纖維的吸濕性和拉伸指標(biāo)課件

1、第四章 纖維的吸濕性 及拉伸指標(biāo)吸濕性：是指紡織材料從氣態(tài)環(huán)境中吸著水分的能力。或紡織材料在空氣中吸收或放出氣態(tài)水的能力。 潤(rùn)濕性：是指紡織材料從水溶液中吸著水分的能力。吸濕狀態(tài)與多少影響到：纖維性能；紡織工藝； 織物舒適性；計(jì)重核價(jià)。第一節(jié) 吸濕表征及吸濕機(jī)理一、纖維的吸濕指標(biāo) 1回潮率與含水率 回潮率W：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料 干重的百分比。 含水率M：紡織材料中所含水分重量對(duì)紡織材料 濕重的百分比。 式中：Ga紡織材料濕重；G0 紡織材料干重。 目前基本上采用回潮率。 2標(biāo)準(zhǔn)回潮率 紡織材料在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，從吸濕達(dá)到平衡時(shí)的回潮率。標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：（中國(guó)）氣壓：1個(gè)大氣壓；溫度

2、：20；相對(duì)濕度：65%允許誤差：各國(guó)略有不同。通常在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下調(diào)濕24h以上，合成纖維調(diào)濕4h以上。3.公定回潮率(Wk) 貿(mào)易上為了計(jì)重和核價(jià)的需要，由國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的各種紡織材料的回潮率。 以標(biāo)準(zhǔn)回潮率為依據(jù)設(shè)立，但不等于標(biāo)準(zhǔn)回潮率?；旒徏喌墓ɑ爻甭?其中： Wi（%）混紡材料中第i種纖維的公定回潮率； Pi（%）混紡材料中第i種纖維的干重混紡比。4.公定（標(biāo)準(zhǔn)）重量 紡織材料在公定（標(biāo)準(zhǔn)）回潮率時(shí)的重量。干混比換算成投料比的計(jì)算。5. 平衡回潮率 纖維材料在一定大氣條件下，吸、放濕作用達(dá)到平衡時(shí)的回潮率。有吸、放濕平衡回潮率之分，但常用吸濕平衡回潮率。平衡時(shí)間：?jiǎn)卫w維或3mg以下的

3、纖維束，6s基本平衡； 50g塊體需1h或更多時(shí)間達(dá)到平衡；100kg的棉包，達(dá)到平衡約要4-12個(gè)月。二、纖維的吸濕機(jī)理 水分與纖維的作用及其附著與脫離過程。（一）水分子在纖維內(nèi)部存在形式 1.直接水：紡織材料內(nèi)部的極性基團(tuán)吸水。極性基團(tuán)有：羊毛、蠶絲： -COOH， -NH2 ，-OH 棉：每個(gè)環(huán)上含有三個(gè)-OH粘膠：-OH； 維綸：-OH 腈綸：-CN 強(qiáng)極性；錦綸：-CONH-結(jié)合力較強(qiáng)，主要是氫鍵力，放出熱量較多。2.間接水：直接水本身具有極性再吸水。結(jié)合力較弱，主要是范德華力，放出熱量較少。3. 毛細(xì)水存在于纖維內(nèi)部的間隙中的水分子。結(jié)合力：氫鍵、范德華力、表面張力等，結(jié)合力小。（

4、二）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.結(jié)晶度增大，吸濕性減??；2.聚合度增大，游離基團(tuán)減小，吸濕性減?。?.取向度對(duì)材料的吸濕性幾乎無影響。棉的結(jié)晶度：70%左右，聚合度：10000左右，回潮率：8.5%；粘膠結(jié)晶度：30%左右，聚合度：500左右，回潮率：13% 。粘膠吸濕性好于棉 。（三） 表面吸附 材料表面的分子比內(nèi)部分子有多余的能量，具有吸附作用，能吸收大氣中的水分子。毛細(xì)水和表面吸附水屬于物理吸著，是范德華力，沒有明顯的熱反應(yīng)， 吸附也比較快。2吸濕過程水分子先吸附至纖維表面，水蒸氣向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，與纖維內(nèi)大分子上的親水性基團(tuán)結(jié)合，水分子進(jìn)入纖維的縫隙孔洞，形成毛細(xì)水。第二節(jié) 大氣條件與纖維吸濕一、吸濕

