织物表面液滴接触角的测量

织物表面液滴接触角的测量

经过处理后，丝绸的润湿性得到了提高。由于织物的多孔性,当水等液体接触其表面时,马上进入织物内部而在表面消失,因此,一般接触角测量仪不能测定其表面接触角的大小。本文利用表面性能3S(Surface,Survey,Science)测试仪对经过不同处理条件的涤纶织物进行测试,并且通过表面接触角和毛细接触角来反映处理前后润湿性能的变化。1接触角计算公式为1.1织物表面接触角织物的表面润湿如图1所示。当织物一接触到液体的表面,液体马上湿润织物。轻轻向上拉动织物,此时拉力F等于织物因表面润湿提起液体产生的质量,表面接触角可以根据下面的Wilhelmy公式给出:式中,F为织物表面提起液体的质量(即织物吸收液体的总质量减去毛细吸湿提起的质量);γ1.2k-lh及毛细接触角在织物中由于经纱和纬纱交织而形成孔隙,文献[1]证实了可以把织物中的孔隙看作是一个吸管集合体式中,h为液体在时刻t时进入织物内部孔隙的高度(μm);R为织物毛细管的当量半径(μm);η为液体粘滞系数(mPa·s);θ毛细接触角可由式(2)求得。从式(2)可知,液体进入毛细管中需要一定的时间,当t为0时,h为0。23测量仪器的原理2.13织物布样的检测3S测试仪的测试原理是通过测试布样表面带起的液体质量和织物内部吸收的液体的质量,根据式(1),(2)计算出织物的表面接触角和毛细接触角。测试方法:将高度×宽度为5cm×3cm的试样垂直稳定地悬挂在3S仪器上部,并保持试样的上下边线的水平,以确保实验的准确性。试样的下方是盛有测试液体的玻璃小杯子,进行测试时,3S测试仪的自动装置将玻璃杯自动缓慢地向上方的测试布样移动。当进入布样的测试液体达到预定设置值时运动停止。考虑织物吸湿性的不同,预先设定实验的时间长短,自动装置的升降速度等。本文中,当测试液体为水时,测试时间为4min;当测试液体为庚烷时,测试时间为1min,其它参数为3S测试仪的默认值。2.2织物试样实际周数p的测定在测试过程中,与测试液体接触的织物试样的底部实际周长要大于几何周长,这是因为织物结构的影响,纱线会产生弯曲而产生凹凸不平的表面,而周长的值是影响表面接触角的一个因素,此实际周长可以由庚烷做测试液体时得出,因为庚烷基本上可以完全润湿涤纶织物,所以,表面接触角θ为0°,即cosθ为1,利用式(1)可以得到织物试样的实际周长P。再将P值代入式(1)中,就可以测试和计算水在织物表面的接触角了。2.33表面接触角在测试的过程中,当测试液体刚刚接触到布样时,液体迅速润湿织物表面并在织物的两侧形成月牙形的分布,而产生表面接触角,同时由于毛细作用测试液体进入织物的内部,随着测试时间的延长,液体量也逐渐增加直至达到一个相对平衡稳定的数值。从进入织物内部液体的质量可以得到毛细接触角。图2为涤纶织物的3S测试曲线和计算曲线。2.4表面接触角从图2看出,织物表面吸收液体是在织物接触液体的瞬间完成的,从图2上可直接读出W式中,g是重力加速度。2.5织物密度的测试根据式(2),设h式中,A为常数。由于毛细吸收而进入到试样的测试液体的质量W式中,ρ为测试液体的密度(gcm由式(3)、(4)可以得到进入织物内部的液体质量公式:根据式(6)可以得到下面的计算公式同时,由于庚烷能够完全地润湿涤纶纤维,所以θ用庚烷做为测试液体得到K值同时,根据式(6)还可以得到参数R(ρS)3实验部分3.1纺丝油剂整理涤纶织物的规格:经纬密400根10cm×260根10cm;平纹组织;未经染色;经亲水性整理;采用纺丝油剂;紧度75.5%;面密度120gm3.2织物前理剂为复合织物,在防残整理涤纶织物上把织物中的涤纶打氢氧化钠溶液质量分数为20%,处理温度为83℃,固液比为1∶60,处理时间的单位为s。在实验过程中为了保证处理的均匀性,所采用的仪器配有自动搅拌器,处理完毕后立即用温水对试样冲洗几分钟,以除去织物上的残留氢氧化钠,然后在70℃的烘箱内烘干。为了保证实验的可靠性,每组实验重复3次。3.3织物表面接触角表1、2为测试结果。从表1看出,经向和纬向的吸湿性的确不同,而且实际的周长的确比几何周长(织物宽30mm,厚度0.3mm,几何周长为60.6mm)要大,这是由于织物经纬纱交织时产生了纱线屈曲。经向的K值比纬向的大,表明经向的吸湿性要高于纬向的。从表2看出,经过氢氧化钠溶液处理后的织物表面接触角有很大程度的降低,如处理时间是40s时,表面接触角已经降低到29°,这也证实了涤纶纤维在高温氢氧化钠溶液的作用下,其表面大分子链的断裂以及亲水性极性基团的出现,而对于毛细接触角来说,其减少程度要比表面接触角的减少程度要小,可见,氢氧化钠溶液对涤纶织物纱线内部纤维的表面有所作用,但程度要比对表面纤维作用小。将除去纺丝油剂的织物的表面接触角以及毛细接触角与未除去纺丝油剂的织物做对比,从表2看出,纺丝油剂增加了织物的吸湿性,因为,除去纺丝油剂之后的织物的表面接触角和毛细接触角均有不同程度的提高。而对于亲水性纺织油剂来说,情况有所不同,除去亲水性纺织油剂后,涤纶织物的表面接触角升高很多,而毛细接触角基本上没有变化,因此,亲水性纺织油剂只对表面接触角起作用,对毛细接触角基本上没有作用。所以说亲水性纺织油剂只作用于织物的表面,提高了表面的吸湿性,而对涤纶纤维之间以及内部的吸湿性没有提高的作用。4织物润湿性的测试液体与织物的接触角可以表现液体与织物的润湿程度。3S测试仪通过测试织物表面和内部吸收的液体的质量,可以得到液体在亲水性织物的表面接触角和毛细接触角,弥补了一般接触角测量仪只能应用于拒水性织物的缺陷。本文利用3S测试仪对经过氢氧化钠溶液进行表面处理后的涤纶织物的润湿性进行测试,借助于接触角的表示方法可以得到最佳处理条件,同时这对于纺织品的亲水性整理效果的检验是很有作用的。实验说明,对涤纶纤维的表面处理,使水在涤纶纤维表面的接触角明显减小,可以明显地改善涤纶纤维的吸湿性。从图2看出,在测试结束时,织物所吸收的液体总量W等于测试刚刚开始时测试液体在试样表面所吸收的液体量W式中,K为毛细管吸湿曲线的斜率,称为液体的扩散系数,表示毛细吸湿性的大小,对于每个试样有其特殊的值,该值由3S测试仪所得