纤维的吸湿性和拉伸指标课件

1、第四章 纤维的吸湿性 及拉伸指标吸湿性：是指纺织材料从气态环境中吸着水分的能力。或纺织材料在空气中吸收或放出气态水的能力。 润湿性：是指纺织材料从水溶液中吸着水分的能力。吸湿状态与多少影响到：纤维性能；纺织工艺； 织物舒适性；计重核价。第一节 吸湿表征及吸湿机理一、纤维的吸湿指标 1回潮率与含水率 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。 式中：Ga纺织材料湿重；G0 纺织材料干重。 目前基本上采用回潮率。 2标准回潮率 纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时的回潮率。标准大气条件：（中国）气压：1个大气压；温度

2、：20；相对湿度：65%允许误差：各国略有不同。通常在标准大气条件下调湿24h以上，合成纤维调湿4h以上。3.公定回潮率(Wk) 贸易上为了计重和核价的需要，由国家统一规定的各种纺织材料的回潮率。 以标准回潮率为依据设立，但不等于标准回潮率。混纺纱的公定回潮率 其中： Wi（%）混纺材料中第i种纤维的公定回潮率； Pi（%）混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。4.公定（标准）重量 纺织材料在公定（标准）回潮率时的重量。干混比换算成投料比的计算。5. 平衡回潮率 纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡时的回潮率。有吸、放湿平衡回潮率之分，但常用吸湿平衡回潮率。平衡时间：单纤维或3mg以下的

3、纤维束，6s基本平衡； 50g块体需1h或更多时间达到平衡；100kg的棉包，达到平衡约要4-12个月。二、纤维的吸湿机理 水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。（一）水分子在纤维内部存在形式 1.直接水：纺织材料内部的极性基团吸水。极性基团有：羊毛、蚕丝： -COOH， -NH2 ，-OH 棉：每个环上含有三个-OH粘胶：-OH； 维纶：-OH 腈纶：-CN 强极性；锦纶：-CONH-结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。2.间接水：直接水本身具有极性再吸水。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。3. 毛细水存在于纤维内部的间隙中的水分子。结合力：氢键、范德华力、表面张力等，结合力小。（

4、二）内部结构 1.结晶度增大，吸湿性减小；2.聚合度增大，游离基团减小，吸湿性减小；3.取向度对材料的吸湿性几乎无影响。棉的结晶度：70%左右，聚合度：10000左右，回潮率：8.5%；粘胶结晶度：30%左右，聚合度：500左右，回潮率：13% 。粘胶吸湿性好于棉 。（三） 表面吸附 材料表面的分子比内部分子有多余的能量，具有吸附作用，能吸收大气中的水分子。毛细水和表面吸附水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的热反应， 吸附也比较快。2吸湿过程水分子先吸附至纤维表面，水蒸气向纤维内部扩散，与纤维内大分子上的亲水性基团结合，水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。第二节 大气条件与纤维吸湿一、吸湿

5、平衡吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等，这种现象称之。 纤维吸、放湿是一个动态平衡的过程。特点： 1.都是对数曲线； 2.起始段快，以后减慢直至平衡； 3.吸湿平衡所需要的时间小于放湿平衡 所需时间； 4.吸湿平衡W不等于放湿平衡W。二、吸放湿等温线(T一定，W-RH%的关系) 1.定义：吸湿等温线：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线；放湿等温线：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因放湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线。 2.常用纤维的吸湿等温线特点： 1.曲线都呈反S形，吸湿机理基本一致。 2.RH=

6、0%15% 时，曲线的斜率比较大； RH= 15%70% 时，曲线的斜率比较小； RH70% 时，曲线斜率又明显地增大。 3.纤维种类不同，曲线的高低不同，吸湿能 力强的在上方，如羊毛、粘胶；吸湿能力 差的在下方，如腈纶、涤纶等。吸湿等温线与温度有密切的依赖性，所以一般都是在标准温度下试验所得。如果温度过高过低，即使同一纤维，吸湿等温线的形状，也会有很大的不同。 三、吸湿滞后性（吸湿保守现象） 1.定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到的平衡回潮率总是大于从吸湿达到的平衡回潮率的现象。 2.产生原因： a.能量获得概率的差异；b.水分子进出的差异； c.纤维结构的差异； d.水分

7、子分布的差异； e.热能作用的差异等。 同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合， 而形成吸湿滞后圈。 吸湿滞后值（即差值）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。据资料表明，在标准状态下，差值为： 羊毛 2.0%， 粘纤 1.8%2.0%， 蚕丝 1.2%， 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。吸湿滞后圈图3.应用 a.调湿和预调湿： 调湿：将纺织材料在标准状态下平衡24小时，以减少由吸湿滞后性造成的测试误差。 预调湿：将纺织材料在低温下烘干，使其回潮率大大低于要达到的回潮率。 b.车间温湿度调节 如

8、：纤维处于放湿时，车间空气的RH%规定值。四、吸湿等湿线（RH%一定，W-T的关系曲线)1.定义：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，称为吸湿等湿线。2.曲线： 一般规律：温度愈高，平衡回潮率愈低。但在高温高湿的条件下，由于纤维的热膨胀等原因，平衡回潮率略有增加。返回羊毛和棉的吸湿等湿线第三节 影响纤维吸湿的因素 影响纤维回潮率的因素有内因和外因两个方面。 内在因素包括：化学结构-纤维大分子亲水基团的数量和极性的强弱；聚集态结构-纤维的结晶度、纤维内孔隙的大小和多少；形态结构-纤维比表面积的大小，截面形状、粗细及表面粗糙程度；纤维伴生物的性质和含量。 外在条件

