第6章--纺织材料的吸湿性

1、纺织材料的吸湿性,宗亚宁,授课内容,吸湿指标及计算 吸湿性测量方法 吸湿机理 吸湿影响因素 吸湿滞后性 吸湿性能对纺织材料物理机械性能的影响,吸湿基本概念,吸湿性 纤维材料吸着气态水分（水汽）的能力 水汽：水分子和微小水滴（1m） 润湿性 纤维材料吸着液态水分的能力,第1节 吸湿评价指标和测量方法,回潮率和含水率 平衡回潮率 标准大气条件 标准回潮率 公定回潮率 相关计算 测量方法,1. 吸湿指标,回潮率W 纺织材料中所含水分重量对纺织材料干重的百分比。 含水率M 纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿重的百分比。,纺织材料湿重 纺织材料干重,2. 平衡回潮率,纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变

2、化。,平衡回潮率,吸湿平衡 在单位时间内吸收水分和放出水分在数量上接近相等。 吸湿平衡是动态平衡 平衡回潮率 纤维材料达到吸湿平衡后的回潮率。 将具有一定回潮率的纤维，放到一个新的大气条件下，它将立刻放湿（吸湿），经过一定时间后，它的回潮率逐渐趋向于一个稳定的值。 可分为从吸湿达到的平衡回潮率和从放湿达到的平衡回潮率。,吸湿平衡示意图,达到平衡吸湿的时间,与纤维集合体的紧密度有关 单纤维：几秒到几十秒 松散纤维团：几分钟至几十分钟 纱线和织物：几十分钟到几小时（堆积密度） 棉包和毛包：一年至几十年（堆积密度和体积）,3. 大气条件,含水率对质量比电阻的影响,回潮率对纤维强伸性能的影响,标准大气

3、条件,国际标准中的标准大气条件： 温度（T）为20（热带为27）； 相对湿度（RH）为65%； 大气压力为86106kPa，视各国地理环境而定； 我国的标准大气条件： 大气压力为1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱） 需根据大气压力，修正相对湿度值。 温、湿度的波动范围： 级别 温度 相对湿度 1 201， 272 652%； 2 202， 273 653%； 3 203， 275 655%；,4. 标准回潮率,纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时测得的平衡回潮率。,Moisture Regain Comparison of different fibres,纺织材料测试

4、的要求调湿处理：,纺织材料在实验测试前需进行。 通常在标准大气条件下调湿24h以上即可，合成纤维调湿4h以上即可。,5. 公定回潮率,贸易上为了工商交接和统计的需要，由有关机构统一规定的各种纺织材料的回潮率。 各国对于回潮率的规定可能有差别。 参照标准状态下回潮率,纤维标准回潮率和公定回潮率对比,6. 回潮率常见计算,（1）混纺材料的公定回潮率 其中：Wi（%）第i种纤维的公定回潮率； Pi（%）第i种纤维的干重混纺比。 Gk标准重量（公定重量） 纺织材料在公定回潮率时的重量。,计算举例,有一批混纺原料， 称见重量为2500kg， 原料的混纺比为羊毛40涤纶40粘胶20， 实测回潮率为10，

5、求该批原料的标准重量为多少? (羊毛公定回潮率为15， 粘胶公定回潮率为13， 涤纶公定回潮率为0.4),回潮率常见计算,（2）已知湿重、干重，求回潮率、材料公定重量 一只粘胶丝饼的重量为1.180kg， 烘干后称得干重为1.062kg，求粘胶丝饼的回潮率及其标准重量? (粘胶丝的公定回潮率为13) 一批原棉重98000kg， 测得回潮率为9.2， 求这批原棉的标准重量为多少? (原棉公定回潮率为8.5),回潮率常见计算,（3）已知湿重、干重，求回潮率、纱线的细度 有一批50tex混纺纱线, 采用绞纱称重法，每绞纱长度为100米，30绞纱的所测总质量为160g, 原料的混纺比为棉/涤 6040

