《紡織材料學》第3版

1、紡織材料學第3版姚穆 主編v 第二章 紡織纖維的形態(tài)及基本性質v 第五節(jié) 纖維的吸濕性 一、纖維的吸濕指標 1回潮率與含水率      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。     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。式中： 紡織材料濕重； 紡織材料干重。 2標準回潮率    紡織材料在標準大氣條件下，從吸濕達到平衡時測得的平衡回潮率。國際標準中規(guī)定的標準大氣條件為： 溫度（T）為20（熱帶為27）， 相對濕度（RH）為65%， 大氣壓力為86106kPa

2、，視各國地理環(huán)境而定。我國規(guī)定的標準大氣條件為：大氣壓力為1個標準大氣壓，即101.3kPa（760mmHg柱），并規(guī)定了溫、濕度的波動范圍：一級標準：T  20±2，RH   65±2%；二級標準：T  20±2，RH   65±3%；三級標準：T  20±2，RH   65±5%；  紡織材料在實驗測試前需進行調濕處理，通常在標準大氣條件下調濕24h以上即可，合成纖維調濕4h以上即可。 3.公定回潮率(Wk) &

3、#160;     貿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。      混紡紗的公定回潮率          其中：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。4.標準重量 Gk    

4、   是紡織材料在公定回潮率時的重量。v 常用纖維的標準狀態(tài)下的回潮率和公定回潮率 纖維種類 標準回潮率（%） 公定回潮率（%） 原棉 78 111 苧麻（脫膠） 78 12 亞麻 811 12 黃麻 1216（生麻），913（熟麻） 14 細羊毛 1517 - 洗凈毛 - 15 山羊毛 - 15 干毛條 - 18.25 油毛條 - 19 桑蠶絲 89 11.0 粘膠纖維 1315 13 醋酯纖維 47 7 滌綸 0.40.5 0.4 錦綸6 3.50.5 4.5 錦綸66 424.5 4.5 腈綸 1.22.0 2.0 維綸 4.55.0 5 丙綸 0 0 氯綸 - 0

5、氨綸 - 1 v 常用紗線的公定回潮率 二.纖維的吸濕機理1.吸著水分的種類   根據水分子在纖維中存在的方式不同，可分為三種： （1）吸收水    由于纖維中極性基團的極化作用而吸著的水。 吸收水是纖維吸濕的主要原因。  v 直接吸收水：由于纖維中親水基團的作用而吸著的水分子。它們之間的結合力較強，主要是氫鍵力，同時放出的熱量也較多。 v 間接吸收水：其他被吸著的水分子。a.由于水分子的極性再吸著的水分子 b.纖維中其他物質的親水基團所吸引的水分子。它們之間的結合力較弱，主要是范德華力，同時放出的熱量也較少。2）毛細水   

6、;  纖維有許多細孔，由于毛細管的作用而吸收的水分。     微毛細水：存在于纖維內部微小間隙之中的水分子；    大毛細水：存在于纖維內部較大間隙之中的水分子（當濕度較高時）。 3）粘著水（表面吸附）     纖維因表面能而吸附的水分子。      區(qū)別：吸收水屬于化學吸著，是一種化學鍵力，因此必然有放熱反應； 毛細水和粘著水屬于物理吸著，是范德華力，沒有明顯的熱反應， 吸附也比較快。2吸濕過程 一般認為纖維吸濕時，水分子先吸附至纖維表面，然后

7、水蒸氣向纖維內部擴散，與纖維內大分子上的親水性基團結合，隨后水分子進入纖維的縫隙孔洞，形成毛細水。 v 大氣條件與纖維吸濕 一、吸濕平衡與平衡回潮率     纖維材料的含濕量隨所處的大氣條件而變化。      吸濕平衡：纖維在單位時間內吸收的水分和放出水分在數量上接近相等，這種現象稱之吸濕平衡。 吸濕平衡是動態(tài)平衡    平衡回潮率：將具有一定回潮率的纖維，放到一個新的大氣條件下，它將立刻放濕或吸濕，經過一定時間后，它的回潮率逐漸趨向于一個穩(wěn)定的值，稱為平衡回潮率。 特點： 1.都是對

8、數曲線 ；      2. 起始段快，以后減慢直至平衡 ；      3.吸濕平衡所需要的時間<放濕平衡所需時間；      4.吸濕平衡W不等于放濕平衡W。二、吸濕等溫線  1.定義：(T一定，W-RH%的關系)   吸濕（放濕）等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因吸濕（放濕）達到的平衡回潮率與大氣相對濕度的關系曲線；特點：1.曲線都呈反S形，吸濕機理基本一致。 2.RH= 0%15% 時，曲線的