9、包括：温湿度；气压；原来回潮率的大小。(一)纤维内在因素 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大小。数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。各种基团对纤维素纤维，蛋白质纤维，合成纤维吸水性都有很大影响。如：羟基（OH）、 酰胺基（NHCO)、羧基（COOH）、氨基(NH2)等。 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）。纤维素纤维：如棉、粘纤、铜氨等纤维，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酰基（COCH3）取代，而乙酰基对水的吸引力又不强，因此醋酯纤维的吸湿性较低

10、。蛋白质纤维：主链上含有亲水性的酰胺基、氨基（NH2）羧基（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。合成纤维：维纶：大分子中含有羟基（OH），经缩醛化后一部分羟基被封闭，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），所以也具有一定的吸湿能力。腈纶：大分子中虽有极性强的氰基（CN），但绝大部分形成规整排列，故吸湿性差。涤纶、丙纶：因缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。 2纤维的结晶度 纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。在同样的结晶度下，微晶体的大小对吸湿性

11、也有影响。一般来说，晶体小的吸湿性较大。如： 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。纤维无定形区内缝隙孔洞越多越大，纤维吸湿能力越强。如：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。3纤维的比表面积 纤维的比表面积越大，表面能也就越大， 表面吸附能力越强，吸附的水分子数也 越多，吸湿性越好。细纤维的比表面积 大，比粗纤维的回潮率偏大些。4纤

12、维内的伴生物和杂质 a. 棉：含氮物质，果胶，棉蜡，脂肪等。 b. 羊毛：油脂等。 c. 麻：胶质。 d. 化学纤维表面的油剂（二）外界因素 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。在温度和湿度这两个因素：对亲水性纤维来说，相对湿度对回潮率的影响是主要的；对疏水性的合成纤维来说，温度对回潮率的影响明显。 3.气压的影响4.纤维原来回潮率大小的影响 由吸湿滞后性我们可知，当纤维材料置于一

13、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。故纤维原来回潮率大小也有一定的影响。第四节 吸湿对纤维性质的影响一、 对重量的影响 Gk=G0（1+Wk） Gk=Ga（1+Wk）/（1+Wa）二、对长度和横截面积的影响 纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表现出明显的各向异性。不利之处： 使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。三、对密度的影响W增加，纤维密度增加；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，因为纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维。几种纤维密度随回潮率变化图四、对机械性质的影响纤维吸湿后，其力学性质如强力、伸长、弹性、刚

14、度等随之变化。对强力的影响：a.一般规律是W增加，其强力会下降；b.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，所以吸湿后强力降低。c.棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加；对纤维伸长率的影响：W增加，伸长率有所增加。这是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。温湿度对纺织加工的影响很大，主要就是由于纤维吸湿后机械性能发生变化引起的。如回潮率太低，则纤维或纱线的刚性变大，加工中易于断裂；回潮率太高，则纤维中的杂质难于清除同时易于相互纠缠成结或绕在机件上，影响加工的正常进

15、行。纤维的刚性和弹性还影响到纤维的相互抱合，使纱线的结构和质量受到影响；吸湿性对纤维变形的影响，反映在加工成品如纱线和织物的长度或尺寸上的不稳定。五、对热学性质的影响纤维吸湿放热1.原因：空气中水分子的动能转换为热能。2.指标：a.吸湿微分热：纤维在给定回潮率时吸着1克水放出的热量。单位为J/g（水）。b.吸湿积分热：在一定的温度下，1g干燥纤维从某一回潮率吸湿到达完全润湿，所放出的总热量，单位为J/g（干纤维）。吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。各种纤维的吸湿积分热六、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。 纤维吸湿绝缘性能下降，介电系数上升，介电损耗因素增大。

16、使纤维的比电阻下降，减缓静电现象。七、对光学性质的影响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，颜色变深，光降解和老化会加剧等。是由于水分子进人纤维后，引起纤维结构改变造成的。第四节 吸湿性的测试方法吸湿性的测试方法：分为直接法与间接法两大类。一、直接测定法 称得湿重Ga，去除水分后得干重G0，根据定义求得W。具体的测试方法有：烘箱法；红外线辐射法 ；高频加热干燥法；吸湿剂干燥法；真空干燥法。二、间接测定法 利用纺织材料中含水多少与某些性质密切相关的原理，通过测试这些性质来推测含水率或回潮率。特点：不用去除材料中的水分，不损坏试样，速度很快,可以不接触试样在生产

17、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。第五节 纤维的拉伸强度一、拉伸断裂性能的基本指标1. 拉伸断裂强力：纤维受外力拉伸到断裂时所需要的力( N，kgf，gf)2. 相对强度断裂应力 ：纤维单位截面积上能承受的最大拉力( N/m2)纤维比强度P： 每特 (或每旦)纤维能承受的最大拉力。( N/tex)断裂长度L：单根纤维悬挂，重力等于其断裂强力时的长度。二、断裂伸长率（应变）：纤维拉伸至断裂时的伸长率( % )。三、初始模量:纤维拉伸曲线的起始部分（伸长率为1%）直线段的应力与应变的比值。（cN/tex或cN/dtex） 1名词解释： 吸湿等温线 平衡回潮率 标准回潮率 吸湿滞后性 2为什么粘胶纤维的吸湿能力大于棉，合成纤维的吸湿能力低于天然纤维？3为什么必须将纤维放在标准温湿度条件下一定时间调湿后才可进行物理性能的测试？当纤维含水较多时还需先经预调湿？思考题 4一批腈纶重1000kg，取50g试