纤维的吸湿性纺织材料学.pptx

第一节第一节 纤维的吸湿及吸湿机理纤维的吸湿及吸湿机理一、纤维的吸湿与吸湿指标一、纤维的吸湿与吸湿指标1.1.回潮率与含水率回潮率与含水率 回潮率回潮率：纺织材料中所含水分重量对纺织材料干：纺织材料中所含水分重量对纺织材料干 重的百分比。重的百分比。含水率：纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿含水率：纺织材料中所含水分重量对纺织材料湿 重的百分比。重的百分比。式中：式中：G Ga a纺织材料湿重；纺织材料湿重；G G0 0 纺织材料干重。纺织材料干重。第1页/共32页 纺织材料在标准大气条件下，从吸湿达到平衡时测得的平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。衡回潮率。2.2.标准状态下的回潮率标准状态下的回潮率国标准规定为：国标准规定为：国标准规定为：国标准规定为：大气压力：大气压力：大气压力：大气压力：1 1 1 1个标准大气压，即个标准大气压，即个标准大气压，即个标准大气压，即101.3kPa101.3kPa101.3kPa101.3kPa（760mmHg760mmHg760mmHg760mmHg柱）柱）柱）柱）表表4-1 4-1 标准温湿度及允许误差标准温湿度及允许误差级别级别级别级别标准温度标准温度标准温度标准温度()()()()标准相对湿度标准相对湿度标准相对湿度标准相对湿度(%)(%)(%)(%)A A A A类类类类B B B B类类类类1 1 1 12012012012012722722722726526526526522 2 2 22022022022022732732732736536536536533 3 3 3203203203203275275275275655655655655通常在标准大气条件下天然纤维调湿通常在标准大气条件下天然纤维调湿24h24h以上，合成以上，合成纤维调湿纤维调湿4h4h以上。以上。第2页/共32页3.3.公定回潮率公定回潮率 业内公认的回潮率。为了满足业内公认的回潮率。为了满足贸易交换中的公允和成本贸易交换中的公允和成本核算的需要。核算的需要。（以标准回潮率为依据，但不等于标准回潮率）（以标准回潮率为依据，但不等于标准回潮率）纤维种类纤维种类纤维种类纤维种类公定回潮率公定回潮率公定回潮率公定回潮率(%)(%)(%)(%)纤维种类纤维种类纤维种类纤维种类公定回潮率公定回潮率公定回潮率公定回潮率(%)(%)(%)(%)纤维种类纤维种类纤维种类纤维种类公定回潮率公定回潮率公定回潮率公定回潮率(%)(%)(%)(%)原棉原棉原棉原棉11.1(11.1(11.1(11.1(含水率含水率含水率含水率10)10)10)10)桑蚕丝桑蚕丝桑蚕丝桑蚕丝11111111聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维0.40.40.40.4棉纱棉纱棉纱棉纱8.58.58.58.5柞蚕丝柞蚕丝柞蚕丝柞蚕丝11111111锦纶锦纶锦纶锦纶6/66/116/66/116/66/116/66/114.54.54.54.5洗净毛同质洗净毛同质洗净毛同质洗净毛同质16161616亚麻亚麻亚麻亚麻12121212聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维2.02.02.02.0 异质异质异质异质15151515苎麻苎麻苎麻苎麻16.2816.2816.2816.28聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维5.05.05.05.0毛条毛条毛条毛条 干梳干梳干梳干梳18.2518.2518.2518.25洋麻洋麻洋麻洋麻14.9414.9414.9414.94含氯纤维含氯纤维含氯纤维含氯纤维0.50.50.50.5 油梳油梳油梳油梳19191919黄麻黄麻黄麻黄麻 生麻生麻生麻生麻19.0519.0519.0519.05聚丙烯纤维聚丙烯纤维聚丙烯纤维聚丙烯纤维1.01.01.01.0精梳落毛精梳落毛精梳落毛精梳落毛16161616 熟麻熟麻熟麻熟麻14.9414.9414.9414.94醋酯纤维醋酯纤维醋酯纤维醋酯纤维7.07.07.07.0山羊绒山羊绒山羊绒山羊绒15151515大麻大麻大麻大麻14.9414.9414.9414.94铜氨纤维铜氨纤维铜氨纤维铜氨纤维13.013.013.013.0兔毛兔毛兔毛兔毛15151515粘胶纤维粘胶纤维粘胶纤维粘胶纤维13131313玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维2.52.52.52.5表表4-2 4-2 几种常见纤维的公定回潮率几种常见纤维的公定回潮率第3页/共32页多种纤维混合时的公定回潮率：多种纤维混合时的公定回潮率：W Wi i混合纤维各自的公定回潮率；混合纤维各自的公定回潮率；b bi i混合比；混合比；n n混合纤维种数。