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纤维的吸湿性

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水蒸气的能力。

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:

纤维的性能、纺织工艺、织物舒适性、纺织材料的计重核价

一、纤维的吸湿与吸湿指标

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标准状态下的回潮率

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。

国标准规定的为:

大气压力:1个标准大气压,即101.3kPa(760mmHg柱)

常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率

3公定回潮率

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,但不等于标准回潮率。

常用纱线的公定回潮率

天然纤维由于有杂质和伴生物,纱线的公定回潮率与纤维的公定回潮率不一致。

公定重量:纺织材料在公定回潮率时的重量。

多种纤维混合时的公定回潮率

Wi——混合纤维各自的公定回潮率;

bi——混合比;

n——混合纤维种数。

4平衡回潮率

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。

吸湿平衡回潮率:纤维吸湿达到相对平衡状态时的回潮率;

放湿平衡回潮率:纤维放湿达到相对平衡状态时的回潮率。

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= 0%~15% 时,曲线的斜率比较大;

RH= 15%~70% 时,曲线的斜率比较小;

RH>70% 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、纤维的吸湿机理

1吸着水分的种类

根据水分子在纤维中存在的方式不同,可分为三种:

(1)吸收水

由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水属于化学吸着,是一种化学键力,因此必然有放热反应;

直接吸收水:由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。

如: -0H, -COOH , -CONH- , -NH2结合力较强,主要是氢键力,放出热量较多

间接吸收水:其他被吸着的水分子。

a.由于水分子的极性再吸着的水分子 ;

b.纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子。

结合力较弱,主要是范德华力,放出热量较少。

(2)粘着水(表面吸附水)

纤维因表面能而吸附的水分子。

毛细水和粘着水属于物理吸着,是范德华力,没有明显的热反应, 吸附也比较快。

(3)毛细水

纤维无定形区或纤维集合体纤维间存在空隙,由于毛细管的作用而吸收的水分 。与纤维结构(结晶度)和纤维集合体的结构有关。

微毛细水:存在于纤维内部微小间隙之中的水分子;

大毛细水:存在于纤维内部较大间隙之中的水分子。

(当湿度较高时)。

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。

3吸湿理论

(1) Peirce的二相理论: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。

(2) Speakman的三相理论(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;

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。

四、吸湿滞后性

1吸湿滞后现象

吸湿滞后现象:从放湿得到的平衡回潮率总是高于从吸湿得到的平衡回潮率的现象。纤维材料所具有的这种性质被称为吸湿滞后性或吸湿保守性。

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。

常见纤维的吸湿滞后值

蚕丝:1.2% 羊毛:2.0% 粘胶:1.8%-2.0%

棉:0.9% 锦纶:0.25%

2吸湿滞后产生的原因

能量获得概率的差异、水分子进出的差异、纤维结构的差异

水分子分布的差异、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、其它杂质的带入等。

五、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 。

外在条件包括:温湿度;气压;原来回潮率的大小。

1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酸基(-COCH3)取代,而乙酸基对水的吸引力又不强,因此醋酯纤维的吸湿性较低。

蛋白质纤维

主链上含有亲水性的酰胺基、氨基(一NH2)、羧基(一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(一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: 大分子中只有亲水性弱的极性基团氰基(-CN),故吸湿能力小。

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个一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.纤维内的伴生物和杂质

a. 棉

b. 羊毛

c. 麻

d.丝

E.化学纤维表面的油剂

2

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。

来源:百度文库由色尚坊布博士进行编辑

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