6、, 实测回潮率为4。求纱线的细度是多少?,回潮率常见计算,（4）已知混纺比，求棉型织物的公定重量混纺比、某一实际回潮率下的混纺比 计算6535涤棉混纺纱（1）在公定回潮率时的混纺百分比；（2）投料时湿重混纺比（实际回潮率：涤为0.2，棉为7.5）,7. 吸湿性的测试方法,直接测定法 测试纺织材料的湿重和干重（或水分），根据定义计算。 （1）烘箱法 （2）红外线干燥法 （3）高频加热干燥法 （4）真空干燥法 （5）吸湿剂干燥法,间接测定法 利用纺织材料某些性质与含水多少密切相关的原理，通过测试这些性质来推测含水率或回潮率 （1）电阻测定法 （2）电容测定法 （3）微波测定法,7.1 直接测定法,

7、7.1.1 烘箱法 温度 棉：105 丝：110 其它纤维：105110 时间 至干燥质量 烘燥90分钟左右， 间隔10min称重 两次质量之差低于规定数值，后一次质量为干燥质量。,结果较稳定 准确性尚可 费时、耗能,7.1.1 烘箱法影响烘干效果的因素,称重方法 A. 箱内热称 即用烘箱上的天平钩挂称取烘篮内的纤维。 由于箱内温度高，空气密度小，对试样的浮力小，故称得的纤维干重偏重，算得的回潮率值偏小。 但操作比较简便，是目前主要采用的方法。 B. 箱外热称 将试样烘干后，取出迅速在空气中称量。 它与未烘纤维的称量是在同环境中进行的。但烘干纤维及携带着的热空气比周围空气密度要小，称量时有上浮

8、托力，故称得干重偏轻； 而另一方面，纤维在空气中会吸湿，又使称得的重量偏大，这与称量快慢有关，因此测量的结果受称量时间的影响太大，可靠性差。箱外冷称：精确，费时,7.1.1 烘箱法影响烘干效果的因素,C. 箱外冷称 是将烘干后的试样放在铝制或玻璃容器中，密闭在干燥器中冷却约30min后进行称量。 此法称量条件与未烘纤维称量条件一致，因此比较精确，但费时较多。 当试样较小，又要求精确，如测含油率、混纺比等，须采用箱外冷称法。,7.1.2 红外线干燥法,利用红外线灯泡发出来的红外线照射试样，能量高，穿透力强，使材料内部在短时间内达到很高的温度，将水分去除。 优点：烘干迅速、耗电量省、设备简单 一般

9、情况下只要520min即可烘干。 缺点：试验结果不稳定 原因：温度无法控制，能量分布也不均匀，局部过热而使材料烘焦变质。 采用远红外线可改善。,7.1.3 高频加热干燥法,利用高频电磁波在物质内部产生热量以去除水。 高频介质加热法或电容加热法 频率范围为1100MHZ 微波加热法 频率范围是8003000MHZ 优点 从材料内部产生高热，一次烘燥量也比较大，迅速而均匀； 加热设备直接作用于被烘燥的物体上，热损失小； 缺点 不能夹杂金属物质或无机盐 水汽蒸发过快，常引起纤维爆裂； 微波对人体有害，必须很好加以屏蔽。,7.1.4 真空干燥法,将试样放在密闭的容器中抽取真空，在一定的真空度下，进行加

10、热，加热的温度可以自动控制。一定时间后由于水汽被出除，真空度变小，用差压法即可推算水分的含量。 优点 不需要称取干重，工作简便，试样用量很少； 可在较低温度（6070）下将试样中的水分去除 烘干时间减少且可避免材料氧化变质。 测定结果精确可靠而设备费用也不高,7.1.5 吸湿剂干燥法,将纺织材料和强烈的吸湿剂放在同一个密闭的容器内，利用吸湿剂吸收空气中的水分，使容器内空气的相对湿度达到0%。 吸湿剂 干燥的五氧化二磷粉末（效果最好）； 干燥氯化钙颗粒状（最常用）。 优点比较准确 缺点 适用于小量试样，否则吸不干 成本高，费时长 一般在室温下达到真正吸干约需46周的时间,7.2 间接测定法,不用