混合纤维种数。公定重量公定重量 在公定回潮率时的重量。在公定回潮率时的重量。第4页/共32页4.4.平衡回潮率平衡回潮率 指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时的回潮率。用达到平衡稳态时的回潮率。吸湿平衡回潮率：纤维吸湿达到相对平衡状态时吸湿平衡回潮率：纤维吸湿达到相对平衡状态时的回潮率；的回潮率；放湿平衡回潮率：纤维放湿达到相对平衡状态时放湿平衡回潮率：纤维放湿达到相对平衡状态时的回潮率。的回潮率。图图4-1 4-1 纤维吸湿量纤维吸湿量-时间曲线时间曲线第5页/共32页二、吸湿等温、等压、等湿线二、吸湿等温、等压、等湿线 1.1.定义：定义：吸（放）湿等温线吸（放）湿等温线：在一定温度和压力条件下，纤维材料：在一定温度和压力条件下，纤维材料因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线；线；吸（放）湿等湿线吸（放）湿等湿线：在一定湿度和压力条件下，纤维材料：在一定湿度和压力条件下，纤维材料因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气温度的关系曲线；因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气温度的关系曲线；吸（放）湿等压线吸（放）湿等压线：在温度和相对湿度不变时，纤维材料：在温度和相对湿度不变时，纤维材料因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气压力的关系曲线。因吸（放）湿达到的平衡回潮率与大气压力的关系曲线。第6页/共32页 2.2.常用纤维的吸湿等温线常用纤维的吸湿等温线 第7页/共32页特点特点（1 1）曲线都呈反）曲线都呈反S S形，吸湿机理基本一致。形，吸湿机理基本一致。RH=0%RH=0%15%15%时，曲线的斜率比较大；时，曲线的斜率比较大；RH=15%RH=15%70%70%时，曲线的斜率比较小；时，曲线的斜率比较小；RH70%RH70%时，曲线斜率又明显地增大。时，曲线斜率又明显地增大。（2 2）纤维种类不同，曲线的高低不同。）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；吸湿能力吸湿能力强的在上方，如羊毛、粘胶；吸湿能力差的差的 在下方，如腈纶、涤纶等。在下方，如腈纶、涤纶等。第8页/共32页三、纤维的吸湿机理与理论三、纤维的吸湿机理与理论 1.1.吸湿机理吸湿机理水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。水分与纤维的作用及其附着与脱离过程。第9页/共32页2.吸湿理论吸湿理论图图4-4 4-4 直接间接吸收水直接间接吸收水（1 1）PeircePeirce的二相理论的二相理论图图4-5 4-5 相对湿度对吸收水分子数的影响相对湿度对吸收水分子数的影响纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分，纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分，适用于棉纤维吸湿适用于棉纤维吸湿第10页/共32页 直接吸收水直接吸收水：由纤维分子中的亲水基团直接吸着的水分子。由纤维分子中的亲水基团直接吸着的水分子。由纤维分子中的亲水基团直接吸着的水分子。由纤维分子中的亲水基团直接吸着的水分子。如如:-0H,-COOH:-0H,-COOH,-CONH-,-CONH-,-NH,-NH2 2 结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。结合力较强，主要是氢键力，放出热量较多。间接吸收水：间接吸收水：接续在已被吸着的水分子上，间接地靠在纤维大分接续在已被吸着的水分子上，间接地靠在纤维大分接续在已被吸着的水分子上，间接地靠在纤维大分接续在已被吸着的水分子上，间接地靠在纤维大分子上，也包括凝结在表面和孔隙的水。子上，也包括凝结在表面和孔隙的水。子上，也包括凝结在表面和孔隙的水。子上，也包括凝结在表面和孔隙的水。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。结合力较弱，主要是范德华力，放出热量较少。