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什么是纖維吸濕性?對(duì)纖維性質(zhì)有什么影響?如何測(cè)試?

時(shí)間:2022-10-21 14:42

       纖維的吸濕性
       纖維的吸濕性通常是指纖維材料從氣態(tài)環(huán)境中吸著水分的能力。水汽(水汽是水分子和微小水滴(<1微米)的統(tǒng)稱)的吸附本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,即纖維一邊不斷地吸收水汽,同時(shí)不斷向外放出水汽,若以吸收水汽為主即為吸濕過(guò)程,反之為放濕過(guò)程,兩個(gè)過(guò)程最終均會(huì)達(dá)到平衡,但仍有差異。
       纖維吸濕性相關(guān)指標(biāo)
       1、回潮率與含水率
       回潮率與含水率通常用于表達(dá)纖維材料中的水分含量,即吸附水的含量。
       回潮率:指纖維所含水分質(zhì)量與干燥纖維質(zhì)量的百分比。
       含水率:指纖維所含水分質(zhì)量與纖維實(shí)際質(zhì)量的百分比。
       2、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的回潮率
       通常指將其放在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下一段時(shí)間后,使他們的回潮率在“吸濕過(guò)程”中達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值時(shí)的回潮率。
       3、公定回潮率
       公定回潮率是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的纖維所含水分質(zhì)量與干燥纖維質(zhì)量的百分比。紡織材料的回潮率不同,其重量也不同。為了消除因回潮率不同而引起的重量不同,滿足紡織材料貿(mào)易和檢驗(yàn)的需要,國(guó)家對(duì)各種紡織材料的回潮率規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),稱為公定回潮率。它在數(shù)值上接近標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下測(cè)得的平衡回潮率。
       4、平衡回潮率
       平衡回潮率是指纖維材料在一定大氣條件下,吸、放濕作用達(dá)到平衡穩(wěn)態(tài)時(shí)的回潮率。由于吸濕、放濕狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的回潮率不同,固有吸濕平衡回潮率與放濕平衡回潮率之分。
       吸濕機(jī)理
       所謂吸濕機(jī)理是指水分與纖維的作用及其附著與脫離過(guò)程。由于纖維種類繁多,吸濕有事復(fù)雜的物理、化學(xué)作用,因此已有理論有其適應(yīng)范圍。
       1、Perice機(jī)理
       該理論認(rèn)為纖維的吸濕包括直接吸收水分和間接吸收水分。直接吸收水分是由纖維分子的親水性基團(tuán)直接吸著的水分子,它緊靠在纖維大分子上,使纖維大分子間的結(jié)合力變化,影響著纖維的物理性能。間接吸收水分則是接續(xù)在已被吸著的水分子上,間接地靠在纖維水分子上,屬液態(tài)水,也包括凝結(jié)與表面和孔隙的水。
       Perice理論通常用于棉纖維吸濕的二相理論。
       2、羊毛吸濕的三相理論
       該理論由Speakman提出,其認(rèn)為羊毛纖維吸濕的第一相水分子是與角朊分子側(cè)鏈中的親水基相結(jié)合的誰(shuí),對(duì)結(jié)構(gòu)的剛性無(wú)影響;吸濕的第二相分子被吸著在主鏈的各極性基團(tuán)上,并取代分子鏈段間的相互作用,由此對(duì)纖維的剛性有很大影響;吸濕的第三相水分子是填充在纖維空隙間和分子間的汽、液態(tài)水,發(fā)生在高濕度時(shí),與棉纖維的簡(jiǎn)介吸收水類似。
       吸濕滯后現(xiàn)象
       1、吸濕滯后現(xiàn)象
       當(dāng)把高回潮率和低回潮率的纖維材料放在同一個(gè)大氣條件下時(shí),起始回潮率高的纖維通過(guò)放濕過(guò)程達(dá)到其平衡的回潮率;而原來(lái)低回潮率的纖維,將通過(guò)吸濕過(guò)程達(dá)到其平衡回潮率。但從放濕得到的平衡回潮率總是高于從吸濕得到的平衡回潮率,這種現(xiàn)象即為吸濕滯后現(xiàn)象。纖維材料所具有的這種性質(zhì)被稱為吸濕滯后性或吸濕保守型。
       2、產(chǎn)生原因
       能量獲得概率的差異
       水分子進(jìn)出的差異
