纺织物理第二章纤维的吸湿性

第二章纤维的吸湿性

Chapter2.hygroscopicpropertyoffiber概述纤维构造是纤维的固有特性，决议纤维性能。纤维构造不同，吸收水分的才干有所差别。天然纤维〔棉、麻、丝、毛等〕以及再生纤维〔再生纤维素、再生蛋白质等〕，具有较高的吸湿才干，称为亲水性纤维；大多数合纤〔聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等〕，吸湿才干低，称为疏水性纤维。通常纤维的吸湿性可细分为：纤维吸收气相水的才干〔吸湿性〕和吸收液相水的才干〔吸水性〕。对纤维吸湿性的研讨，对研讨纤维性能、纺织工艺加工及穿着温馨性等提供实际根据；同时对纤维吸湿机理的研讨，也为开发功能性合成纤维〔特别是亲水性合纤〕提供实际根据；此外，吸湿性也与纤维分量有亲密关系，这与纤维贸易中分量的计算规范有直接的联络。第一节纤维的吸湿平衡一、纤维吸湿和时间的关系纤维制品在一定大气条件下，会吸、放空气中水分，随时间推移会到达动态吸、放湿平衡，即单位时间吸收水分=放出水分。图2-1为某枯燥纤维制品在一定相对湿度条件下吸、放湿平衡过程，纤维从大气中吸收水分，总是大于放出的水分，最终到达吸湿平衡过程。平衡时间吸湿量绝对湿度和相对湿度两者均反映大气中的水分含量。绝对湿度(AbsoluteHumidity)：单位体积大气中含水质量。相对湿度(RelativeHumidity%)：RH=(h/hs)x100%；其中h表示绝对湿度；hs表示一样条件下水蒸气饱和具有的绝对湿度。规范大气条件：T=20℃，RH=65%二、纤维吸湿目的和测试方法1、吸湿目的〔1〕回潮率与含水率回潮率W：含水量占纤维干重(G0)的百分比；W=(G-G0)/G0×100%含水率M：含水量占纤维湿重(G)的百分比。M=(G-G0)/G×100%W与M的换算W=100M/(100-M)；M=100W/(100+W)规范回潮率：纤维在一致的规范大气条件下，一段时间后回潮率到达一个稳定值。公定回潮率：贸易和本钱计算时，对回潮率做的一致规定。天然纤维公定回潮率：原棉8.5%；苎麻16.28%；桑蚕丝11%；羊毛16%。化学纤维〔亲水性〕：粘胶13%；维纶5%；锦纶4.5%；腈纶2%；化学纤维〔疏水性〕：涤纶0.4%；丙纶0；氯纶0.混合原料的公定回潮率为各原料混比的加权平均：N种混合原料公定回潮率=,其中Pi，Wi分别表示第i种原料所占的干重百分比和公定回潮率。2、吸湿目的的测试〔1〕直接测试法:先称取一定湿重的纺织资料，驱除水分后得到干重，计算得到回潮率。烘箱法：电阻丝恒温加热，温度设定以水分可蒸发而资料不分解为原那么。棉〔105±3〕℃，毛及大部分化纤〔105-110〕℃。吸湿性的主要测试手段。红外线枯燥法：红外线灯泡〔可加涂辐射远红外线的物质〕照射去除试样水分，省时、省电。高频加热枯燥法：高频交变电场中，纤维内部极性分子和水分子极化，产生内摩擦发热〔分子间及分子内，由极化景象产生的介电损耗〕，去除试样水分子。频率分为，电容加热1-100MHz；微波加热800-3000MHz。由于水的介电损耗较纤维约大20倍，即水分可吸收的能量很大，产生高热，使水分蒸发。真空枯燥法：在密闭容器内抽真空并加热烘干，由于低压下水的沸点降低，在60-70℃下，即可短时间内使试样水分散失，适宜不耐高温的合纤。吸湿剂枯燥法：密闭容器中吸湿剂〔五氧化二磷粉末〕吸收空气中水分使相对湿度达0%，利于纤维散失水分。常用于精细实验研讨。〔2〕间接测试法利用含水量和纤维某些性能的关系来检测回潮率。