5、平衡吸濕平衡：纖維在單位時(shí)間內(nèi)吸收的水分和放出水分在數(shù)量上接近相等，這種現(xiàn)象稱之。 纖維吸、放濕是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。特點(diǎn)： 1.都是對(duì)數(shù)曲線； 2.起始段快，以后減慢直至平衡； 3.吸濕平衡所需要的時(shí)間小于放濕平衡 所需時(shí)間； 4.吸濕平衡W不等于放濕平衡W。二、吸放濕等溫線(T一定，W-RH%的關(guān)系) 1.定義：吸濕等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因吸濕達(dá)到的平衡回潮率與大氣相對(duì)濕度的關(guān)系曲線；放濕等溫線：在一定的大氣壓力和溫度條件下，纖維材料因放濕達(dá)到的平衡回潮率與大氣相對(duì)濕度的關(guān)系曲線。 2.常用纖維的吸濕等溫線特點(diǎn)： 1.曲線都呈反S形，吸濕機(jī)理基本一致。 2.RH=

6、0%15% 時(shí)，曲線的斜率比較大； RH= 15%70% 時(shí)，曲線的斜率比較?。?RH70% 時(shí)，曲線斜率又明顯地增大。 3.纖維種類不同，曲線的高低不同，吸濕能 力強(qiáng)的在上方，如羊毛、粘膠；吸濕能力 差的在下方，如腈綸、滌綸等。吸濕等溫線與溫度有密切的依賴性，所以一般都是在標(biāo)準(zhǔn)溫度下試驗(yàn)所得。如果溫度過高過低，即使同一纖維，吸濕等溫線的形狀，也會(huì)有很大的不同。 三、吸濕滯后性（吸濕保守現(xiàn)象） 1.定義：同樣的纖維在一定的大氣溫濕度條件下，從放濕達(dá)到的平衡回潮率總是大于從吸濕達(dá)到的平衡回潮率的現(xiàn)象。 2.產(chǎn)生原因： a.能量獲得概率的差異；b.水分子進(jìn)出的差異； c.纖維結(jié)構(gòu)的差異； d.水分

7、子分布的差異； e.熱能作用的差異等。 同一種纖維的吸濕等溫線與放濕等溫線并不重合， 而形成吸濕滯后圈。 吸濕滯后值（即差值）與纖維的吸濕能力和相對(duì) 濕度有關(guān)。在同一相對(duì)濕度條件下，吸濕性大的 纖維，差值比較大。據(jù)資料表明，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，差值為： 羊毛 2.0%， 粘纖 1.8%2.0%， 蠶絲 1.2%， 棉 0.9%， 錦綸 0.25% ， 滌綸等 吸濕等溫線和放溫等溫線則基本重合。吸濕滯后圈圖3.應(yīng)用 a.調(diào)濕和預(yù)調(diào)濕： 調(diào)濕：將紡織材料在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下平衡24小時(shí)，以減少由吸濕滯后性造成的測(cè)試誤差。 預(yù)調(diào)濕：將紡織材料在低溫下烘干，使其回潮率大大低于要達(dá)到的回潮率。 b.車間溫濕度調(diào)節(jié) 如

8、：纖維處于放濕時(shí)，車間空氣的RH%規(guī)定值。四、吸濕等濕線（RH%一定，W-T的關(guān)系曲線)1.定義：纖維在一定的大氣壓力下，相對(duì)濕度一定時(shí)，平衡回潮率隨溫度而變化的曲線，稱為吸濕等濕線。2.曲線： 一般規(guī)律：溫度愈高，平衡回潮率愈低。但在高溫高濕的條件下，由于纖維的熱膨脹等原因，平衡回潮率略有增加。返回羊毛和棉的吸濕等濕線第三節(jié) 影響纖維吸濕的因素 影響纖維回潮率的因素有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。 內(nèi)在因素包括：化學(xué)結(jié)構(gòu)-纖維大分子親水基團(tuán)的數(shù)量和極性的強(qiáng)弱；聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維的結(jié)晶度、纖維內(nèi)孔隙的大小和多少；形態(tài)結(jié)構(gòu)-纖維比表面積的大小，截面形狀、粗細(xì)及表面粗糙程度；纖維伴生物的性質(zhì)和含量。 外在條件

9、包括：溫濕度；氣壓；原來回潮率的大小。(一)纖維內(nèi)在因素 1親水基團(tuán)的作用 纖維大分子中，親水基團(tuán)的多少和極性強(qiáng)弱均能影響其吸濕能力的大小。數(shù)量越多，極性越強(qiáng)，纖維的吸濕能力越高。各種基團(tuán)對(duì)纖維素纖維，蛋白質(zhì)纖維，合成纖維吸水性都有很大影響。如：羥基（OH）、 酰胺基（NHCO)、羧基（COOH）、氨基(NH2)等。 與水分子的親和力很大，能與水分子形成化學(xué)結(jié)合水（吸收水）。纖維素纖維：如棉、粘纖、銅氨等纖維，大分子中的每一葡萄糖?；?個(gè)OH，在水分子和OH之間可形成氫鍵，所以吸濕性較大。醋酯纖維中大部分羥基都被乙?；–OCH3）取代，而乙?；鶎?duì)水的吸引力又不強(qiáng)，因此醋酯纖維的吸濕性較低