       纖維結(jié)構(gòu)的差異
       水分析分布的差異
       熱能作用的差異
       纖維表面能的變化
       反復(fù)吸濕的作用
       其他雜志的帶入
       3、影響纖維變化的因素
       親水集團(tuán)的作用
       纖維的結(jié)晶度
       纖維的比表面積和內(nèi)部空隙
       纖維的伴生物和雜質(zhì)
       溫濕度和氣壓
       空氣流速的影響
       吸濕現(xiàn)象對(duì)纖維性質(zhì)的影響
       吸濕現(xiàn)象對(duì)纖維性質(zhì)的影響主要是在纖維重量和密度、纖維體積、纖維力學(xué)性質(zhì)、電性能及熱學(xué)性能方面。
       1、吸濕對(duì)纖維重量和密度的影響
       纖維材料的重量隨吸著水分量的增加而成比例地增加。
       纖維的密度隨回潮率的增加而呈先增后減的特征,最大密度發(fā)生在回潮率為4% ~ 6%。其原因是水分先進(jìn)入纖維的空隙,質(zhì)量增加而使體積不變,隨后體積膨脹,但由于水的密度小于纖維的密度,故密度下降。
       2、吸濕對(duì)纖維體積的影響
       纖維吸濕后體積膨脹,其橫向膨脹大而縱向膨脹小。纖維膨脹值一般用直徑、長(zhǎng)度、截面積和體積的增大率來(lái)表示。
       3、纖維膨脹的各向異性
       fS可以簡(jiǎn)介地表達(dá)纖維分子排列的取向度,尤其是無(wú)序區(qū)中的分子取向。由于吸濕主要是水分子進(jìn)入無(wú)序區(qū),擠開分子間距,形成分子鏈的玩去,使纖維形態(tài)變粗,而纖維的縱向增長(zhǎng)作用不明顯,故長(zhǎng)度變化很小。

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       4、纖維膨脹各向異性的影響
       纖維吸濕膨脹的各向異性會(huì)導(dǎo)致織物的變厚、變硬、并產(chǎn)生收縮。
       其原理是:吸濕后紗線變粗,導(dǎo)致紗線在織物中的彎曲程度增大;而紗線的長(zhǎng)度基本不變,致使織物收縮,而且即使織物干燥后,這種收縮仍無(wú)法回復(fù),這種浸水后的收縮稱為“縮水”??椢锟s水后會(huì)使?jié)竦目椢镒兒瘛⒆冇玻兠?,不便于洗滌;使干燥后織物變厚、變疏松和變得更有彈性,但尺寸變小、變短?br/>       5、吸濕對(duì)纖維力學(xué)性能的影響
       纖維吸濕后,其力學(xué)性質(zhì)如強(qiáng)力、模量、伸長(zhǎng)、彈性、剛度等隨之變化。
       一般纖維,隨著回潮率的增大,其強(qiáng)力、模量、彈性和剛度下降,伸長(zhǎng)增加,原因是:大分子鏈間的相互作用減弱,分子易于構(gòu)象變化和滑移,故強(qiáng)力、模量下降,伸長(zhǎng)增加。
       不吸濕的纖維,一般這類性質(zhì)不發(fā)生變化。分子量較大的棉、麻纖維還會(huì)因?yàn)槲鼭穸鴱?qiáng)度略微上升,原因是:吸濕使大分子受力的不均勻性,由于分子間作用的部分解開與調(diào)整,得到改善。當(dāng)纖維受力時(shí),承力的大分子根數(shù)增多,反而使纖維強(qiáng)度增大。纖維吸濕后,纖維的脆性、硬度有所減弱,塑性變形增加,摩擦系數(shù)有所增大。
       6、吸濕對(duì)電學(xué)性能的影響
       纖維材料的吸濕會(huì)使纖維的導(dǎo)電性增強(qiáng),介電常數(shù)變大,抗靜電性能增強(qiáng),給紡織加工和正常使用提供方便。但過(guò)分吸濕也會(huì)帶來(lái)繞皮輥織造開口不清、烘燥能耗大、纖維易被損傷等加工問(wèn)題以及穿著不舒適等使用問(wèn)題。
       7、吸濕對(duì)熱學(xué)性能的影響
       纖維在吸濕是會(huì)放出熱量,這是由于運(yùn)動(dòng)中的水分子被纖維大分子吸附時(shí),水分子會(huì)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能而釋放,這種放熱會(huì)使溫度上升。
       8、吸濕對(duì)光學(xué)性能的影響
       由于水分子浸潤(rùn)纖維后會(huì)改變纖維結(jié)構(gòu),因此當(dāng)纖維回潮率升高時(shí),纖維對(duì)光的折射率、透射率和光澤會(huì)下降,光的吸收會(huì)增加,顏色會(huì)變深,光降解和老化加劇等。
       綜上所述,纖維吸濕有利有弊,但賦予纖維適當(dāng)吸濕利遠(yuǎn)大于弊,因?yàn)榭商峁?shí)用的舒適性和抗靜電性。而分析吸濕后纖維性能的改變,獲得更理想的纖維材料,改進(jìn)加工工藝提供依據(jù)。
       纖維材料吸濕性的測(cè)量方法
