紡織材料-第五章.ppt

1、2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,1,內(nèi)容提要： 吸濕指標(biāo)及計(jì)算；吸濕性隨內(nèi)外因變化的一般規(guī)律；吸濕性對(duì)纖維性能的一般影響規(guī)律；烘箱法與電阻法測纖維回潮率的一般原理及優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)難點(diǎn)： 吸濕機(jī)理和測試方法，難點(diǎn)是吸濕滯后性、吸濕平衡的概念和應(yīng)用。解決方法： 采用分層、獨(dú)立因素分析法，在掌握概念的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,2,第一節(jié)： 吸濕指標(biāo)與吸濕機(jī)理,第二節(jié)： 影響吸濕的外界因素,第三節(jié)： 吸濕性對(duì)紡織材料的影響,第四節(jié)： 吸濕性的測試方式,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,3,第一節(jié) 吸濕指標(biāo)與吸濕機(jī)理一、吸濕指標(biāo)及常用術(shù)語（一

2、）回潮率、含水率及其換算關(guān)系 （通過前面章節(jié)引入，進(jìn)一步強(qiáng)化定義）（二）標(biāo)準(zhǔn)回潮率（注意它是范圍值，并解釋標(biāo)準(zhǔn)大氣，見教材第323324頁表6-1，6-2）（三）公定回潮率（為什么要制定公定回潮率？）（四）實(shí)際回潮率（實(shí)測回潮率）（五）調(diào)濕與預(yù)調(diào)濕（六）標(biāo)準(zhǔn)重量（公定重量）,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,4,二、吸濕機(jī)理（內(nèi)在因素）（一）親水基團(tuán)及其作用： 纖維大分子上是否存在親水性基團(tuán)，是決定纖維吸濕性能的決定性因素。極性基團(tuán)的多少、極性的強(qiáng)弱、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等綜合影響吸濕性，適當(dāng)舉例說明。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,5,（二）結(jié)晶度（結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)的比例） 實(shí)驗(yàn)

3、證明：纖維的吸濕作用主要發(fā)生在非結(jié)晶區(qū)，這是肯定的，水分能否進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，目前尚有爭議，但水分進(jìn)入結(jié)晶區(qū)的量是很少的。除結(jié)晶度影響纖維的吸濕性以外，在相同的結(jié)晶度條件下，晶型和晶粒的大小對(duì)吸濕也有影響，一般來說，晶粒小，吸濕性大。（簡單說明取向度、聚合度對(duì)吸濕性的影響）,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,6,（三）比表面積： 單位體積的纖維所具有的表面積。比表面積越大，吸濕能力愈強(qiáng)。（簡單解釋原理，舉例）（四）伴生物的性質(zhì)和含量：,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,7,第二節(jié) 影響吸濕性的外界因素一、吸濕平衡與平衡回潮率（時(shí)間）：（吸濕平衡是動(dòng)態(tài)的，其穩(wěn)定性很差，而且是自動(dòng)進(jìn)

4、行的，外界條件一變，平衡就立即遭到破壞，而且要達(dá)到新的平衡需一定的時(shí)間。舉例說明纖維集合體狀態(tài)、外界風(fēng)速對(duì)平衡時(shí)間的影響，使同學(xué)有一個(gè)數(shù)量的概念）,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,8,二、吸濕等溫線（溫度）： 在大氣壓力和溫度一定且不變的條件下，材料的吸濕平衡回潮率隨相對(duì)濕度變化的曲線。具體各纖維的吸濕等溫線見教材第334頁圖6-3。 由圖我們首先可以看出：講順序并討論，各種纖維的平衡回潮率在相同的濕度條件下是不同的，這是材料本身的差異造成的。 不同的纖維具有不同的吸濕等溫線，但我們可以看到它們的曲線形狀都呈反S形，反S形的明顯程度是有一些差異，但它們的吸濕機(jī)理應(yīng)當(dāng)說在本質(zhì)上基本一