11、去除材料中的水分，不损坏试样，速度很快 在生产上可用作连续测定，便于对回潮自动监控； 影响因素较多，在稳定性、准确性和适应性欠佳。,7.2.1 电阻测湿仪,接触式,Y142B型原棉水分测定仪,电阻法测量原理,当RH=30%90% mMn =K K常数； n常数。,7.2.2 电容式测湿仪,非接触式 以一定量的纤维材料，放在一定容量的电容器中，由于纺织材料和水的介电常数相差很大，随着材料中含水的多少使电容量发生变化，即可推测含水率或回潮率的大小。 比电阻式复杂，稳定性稍差， 较少用,7.2.3 微波吸收法,非接触式 利用水和纤维对微波吸收或衰减程度不同的原理，测量微波通过纤维材料后的衰减量，来表

12、达纤维的回潮率 可以连续测定，便于自动控制 浆纱工序回潮率自动测量,第2节 纺织纤维的吸湿机理,纤维的吸湿机理 平衡回潮率 吸湿等温线 吸湿滞后性（保守性）,1. 纤维的吸湿机理,水分与纤维的作用及其附着与脱离的过程。,Peirce理论,（1） 吸收水,由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。 吸收水是纤维吸湿的主要原因。 直接吸收水 由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。 水分子结合力较强，主要是氢键力，同时放出的热量也较多。 间接吸收水 被直接吸收水吸附的水分子。 特点：水分子的结合力较弱，同时放出的热量也较少。,（2） 毛细水,由于纤维中毛细管的作用而吸收的水分。 微毛细水 存在于纤维

13、内部微小间隙之中的水分子； 大毛细水 存在于纤维内部较大间隙之中的水分子（当湿度较高时）。,3. 吸湿曲线,3.1 吸湿（放湿）等温线 在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿（放湿）达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线,吸湿等温线曲线特点总体描述,曲线都呈反S形，吸湿机理基本一致。 具有多种吸湿机理 纤维种类不同，曲线的高低不同 纤维结构不同，吸湿机理不同,吸湿等温线曲线特点机理分析,RH= 0%15%时，曲线斜率较大，回潮率增速快 开始阶段纤维中游离的亲水基因比较多，容易吸湿。 RH= 15%70% ，曲线斜率较小，回潮率增速慢 主要靠间接吸收水 水分子进入纤维内部的微小间隙中，形

14、成毛细水； 纤维存在膨化过程 RH70% ，曲线斜率明显增大，回潮率增速快 水汽分压大，水分进入纤维内部较大的间隙，纤维产生膨化，毛细水大量增加，表面吸附的能力也大大增强,3.2 吸湿等湿线,纤维在一定的大气压力下，相对湿度一定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线。,吸湿等湿线规律,温度的影响 一般规律是，温度愈高，平衡回潮率愈低，其原因是水分子的热运动加剧，不易附着，而易脱离运动。 但在高温高湿的条件下，由于纤维的热、湿膨胀，使水分子的凝结可能和空间增大,4. 吸湿滞后性,4.1 吸湿滞后现象 同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者

15、。,吸湿滞后圈,由于同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线不重合而形成的。 吸湿滞后值与纤维的吸湿能力和相对湿度有关。 在同一相对湿度条件下，吸湿性大的纤维，差值比较大。 羊毛 2.0%，蚕丝 1.2% 粘纤 1.8%2.0%，棉 0.9% 锦纶 0.25% 涤纶等吸湿等温线和放温等温线则基本重合。,4.2 吸湿滞后性的应用,（1）预调湿： 为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差，需预先将材料在较低的温度下烘燥（一般为4050C下去湿0.5l h），使纤维的回潮率远低于测试所要求的回潮率。 然后再调湿。 （2）车间温湿度调节 纤维处于放湿时，车间空气的RH%规定值,4.3 吸湿滞后性的产生原因,(1)

16、 能量获得概率的差异 (2) 水分子进出的差异 (3) 纤维结构的差异 (4) 水分子分布的差异 (5) 热能作用的差异,第3节 影响纺织纤维回潮率的因素,纤维内在因素 亲水基团 结晶结构 比表面积及内部空隙 伴生物及杂质 大气条件 相对湿度 温度 空气流速 纤维吸湿滞后,1. 纤维内在的因素,1.1 亲水基团的作用 影响吸湿能力的最本质因素亲水基团的多少和极性强弱。 羟基（-OH）、 酰胺基（-NHCO-)、羧基（-COOH）、氨基（-NH2）等。 数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。 与水分子的亲和力很大，能与水分子形成化学结合水。 此类基团是判断纤维能否吸湿及其强弱的依据,1.1 亲