9、斜率比較大；原因：開始階段纖維中游離的親水基團比較多，容易吸濕。     RH= 15%70% 時，曲線的斜率比較??； 原因：因主要靠間接吸收，且水分子進入纖維內部的微小間隙中，形成毛細水，同時纖維還有一個膨化過程，所以吸收的水分比開始階段減少；      RH>70% 時，曲線斜率又明顯地增大。 原因：因水分進入纖維內部較大的間隙，纖維產生膨化，毛細水大量增加，表面吸附的能力，也大大增強，這就進一步增加了回潮率的上升速度。3. 纖維種類不同，曲線的高低不同吸濕能力強的在上方，如羊毛、粘膠；吸濕能力差的在下方

10、，如腈綸、滌綸等。三、吸濕滯后性（或吸濕保守現象） 1.定義：同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下，從放濕達到平衡和從吸濕達到平衡，兩種平衡回潮率不相等，前者大于后者，這種現象稱之。 2.產生原因： 一 般認為吸濕時由于水分子進人纖維的無定形區(qū)，使大分子間距離增加，少數連接點被迫拆開，而與水分子形成氫鍵結合。放濕時，水分子離開纖維，連接點有重新結 合的趨勢，但由于大分子上已有較多的極性基團與水分子相吸引，阻止水分子離去，而且大分子間的距離不能及時完全回復到原來情況，因而保留了一部分水分子。 因此同一纖維在同樣的溫濕度的條件下，從放溫達到平衡比從吸濕達到平衡具有較高的回潮率。  

11、0;        同一種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。       吸濕滯后值（即差值）與纖維的吸濕能力和相對濕度有關。在同一相對濕度條件下，吸濕性大的纖維，差值比較大。如羊毛  2.0%，  粘纖  1.8%2.0%，蠶絲  1.2%，  棉  0.9%， 錦綸 0.25% ，滌綸等吸濕等溫線和放溫等溫線則基本重合。 3.應用 （1）調濕和預調濕：   調濕：紡織材料具有一定的吸濕性，故

12、實驗前，需要將試樣統(tǒng)一在標準狀態(tài)下放置一定時間，使達到平衡回潮率。     預調濕：為避免纖維因吸濕滯后性所造成的誤差，需預先將材料在較低的溫度下烘燥（一般為4050°C下去濕0.5l h），使纖維的回潮率遠低于測試所要求的回潮率。然后再在標準狀態(tài)下，使達到平衡回潮率。（2）車間溫濕度調節(jié) 如：纖維處于放濕時，車間空氣的RH%<規(guī)定值；纖維處于吸濕時, 車間空氣的RH%>規(guī)定值。四、吸濕等濕線1.定義：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。（RH%一定，W-T的關系曲線）規(guī)律：溫度愈高，平衡回潮率愈低

13、。但在高溫高濕的條件下，由于纖維的熱膨脹等原因，平衡回潮率略有增加。3.原因：     T增加時，纖維中的水分子的熱運動能和纖維分子的熱振動能增大，使纖維內水蒸汽的蒸發(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，因此使水分子保留在纖維分子上的能力減少。    此外，存在于纖維內部空隙中的液態(tài)水蒸發(fā)蒸汽壓力也隨著溫度的上升而升高。v 影響纖維吸濕的因素 v 一 內在因素1親水基團的作用 2纖維的結晶度及內部空隙3纖維的比表面積 4纖維內的伴生物和雜質 v 二 外界因素 纖維大分子中，親水基團的多少和極性強弱均能影響

14、其吸濕能力的大小。數量越多，極性越強，纖維的吸濕能力越高。     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結合水（吸收水）。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，因此醋酯纖維的吸濕性較低。 蛋白質纖維：    主鏈上含有親水性的酰胺基、氨基（一NH2）、羧基（一COOH）

15、等親水性基團，因此吸濕性很好，尤其是羊毛，側鏈中親水基團較蠶絲更多，故其吸濕性優(yōu)于蠶絲。合成纖維： 含有親水基團不多，故吸濕性都較差。   維綸大分子中含有羥基（一OH），經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氰基（-CN），故吸濕能力小。   滌綸、丙綸中因缺少親水性基團，故吸濕能力極差，尤其是丙綸基本不吸濕。&