电阻测湿法：当纤维资料数量、松紧度、温度和电压等一定时，经过的电流与回潮率存在一定的相关关系，即纤维回潮率不同电阻值不同。电容测湿法：将一定质量纤维放在一定容量的电容器中，利用水分与枯燥纤维介电常数〔反映资料在电场中被极化的程度，介电常数大资料贮电才干强，极化程度高〕不同，电容量变化，来测定回潮率。微波吸收法：在微波范围〔频率300MHz-300GHz的电磁波，波长1mm-1m之间)资料吸收微波的强弱由介质损耗因数决议。微波加热就随资料损耗因数具有选择性，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数40-80，损耗角正切0.15-1.2，其介质损耗因数大，对微波具有强吸收才干。纤维资料介电常数2-5，损耗角正切0.001-0.05。利用水和纤维对微波的吸收和衰减程度不同，可测定其回潮率。红外光谱法：水对不同波长的红外线有不同的吸收率，吸收量和资料中水分的比例有关，根据红外线吸收图谱，可推测纤维回潮率。三、纤维回潮率与相对湿度的关系1、吸湿滞后性纤维在一样的大气温湿度条件下，从放湿到达平衡和从吸湿到达平衡，两种平衡回潮率不等，且前者大于后者，称吸湿滞后性。吸湿滞后性的缘由：水分子进入或分开纤维会引起纤维干、湿构造的变化，在纤维非晶区或晶区界面间，大分子链的亲水基团〔-OH〕相互构成横向结合键-氢键。环境相对湿度大，水分子进入纤维需抑制氢键作用，纤维从干构造变成湿构造；环境相对湿度低，水分子抑制阻力逸出纤维，纤维重新回到干构造。由于构造具有坚持不变的倾向，结合键翻开和重建存在滞后，故纤维吸、放湿存在滞后。较多横向结合键的干构造较少横向结合键的湿构造水分子进入水分子逸出干构造湿构造H2O对于干构造，分子间为横向结合键，湿构造中含有水分子，假设在一样的大气环境，水分子进入干构造需抑制横向结合键，而水分子一旦分开纤维，由于原来的分子间间隔很近，很容易重建结合键，因此，水分子进入干构造较困难。对于湿构造，水分子逃逸后，纤维分子间间隔较大，重建分子间结合键比水分子重新进入逃逸位置要困难，因此，湿构造纤维较干构造纤维具有更高的回潮率，从而产生吸湿滞后性。2、纤维的吸湿等温线一定温度条件下，纤维资料平衡回潮率和大气相对湿度的关系曲线。不同纤维吸湿性不同，同样的相对湿度，吸湿性：天然及再生>合纤。不同纤维吸湿等温线均反“S〞形，阐明其吸湿机理本质一致。RH小时，曲线斜率大，纤维中极性基团直接吸水。当RH在15%-70%，曲线斜率较小，纤维内外表被水分子覆盖，再进入的那部分水分子活动性大，动态平衡时，吸着较困难，水分子进入纤维速度减慢。RH继续增大，水分子进入纤维内部较大的空隙，构成毛细水，特别是纤维本身膨胀，空隙增大，故毛细水大量添加，曲线斜率较大，回潮率增速加大。RH%回潮率%213456781---羊毛2---粘胶3---蚕丝4---棉5---醋酯纤维6---锦纶7---腈纶8---涤纶一定温度条件下，纤维资料由放湿达平衡回潮率和大气相对湿度间关系曲线，放湿等温线。由于吸湿滞后性，同种纤维吸湿等温线与放湿等温线不重合，构成吸湿滞后圈。吸湿性大那么放湿与吸湿回潮率差值大。RH%平衡回潮率%abcd放湿吸湿纤维从放湿平衡态a，再次吸湿，沿虚线ab变化；从吸湿平衡态c，进入放湿过程，沿虚线cd变化。即某一大气条件下的平衡形状受吸放湿历史影响，平衡回潮率能够处于吸放湿等温线间的恣意一个位置。因此，检验纤维性能时，为防止回潮率不同，不仅需求一致的规范大气条件，还要进展预调湿过程，即预先在低温下烘燥〔50℃，0.5-1h〕，以保证资料在规范条件下，从吸湿等温线到达平衡回潮率。