10、。蛋白質(zhì)纖維：主鏈上含有親水性的酰胺基、氨基（NH2）羧基（COOH）等親水性基團(tuán)，因此吸濕性很好，尤其是羊毛，側(cè)鏈中親水基團(tuán)較蠶絲更多，故其吸濕性優(yōu)于蠶絲。合成纖維：維綸：大分子中含有羥基（OH），經(jīng)縮醛化后一部分羥基被封閉，吸濕性減小， 但在合纖中其吸濕能力最好。錦綸6、錦綸66 ：大分子中，每6個(gè)碳原子上含有一個(gè)酰胺基（CONH），所以也具有一定的吸濕能力。腈綸：大分子中雖有極性強(qiáng)的氰基（CN），但絕大部分形成規(guī)整排列，故吸濕性差。滌綸、丙綸：因缺少親水性基團(tuán)，故吸濕能力極差，尤其是丙綸基本不吸濕。 2纖維的結(jié)晶度 纖維的結(jié)晶度越低，吸濕能力就越強(qiáng)。在同樣的結(jié)晶度下，微晶體的大小對(duì)吸濕性

11、也有影響。一般來說，晶體小的吸濕性較大。如： 棉經(jīng)絲光后，由于結(jié)晶度降低使吸濕量增加； 棉和粘膠同屬纖維素纖維，每一個(gè)葡萄糖?；隙己?個(gè)OH，但棉纖維的結(jié)晶度為70左右，而粘膠纖維僅30左右，W粘膠W棉。纖維無定形區(qū)內(nèi)縫隙孔洞越多越大，纖維吸濕能力越強(qiáng)。如：粘膠纖維結(jié)構(gòu)比棉纖維疏松，縫隙孔洞多， 是其吸濕能力遠(yuǎn)高于棉的原因之一； 合成纖維結(jié)構(gòu)一般比較致密，而天然纖維組 織中有微隙，這也是天然纖維的吸濕能力遠(yuǎn) 大于合成纖維的原因之一。3纖維的比表面積 纖維的比表面積越大，表面能也就越大， 表面吸附能力越強(qiáng)，吸附的水分子數(shù)也 越多，吸濕性越好。細(xì)纖維的比表面積 大，比粗纖維的回潮率偏大些。4纖

12、維內(nèi)的伴生物和雜質(zhì) a. 棉：含氮物質(zhì)，果膠，棉蠟，脂肪等。 b. 羊毛：油脂等。 c. 麻：膠質(zhì)。 d. 化學(xué)纖維表面的油劑（二）外界因素 1溫度的影響 在一般的情況下，隨著空氣和纖維材料溫度的提高，纖維的平衡回潮率將會(huì)下降。 2相對(duì)濕度的影響 在一定溫度條件下，相對(duì)濕度越高，空氣中水 蒸氣的壓力越大，也即是單位體積空氣內(nèi)的水分子數(shù)目越多，水分子到達(dá)纖維表面的機(jī)會(huì)越多，纖維的吸濕也就較多。在溫度和濕度這兩個(gè)因素：對(duì)親水性纖維來說，相對(duì)濕度對(duì)回潮率的影響是主要的；對(duì)疏水性的合成纖維來說，溫度對(duì)回潮率的影響明顯。 3.氣壓的影響4.纖維原來回潮率大小的影響 由吸濕滯后性我們可知，當(dāng)纖維材料置于一

13、新的大氣條件下時(shí)，其從放濕達(dá)到平衡時(shí)的回潮率要高于從吸濕達(dá)到的回潮率。故纖維原來回潮率大小也有一定的影響。第四節(jié) 吸濕對(duì)纖維性質(zhì)的影響一、 對(duì)重量的影響 Gk=G0（1+Wk） Gk=Ga（1+Wk）/（1+Wa）二、對(duì)長(zhǎng)度和橫截面積的影響 纖維吸濕后體積膨脹，橫向膨脹大而縱向膨脹小，表現(xiàn)出明顯的各向異性。不利之處： 使織物變厚、變硬，是造成織物收縮的原因之一。三、對(duì)密度的影響W增加，纖維密度增加；大多數(shù)纖維在W=4%6% 時(shí)密度最大。W再增加，纖維密度逐漸變小，因?yàn)槔w維體積顯著膨脹，而水的比重小于纖維。幾種纖維密度隨回潮率變化圖四、對(duì)機(jī)械性質(zhì)的影響纖維吸濕后，其力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)力、伸長(zhǎng)、彈性、剛

