第六章 纤维的吸湿性

第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标
– （二）吸湿指标
• 2. 平衡回潮率
– 纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时
的回潮率
– 吸湿平衡回潮率Wae：吸湿达到相对平衡状态时的回潮率
– 放湿平衡回潮率Wde：放湿达到相对平衡状态时的回潮率
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
丙纶
氯纶 氨纶
0
---
0
0 1
常用纱线的公定回潮率
纱线种类 棉纱 苎麻纱 亚麻纱 公定回潮率（%） 8.5（英制9.89） 10 12 纱线种类 粘胶纱及长丝 粘胶针织绒线（内销） 粘胶针织绒线（外销） 公定回潮率（%） 13 8 13
经梳毛纱
粗梳毛纱 羊毛绒线（国内） 羊毛绒线（外销） 羊毛针织绒线 绢纺蚕丝
16
15 10 15 15 11
涤纶纱及长丝
锦纶纱及长丝 腈纶纱 维纶纱 涤棉纱（65/35）
0.4
4.5 2 5 3.2（英制3.7）
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 二、吸湿机理与影响因素
– （一）吸湿过程 • 吸附：水分子停留在纤维表面 • 吸收：水分子向纤维内部扩散与纤维内大分子上的 亲水性基团结合 • 凝聚：水分子进入纤维的缝隙孔洞，在纤维的 毛细管壁凝聚
– （三）影响因素
• 1、内因
– – – – 亲水基团的作用 纤维的结晶度 纤维的比表面积和内部空隙 纤维内的伴生物和杂质
• 2、外因
– – – – 大气压力 相对湿度 温度 初始回潮率
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。 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、麻 粘胶，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（CH3COO-）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，因此吸湿性很好。羊毛侧链中比蚕丝含有较多 的羟基、氨基、羧基等亲水性基团，故其吸湿性优于蚕丝。 合成纤维： 含有亲水基团不多，故吸湿性都较差。
• •
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。 • 纤维吸收的水分一般不能进入结晶区，在结晶区内，分子有 规则地紧密排列，活性基在分子间形成了交键，如氢键、盐 式键、双硫键等，所以水分子就不易渗入，若要产生吸湿作 用就须打开这些交键，使活性基游离，显然这是困难的。因 而纤维的吸湿作用主要是发生在无定形区。
G：湿重 G0：干重
P 1 n 1W1 P 2W2 P nWn Wi Pi –混合材料回潮率 W 100 100 i 1
P1，P2，Pn分别为第一种、第二种、第n种纤维的干燥重量百分比 W1，W2，Wn分别为第一种、第二种、第n种纤维的回潮率
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
1 Wk Gk Ga 1 Wa
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
当两种纤维混纺时，成品的干重混纺比百分 数折算成投料时湿重混纺比百分数
g 0 (1 W1 ) g1 100 g1 (100 g 0 )(1 W2 )
• 例1：涤纶的实际回潮率为0.3%，粘胶纤维 的实际回潮率为12%，为了使涤粘干重混 纺比的百分数为65/35，问涤粘湿重混纺百 分数应为多少？
–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）。
• 4、区别： –吸收水属于化学吸着水，是化学键力，因此必然有放热反应； –吸附水和毛细水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的热反 应， 吸附也比较快。
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 二、吸湿机理与影响因素
第一节 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
• 纤维材料放在空气中，一方面不断吸收空气中的水蒸气，同时 不断地向空气中释放水蒸气。
– 进入纤维中的水分子多于放出的水分子，则表现为吸湿 – 进入纤维中的水分子少于放出的水分子，则表现为放湿
• 吸湿和放湿是一个动态过程，最终会达到平衡。 • 在一定的大气条件下，纤维材料会吸收或放出水分，随着时间 的推移逐渐达到一种平衡状态，其含湿量趋于一个稳定值，这 时，单位时间内纤维材料吸收大气中的水分等于放出或蒸发出 的水分，这种现象称为吸湿平衡。
纤维的内的伴生物和杂质
• a.棉纤维中有含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等，其中 含氮物质、果胶较其主要成分更能吸着水分，而蜡 质、脂肪不易吸着水分。 因此棉纤维脱脂程度越高， 其吸湿能力越好； • b.羊毛表面的油脂是拒水性物质，它的存在使吸湿 能力减弱； • c.麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿； • d.化学纤维表面的油剂，其性质会引起吸湿能力的 变化，当油剂表面活性剂的亲水基团向着空气定向 排列时，纤维吸湿量变大。
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标
– （二）吸湿指标
• 4．公定回潮率
– 为了贸易上计价方便，对各种纤维材料的回潮率作的统一规定 的回潮率。
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标
– （源自文库）吸湿指标
• 5. 重量
– 实际重量Ga：Ga=G0(1+Wa) – 公定重量Gk：Gk=G0(1+Wk)
– T增加时，纤维中的水分子的热运动能和纤维分子的热振动能增大， 使纤维内水蒸汽的蒸发压升高，它比空气中已成为气体的蒸汽部 分压力的上升快得多，因此使水分子保留在纤维分子上的能力减 少。 – 存在于纤维内部空隙中的液态水蒸发蒸汽压力也随着温度的上升 而升高。
吸湿滞后性(吸湿保守现象)
吸湿滞后性(吸湿保守现象)
•
