纺织材料 第五章

*,纺织与材料学院纺织工程系,*,第五章：纺织纤维的吸湿性,返回,主菜单,第五章：纺织纤维的吸湿性,10/16/2024,1,纺织与材料学院纺织工程系,内容提要：,吸湿指标及计算；吸湿性随内外因变化的一般规律；吸湿性对纤维性能的一般影响规律；烘箱法与电阻法测纤维回潮率的一般原理及优缺点。,重点难点：,吸湿机理和测试方法，难点是吸湿滞后性、吸湿平衡的概念和应用。,解决方法：,采用分层、独立因素分析法，在掌握概念的基础上，引导学生应用。,10/16/2024,2,纺织与材料学院纺织工程系,第一节：吸湿指标与吸湿机理,第二节：影响吸湿的外界因素,第三节：吸湿性对纺织材料的影响,第四节：吸湿性的测试方式,10/16/2024,3,纺织与材料学院纺织工程系,第一节 吸湿指标与吸湿机理,一、吸湿指标及常用术语,（一）回潮率、含水率及其换算关系（通过前面章节引入，进一步强化定义）（二）标准回潮率（注意它是范围值，并解释标准大气，见教材第323324页表6-1，6-2）（三）公定回潮率（为什么要制定公定回潮率？）（四）实际回潮率（实测回潮率）（五）调湿与预调湿（六）标准重量（公定重量）,10/16/2024,4,纺织与材料学院纺织工程系,二、吸湿机理（内在因素）（一）亲水基团及其作用：,纤维大分子上是否存在亲水性基团，是决定纤维吸湿性能的决定性因素。极性基团的多少、极性的强弱、结构状态等综合影响吸湿性，适当举例说明。,10/16/2024,5,纺织与材料学院纺织工程系,（二）结晶度（结晶区与非结晶区的比例）,实验证明：纤维的吸湿作用主要发生在非结晶区，这是肯定的，水分能否进入结晶区，目前尚有争议，但水分进入结晶区的量是很少的。除结晶度影响纤维的吸湿性以外，在相同的结晶度条件下，晶型和晶粒的大小对吸湿也有影响，一般来说，晶粒小，吸湿性大。（简单说明取向度、聚合度对吸湿性的影响）,10/16/2024,6,纺织与材料学院纺织工程系,（三）比表面积：,单位体积的纤维所具有的表面积。比表面积越大，吸湿能力愈强。（简单解释原理，举例）,（四）伴生物的性质和含量：,10/16/2024,7,纺织与材料学院纺织工程系,第二节 影响吸湿性的外界因素,一、吸湿平衡与平衡回潮率（时间）：,（吸湿平衡是动态的，其稳定性很差，而且是自动进行的，外界条件一变，平衡就立即遭到破坏，而且要达到新的平衡需一定的时间。举例说明纤维集合体状态、外界风速对平衡时间的影响，使同学有一个数量的概念）,10/16/2024,8,纺织与材料学院纺织工程系,二、吸湿等温线（温度）：,在大气压力和温度一定且不变的条件下，材料的吸湿平衡回潮率随相对湿度变化的曲线。具体各纤维的吸湿等温线见教材第334页图6-3。由图我们首先可以看出：讲顺序并讨论，各种纤维的平衡回潮率在相同的湿度条件下是不同的，这是材料本身的差异造成的。不同的纤维具有不同的吸湿等温线，但我们可以看到它们的曲线形状都呈反,S,形，反,S,形的明显程度是有一些差异，但它们的吸湿机理应当说在本质上基本一致的。,10/16/2024,9,纺织与材料学院纺织工程系,解释这一规律可用前面讲过的吸湿过程来说明。在开始阶段，自由的极性基团较多，以化学吸附为主，随着相对湿度的提高，化学吸着水迅速增加而后趋于稳定。毛细吸收水在开始阶段增加的缓慢，当相对湿度较大时，毛细水迅速增加，这主要是水分子进入较大的孔隙，加上纤维的膨化，水气分压的增加，表面吸附能力的增加，使得毛细水和表面凝结水大量增加，曲线快速上升。,10/16/2024,10,纺织与材料学院纺织工程系,对于化学纤维，由于它的大分子亲水基团少，结构紧密，使化学吸着水（直接吸数）和毛细吸数水量都少，使反,S,形不明显。吸湿等温线与温度有密切的关系，温度不同，吸湿等温线的形状位置就会发生变化，这一点希望大家能够注意，要比较材料的平衡回潮率，必须在相同的条件下去做。,10/16/2024,11,纺织与材料学院纺织工程系,三、吸湿滞后性（湿历史）：,在同一空气条件下，纺织材料吸湿平衡回潮率比放湿平衡回潮率小的现象叫吸湿滞后性（或叫吸湿保守性，吸湿滞后现象）。（简单解释其原因，用作图法解释滞后规律）,四、吸湿等湿线（温度的影响）：,相对湿度一定时，平衡回潮率随温度变化的曲线。当纤维周围空气的温度较高时，水分子逸出纤维的动能增加，容易离开纤维，纤维的平衡回潮率较小，一般是温度越高，回潮率越小，但在高温高湿时，由于纤维的热膨胀等原因，随温度的增高纤维回潮率会略有增加。,10/16/2024,12,纺织与材料学院纺织工程系,第三节 吸湿性对纺织材料性能的影响,一、对重量的影响,强调一下公定重量，及回潮率对工艺设计、成本核算、贸易等的影响。