第6章 纺织材料的吸湿性

第第6 6章章 纺织材料的吸湿性纺织材料的吸湿性 第第6章章纺织材料的吸湿性授课内容 吸湿指标及计算 吸湿机理 吸湿影响因素 吸湿滞后性 吸湿性测量方法 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 70 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 回潮率 W deW aev d1v a1v d2v a2放湿吸湿v d1v a2滞后值 e实际滞后值 t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40 50 C下去湿0 5 l 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 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5 回潮率的相关概念 5 1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 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 标准大气条件 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86 106kPa 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 温 湿度的波动范围级别温度相对湿度120 1 27 2 65 2 220 2 27 3 65 3 320 3 27 5 65 5 5 2公定回 潮率 W k 贸易上为了计重和核价的需要 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并不一致 参照标准状态下回潮率常用纤维 标准回潮率和公定回潮率纤维种类标准回潮率 公定回潮率 纤维种类标准回潮率 公定回潮率 原棉棉 纱7 88 5桑蚕丝8 911苎麻 脱胶 7 816 28粘胶纤维13 1513亚麻8 1112醋酯纤维4 77黄麻12 16 生麻 9 13 熟麻 14 94 熟麻 19 05 生麻 涤纶0 4 0 50 4细羊毛15 17 锦纶6 66 113 5 0 5 锦纶6 4 2 4 5 锦纶66 4 5洗净毛 16 同质 15 异质 腈纶1 2 2 02 0山羊绒 15维纶4 5 5 05毛条 18 25 干梳 19 油梳 丙纶01氯纶 0 5 混纺纱的公定回潮率其中W i 第i种纤维的公定回潮率 P i 第i种纤维的干重混纺比 G k标准重量 公定重量 纺织材料在公定回潮率时的重量 i iPW W 混 1 1 1 0aka kkWWG WG G 回潮率常见计算回潮率常见计算 1 求混纺纱公定回潮率 2 已知湿重 干重 求回潮率 材料公定重量i iPW W 混100 00 GG GWa 1 1 1 0aka kkWWG WGG 回潮率常见计算 3 已知湿重 干重 求回潮率 纱线的细度 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 设甲种纤维的回潮率为W1 湿重混纺比百分数为g1 干 重混纺百分数为g0 乙种纤维的回潮率为W2 湿重混纺比百分数为1 00 g1 干重混纺百分数为100 g0 则 100 1 100 100 1 100 xx11W gWggg 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 纤 维大分子中 亲水基团的多少和极性强弱均能影响其吸湿能力的最 本质因素 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 吸收水 此类基团是判断纤维能否吸湿及其强弱的依据1 1亲水基团的作用 纤维素纤维 棉 粘纤 铜氨 醋酯纤维等纤维 大分子中的每一葡萄糖剩基含有3个 OH 在水分子和 OH之间可形成氢键 所以吸湿性较大 醋酯纤维中大部分羟基都被乙酸基 COCH3 取代 而乙酸基对水的吸引力又不强 因此醋酯纤维的吸湿 性较低 蛋白质纤维 主链上含有亲水性的酰胺基 氨基 一NH2 羧基 一COOH 等亲 水性基团 因此吸湿性很好 尤其是羊毛 侧链中亲水基团较蚕丝更多 故其吸湿性优于蚕丝 1 1亲水基团的作用 合成纤维 含有亲水基团不多 故吸湿性都较差 维纶 大分子中含有羟基 OH 经缩醛化后一分羟基被封闭 吸湿性减小 但在合纤中其吸 湿能力最好 锦纶 6 锦纶66 大分子中 每6个碳原子上含有一个酰胺基 CONH 具有一定的吸湿能力 腈纶 大分子中只有亲水性弱的极性基团氰基 吸湿能力小 涤纶 丙纶 大分子中缺少亲水性基团 吸湿能力极差 尤其是丙纶基本不吸湿 吸水端基的影响 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 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无定形区的影响 纤维 无定形区内缝隙孔洞越多越大 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 纤维越细 比表面积越高 表面能越高 吸湿性越好 2 空隙增加 比表面积增大 超细涤纶 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 2 大气条件 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 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 对形态的影响形态变化 纤维吸湿后体积膨胀 横向膨胀大而 纵向膨胀小纤维S D S L S A S V 棉20 30 040 4242 44蚕丝16 3 18 71 3 1 61930 32羊毛15 1 7 025 2636 41粘胶25 523 7 4 850 11474 127铜氨32 532 656 62 68 107醋酯9 140 1 0 36 8 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 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 粘胶纤维由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 因此吸湿后强力下降非常显著 对强力的影响 2 吸湿能力差的纤维 W增加 强力变化不太显著 合成纤维由于较弱 吸湿后强力的降低 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 而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 因此使纤维强力增加 3 2对纤维伸长率的影响 W增加 伸长率有所增加 因为水分子进入纤维内部后 减弱了大分子间的结合力 使它在受 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 伸长性能比较纤维种类湿干断裂强度比 湿干 断裂伸长比 棉110 130106 110麻110 130122毛76 94110 140桑蚕丝80145柞蚕丝110172粘胶40 60125 135涤纶100100锦 纶80 90105 110腈纶90 95125维纶85 90115 1254 对热学性质 的影响 纤维在吸湿时会放出热量 由于运动中的水分子被纤维大分子吸附时 水分子会将动能转化成 热能而释放 这种放热会使温度上升 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 4 1256J 吸湿积分热 完全润湿热 纤维种类润湿热 J g 微分热 J g 棉纤 维46 11240羊毛纤维112 61340苎麻纤维46 5 蚕丝纤维69 1 醋酯纤维34 31240锦纶纤维30 61050涤纶纤维3 4 腈纶纤维7 1 维纶纤维35 2 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 吸湿微分热 4 3应用 1 吸湿放热与保暖性 保护性阻尼 室内18 45 RH 室外5 95 RH 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 染整发热内衣 材质eks纤维 亚烯酸盐系纤维 具有强吸 水性5 对电学性质的影响 高聚物的特殊分子结构 赋予纤维具有高 的电绝缘性能 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1011 10 18数量级 在相对湿度较高时 纤维的质量比电阻下降到106 108数量级 应用电阻式和电容式电气测湿仪6 对光学性质的影响 吸湿