第二节纤维的吸湿热纤维吸水时，纤维分子和水分子间结合，水分子动能降低会产生热。一、吸湿热目的〔1〕吸湿微分热Q:一定回潮率下，1g质量水被质量无限大的纤维资料吸收产生热量，J/g。假设从水蒸气吸收有：QV=Q1+LQ1：纤维吸湿微分热；L：一定温度下水蒸气凝聚潜热。〔2〕吸湿积分热W:一定回潮率下，1g质量枯燥纤维到达完全润湿，所产生的热量，J/g。Q与W的关系：当回潮率添加dr，每g纤维产生的热量为Q1dr/100,那么将其从r积分到饱和回潮率rs当回潮率降低dr，每g纤维减少的热量为Q1dr/100，或微分热Q1有：W0rs0回潮率积分热WdWdrW0：枯燥纤维的吸湿积分热二、影响纤维吸湿热的要素吸湿性好的纤维，积分热W高，如从回潮率为0，各类枯燥纤维的积分热W数据：棉46，亚麻55，羊毛113，丝69，粘胶106，锦纶31，涤纶5。RH对纤维吸湿热Q影响大，回潮率随RH添加而添加，积分热W随回潮率添加而减少，回潮率到达饱和rs时积分热W接近0。微分热Q随回潮率添加而减少。微分热Q与纤维亲水基团的极性有关，具有一样亲水基团的纤维，其微分热Q根本一样，如含羟基(-OH)的天然纤维素和再生纤维素；羊毛和锦纶分子主链含酰胺键〔-C=O-NH2-〕且分子链端含有氨基〔-NH2〕和羧基〔-COOH〕。羊毛粘胶棉醋酯纤维回潮率%吸湿积分热J/g05101510080604020羊毛粘胶棉醋酯纤维回潮率%吸湿微分热kJ/g0510151.20.80.41g水被质量无限大纤维吸收放热1g枯燥纤维完全润湿产生热吸湿放热和穿着温馨性及储存的关系：纤维的吸湿放热和温馨性有关，吸湿热大有利于人体调理体温，具有较好的保暖。例如，1.5kg的羊毛服装，从T=18℃，RH=45%的室内，到T=5℃，RH=95%的室外，其回潮率从10%添加至27%，吸湿放热量约6000kJ。吸湿放热不利于纤维制品的储存，假设仓库通风不良，空气潮湿，会导致纤维制品霉变，甚至引发火灾。三、纤维吸湿热的测试方法1、吸湿积分热W的丈量将知回潮率和质量的纤维放入热容知的量热器，并加过量的水，丈量器上升温度，计算积分热，需高灵敏测温安装，可丈量不同回潮率下积分热，绘制纤维积分热和回潮率关系曲线。2、吸湿微分热Q的丈量直接丈量微分热困难，但可以经过丈量与微分热有关的其他性能，换算。如量热器法，吸湿等温线法。量热器法：按照积分热-回潮率曲线，由公式计算某回潮率下的微分热，即根据曲线上某点斜率获得微分热。回潮率W0rs0积分热WdWdr吸湿等温线法：利用一系列不同温度下，纤维吸湿等温线，可得到不同回潮率下微分热。克劳修斯-克拉珀龙〔Clausius-Clapeyron〕方程：ps为水的饱和蒸汽压；T为绝对温度；Vs为饱和蒸汽压时水蒸气的比容(单位质量占有的体积)；L为水蒸气的凝聚潜热。p为纺织纤维平衡蒸汽压；V是该蒸汽压下的蒸汽比容。由相对湿度：RH=(p/ps×100)%两边同取自然对数：lnRH=lnp-lnps+ln100回潮率一定时，对温度求导，并根据理想气体定律pv=psvs=RT，有：Q1=RT2(əlnRH/əT)r=-R[əlnRH/ə(1/T)]r那么，可根据lnRH-1/T曲线的斜率得出吸湿微分热。回潮率r的纺织纤维系统第三节纤维资料的吸湿速率纤维制品需求长时间才干和环境到达吸湿平衡，吸湿速率决议于大气中的T、RH、风速、资料厚度、密度及纤维本身性能。一、纤维吸湿的水分子分散方程及其近似解静止的水体由于水分子无规那么运动，水中的微粒也随之无规那么运动〔布朗运动，1826年〕。