17、水基团的作用,棉 78% 二醋酯 7%左右 三醋酯 4%左右 醋酯纤维无晶区结构,1.1 亲水基团的作用,羊毛 1517% 蚕丝 89%,1.1 亲水基团的作用,合成纤维疏水性,CH2CHCH3n ,1.1 亲水基团的作用,端基的影响（聚合度的影响） 大分子聚合度低的纤维，如果大分子端基是亲水性基团，其吸湿能力也较强。,Viscose Fringed Micelle structure,Both fibres have good water absorbency and good dyeability (pores open & close reversibly),Lyocell more c

18、rystalline & oriented,Schematic Microstructures,55,1.2 纤维的晶态结构,纤维的吸湿作用主要是发生在无定形区和内部空隙，还有晶体表面。 纤维吸收的水分一般不能进入结晶区 在结晶区内，分子有规则地紧密排列，活性基在分子间形成了交键，如氢键、盐式键、双硫键等，所以水分子就不易渗入，若要产生吸湿作用就须打开这些交键，使活性基游离，显然这是困难的。 （1）纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。 （2）在同样的结晶度下，微晶体的大小对吸湿性也有影响。一般来说，晶体小的吸湿性较大。,结晶度的影响,棉、丝光棉、粘胶 棉经丝光后，由于结晶度降低使吸湿量增加 棉和

19、粘胶 同属纤维素纤维，每一个葡萄糖剩基上都含有3个-OH，但棉纤维的结晶度为70左右，而粘胶纤维仅30左右，W粘胶W棉。 水分无法进入纤维素I，水分可进入纤维素II,黏胶纤维吸湿对比,缝隙孔洞的影响,纤维缝隙孔洞越多越大，纤维吸湿能力越强。 粘胶纤维、棉、合成纤维 粘胶纤维结构比棉纤维疏松，缝隙孔洞多，是其吸湿能力远高于棉的原因之一； 合成纤维结构一般比较致密，而天然纤维组织中有微隙，这也是天然纤维的吸湿能力远大于合成纤维的原因之一。,1.3 纤维比表面积和纤维间空隙,比表面积 纤维单位面积所具有的表面积 表面能 纤维表面分子由于引力的不平衡，使它表层分子具有的多余能量，称为表面能 （1）纤维

20、越细，比表面积越高，表面能越高，吸湿性越好 超细涤纶 （2）空隙增加，比表面积增大 表面改性涤纶、多微孔涤纶,1.4 纤维中的伴生物和杂质,（1） 棉纤维 含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等，其中含氮物质、果胶较其主要成分更能吸着水分，而蜡质、脂肪不易吸着水分 棉纤维脱脂程度越高，其吸湿能力越好 （2） 羊毛 表面的油脂是拒水性物质，它的存在使吸湿能力减弱 （3） 麻纤维 果胶有利于吸湿 （4）蚕丝 丝胶有利于吸湿 （5） 化学纤维 表面的油剂，其性质会引起吸湿能力的变化，当油剂表面活性剂的亲水基团向着空气定向排列时，纤维吸湿量变大,如何增加合成纤维的吸湿性能,对纤维改造 增添外来物质,2. 大气条

21、件,(1) 温度的影响 在一般的情况下，随着空气和纤维材料温度的提高，纤维的平衡回潮率将会下降。 (2) 相对湿度的影响 在一定温度条件下，相对湿度越高，空气中水蒸气的压力越大，也即是单位体积空气内的水分子数目越多，水分子到达纤维表面的机会越多，纤维的吸湿也就较多。,2. 大气条件,在温度和湿度这两个因素： 亲水性纤维，相对湿度对回潮率的影响是主要的 疏水性纤维，温度对回潮率的影响明显 (3) 空气流速的影响 流速快，有助于纤维表面吸附水分的蒸发，故纤维平衡回潮率会降低,3. 吸湿滞后性的影响,由于吸湿滞后性，当纤维材料置于一新的大气条件下时，其从放湿达到平衡时的回潮率要高于从吸湿达到的回潮率