16、#160;     此外，大分子聚合度低的纖維，如果大分子端基是親水性基團，其吸濕能力也較強。 纖維的結晶度和內部空隙纖維吸收的水分一般不能進入結晶區(qū)，在結晶區(qū)內，分子有規(guī)則地緊密排列，活性基在分子間形成了交鍵，如氫鍵、鹽式鍵、雙硫鍵等，所以水分子就不易滲入，若要產生吸濕作用就須打開這些交鍵，使活性基游離，顯然這是困難的。因而纖維的吸濕作用主要是發(fā)生在無定形區(qū)。      纖維的結晶度越低，吸濕能力就越強。在同樣的結晶度下，微晶體的大小對吸濕性也有影響。一般來說，晶體小的吸濕性較大。 如：棉經絲光后，由于結晶度降低

17、使吸濕量增加；       棉和粘膠同屬纖維素纖維，每一個葡萄糖?；隙己?個一OH，但棉纖維的結晶度為70左右，而粘膠纖維僅30左右，W粘膠>W棉。                             纖維無定形區(qū)內縫隙孔洞越多越大，纖維吸濕能力越強。 如

18、：*粘膠纖維結構比棉纖維疏松，縫隙孔洞多，是其吸濕能力遠高于棉的原因之一；        *合成纖維結構一般比較致密，而天然纖維組織中有微隙，這也是天然纖維的吸濕能力遠大于合成纖維的原因之一。v 纖維的比表面積越大，表面能也就越大，表面吸附能力越強，吸附的水分子數也越多，吸濕性越好。v 細纖維的比表面積大，較細纖維的回潮率偏大些。v a.棉纖維中有含氮物質、棉蠟、果膠、脂肪等，其中含氮物質、果膠較其主要成分更能吸著水分，而蠟質、脂肪不易吸著水分。 因此棉纖維脫脂程度越高，其吸濕能力越好；v  b.羊毛表面的油脂是拒

19、水性物質，它的存在使吸濕能力減弱； v  c.麻纖維的果膠和蠶絲中的絲膠有利于吸濕； v  d.化學纖維表面的油劑，其性質會引起吸濕能力的變化，當油劑表面活性劑的親水基團向著空氣定向排列時，纖維吸濕量變大。 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的水分子數目越多，水分子到達纖維表面的機會越多，纖維的吸濕也就較多。 在溫度和濕度這兩個因素：  

20、;    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。 3. 纖維原來回潮率大小的影響      由吸濕滯后性我們可知，當纖維材料置于一新的大氣條件下時，其從放濕達到平衡時的回潮率要高于從吸濕達到的回潮率。故纖維原來回潮率大小也有一定的影響。v 吸濕對纖維性質的影響 一、對重量的影響其中：G0干重；Ga稱見重量。二、對長度和橫截面積的影響      纖

21、維吸濕后體積膨脹，橫向膨脹大而縱向膨脹小，表現出明顯的各向異性,即 Sd>Sl。纖維的膨脹率：Sd=D/D；Sl=L/L； Sa=A/A；   Sv=V /V 式中：D、L、A、V纖維原來的直徑、長度、截面積和體積；             D、L、A、V 纖維膨脹后，其直徑、長度、 截面積和體積的增加值。v 同一纖維，可根據吸濕膨脹后各向異性的大小，來判斷大分子的取向度。v 各種纖維在水中的膨脹性能表 三、對密度的影響 

22、0;    W增加，纖維密度增加；大多數纖維在  W=4%6%時密度最大。    W再增加，纖維密度逐漸變小，因為纖維體積顯著膨脹，而水的比重小于纖維。 四、對機械性質的影響     纖維吸濕后，其力學性質如強力、伸長、彈性、剛度等隨之變化。1.對強力的影響：（1）一般規(guī)律是W增加，其強力會下降；     這是因為水分子進入纖維內部無定形區(qū)，減弱了大分子間的結合力，使分子間容易在外力作用下發(fā)生滑移之故。強力下降的程度，視纖維內部結構和吸

23、濕多少而定。    粘膠纖維由于大分子聚合度較低，結晶度也較低，纖維斷裂主要表現為大分子的滑脫，同時水分子進入后對大分子結合力的減弱也很顯著，因此吸濕后強力下降非常顯著。（2）吸濕能力差的纖維，W增加，強力變化不太顯著合成纖維由于較弱，所以吸濕后強力的降低。（3）棉、麻纖維，吸濕后強力反而增加； 這是由于棉和麻纖維大分子聚合度很高，結晶度也很高，纖維斷裂主要表現為大分子本身的斷裂，而水分子進入后對大分子間結合力的減弱不顯著，并主要表現為水分 子進入后可將一些大分子鏈上的纏結被拆開，分子鏈的舒展和受力分子鏈的增加，平均地負擔纖維上所受的外力，因此使纖維強力增加。2.