       纖維材料吸濕性的測(cè)量方法可分為直接測(cè)量法與間接測(cè)量法。
       1、直接測(cè)量法
       指直接獲取纖維這種水分重量的測(cè)量方法。具體做法是分別稱取纖維材料的實(shí)際重量和驅(qū)除水分后的重量求得纖維材料回潮率。
       (1)烘箱干燥法
       又稱烘箱法,是由電熱絲加熱并可根據(jù)需要調(diào)至恒定的溫度。
       溫度是依據(jù)“能使水分快速蒸發(fā)而不使纖維分解揮發(fā)”這一原則確定。
       烘燥時(shí)間是根據(jù)間隔15min兩次稱重計(jì)算的回潮率相差小于0.05%為限。
       烘箱法對(duì)于高吸濕性纖維而言,仍有水分殘留;對(duì)吸濕性纖維(即回潮率小于等于0.5%的纖維)而言,測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確,普遍存在10%以上誤差。
       烘箱法中被測(cè)纖維的稱量方法主要有箱內(nèi)熱稱、箱外熱稱、箱外冷稱。
       箱內(nèi)熱稱
       用紅線內(nèi)的天平鉤掛稱取紅線內(nèi)纖維。
       特點(diǎn):回潮率樹脂偏低、操作簡(jiǎn)便、是目前主要采用的方法之一。
       箱外熱稱
       將試樣烘干后,取出,迅速在空氣中稱量。
       特點(diǎn):測(cè)量結(jié)果受稱量時(shí)間影響較差,可靠性差。
       箱外冷稱
       將烘干后的試樣放在鋁制或玻璃容器中,密閉在干燥器中冷卻30min后稱量。
       特點(diǎn):較精準(zhǔn)、費(fèi)時(shí)較多、主要運(yùn)用于試樣較小,有要求精準(zhǔn)是須采用此方法。
       (2)紅外線干燥法
       又稱紅外干燥。是利用紅外輻照驅(qū)除水分。紅外輻射的能量高,穿透力一般,對(duì)于纖維表面能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度將水分驅(qū)除。一般情況下,只要5~20min即可烘干。
       特點(diǎn):紅外干燥迅速,耗能比烘箱法少,設(shè)備簡(jiǎn)單,照射能量分布不勻,往往使表面過(guò)高。如照射時(shí)間過(guò)場(chǎng),會(huì)使照射時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)使纖維烘焦變質(zhì),測(cè)量結(jié)果也穩(wěn)定,所需烘干時(shí)間常用烘箱法校驗(yàn)。
       (3)高頻加熱干燥法
       利用高頻電磁波在有記性水分子的不為產(chǎn)生較高能量驅(qū)除水分??煞譃楦哳l介質(zhì)加熱法或電容加熱法,頻率范圍為1~100MHz;微波加熱法,頻率范圍為800~3000MHz。
       (4)真空干燥法
       將試樣放在封閉容器內(nèi),抽成真空進(jìn)行揮發(fā)干燥。往往配以加熱,提高烘燥效率。
       特點(diǎn):溫度較低、干燥較快且均勻、可用于不耐高溫,回潮率較低的合成纖維。
       (5)吸濕劑干燥法
       簡(jiǎn)稱干燥劑法,將纖維材料與強(qiáng)吸濕劑放在統(tǒng)一密閉容器內(nèi),利用吸濕劑吸收容器內(nèi)空氣水分,使容器內(nèi)相對(duì)濕度近似為0%,纖維在這種條件下可充分脫濕。效果最好的吸濕劑是干燥的五氧化二磷粉末,最常用的是干燥的氯化鈣顆粒。
       2、間接測(cè)試法
       利用纖維材料中含水多少與某些物理性能(如電阻、電容、水分字振動(dòng)吸收能等)密切相關(guān)的原理,通過(guò)測(cè)量這些性質(zhì)來(lái)推測(cè)含水率或回潮率。
       特點(diǎn):測(cè)量迅速、不損傷纖維、可在線測(cè)量、干擾因素較多、結(jié)果穩(wěn)定性和可靠性受影響。
       (1)電阻測(cè)溫法
       利用纖維在不同含水率M下具有不同的電阻值來(lái)進(jìn)行測(cè)定。
       (2)電容式測(cè)溫法
       將纖維材料放在電容器極板內(nèi),利用水分的介電常數(shù)大于纖維的原理,及材料中水分含量的增加,電容量增加,據(jù)此來(lái)推測(cè)纖維材料的含水率或回潮率。
       (3)微波吸收法
       利用水和纖維對(duì)微博吸收或衰減程度不同的原理,測(cè)量微博通過(guò)纖維材料后的衰減量表達(dá)纖維的含水率。
       (4)紅外光譜法
       紅外光譜中有特定的水分吸收波數(shù),其峰值或峰面積依賴于纖維中或周圍空氣中的水分行亮,只要以純氮?dú)獯等肟梢耘某隹諝庵兴值挠绊懀瑒t可以求得纖維的水分含量。

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