22、。,第4节 吸湿对纺织材料性质的影响,1. 对重量和密度的影响 2. 对形态的影响（重点） 3.对机械性质的影响（重点） 4.对热学性质的影响（重点） 5. 对电学性质的影响 6.对光学性质的影响,1. 对重量和密度的影响,重量 随吸着水分量的增加而成比例地增加 纤维密度 大多数纤维在 W=4%6% 时密度最大 W再增加，纤维密度逐渐变小 纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维,2. 对形态的影响,纤维形态变化,纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小,形态变化原因,吸湿主要是水分子进入无定形区，挤开分子间距，形成分子链的弯曲，使纤维形态变粗，而纤维的纵向增长作用不明显，故长度变化很小 同一纤

23、维，可根据吸湿膨胀后各向异性的大小，来判断大分子的取向度。,Courtesy of Acordis (Holdings) UK Spondon Nov. 1998,为什么织物会缩水？,纤维吸湿各向异性会导致织物变厚、变硬，并产生收缩缩水 织物变厚、变硬、变密，不便于洗涤； 干燥后织物变厚，变疏松和有弹性，但尺寸变小、变短,径向尺寸增加 轴向伸长,3.对机械性质的影响,3.1 对强力的影响,一般规律是W增加，其强力会下降 水分子进入纤维内部无定形区，减弱了大分子间的结合力，使分子间容易在外力作用下发生滑移之故 强力下降的程度，视纤维内部结构和吸湿多少而定 （1）粘胶纤维吸湿后强力下降非常显著 由

24、于大分子聚合度较低，结晶度也较低，纤维断裂主要表现为大分子的滑脱 同时水分子进入后对大分子结合力的减弱也很显著。,对强力的影响,（2）吸湿能力差的纤维，强力变化不显著。 合成纤维由于较差，吸湿后强力的降低不明显。 （3）棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加； 由于棉和麻纤维大分子聚合度很高，结晶度也很高，纤维断裂主要表现为大分子本身的断裂 水分子进入后对大分子间结合力的减弱不显著，并主要表现为水分 子进入后可将一些大分子链上的缠结被拆开，分子链的舒展和同时受力的分子链增加，平均地负担纤维上所受的外力。,3.2 对纤维伸长的影响,W增加，伸长有所增加。 水分子进入纤维内部后，减弱了大分子间的结合力，使

25、它在受外力作用时容易伸直和产生相对滑移的缘故。 纤维的脆性、硬性有所减小，塑性变形增加，摩擦系数有所增加。,吸湿前后强力、伸长性能比较,4.对热学性质的影响,纤维吸湿会放出热量保护性阻尼 动能转化成热能：运动中的水分子被纤维大分子吸附 结合热：水分子被纤维极性基团结合 纤维吸湿增加导热系数，降低材料保暖性 纤维放湿会吸收热量,4.1 吸湿积分热（完全润湿热）,在一定的温度下，干重为1g的纤维从某一回潮率开始吸湿到完全润湿时所放出的热量。 干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为837.41256J。,吸湿积分热（完全润湿热）,4.2 吸湿微分热,纤维在给定回潮率条件下吸着1g水放出的热量称为吸湿微分

26、热。,4.3 应用,（1）吸湿放热与保暖性保护性阻尼 室内18，45RH室外5 ，95RH 1.5kg羊毛服装，回潮率10 27 放热450KJ左右，相当于人体1.5h产热量 凉爽羊毛 （2）吸湿放热与纺织材料储存 霉变、火灾 （3）吸湿放热与热工计算 浆纱、染整,典型应用发热内衣,材质：eks 纤维（亚烯酸盐系纤维），具有强吸水性,吸湿放热示意图,对服装微气候的影响,5. 对电学性质的影响,纤维具有高电绝缘性能：高聚物的特殊分子结构 纤维吸湿 （1）绝缘性能下降，介电系数上升，介电损耗增大 （2）使纤维的比电阻下降，减缓静电现象。 干燥纤维的电阻很大，是优良的绝缘体，其质量比电阻在10111