第6章纺织材料的吸湿性

1、纺织材料的吸湿性纺织材料的吸湿性 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（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

2、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。吸湿滞后圈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4050

3、C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) 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（-N

4、H2）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 亲水基团的作用亲水基团的作用CH3COOCH3COOCH2CHCHCHCHOCHOO*n CH3COCH3COOOHCH2CHCHCHCHOCHOO*n CH3CO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 亲水基团的作用亲水基团的作用羊毛 1517%蚕丝 89%1.1 亲水基团的作用亲水基团的作用合成纤维合成纤维疏水性疏水性COCOOCH2OCH2n N(CH2)6NOC(CH2)4COHHn NOCHn (CH2)5CH2

5、CH*CH2CNmCYXnPCH2CHOHnCH2CHCH3n 1.1 亲水基团的作用亲水基团的作用端基的影响（聚合度的影响）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。ViscoseFringed Micelle structureBoth fibres have good water absorbencyand good dyeability (pores open & close reversibly)Lyocellmore crystalline & orientedSchematic Microstructures55

6、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

7、。水分无法进入纤维素I，水分可进入纤维素II黏胶纤维吸湿对比类型类型吸湿吸湿密度密度结晶度结晶度晶区尺寸晶区尺寸普通普通12.51.51245.24.3强力强力12.91.50942.93.9高强高强13.41.50942.93.1超强超强14.41.49632.52.5二超二超14.11.50841.52.0三超三超14.31.50239.02.0二超二超14.11.50841.52.0富纤富纤9111.52655.57.5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

8、，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）

9、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

10、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

11、对形态的影响纤维形态变化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纤维SD(%)SL(%)SA(%)SV (%)棉2030040424244蚕丝16.318.71.31.6193032羊毛1517025263641粘胶25523.74.85011474127铜氨325326566268107醋酯9140.10.368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

12、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

13、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纤维种类湿干断裂强度比（湿干断裂强度比（%）湿干断裂伸长比（湿干断裂伸长比（%）棉棉110130106110麻麻11013012

14、2毛毛7694110140桑蚕丝桑蚕丝80145柞蚕丝柞蚕丝110172粘胶粘胶4060125135涤纶涤纶100100锦纶锦纶8090105110腈纶腈纶9095125维纶维纶85901151254.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（吸湿积分热（完全润湿热）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（吸湿积分热（完全润

15、湿热）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18，45RH室外5 ，95RH1.5kg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

16、（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10111018数量级。在相对湿度较高时，纤维的质量比电阻下降到106108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会影响纤维的折射、反射、透射和吸收性质，进而影响纤维的光泽、颜色，以及光降解和老化性能。当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率、透射率和光泽会下降，光的吸收会增加，颜色会变深，光降解和老化会

17、加剧等。原因：由于水分子进入纤维后，引起纤维结构的改变所造成。88Hydrophobic fabric liner releases moisture stays dryBreathable PP Liners for Nappies (Diapers)Same concept as in PET/PA active-wearAbsorbing layerSkin moisture supply思考题1. 简述纺织材料吸湿等温线的变化规律，并解释其形成机理？2. 影响纺织材料吸湿的因素有哪些？3. 对比棉纤维与粘胶纤维在吸湿性能上的差异。并简述其原因。4. 对比合成纤维和天然纤维的吸湿性大小，简述其原因。5. 纤维为什么要调湿？什么时候预调湿，为什么？6. 简述吸湿对纺织材料性能的影响。7. 简述纺织材料吸湿性能测试方法。8. 涤纶纤维的吸湿性能很差？请给出解决涤纶织物吸湿性能的改善办法。计算题1. 一只粘胶丝饼的重量为1.180kg, 烘干后称得干重为1.062kg,求粘