纤维制品中水分子将从高浓度向低浓度分散，经过垂直于浓度梯度əc/əx的平面，面积为A，分散系数D〔当浓度为1个单位时，单位时间经过单位面积的气体量〕，质量转移速率dm/dt，可由费克〔1855年，德〕方程〔Fickequation〕：dm/dt=-DAəc/əxdm/dtc0cc=0t=0浓度为常数的无限源浓度c随t的变化和质量转移率有比例关系：dc/dt∝dm/dt∝(-dc/dx)∝[-(c-c0)]或，dc/(c-c0)=dt/τ其中：τ比例常数对上式积分，由初始条件t=0时，c=0，微分方程的解为：c=c0(1-e-t/τ)c=c0(1-e-t/τ)当t=τ时，c=c0(1-1/e)=0.63c0物理意义：当纤维中水浓度c由0-63%无限源浓度c0，所需时间t等于比例常数τ，τ可用来表示纤维吸湿快慢的目的。那么，求导：dc/dt=(c0/τ)e-t/τ当t=0，上式为：dc/dt=c0/τ上式阐明，τ也是时间参数，与吸湿初始速率〔质量转移速率〕有关。假设水分以初始速率分散，整个平衡所需时间τ=M/(dm/dt)其中：M为吸湿平衡时所需水的质量。按照费克方程，τ=Ml/[D(c0-c1)A]其中，A为吸湿资料的水汽吸收外表积；吸湿速率与浓度梯度，吸湿量，分散系数，吸湿面积和空气间隔间隔有关。l空气调湿溶液吸湿资料c0c1初始浓度不变浓度二、影响纤维资料吸湿平衡速率的主要要素吸湿过程：吸湿开场，由于大气较高的蒸汽压力，水分子进入试样使回潮率添加，同时放出热量，温度上升。同时，纤维的蒸汽压力将添加，直到与大气环境蒸汽压力接近时，称“瞬态平衡〞，此时如热量不驱散，试样将不再吸湿。当热量散失后，试样温度降低，进一步吸湿，回潮率添加，但试样中蒸汽压力坚持接近大气蒸汽压力，直到纤维的温度和蒸汽压力和大气条件一样，就到达最终的吸湿平衡。平衡过程的速率取决于水分和热量经过纤维试样的难易程度，与试样大小、外形、包装密度、纤维种类、温度及回潮率大小有关。包装尺寸和外形：越大，热传送间隔大，调湿越慢，调湿平衡时间∝〔体积/外表积〕2；包装密度：回潮率变化一定时，吸收水分质量或放出热量与密度正比，调湿平衡时间∝密度；资料种类：不同纤维吸湿性不同，到达平衡时吸收水分的质量和放出的热量不同，对平衡速率有较大影响；回潮率：纤维在较低和较高的回潮率时，其水分子分散系数低，吸湿平衡较慢；温度：高温时热量转移或散失迅速，平衡较快；低温时，平衡较慢；空气流动：通风好，利于热量散失，调湿平衡时间短；两种提高伐湿平衡的速度的方式〔1〕将需调湿的试样放在比平衡大气条件更为潮湿的环境中预先吸湿平衡一段时间，然后再放至所需平衡的大气条件中，进展第二次平衡。〔2〕将需调湿平衡的试样放入密闭容器，并参与到达调湿平衡时，所需求的含水总量。上述两种方法，将会比试样直接进入所需平衡大气中到达吸湿平衡的时间要短。第四节吸湿与纤维性能的关系一、对质量的影响吸湿后纤维质量添加，故质量或和质量有关的目的，如纤维或纱线的线密度，织物平方米质量，应采取公定回潮率时的质量。二、吸湿膨胀纤维吸湿后，体积添加，表现为横向膨胀大，纵向膨胀小。