5、致的。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,9,解釋這一規(guī)律可用前面講過的吸濕過程來說明。 在開始階段，自由的極性基團(tuán)較多，以化學(xué)吸附為主，隨著相對(duì)濕度的提高，化學(xué)吸著水迅速增加而后趨于穩(wěn)定。 毛細(xì)吸收水在開始階段增加的緩慢，當(dāng)相對(duì)濕度較大時(shí)，毛細(xì)水迅速增加，這主要是水分子進(jìn)入較大的孔隙，加上纖維的膨化，水氣分壓的增加，表面吸附能力的增加，使得毛細(xì)水和表面凝結(jié)水大量增加，曲線快速上升。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,10,對(duì)于化學(xué)纖維，由于它的大分子親水基團(tuán)少，結(jié)構(gòu)緊密，使化學(xué)吸著水（直接吸數(shù)）和毛細(xì)吸數(shù)水量都少，使反S形不明顯。 吸濕等溫線與溫度有密切的關(guān)系，溫度不同，

6、吸濕等溫線的形狀位置就會(huì)發(fā)生變化，這一點(diǎn)希望大家能夠注意，要比較材料的平衡回潮率，必須在相同的條件下去做。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,11,三、吸濕滯后性（濕歷史）： 在同一空氣條件下，紡織材料吸濕平衡回潮率比放濕平衡回潮率小的現(xiàn)象叫吸濕滯后性（或叫吸濕保守性，吸濕滯后現(xiàn)象）。（簡單解釋其原因，用作圖法解釋滯后規(guī)律）,四、吸濕等濕線（溫度的影響）： 相對(duì)濕度一定時(shí)，平衡回潮率隨溫度變化的曲線。當(dāng)纖維周圍空氣的溫度較高時(shí)，水分子逸出纖維的動(dòng)能增加，容易離開纖維，纖維的平衡回潮率較小，一般是溫度越高，回潮率越小，但在高溫高濕時(shí)，由于纖維的熱膨脹等原因，隨溫度的增高纖維回潮率會(huì)略有

7、增加。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,12,第三節(jié) 吸濕性對(duì)紡織材料性能的影響 一、對(duì)重量的影響 強(qiáng)調(diào)一下公定重量，及回潮率對(duì)工藝設(shè)計(jì)、成本核算、貿(mào)易等的影響。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,13,二、對(duì)幾何尺寸的影響 紡織纖維是由大分子組成的一個(gè)各向異性體，吸濕后膨脹明顯表現(xiàn)乃各向異性，具體講就是：長度方向和直徑方向上的膨脹增加率不一樣。 纖維膨脹和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系是很密切的。結(jié)構(gòu)影響膨脹，而膨脹反映結(jié)構(gòu)狀況。 纖維的濕膨脹，使得由它織造的織物，同樣要發(fā)生一些變化，如織物、變厚、變硬、變短，織物洗滌以后尺寸變短，就是我們常見的縮水，這一點(diǎn)大家都有經(jīng)驗(yàn)。,2020/8

8、/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,14,三、對(duì)密度和體積的影響 對(duì)密度的影響，大家看教材第293頁圖6-7，纖維的密度是隨回潮率的增加，先上升，然后下降。 對(duì)含水纖維來講，總質(zhì)量是干纖維與水的質(zhì)量和，隨水的進(jìn)入，是線性增加的。 而體積由三部分組成：干纖維本身的體積，內(nèi)部空隙的體積，再加上進(jìn)入的水的體積。（簡單解釋，對(duì)于密度小于1的纖維又怎樣呢？）,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,15,四、對(duì)機(jī)械性質(zhì)的影響只講一下總體的大致規(guī)律。五、對(duì)熱學(xué)性質(zhì)的影響保暖性、耐熱性和吸濕放熱，通過吸濕放熱進(jìn)一步說明吸濕機(jī)理。介紹兩個(gè)指標(biāo)：吸濕積分熱和吸濕微分熱，參見教材第296圖 6-8和圖6-9 六、