第11页/共32页图图4-6 4-6 相对湿度对回潮率的影响相对湿度对回潮率的影响（2 2）SpeakmanSpeakman的的三相理论三相理论适用于羊毛吸湿适用于羊毛吸湿第一相：与角朊分子侧链中的亲水基相结合的水；第一相：与角朊分子侧链中的亲水基相结合的水；第二相：被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的第二相：被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的 相互作用，由此对纤维的刚性有很大影响；相互作用，由此对纤维的刚性有很大影响；第三相：填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水，发生在高第三相：填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水，发生在高 湿度时。湿度时。第12页/共32页四、吸湿滞后性四、吸湿滞后性1.吸湿滞后现象吸湿滞后现象图图4-7 4-7 纤维吸湿、放湿的回潮率纤维吸湿、放湿的回潮率-时间曲线时间曲线图图4-8 4-8 吸湿滞后性图吸湿滞后性图 从放湿得到的平衡回潮率高于从吸湿得到的平衡回从放湿得到的平衡回潮率高于从吸湿得到的平衡回潮率的现象潮率的现象。第13页/共32页 常见纤维的吸湿滞后值：常见纤维的吸湿滞后值：蚕丝：蚕丝：1.2%1.2%羊毛：羊毛：2.0%2.0%粘胶：粘胶：1.8%-2.0%1.8%-2.0%棉：棉：0.90.9锦纶：锦纶：0.25%0.25%（吸湿性大的纤维，吸湿滞后值比较大）吸湿性大的纤维，吸湿滞后值比较大）第14页/共32页 调湿和预调湿调湿和预调湿调湿：调湿：将被测纤维直接放在标准大气条件下进行将被测纤维直接放在标准大气条件下进行平衡。平衡。预调湿：预调湿：对纤维进行（对纤维进行（452452）的预烘，以消的预烘，以消除纤维吸湿的除纤维吸湿的“记忆记忆”，达到由吸湿平衡获得的，达到由吸湿平衡获得的回潮率值。回潮率值。第15页/共32页2.2.吸湿滞后产生的原因吸湿滞后产生的原因能量获得概率的差异能量获得概率的差异水分子进出的差异水分子进出的差异纤维结构的差异纤维结构的差异水分子分布的差异水分子分布的差异热能作用的差异热能作用的差异此外还有纤维表面能的变化、反复吸湿的作用、此外还有纤维表面能的变化、反复吸湿的作用、其它杂质的带入等。其它杂质的带入等。第16页/共32页五、五、影响纤维吸湿的因素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。影响纤维回潮率的因素有内因和外因两个方面。内因内因包括：包括：亲水基团的作用亲水基团的作用:亲水基团多少和极性强弱；亲水基团多少和极性强弱；纤维的结晶度：水分子只能进入纤维的非晶区；纤维的结晶度：水分子只能进入纤维的非晶区；纤维比表面积和内部空隙：纤维比表面积和内部空隙：纤维的伴生物和杂质纤维的伴生物和杂质。外因外因包括：包括：温湿度、气压、空气流速温湿度、气压、空气流速第17页/共32页1 1亲水基团的作用亲水基团的作用 纤纤维维大大分分子子中中，亲亲水水基基团团的的多多少少和和极极性性强强弱弱是是影影响响纤纤维维吸吸湿湿性性的的最最本本质质因因素素，也也是判定纤维能否吸湿及其强弱的依据。是判定纤维能否吸湿及其强弱的依据。n n纤维素纤维：羟基（纤维素纤维：羟基（纤维素纤维：羟基（纤维素纤维：羟基（-OH-OH-OH-OH）；n n蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质纤纤纤纤维维维维：酰酰酰酰胺胺胺胺基基基基（-NHCO-)-NHCO-)-NHCO-)-NHCO-)、羟羟羟羟基基基基（-OH-OH-OH-OH）、羧羧羧羧基基基基-（COOHCOOHCOOHCOOH）、氨基）、氨基）、氨基）、氨基(-NH2)(-NH2)(-NH2)(-NH2)等；等；等；等；n n合成纤维：亲水基团不多，吸湿性较差。合成纤维：亲水基团不多，吸湿性较差。合成纤维：亲水基团不多，吸湿性较差。合成纤维：亲水基团不多，吸湿性较差。第18页/共32页2 2纤维的结晶度纤维的结晶度 水分子只能进入纤维的非晶区，无法进入结晶区。水分子只能进入纤维的非晶区，无法进入结晶区。纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。纤维的结晶度越低，吸湿能力就越强。如：如：如：如：棉纤维和粘胶纤维；棉纤维和粘胶纤维；棉纤维和粘胶纤维；棉纤维和粘胶纤维；丝光棉丝光棉丝光棉丝光棉第19页/共32页3 3纤维的比表面积和内部空隙纤维的比表面积和内部空隙 纤纤维维的的比比表表面面积积越越大大，表表面面能能越越大大，吸吸附附的的水水分分子子数数也也越多，吸湿性越好。越多，吸湿性越好。如如：纤纤维维越越细细，纤纤维维内内孔孔隙隙越越多多，纤纤维维吸吸湿湿性性能能增增加。加。4 4纤维内的伴生物和杂质纤维内的伴生物和杂质 a.a.a.a.棉棉棉棉 b.b.b.b.羊毛羊毛羊毛羊毛 c.c.c.c.麻麻麻麻 d.d.d.d.丝丝丝丝 e.e.e.e.化学纤维表面的油剂化学纤维表面的油剂化学纤维表面的油剂化学纤维表面的油剂 第20页/共32页5 5温湿度和气压温湿度和气压 6 6空气流速的影响空气流速的影响 第21页/共32页第二节第二节 吸湿性的测量吸湿性的测量一、直接测量法一、直接测量法1.1.