直径膨胀率SD=ΔD/D×100%；长度膨胀率SL=ΔL/L×100%；截面膨胀率SA=ΔA/A×100%；体积膨胀率SV=ΔV/V×100%；各膨胀率之间的关系(V=AL)SV=[(A+ΔA)(L+ΔL)-AL]/AL=ΔL/L+ΔA/A+(ΔA×ΔL)/AL=SL+SA+SA·SL直径膨胀率和长度膨胀率可显微镜和测长仪丈量；体积膨胀率可经过纤维枯燥和吸湿后密度及回潮率计算：假设1g枯燥纤维吸收水分m克，ρ0、ρs分别是枯燥和吸湿后密度，W为回潮率；体积V=1/ρ0V+ΔV=(1+m)/ρs=(1+W/100)/ρsSv=ΔV/V=(ρ0/ρs)(1+W/100)-1吸湿膨胀各向异性〔SL<SD〕的缘由：纤维大分子长链取向陈列，水分子进入无定形区，翻开大分子间氢键或范德华力，使长链分子间间隔添加，横向加粗。而纤维长度方向，大分子不完全取向，且存在卷曲构象，水分子进入改动构象，使长度有一定添加，但膨胀率远小于横向膨胀率。如粘胶，SL约3.7%而SD约25%；蚕丝，SL约1.6%而SD约16.5%.三、对密度的影响纤维少量吸水，由于水分子进入大分子孔隙，体积变化不大，单位体积质量随吸湿量添加而添加，导致密度添加。大多数纤维回潮率4%-6%时，密度最大。随水分子充溢孔隙后，再吸湿呵斥纤维显著膨胀，密度那么降低。四、对力学性能的影响绝大多数纤维，随回潮率添加，强力下降，其中粘胶最明显；但棉、麻等天然纤维素纤维，强力随回潮率添加而添加。断裂应变随回潮率添加而增大。随回潮率添加，纤维塑性变形添加，外表摩擦因数也添加。上述变化，都是由于水分子进入纤维后，改动了纤维分子间的结合形状引起。五、对热、光、电学性能的影响除吸湿放热外，纤维吸湿后，比热、导热系数添加，保暖性大大降低；纤维资料具有电绝缘性，吸湿后由于水具有导电性，故电阻下降、介电常数上升，不同回潮率时，电阻差别很大；回潮率添加，纤维折射率下降，双折射率也改动，如纤维吸湿膨胀，双折射率减小，但又产生外形双折射，使湿纤维双折射添加。第五节纤维的吸湿机理和实际一、纤维资料的吸湿机理(内因)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对吸湿性有很大影响。较强的亲水基团有：羟基〔-OH〕、酰胺基〔-CONH〕、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)等，与水分子构成化学结合水〔直接吸收水〕，这类基团↑，吸湿↑。纤维素纤维〔棉8.5%、麻16.3%、粘胶13%〕，大分子中每个葡萄糖剩基含有3个羟基，故吸湿性↑；醋酯纤维中葡萄糖剩基上大部分羟基被乙酰基取代，而乙酰基〔-COCH3〕对水的吸引力不强，故醋酯纤维吸湿性较粘胶低；蛋白质大分子主链含酰胺基，侧链含羟基、氨基、羧基等，故羊毛(16%)、丝(11%)等吸湿性好；合纤中含亲水基团不多，吸湿性均较低，维纶(5%)中纤维大分子上羟基经过缩甲醛后，一部分被封锁，故吸湿性减小；锦纶(4.5%)大分子中酰胺基也具有一定吸湿性；腈纶(2%)大分子的氰基〔-CN〕极性较大，但亲水性弱，故吸湿才干小；涤纶(0.4%)、丙纶(0)缺乏亲水基团，故吸湿才干很低。2、纤维结晶度天然纤维素的XRD阐明，吸湿前后图像并无变化，以为结晶区内，纤维大分子陈列严密有序，亲水基团在分子间构成交键，水分子普通不能进入结晶区，纤维吸湿主要发生在大分子不规那么陈列的无定形区。纤维结晶度↓，吸湿才干↑，如棉丝光后，结晶度降低，吸湿性添加；棉和粘胶虽然化学组成均为纤维素纤维，但棉结晶度约70%，粘胶约30%，故粘胶吸湿性〔13%〕高于棉〔8.5%〕。同结晶度时，微晶体大小也对吸湿性产生影响，颗粒小，外表积大，晶体外表纤维大分子亲水基团吸收水，吸湿性添加。粘胶皮、芯层晶粒尺寸不同，皮层相对晶粒小而分散均匀〔13%-14%〕，芯层〔11%-12%〕。纤维大分子取向度普通对吸湿性影响很小，但聚合度对吸湿性有一定影响。