14、度等隨之變化。對(duì)強(qiáng)力的影響：a.一般規(guī)律是W增加，其強(qiáng)力會(huì)下降；b.吸濕能力差的纖維，W增加，強(qiáng)力變化不太顯著合成纖維由于較弱，所以吸濕后強(qiáng)力降低。c.棉、麻纖維，吸濕后強(qiáng)力反而增加；對(duì)纖維伸長(zhǎng)率的影響：W增加，伸長(zhǎng)率有所增加。這是因?yàn)樗肿舆M(jìn)入纖維內(nèi)部后，減弱了大分子間的結(jié)合力，使它在受外力作用時(shí)容易伸直和產(chǎn)生相對(duì)滑移的緣故。纖維的脆性、硬性有所減小，塑性變形增加，摩擦系數(shù)有所增加。溫濕度對(duì)紡織加工的影響很大，主要就是由于纖維吸濕后機(jī)械性能發(fā)生變化引起的。如回潮率太低，則纖維或紗線的剛性變大，加工中易于斷裂；回潮率太高，則纖維中的雜質(zhì)難于清除同時(shí)易于相互糾纏成結(jié)或繞在機(jī)件上，影響加工的正常進(jìn)

15、行。纖維的剛性和彈性還影響到纖維的相互抱合，使紗線的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量受到影響；吸濕性對(duì)纖維變形的影響，反映在加工成品如紗線和織物的長(zhǎng)度或尺寸上的不穩(wěn)定。五、對(duì)熱學(xué)性質(zhì)的影響纖維吸濕放熱1.原因：空氣中水分子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能。2.指標(biāo)：a.吸濕微分熱：纖維在給定回潮率時(shí)吸著1克水放出的熱量。單位為J/g（水）。b.吸濕積分熱：在一定的溫度下，1g干燥纖維從某一回潮率吸濕到達(dá)完全潤(rùn)濕，所放出的總熱量，單位為J/g（干纖維）。吸濕能力強(qiáng)的纖維，其吸濕積分熱也大。各種纖維的吸濕積分熱六、對(duì)電學(xué)性質(zhì)的影響高聚物的特殊分子結(jié)構(gòu)，賦予纖維具有高的電絕緣性能。 纖維吸濕絕緣性能下降，介電系數(shù)上升，介電損耗因素增大。

16、使纖維的比電阻下降，減緩靜電現(xiàn)象。七、對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響當(dāng)纖維的回潮率升高時(shí)，纖維的光折射率、透射率和光澤會(huì)下降，光的吸收會(huì)增加，顏色變深，光降解和老化會(huì)加劇等。是由于水分子進(jìn)人纖維后，引起纖維結(jié)構(gòu)改變?cè)斐傻?。第四?jié) 吸濕性的測(cè)試方法吸濕性的測(cè)試方法：分為直接法與間接法兩大類。一、直接測(cè)定法 稱得濕重Ga，去除水分后得干重G0，根據(jù)定義求得W。具體的測(cè)試方法有：烘箱法；紅外線輻射法 ；高頻加熱干燥法；吸濕劑干燥法；真空干燥法。二、間接測(cè)定法 利用紡織材料中含水多少與某些性質(zhì)密切相關(guān)的原理，通過測(cè)試這些性質(zhì)來推測(cè)含水率或回潮率。特點(diǎn)：不用去除材料中的水分，不損壞試樣，速度很快,可以不接觸試樣在生產(chǎn)

17、上可用作連續(xù)測(cè)定，便于對(duì)回潮自動(dòng)監(jiān)控；影響因素較多，在穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和適應(yīng)性欠佳。第五節(jié) 纖維的拉伸強(qiáng)度一、拉伸斷裂性能的基本指標(biāo)1. 拉伸斷裂強(qiáng)力：纖維受外力拉伸到斷裂時(shí)所需要的力( N，kgf，gf)2. 相對(duì)強(qiáng)度斷裂應(yīng)力 ：纖維單位截面積上能承受的最大拉力( N/m2)纖維比強(qiáng)度P： 每特 (或每旦)纖維能承受的最大拉力。( N/tex)斷裂長(zhǎng)度L：?jiǎn)胃w維懸掛，重力等于其斷裂強(qiáng)力時(shí)的長(zhǎng)度。二、斷裂伸長(zhǎng)率（應(yīng)變）：纖維拉伸至斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率( % )。三、初始模量:纖維拉伸曲線的起始部分（伸長(zhǎng)率為1%）直線段的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。（cN/tex或cN/dtex） 1名詞解釋： 吸濕等溫線 平衡回潮率 標(biāo)準(zhǔn)回潮率 吸濕滯后性 2為什么粘膠纖維的吸濕能力大于棉，合成纖維的吸濕能力低于天然纖維？3為什么必須將纖維放在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下一定時(shí)間調(diào)濕后才可進(jìn)行物理性能的測(cè)試？當(dāng)纖維含水較多時(shí)還需先經(jīng)預(yù)調(diào)濕？思考題 4一批腈綸重1000kg，取50g試