烘箱干燥法（烘箱干燥法（箱内热称、箱外热称、箱外冷称箱内热称、箱外热称、箱外冷称）2.2.红外线干燥法红外线干燥法3.3.高频加热干燥法高频加热干燥法4.4.真空干燥法真空干燥法5.5.吸湿剂干燥法吸湿剂干燥法第22页/共32页二、间接测试法二、间接测试法1.1.电阻测湿法电阻测湿法2.2.电容式测湿法电容式测湿法3.3.微波吸收法微波吸收法4.4.红外光谱法红外光谱法第23页/共32页第三节第三节 吸湿对纤维性质的影响吸湿对纤维性质的影响一、对纤维重量的影响一、对纤维重量的影响 二、对体积的影响二、对体积的影响 纤纤维维吸吸湿湿后后体体积积膨膨胀胀，横横向向膨膨胀胀大大而而纵纵向向膨膨胀小，表现出胀小，表现出明显的各向异性明显的各向异性。纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率表示纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率表示纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率表示纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率表示第24页/共32页各种纤维在水中的膨胀性能表各种纤维在水中的膨胀性能表各种纤维在水中的膨胀性能表各种纤维在水中的膨胀性能表 纤维吸湿膨胀具有明显的各向异性，即纤维吸湿膨胀具有明显的各向异性，即 SdSlSdSl。同同一一纤纤维维，可可根根据据吸吸湿湿膨膨胀胀后后各各向向异异性性的的大大小小来来判判断断大大分分子的取向度。子的取向度。不利之处：使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。不利之处：使织物变厚、变硬，是造成织物收缩的原因之一。第25页/共32页三、对密度的影响三、对密度的影响 W W增增加加，纤纤维维密密度度增增加加；大大多多数数纤纤维维在在W=4%W=4%6%6%时时密密度度最最大大。W W再再增增加加，纤纤维维密度逐渐变小，因为纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维。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几种纤维密度随回潮率变化图几种纤维密度随回潮率变化图几种纤维密度随回潮率变化图第26页/共32页四、对力学性质的影响四、对力学性质的影响纤维吸湿后，随着回潮率增大，纤维强力、模量、纤维吸湿后，随着回潮率增大，纤维强力、模量、弹性和刚度下降，伸长增加。弹性和刚度下降，伸长增加。对强力的影响：对强力的影响：va.a.一般规律是纤维回潮率增加，其一般规律是纤维回潮率增加，其强力下降强力下降；vb.b.吸湿能力差的纤维，吸湿能力差的纤维，W W增加，强力变化不太显著增加，强力变化不太显著vc.c.棉、麻纤维棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加；，吸湿后强力反而增加；第27页/共32页常见纤维在润湿状态下强伸度变化表常见纤维在润湿状态下强伸度变化表 第28页/共32页对纤维伸长率的影响对纤维伸长率的影响 回潮率增加，伸长率有所增加；这是因为水分回潮率增加，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，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使它在受外力作用时容易伸直和产生相对滑移的缘故。缘故。第29页/共32页五、对热学性质的影响五、对热学性质的影响纤维吸湿时会放出热量（纤维吸湿时会放出热量（吸湿放热现象吸湿放热现象）原因：运动中的水分子被纤维大分子吸附时，水分子会将动能转换为热能而释放。原因：运动中的水分子被纤维大分子吸附时，水分子会将动能转换为热能而释放。第30页/共32页1.1.吸吸湿湿积积分分热热：在在一一定定的的温温度度下下，质质量量为为1g1g的的纤纤维维从从某一回潮率开始吸湿到完全润湿时所放出的热量。某一回潮率开始吸湿到完全润湿时所放出的热量。（完全吸湿积分热）（完全吸湿积分热）吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。2.2.吸吸湿湿微微分分热热：纤纤维维在在给给定定回回潮潮率率条条件件下下吸吸着着1 1克克水水放出的热量。放出的热量。各种干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为各种干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为115011501350J/g1350J/g。第31页/共32页