如大分子端基为亲水性基团，聚合度低的纤维吸湿性较强，如粘胶。3、纤维的比外表积和内部孔隙比外表积：单位质量纤维具有的外表积。外表能：物质外表分子由于引力不平衡，使其较内部分子具有多余的能量。外表积越大，外表能也越大；外表张力：液、气界面处，液体外表分子有外表收缩以降低外表能的倾向。外表吸附：固、气界面处，外表能不能以减少外表来降低，但由吸附某种物质以降低外表能的倾向。纤维外表积越大，外表能越多，外表吸附才干越强，纤维外表吸附水分子的才干也越强，吸湿性越好。纤维内部大分子陈列越不规那么，孔隙越多，吸湿才干越强。〔1〕直接吸收水和间接吸收水直接吸收水：直接被大分子上亲水基团吸附和起化学反响的水分子；间接吸收水：已被吸附的水分子，本身也具有极性，可吸附其他水分子，被吸附水分子上的水分子，称为间接吸收水；结合力较弱，存在于纤维内部微小间隙成为微毛细水；高湿度时，间接吸收水可填充到纤维内部较大空隙成为大毛细水。〔2〕毛细水在很高的RH时，液态水由于纤维外表张力作用，能坚持在毛细空隙内。按照Kelvin公式〔1871年，定量描画纯液体饱和蒸汽压和与半径的关系，界面化学重要公式〕：ln(RH/100)=-2σM/(ρRTa)RH相对湿度；σ外表张力；M水的相对分子量；ρ水的密度；R气体常数；T绝对温度；a毛细管中水面曲率半径。当20℃时，毛细管临界曲率半径ac=0.47/(2-lgRH)(nm)上式阐明，当RH↑，液态水可坚持在较大直径的毛细管〔纤维孔隙〕中，使回潮率↑；当a＞ac，液面平坦，水分易蒸发；a＜ac，水分子被坚持在毛细管，不易蒸发。4、纤维中伴生物和杂质伴生物和杂质对吸湿产生影响。如棉含有比纤维更易吸水的氮物质、果胶、也含有不易吸水的脂肪、棉蜡；因此脱脂程度越高，吸湿性越好。麻纤维的果胶和丝纤维的丝胶有利于吸湿；羊毛外表油脂是拒水物质；合纤中外表油剂通常亲水性外表活性剂，可提高吸湿性；天然纤维中含杂质多少也对回潮率有一定影响。二、环境对纤维吸湿性的影响〔外因〕前面的分析基于纤维吸湿性本质的内因，实践空气环境条件、吸湿、放湿过程以及平衡时间长短等外因，也影响纤维吸湿性。1、RH的影响温度T一定时，RH↑，空气中水汽分压力↑，单位体积空气中水分子数量↑，纤维吸湿几率↑，平衡回潮率随RH添加，呈反“S〞形添加。2、T的影响温度T对纤维平衡回潮率的影响较RH小，总趋势：T↑，平衡回潮率↓。RH一样时，T低时，水分子活动能量小，与纤维亲水基团结合后，不易分别。T高时，水分子活动能量大，纤维大分子热振动能也大，同时存在于纤维内部空隙的液态水蒸发产生的蒸汽压上升，使得水分子容易从纤维内部逃逸。通常，RH一定时，平衡回潮率随T↑而↓，平衡回潮率随温度变化的曲线称为纤维的吸湿等湿线。RH%平衡回潮率%020406080100241812650℃70℃90℃110℃温度对棉纤维平衡回潮率的影响随温度添加平衡回潮率降低，但高温高湿条件下，由于纤维热膨胀等缘由，平衡回潮率略有添加。平衡回潮率%温度℃05101520253035151311975吸湿-等湿线〔棉〕RH=100%RH=90%RH=80%RH=70%RH=60%RH=50%RH=40%平衡回潮率%温度℃01020304030252015105吸湿-等湿线〔羊毛〕RH=100%RH=90%RH=75%RH=60%RH=45%RH=30%RH=15%3、空气流速的影响空气流速快，有助于纤维外表被吸附的水分子蒸发，纤维平衡回潮率有所降低。4、应力的影响纤维的吸湿膨胀阐明应力的作用影响纤维的回潮率。当拉应力作用于长丝纤维时，平衡回潮率有所添加。