纤维的吸湿性

第二节
1. 2. 3. 4. 5.
吸湿性的测量
一、直接测量法
烘箱干燥法 红外线干燥法 高频加热干燥法 真空干燥法 吸湿剂干燥法
二、间接测试法
1.电阻测湿法 2.电容式测湿法 3.微波吸收法 4.红外光谱法
第三节 吸湿对纤维性质的影响
一、 对重量的影响 Gk=Go*（100+Wk）/100， Gk=Ga*（100+Wk）/（100+Wa） 二、对长度和横截面积的影响 纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表现 出明显的各向异性。
图4-6
相对湿度对回潮率的影响
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。
vd1< va1
回潮率/%
vd1
放湿 vd2
vd2> va2
Wde 滞后值 δe Wae 吸湿 va2 实际滞后值 δ
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）
表4-1 标准温湿度及允许误差 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
标准相对湿度 (%)
65±2

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。

纤维的膨胀值可用直径、长度、截面积和体积的增大率如 下式： Sd=⊿D/D； Sl=⊿L/L； Sa=⊿A/A；Sv=⊿V /V 式中：D、L、A、V—纤维原来的直径、长度、截面积和 体积；⊿D、⊿L、⊿A、⊿V —纤维膨胀后，其直径、 长度、截面积和体积的增加值。
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 Sd>Sl。 同一纤维，可根据吸湿膨胀后各向异性的大小来判断大分子的 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。
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。
(1 Wk %) Gk Go (1 Wk %) Ga (1 Wa %)
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。
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。
三、对密度的影响 W增加，纤维密度增加；大多数纤维在W=4%～6% 时密度 最大。W再增加，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。
65±3 65±5
通常在标准大气条件下天然纤维调湿24h以上，合成 纤维调湿4h以上。
常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率
纤维种类 原棉 标准回潮率（％） 7~8 公定回潮率（％） 11.1
苎麻（脱胶）
亚麻 黄麻
7~8
8~-11 12~16(生麻），9~13(熟麻）
12
12 14
细羊毛
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 丙纶 氯纶 氨纶
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。
Ga G0 回潮率W (%) 100 G0
Ga G0 含水率M (%) 100 Ga
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
4．纤维内的伴生物和杂质 a. 棉 b. 羊毛 c. 麻 d. 化学纤维表面的油剂
（二）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 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。

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。
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
图4-4 直接间接吸收水
图4-5 相对湿度对吸收水分子数的影响
（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。
15~17
----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 0 ---
-15 15 18.25 19 11.0 13 7 0.4 4.5 4.5 2.0 5 0 0 1
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。
(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。
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
0
图4-1 纤维吸湿量-时间曲线
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

外在条件包括：温湿度；气压；原来回潮率的大小。
(一)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。
表4-2 几种常见纤维的公定回潮率
纤维种类 原棉 棉纱 洗净毛同质 异质 毛条 干梳 油梳 精梳落毛 山羊绒 兔毛 公定回潮率(%) 纤维种类 11.1(含水率 10) 8.5 16 15 18.25 19 16 15 15 大麻 粘胶纤维 桑蚕丝 柞蚕丝 亚麻 苎麻 洋麻 黄麻 生麻 熟麻 公定回潮率(%) 纤维种类 11 11 12 16.28 14.94 19.05 14.94 14.94 13 聚酯纤维 锦纶6/66/11 聚丙烯腈纤维 聚乙烯醇纤维 含氯纤维 聚丙烯纤维 醋酯纤维 铜氨纤维 玻璃纤维 公定回潮率(%) 0.4 4.5 2.0 5.0 0.5 1.0 7.0 13.0 2.5

的提高，
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，当纤维材料臵于一新的大气条 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。
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。

相对湿度/%
0
相对湿度 /%
时间/h 吸湿平衡回潮率 Wae
初始回潮 W0
放湿平衡回潮率 Wde 时间/h

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。
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；ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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 。
第四章
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
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
一、纤维的吸湿与吸湿指标
1. 回潮率与含水率
va1
t
图4-7 纤维吸湿、放湿的回潮率-时间曲线
图4-8 吸湿滞后性图
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%