24、對纖維伸長率的影響：     W增加，伸長率有所增加。    這是因為水分子進入纖維內部后，減弱了大分子間的結合力，使它在受外力作用時容易伸直和產生相對滑移的緣故。3.對纖維的脆性、硬性有所減小，塑性變形增加，摩擦系數有所增加。v 常見纖維在潤濕狀態(tài)下強伸度變化表 五、對熱學性質的影響  纖維吸濕放熱1.原因：由于空氣中的水分子被纖維大分子上的極性基團所吸引而與之結合，分子的動能降低而轉換為熱能被釋放出來的緣故。2.指標：吸濕微分熱：纖維在給定回潮率時吸著1克水放出的熱量。單位為J/g（水） &

25、#160; 各種干燥纖維的吸濕微分熱大致接近，約為837.41256J。吸濕積分熱：在一定的溫度下，1g干燥纖維從某一回潮率吸濕到達完全潤濕，所放出的總熱量稱為，單位為J/g（干纖維）。        吸濕能力強的纖維，其吸濕積分熱也大。3.應用（1）吸濕放熱與保暖性（2）吸濕放熱與紡織材料儲存（3）吸濕放熱與熱工計算v 各種纖維的吸濕積分熱 六、對電學性質的影響    高聚物的特殊分子結構，賦予纖維具有高的電絕緣性能。    纖維吸濕絕緣性能下

26、降，介電系數上升，介電損耗因素增大。    使纖維的比電阻下降，減緩靜電現象。       應用：電阻式和電容式電氣測濕儀。七、對光學性質的影響 當纖維的回潮率升高時，纖維的光折射率下降。是由于水分子進人纖維后，引起分子結構作某些改變造成的。v 吸濕性的測試方法 一、直接測定法      稱得濕重Ga，去除水分后得干重G0，根據定義求得W。   具體的測試方法有： 烘箱法(1)原理 烘箱是利用電熱絲加熱，當箱內溫度升至規(guī)定值時，把試樣放入烘箱內，

27、使紡織材料內的水分蒸發(fā)于熱空氣中，并利用換氣裝置將濕空氣排出箱外。由于紡織材料內水分不斷蒸發(fā)和散失，質量不斷減少，當質量烘至恒量時，即為紡織材料干重（烘燥過程中的全部質量損失都作為水分），最后算出回潮率指標。 國家標準規(guī)定供給烘箱的大氣應為標準大氣，如為非標準大氣，則測得的烘干質量應修正到標準大氣條件下的干重。 （2）影響烘干效果的因素： a.溫度和時間        溫度：棉105°C；絲110°C；其它纖維105110°C。 （有溫控裝置）   時間：烘燥90分鐘左右,第一次稱重，

28、10min后第二次稱重，兩次重量之差與后一次重量之比<0.05%，后一次重量為干燥重量。 b.稱重方法        稱重方法：箱內熱稱、箱外熱稱和箱外冷稱三種。 c.大氣溫濕度條件        箱內的相對濕度不可能達到0，當烘箱置于非標準大氣條件下測試時，其干重需根據當時環(huán)境的溫度和相對濕度進行修正。再用修正后的干重計算其回潮率。 優(yōu)點：檢驗歷史長，測得的結果比較穩(wěn)定； 缺點：耗電量大，時間長，并易損壞試樣；      纖維內

29、的一些油脂或其他物質的揮發(fā)，影響測定結果的真實性；      干重不是絕對的干重。2.紅外線輻射法  利用紅外線燈泡發(fā)出來的紅外線照射試樣，能量高，穿透力強，使材料內部在短時間內達到很高的溫度，將水分去除。          一般情況下只要520min即可烘干。 優(yōu)點：烘干迅速、耗電量省、設備簡單； 缺點：試驗結果不穩(wěn)定  （溫度無法控制，能量分布也不均勻，局部過熱而使材料烘焦變質）3高頻加熱干燥法     利用高頻電磁波在物質內部產生熱量以去除水。  高頻介質加熱法或電容加熱法（頻率范圍為1100MHZ）；      微波加熱法（頻率范圍是8003000MHZ）。 優(yōu)點：從材料內部產生高熱，一次烘燥量也比較大，迅速而均勻；加熱設備直接作用于被烘燥的物體上，熱損失??； 缺點：設備費用高，投資多、耗電量大，運轉和維修費用較高，           水汽