相反，纤维遭到横向压应力时，其回潮率将会降低。例如，RH=75.5%，T=25℃，无定形纤维素纤维应力5.7MPa，10.2MPa，13.6MPa时，回潮率分别添加0.2%，0.4%，0.6%；定向纤维素纤维应力10.2MPa，17.7MPa，35.6MPa，回潮率分别添加0.1%，0.4%，1.1%.Nickerson对加捻的棉纱线的测定结果阐明，当拉应力到达60%断裂强力时，回潮率由8.78%降低至8.19%。三、吸湿实际目的：建立吸湿等温线〔RH%和纤维平衡回潮率〕的数学定量表达式。1、皮尔斯〔Peirce〕实际(direct&indirectabsorptionwater)根据吸湿后纤维模量(modulus)呈指数关系下降，提出纤维吸收水分子为两类：直接吸收水〔纤维大分子上亲水基团和水分子经过氢键结合〕、间接吸收水〔吸附在直接吸收水上〕。后者对纤维的物理机械性质影响不大，结合力较小，对纤维水分的蒸发起主要作用。氢键〔hydrogenbond〕：键能(25-40kJ/mol)比化学键(共价键、离子键)小，又比通常的分子间作用力大的一种特殊的分子间作用力，可用X－H···Y表示，X和Y代表F，O，N等电负性大而原子半径较小的非金属原子。X和Y可以是两种一样〔或不同〕的元素。氢键可分为同种分子间〔如H2O〕、不同分子间(如H2O，NH3导致氨气在水中惊人的溶解度1:700)、分子内氢键(如苯环上相邻两个-OH)。假设设C为总吸着位置上水分子的比数，其中Ca、Cb分别为总吸着位置上直接、间接吸着水分子的比数，那么：C=Ca+Cb当C添加dC时，其中直接吸着水的增量dCa与未被直接吸着水分子的位置数成正比〔q为比例常数〕，即：dCa/dC=q(1-Ca)上式积分，ln(1-Ca)=-qC；即，Ca=1-e-qC假设q=1，Ca=1-e-CCb=C-Ca=C-1+e-qC由回潮率定义：r=吸收水的质量/吸水后纤维的质量×100%=(Mw·C)/(k·M0)×100%Mw水分子相对质量=18；M0每一吸着位置相应的纤维质量=1/3葡萄糖剩基质量=54；k=纤维分子质量/纤维分子在无定形区的质量；这里，k表示只需无定形区才干吸收水分子，使纤维回潮率相应降低。故：C=3k·r/100按照皮尔斯两相实际，不同RH时，棉纤维吸收水的两个组成部分：实践吸湿等温线C，由两部分Ca、Cb组成，分别代表总吸着位置上直接吸收水和间接吸着水分子的比数。由右图可见，随RH添加，开场阶段直接吸收水Ca添加快，并逐渐趋于平稳；Cb在RH很大时，才有较大添加，代表膨胀及毛细水。020406080100RH(%)2.01.61.20.80.422.2517.8013.358.904.45CCaCb回潮率(%)吸着水分子数/吸着位置数皮尔斯假设，水的蒸发主要和间接吸收水有关，且有RH=p/p0∝Cb其中，相对湿度RH，即水蒸汽压p与饱和水蒸汽压p0之比，正比于间接吸着水分子的比数Cb。随RH添加，Cb添加。当p/p0添加dp/p0时，Cb应添加dCb〔间接吸着水的增量〕，只能吸附于尚未有间接水分子的位置的部分，即〔1-p/p0〕才干添加蒸发的有效面积，此外，由于间接吸着水的封堵，并非一切尚未有间接水分子的位置，都是有效的，故：dp/p0=β·〔1-p/p0〕·dCb或dp/(1-p/p0)=β·p0·dCb其中，β为修正位置〔1-p/p0〕的常数。