）纖維結(jié)構(gòu)的差異主要體現(xiàn)在吸濕后纖維不可逆的膨脹與微結(jié)構(gòu)的變化。吸濕過程：水分子擠入，結(jié)構(gòu)被拉開，孔隙增大，這種變形是不可塑的。（4）水分子分布的差異吸濕：水汽濃度外高內(nèi)低。放濕：水汽濃度內(nèi)高外低。（5）熱能作用的差異吸濕：進(jìn)入將釋放能量。放濕：推出將獲取能量。第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二4.吸濕滯后對實際工作的指導(dǎo)意義（1）預(yù)調(diào)濕

實驗前將試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下放置一定時間，使達(dá)到平衡回潮率以減小回潮率對纖維性質(zhì)的影響。

預(yù)調(diào)濕：預(yù)先將材料在較低的溫度烘燥（40～50℃，0.5～1h），使纖維的回潮率遠(yuǎn)低于測試所要求的回潮率。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)

纖維處于放濕時：纖維處于吸濕時：車間的濕度<規(guī)定值車間的濕度>規(guī)定值46第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二三、大氣溫度與平衡回潮率（大氣濕度恒定）

1.吸濕等濕線纖維在一定的大氣壓力下，相對濕度一定時，平衡回潮率隨溫度而變化的曲線稱為～。羊毛和棉的吸濕等濕線47第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期二2.曲線特點

溫度愈高，平衡回潮率愈低。但在高溫高濕的條件下，平衡