9、對(duì)電學(xué)性質(zhì)的影響絕緣與靜電。七、對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響對(duì)折射率，耐光性，光澤，顏色等的影響。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,16,第四節(jié) 吸濕性的測試方式測量方法很多，可分為直接法與間接法一、直接法： 所謂直接法就是根據(jù)吸濕指標(biāo)的定義，直接測量出公式中的各個(gè)參數(shù)：G干，G濕，直接法的關(guān)鍵在于：烘干和稱重。 發(fā)展到現(xiàn)在使纖維干燥的方式方法已有很多，如：吸干、抽取、烘燥、紅外、高頻、微波等，效率各不相同。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,17,下面我們以烘箱法為例測試的基本原理。（一）烘箱法：干燥：對(duì)于烘箱它叫烘干，由烘箱內(nèi)的熱空氣提供能量，使水分子獲得得足夠的汽化能，從而脫離

10、纖維，所以從溫度上來講應(yīng)當(dāng)高于水的沸點(diǎn)。在此同時(shí)降低箱內(nèi)相對(duì)濕度以提高烘干效率。由于我們無法將相對(duì)濕度降到0%，即一點(diǎn)水分都沒有是辦不到，所以材料只是在很低的相對(duì)濕度條件下達(dá)到濕平衡。那么平常所說的干重并不是絕對(duì)干重，是一個(gè)相對(duì)干重，是一個(gè)條件值。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,18,稱重：對(duì)于上述烘得的相對(duì)干重能否稱準(zhǔn)呢？對(duì)于試樣來講，烘前是冷而濕的，烘后是熱而干的，在此條件下是在烘箱內(nèi)稱重，還是在烘箱外稱重結(jié)果是不一樣的。在烘箱內(nèi)由于是熱空氣，所以其密度小，對(duì)試樣浮力小，所以稱的重量偏重。在箱外稱，首先是冷空氣密度大，浮力大，此時(shí)的試樣干而熱，在箱外熱冷空氣對(duì)流也要產(chǎn)生浮力，

11、而且浮力在不停的變。試樣很干，在空氣中一暴露，就馬上進(jìn)行強(qiáng)吸濕，所以在稱量時(shí)，很不穩(wěn)定。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,19,如果把試樣放冷以后再稱可消除一部分不穩(wěn)定因素，但你能保證試樣在冷卻過程中一點(diǎn)也不吸濕嗎？即便可以達(dá)到忽略不計(jì)的程度，試驗(yàn)時(shí)間無疑又被加長了。所以一般要采用箱內(nèi)熱稱。又是一個(gè)條件值。 由以上介紹可看出：無論是干燥還是稱重都是在一定條件下進(jìn)行的，條件一旦改變，結(jié)果也馬上改變，從而最終結(jié)果是一個(gè)條件值，盡管該試驗(yàn)方法有這樣或那樣的不足，但試驗(yàn)結(jié)果還是穩(wěn)定的，能滿足貿(mào)易、工業(yè)加工中的要求，并作為一種基礎(chǔ)測試方法。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,20,

12、二、間接測定法：所謂間接法是利用某引起物理量，如電阻，介電系數(shù)，外來輻射的吸收等和材料回潮率間的關(guān)系間接測得回潮率。它以不必趕出材料中的水分為其特征。以快速為其特點(diǎn)。下面以電阻式測濕儀為例簡介其原理。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,21,電阻式測濕儀：顧名思義：利纖維的電阻與回潮率的關(guān)系，測知纖維的電阻間接知曉回潮率是多少，當(dāng)然事先應(yīng)對(duì)一定種類的纖維的回潮率和電阻值作好標(biāo)定，其數(shù)值可直接從纖維回潮率的形式表示出來。電阻測濕儀是接觸式的。,2020/8/2,紡織與材料學(xué)院紡織工程系,22,影響因素：（1）試樣的回潮率分布是否均勻。因?yàn)殡娮鑼⒁宰柚底钚√幾鳛閷?duì)外表現(xiàn)。即使只有一個(gè)濕潤點(diǎn)處在電極間也將明顯影響測量結(jié)果。（2）測量范圍：即量程的讀數(shù)范圍，一般應(yīng)在滿量程的20-75%范圍內(nèi)讀數(shù)，盡量避免在起始端和滿刻度端使用，因?yàn)樵谶@兩處，測量結(jié)果不穩(wěn)定，可