上式积分可得到，p/p0=1-e-βCb此即为RH和吸湿关系方程，皮尔斯进一步以为，没有间接吸收水的直接吸着水也能够有部分被蒸发，这部分位置应等于〔1-p/p0〕，其吸收水为Ca〔1-p/p0〕=Ca·e-βCb，那么有，p/p0=1-e-βCb+KCa·e-βCb即，1-p/p0=〔1-KCa〕·e-βCb其中，K为常数，将Ca=1-e-qC，q=1，C=3kr/100，Cb=C-Ca，带入得到1-p/p0=〔1-K〔1-e-3kr/100〕〕·e-β〔3kr/100-1+e-3kr/100〕2.海伍德〔Hailwood〕和霍洛宾〔Horrobin〕实际假设，一部分水分子与纤维结合〔类似皮尔斯实际直接吸着水〕，其他水分子溶解于纤维，与纤维混合在一同，以为吸湿后的纤维是三元混合体固体相混合物〔溶解于水〔H2O溶解〕、与水结合的纤维〔F·H2O〕、未与水结合的纤维〔F〕〕。上述固体相混合物，存在三者平衡态：F·H2OF+H2O溶解平衡时，各物质浓度关系：[F·H2O]=K1[H2O溶解][F]其中，K1为平衡常数。同时，溶解水和水蒸气存在一定平衡态：H2O溶解H2O蒸汽浓度关系：[H2O溶解]=K2[H2O蒸汽]相对湿度RH可以用水蒸气浓度表示，即RH/100=[H2O蒸汽]故，[H2O溶解]=K·RH其中，K=K2/100理想的固态中，成分浓度比=摩尔比，故：[H2O溶解]=nw/(nw+n0+n1)[F]=n0/(nw+n0+n1)[F·H2O]=n1/(nw+n0+n1)其中，nw表示纤维中溶解水的分子数；n0、n1分别表示未与水分子结合、与水分子结合的纤维分子数。那么，nw=(n0+n1)·K·RH/(1-K·RH)n1=n0[F·H2O]/[F]=KK1·RH纤维吸收的总水分=nw+n1，纤维分子总数=n0+n1，故纤维回潮率r为：r=(nw+n1)·18/[(n0+n1)·M]×100%18为水相对分子质量；M为纤维单元〔每个亲水基团〕相对分子质量。上式可分别表示为：Mr/1800=nw/(n0+n1)+n1/(n0+n1)=K·RH/(1-K·RH)+KK1·RH/(1+KK1·RH)3.其他纤维吸湿实际斯毕克曼〔Speakman〕提出三相实际：第一相：与角蛋白质侧链亲水基团严密结合的水分子；第二相：吸着与主链上亲水基团的结合水分子；第三相：高湿态条件下附着于纤维的结合力较低的间接水或毛细水。布鲁耐尔、埃米特、泰勒等在兰缪尔单层吸附实际根底上，提出多层吸附实际，用B.E.T方程描画反S形纤维吸湿等温线。巴勒以为水分子和纤维大分子混合在一同成理想的固溶体，利用统计热力学推导出吸湿溶解实际。但根据该实际做出的吸湿等温线呈现凹向回潮率轴，并非反S形，而单分子吸附实际是凸向回潮率轴，故B.E.T多层吸附实际，能较好地符合纤维实践的吸湿等温线。四、亲水性合成纤维1、合纤亲水化原理：具有类似天然纤维的亲水构造：〔1〕纤维构造中引进各种亲水基团，建立氢键与水分子缔合；〔2〕使纤维出现孔隙、微孔、裂痕，添加比外表积，经过外表能及毛细管效应吸附水分。2、合纤亲水化方法〔1〕化学改性A.纤维大分子构造的亲水化经过聚合或共聚，在大分子构造中引入大量亲水基团，如腈纶纤维共聚〔以丙烯腈〔约85%〕、丙烯酸甲酯和甲基丙烯磺酸钠为单体，偶氮二异丁腈为引发剂，异丙醇为链转移剂，经自在基型三元共聚反响而制得的三元共聚物〕时引进丙烯酸、乙烯基吡啶和二羰基吡咯化合物等亲水性单体，或者用化学处置，使纤维中部分氰基转化为酰胺基或羧基的方法，均可得到吸湿性较好的腈纶；对于锦纶，在大分子构造中，减少亚甲基(-CH2)的数量，可大大提高吸湿性；此外，经过共聚，改动大分子构造的规整性，降低结晶度以添加酰胺基团来提高纤维亲水性；B.与亲水物质接枝共聚丙烯