,10/16/2024,13,纺织与材料学院纺织工程系,二、对几何尺寸的影响,纺织纤维是由大分子组成的一个各向异性体，吸湿后膨胀明显表现乃各向异性，具体讲就是：长度方向和直径方向上的膨胀增加率不一样。纤维膨胀和内部结构的关系是很密切的。结构影响膨胀，而膨胀反映结构状况。纤维的湿膨胀，使得由它织造的织物，同样要发生一些变化，如织物、变厚、变硬、变短，织物洗涤以后尺寸变短，就是我们常见的缩水，这一点大家都有经验。,10/16/2024,14,纺织与材料学院纺织工程系,三、对密度和体积的影响,对密度的影响，大家看教材第293页图6-7，纤维的密度是随回潮率的增加，先上升，然后下降。对含水纤维来讲，总质量是干纤维与水的质量和，随水的进入，是线性增加的。而体积由三部分组成：干纤维本身的体积，内部空隙的体积，再加上进入的水的体积。（简单解释，对于密度小于1的纤维又怎样呢？）,10/16/2024,15,纺织与材料学院纺织工程系,四、对机械性质的影响,只讲一下总体的大致规律。,五、对热学性质的影响,保暖性、耐热性和吸湿放热，通过吸湿放热进一步说明吸湿机理。介绍两个指标：吸湿积分热和吸湿微分热，参见教材第296图 6-8和图6-9,六、对电学性质的影响,绝缘与静电。,七、对光学性质的影响,对折射率，耐光性，光泽，颜色等的影响。,10/16/2024,16,纺织与材料学院纺织工程系,第四节 吸湿性的测试方式,测量方法很多，可分为直接法与间接法,一、直接法：,所谓直接法就是根据吸湿指标的定义，直接测量出公式中的各个参数：,G,干，,G,湿，直接法的关键在于：烘干和称重。发展到现在使纤维干燥的方式方法已有很多，如：吸干、抽取、烘燥、红外、高频、微波等，效率各不相同。,10/16/2024,17,纺织与材料学院纺织工程系,下面我们以烘箱法为例测试的基本原理。,（一）烘箱法：,干燥：,对于烘箱它叫烘干，由烘箱内的热空气提供能量，使水分子获得得足够的汽化能，从而脱离纤维，所以从温度上来讲应当高于水的沸点。在此同时降低箱内相对湿度以提高烘干效率。由于我们无法将相对湿度降到0%，即一点水分都没有是办不到，所以材料只是在很低的相对湿度条件下达到湿平衡。那么平常所说的干重并不是绝对干重，是一个相对干重，是一个条件值。,10/16/2024,18,纺织与材料学院纺织工程系,称重：,对于上述烘得的相对干重能否称准呢？对于试样来讲，烘前是冷而湿的，烘后是热而干的，在此条件下是在烘箱内称重，还是在烘箱外称重结果是不一样的。在烘箱内由于是热空气，所以其密度小，对试样浮力小，所以称的重量偏重。在箱外称，首先是冷空气密度大，浮力大，此时的试样干而热，在箱外热冷空气对流也要产生浮力，而且浮力在不停的变。试样很干，在空气中一暴露，就马上进行强吸湿，所以在称量时，很不稳定。,10/16/2024,19,纺织与材料学院纺织工程系,如果把试样放冷以后再称可消除一部分不稳定因素，但你能保证试样在冷却过程中一点也不吸湿吗？即便可以达到忽略不计的程度，试验时间无疑又被加长了。所以一般要采用箱内热称。又是一个条件值。由以上介绍可看出：无论是干燥还是称重都是在一定条件下进行的，条件一旦改变，结果也马上改变，从而最终结果是一个条件值，尽管该试验方法有这样或那样的不足，但试验结果还是稳定的，能满足贸易、工业加工中的要求，并作为一种基础测试方法。,10/16/2024,20,纺织与材料学院纺织工程系,二、间接测定法：,所谓间接法是利用某引起物理量，如电阻，介电系数，外来辐射的吸收等和材料回潮率间的关系间接测得回潮率。它以不必赶出材料中的水分为其特征。以快速为其特点。下面以电阻式测湿仪为例简介其原理。,10/16/2024,21,纺织与材料学院纺织工程系,电阻式测湿仪：顾名思义：利纤维的电阻与回潮率的关系，测知纤维的电阻间接知晓回潮率是多少，当然事先应对一定种类的纤维的回潮率和电阻值作好标定，其数值可直接从纤维回潮率的形式表示出来。电阻测湿仪是接触式的。,10/16/2024,22,纺织与材料学院纺织工程系,影响因素：（1）试样的回潮率分布是否均匀。因为电阻将以阻值最小处作为对外表现。即使只有一个湿润点处在电极间也将明显影响测量结果。（2）测量范围：即量程的读数范围，一般应在满量程的20-75%范围内读数，尽量避免在起始端和满刻度端使用，因为在这两处，测量结果不稳定，可靠性下降。（3）温度影响：温度对纤维的电阻有很大的影响，所以结果要进行温度修正。,10/16/2024,23,纺织与材料学院纺织工程系,（4）其它导电物的影响，除水以外，棉上的棉蜡，毛上的油脂，蚕丝上的丝胶，化纤上的油剂等这些都会使电阻降低。（5）纤维集合体的结构状态在仪器使用中，只要控制好上述影响因素，就能得到满足可靠的结果。这种仪器使用方便，测量快速目前已在一般性的试验中大量使用。,10/16/2024,24,纺织与材料学院纺织工程系,