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。
吸湿等湿线
吸湿等湿线
• 定义：纤维在一定的大气压力和湿度下，平衡回潮率随温 度而变化的曲线。(RH%一定，W-T的关系曲线） • 特点：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。 • 原因：
• 1、定义：同样的纤维在一定的大气压力和温湿度条件下， 从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相 等，前者大于后者，这种现象叫作纤维吸湿滞后性。 • 2、原因：一 般认为吸湿时由于水分子进人纤维的无定形 区，使大分子间距离增加，少数连接点被迫拆开，而与水 分子形成氢键结合。放湿时，水分子离开纤维，连接点有 重新结合的趋势，但由于大分子上已有较多的极性基因与 水分子相吸引，阻止水分子离去，而且大分子间的距离不 能及时完全回复到原来情况，因而保留了一部分水分子。 因此同一纤维在同样的温湿度的条件下，从放湿达到平衡 比从吸湿达到平衡具有较高的回潮率。
– – – – 维纶：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：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：缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。
吸湿等温线
吸湿等温线
•
•
1、定义：在一定大气压力和温度下，平衡回潮率随湿度变化的曲线(T一定，WRH%的关系曲线) 2、特点：曲线都呈反S形
– RH= 0%～15% • 曲线的斜率比较大 • 原因：开始阶段纤维中游离的亲水基因比较多，容易吸湿。 – RH= 15%～70% 时 • 曲线的斜率比较小 • 原因：因主要靠间接吸收，且水分子进入纤维内部的微小间隙中，形成毛细水， 同时纤维还有一个膨化过程，所以吸收的水分比开始阶段减少； – RH>70% 时 • 曲线斜率又明显地增大。 • 原因：因水分进入纤维内部较大的间隙，纤维产生膨化，毛细水大量增加，表面 吸附的能力，也大大增强，这就进一步增加了回潮率的上升速度。
» 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，同时放出的热量也较少。
直接吸收和间接吸收的水分子
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 二、吸湿机理与影响因素
–（二）二相理论
• 3、毛细水(毛细管凝结水)：纤维有许多细孔，由于毛细管的作用 而吸收的水分。
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 二、吸湿机理与影响因素
–（二）二相理论
• 1、吸附水（粘着水）：纤维因表面能而吸附的水分子。 • 2、吸收水：由于纤维中极性基团的极化作用而吸着的水。 –直接吸收水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。 » 结合力较强，主要是氢键力，同时放出的热量也较多。
–间接吸收水：其他被吸着的水分子。
常用纤维的标准回潮率和公定回潮率
纤维种类 原棉 苎麻（脱胶） 亚麻 黄麻 洗净毛 山羊毛 干毛条 油毛条 桑蚕丝 粘胶纤维 醋酯纤维 涤纶 锦纶6 锦纶66 腈纶 维纶 标准回潮率（%） 7~8 7~8 8~11 12~16（生麻），9~13（熟麻） ----8~9 13~15 4~7 0.4~0.5 3.5~0.5 4．2~4.5 1.2~2.0 4.5~5.0 公定回潮率（%） 11．1 12 12 14 16 15 18.25 19 11.0 13 7 0.4 4.5 4.5 2.0 5
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标
– （二）吸湿指标
• 1．回潮率与含水率
–含水率M：纤维材料中所含水分重量对湿重的百分比 –回潮率W：纤维材料中所含水分重量对干重的百分比
G G0 100 % G W M 1W M
W
G G0 100% G0
W
M 1 M
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标
– （二）吸湿指标
• 3．标准回潮率
– 标准状态：我国规定为温度20℃左右，相对湿度65% 左右。(P87)
级别 1 2 3 标准温度(℃) A类 20±1 20±2 20±3 B类 27±2 27±3 27±5 标准湿度(%) 65±2 65±3 65±5
– 标准回潮率：在标准状态下，将纤维在“吸湿过程”中放置24小时 后测得的回潮率。
• 棉、麻和粘胶—同属纤维素纤维，每一个葡萄糖剩 基上都含有3个一OH，但棉麻纤维的结晶度为70％， 而粘胶纤维仅30％左右，粘胶吸湿性好于棉麻。
纤维的比表面积和内部空隙
• 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，较细纤维的回潮率偏大些。 • 纤维无定形区内缝隙孔洞越多越大，纤维吸湿能力 越强。 • 成熟度差的棉纤维比较细，表面积大，因此其吸湿 能力大于成熟度好的棉纤维。 • 粘胶纤维结构比棉麻纤维疏松，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。
第六章 纤维的吸湿性
• 吸湿性：从气态环境中吸收气态水的能力
• 润湿性：从水溶液中吸收液态水的能力
第六章 纤维的吸湿性
• 第一节 纤维的吸湿及吸湿机理 • 第二节 吸湿性的测量(P93)
• 第三节 吸湿对纤维性质的影响
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
• 一、纤维的吸湿与吸湿指标 • 二、纤维吸湿机理与影响因素
• 例2：有一批毛／涤／粘为30／40／30混纺 原料，实际称得重量为1000Kg，实测回潮 率为9.5%，求(1)该批原料的公定回潮率； (2)该批原料的公定重量和干重。(保留两位 小数)。
课后作业（三）
1、解释下列名词：含水率、回潮率。推导它们之间的换 算式，将原棉的标准含水率10%折算成公定回潮率。 2、60/40毛/棉涤混纺纱在公定回潮率时的混纺百分比。 3、一批腈纶重1000Kg，取50g试样烘干后称得其干重 49.2g，求改批腈纶的回潮率和公定重量。 4、有一批纺织原料，其混纺比例为羊毛40/涤纶40/粘胶 20，实际称、得重量为3500Kg，回潮率为8％。求该 批纺织原料的公定重量是多少？（保留1位小数）。