纺织材料学 第四章 纤维的吸湿性

大气压力：1个标准大气压，即101.3kPa （760mmHg柱）
温、湿度的波动范围：
一级标准：T 20±1℃，RH 65±2%；
二级标准：T 20±2℃，RH 65±3%；
三级标准：T 20±3℃，RH 65±5%。
2.标准回潮率
——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。
纤维内的一些油脂或其他物质的挥 发，影响测定结果的真实性；
干重不是绝对的干重。
红外线辐射法
利用红外线灯泡发出来的红外线照射试样，能量高， 穿透力强，使材料内部在短时间内达到很高的温度， 将水分去除。 一般情况下只要5～20min即可烘干。
优点：烘干迅速、耗电量省、设备简单；
缺点：试验结果不稳定
（温度无法控制，能量分布也不均匀，
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
局部过热而使材料烘焦变质）
高频加热干燥法
——利用高频电磁波在物质内部产生热量以去除水。 高频介质加热法或电容加热法（频率范围为1～ 100MHZ）； 微波加热法（频率范围是800～3000MHZ）。 优点：从材料内部产生高热，一次烘燥量也比较大， 迅速而均匀；加热设备直接作用于被烘燥的物体上， 热损失小； 缺点：设备费用高，投资多、耗电量大，运转和维 修费用较高， 水汽蒸发过快，常引起纤维曝裂； 微波对人体有害，必须很好加以屏蔽。
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 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。
2、吸湿等湿线（RH%一定，W-T的关系曲线) 定义：纤维在一定的大气压力下，相对湿度一 定时，平衡回潮率随温度而变化的曲线， 称为吸湿等湿线。
曲线： 一般规律：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。
羊毛和棉的吸湿等湿线
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三、纤维的吸湿机理
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。
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。
链段间的相互作用 吸湿的第三相水分子是填充在纤维空隙间和分子间的汽、液态水，
图4-5 相对湿度对吸收水分子数的影响
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
回潮率/ %
vd1
放湿
vd2
vd1< va1 vd2> va2
Wde
滞后值 δe Wae
va2
va1
吸湿
实际滞后值 δ
吸湿剂干燥法
将纺织材料和强烈的吸湿剂放在同一个密闭的容器 内，利用吸湿剂 吸收空气中的水分，使容器内空气 的相对湿度达到0%。 吸湿剂：干燥的五氧化二磷粉末（效果最好）；
干燥氯化钙颗粒状（最常用）。 优点：比较准确 缺点：适用于小量试样，否则吸不干，成本高，费 时长（一般在室温下达到真正吸干约需4～6周的时 间）。
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。
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、纤维的吸湿指标
1．回潮率与含水率
5. 平衡回潮率
将具有一定回潮率的纤维， 放到一个新的大气条件下， 它将立刻放湿或吸湿，经过 一定时间后，它的回潮率逐 渐趋向于一个稳定的值，称 为平衡回潮率。
纤维吸、放湿是一个动态平 衡的过程。纤维材料的含湿 量随所处的大气条件而变化
相对湿度 /%
相对湿度/%
0
时间/h
吸湿平衡回潮率 Wae
初始回潮 W0 放湿平衡回潮率 Wde
为总的吸收水分子数；为直接吸收水分子数；为间接吸收水分子 数，
C Ca Cb
直接吸水取决于纤维中的极性基团；间接吸水与纤维中的空隙和 无序区有关。
Speakman的羊毛吸湿的三相理论
第一相水分子是与角朊分子侧链中的亲水基相结合的水 吸湿的第二相水分子被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子
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。
第二节 吸湿性的测量
吸湿性的测试方法：分为直接法与间接法两大类。 一.直接测定法 ——称得湿重Ga，去除水分后得干重G0，根据定
义求得W。
具体的测试方法有： ❖1.烘箱法 ❖2.红外线干燥法 ❖3.高频加热干燥法 ❖4.吸湿剂干燥法 ❖5.真空干燥法
烘箱法测试 1.原理 2.取样 3.确定试验参数 4．试验步骤 优点：检验历史长，测得的结果比较稳定； 缺点：耗电量大，时间长，并易损坏试样；
标准回潮率（％）
7~8 7~8 8~-11 12~16(生麻），9~13(熟麻）
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 ---
公定回潮率（％）
11.1 12 12 14
-15 15 18.25 19 11.0 13 7 0.4 4.5 4.5 2.0 5 0 0 1
b.车间温湿度调节
如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%<规定值； 纤维处于吸湿时, 车间空气的RH%>规定值。
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 。
通常在标准大气条件下调湿24h以上，合成纤维调湿4h 以上。
3. 公定回潮率(Wk)
—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。
常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率
纤维种类
原棉 苎麻（脱胶）
亚麻 黄麻
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
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。
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。
回潮率W (%) Ga G0 100 G0
含水率M (%) Ga G0 100 Ga
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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。
➢ （1）标准大气条件 国际标准规定的为：
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
2、定义：同样的纤维在一定的大气温湿度条 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， 这种现象称之。
吸湿滞后性产生的原因
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
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。
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。
3.应用
a.调湿和预调湿：
调湿：纺织材料具有一定的吸湿性，故实 验前，需要将试样统一在标准状态下放置 一定时间，使达到平衡回潮率。
预调湿： 为避免纤维因吸湿滞后性所造成的误差， 需预先将材料在较低的温度下烘燥（一 般为40～50 ℃去湿0.5～l h），使纤维 的回潮率远低于测试所要求的回潮率。 然后再在标准状态下，使达到平衡回潮 率。
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。
(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；
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）。
吸湿理论
Peirce理论：纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水 分。
0
时间/h
图4-1 纤维吸湿量-时间曲线
二、吸湿等温和等压、等湿线
1、吸放湿等温线(T一定，W-RH%的关系)
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。
多种纤维混合时的公定回潮率
Wi（%）——混纺材料中第i种纤维的公定回潮率； bi（%）——混纺材料中第i种纤维的干重混纺比
4. 公定重量（标准重量） ——纺织材料在公定回潮率时的重量。
Gk
Go
(1 Wk %) Ga
(1Wk %) (1 Wa %)
GK为纤维材料的公量(g) Ga和G0为纤维实际材料的湿重(g)和干重(g) WK和Wa分别为纤维材料的公定回潮率和实际回潮率(%)。