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什麼是纖維吸溼性▩✘?對纖維性質有什麼影響▩✘?如何測試▩✘?

時間│₪↟:2022-10-21 14:42

       纖維的吸溼性
       纖維的吸溼性通常是指纖維材料從氣態環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)的統稱)的吸附本質上是一個動態過程╃▩╃,即纖維一邊不斷地吸收水汽╃▩╃,同時不斷向外放出水汽╃▩╃,若以吸收水汽為主即為吸溼過程╃▩╃,反之為放溼過程╃▩╃,兩個過程最終均會達到平衡╃▩╃,但仍有差異│◕↟。
       纖維吸溼性相關指標
       1₪☁·₪✘、回潮率與含水率
       回潮率與含水率通常用於表達纖維材料中的水分含量╃▩╃,即吸附水的含量│◕↟。
       回潮率│₪↟:指纖維所含水分質量與乾燥纖維質量的百分比│◕↟。
       含水率│₪↟:指纖維所含水分質量與纖維實際質量的百分比│◕↟。
       2₪☁·₪✘、標準狀態下的回潮率
       通常指將其放在統一的標準大氣條件下一段時間後╃▩╃,使他們的回潮率在“吸溼過程”中達到一個穩定值時的回潮率│◕↟。
       3₪☁·₪✘、公定回潮率
       公定回潮率是業內公認的纖維所含水分質量與乾燥纖維質量的百分比│◕↟。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╃▩╃,滿足紡織材料貿易和檢驗的需要╃▩╃,國家對各種紡織材料的回潮率規定了相應的標準╃▩╃,稱為公定回潮率│◕↟。它在數值上接近標準溫溼度條件下測得的平衡回潮率│◕↟。
       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₪☁·₪✘、放溼作用達到平衡穩態時的回潮率│◕↟。由於吸溼₪☁·₪✘、放溼狀態達到平衡狀態時的回潮率不同╃▩╃,固有吸溼平衡回潮率與放溼平衡回潮率之分│◕↟。
       吸溼機理
       所謂吸溼機理是指水分與纖維的作用及其附著與脫離過程│◕↟。由於纖維種類繁多╃▩╃,吸溼有事複雜的物理₪☁·₪✘、化學作用╃▩╃,因此已有理論有其適應範圍│◕↟。
       1₪☁·₪✘、Perice機理
       該理論認為纖維的吸溼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合力變化╃▩╃,影響著纖維的物理效能│◕↟。間接吸收水分則是接續在已被吸著的水分子上╃▩╃,間接地靠在纖維水分子上╃▩╃,屬液態水╃▩╃,也包括凝結與表面和孔隙的水│◕↟。
       Perice理論通常用於棉纖維吸溼的二相理論│◕↟。
       2₪☁·₪✘、羊毛吸溼的三相理論
       該理論由Speakman提出╃▩╃,其認為羊毛纖維吸溼的第一相水分子是與角朊分子側鏈中的親水基相結合的誰╃▩╃,對結構的剛性無影響;吸溼的第二相分子被吸著在主鏈的各極性基團上╃▩╃,並取代分子鏈段間的相互作用╃▩╃,由此對纖維的剛性有很大影響;吸溼的第三相水分子是填充在纖維空隙間和分子間的汽₪☁·₪✘、液態水╃▩╃,發生在高溼度時╃▩╃,與棉纖維的簡介吸收水類似│◕↟。
       吸溼滯後現象
       1₪☁·₪✘、吸溼滯後現象
       當把高回潮率和低迴潮率的纖維材料放在同一個大氣條件下時╃▩╃,起始回潮率高的纖維透過放溼過程達到其平衡的回潮率;而原來低迴潮率的纖維╃▩╃,將透過吸溼過程達到其平衡回潮率│◕↟。但從放溼得到的平衡回潮率總是高於從吸溼得到的平衡回潮率╃▩╃,這種現象即為吸溼滯後現象│◕↟。纖維材料所具有的這種性質被稱為吸溼滯後性或吸溼保守型│◕↟。
       2₪☁·₪✘、產生原因
       能量獲得機率的差異
       水分子進出的差異
       纖維結構的差異
       水分析分佈的差異
       熱能作用的差異
       纖維表面能的變化
       反覆吸溼的作用
       其他雜誌的帶入
       3₪☁·₪✘、影響纖維變化的因素
       親水集團的作用
       纖維的結晶度
       纖維的比表面積和內部空隙
       纖維的伴生物和雜質
       溫溼度和氣壓
       空氣流速的影響
       吸溼現象對纖維性質的影響
       吸溼現象對纖維性質的影響主要是在纖維重量和密度₪☁·₪✘、纖維體積₪☁·₪✘、纖維力學性質₪☁·₪✘、電效能及熱學效能方面│◕↟。
       1₪☁·₪✘、吸溼對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後減的特徵╃▩╃,最大密度發生在回潮率為4% ~ 6%│◕↟。其原因是水分先進入纖維的空隙╃▩╃,質量增加而使體積不變╃▩╃,隨後體積膨脹╃▩╃,但由於水的密度小於纖維的密度╃▩╃,故密度下降│◕↟。
       2₪☁·₪✘、吸溼對纖維體積的影響
       纖維吸溼後體積膨脹╃▩╃,其橫向膨脹大而縱向膨脹小│◕↟。纖維膨脹值一般用直徑₪☁·₪✘、長度₪☁·₪✘、截面積和體積的增大率來表示│◕↟。
       3₪☁·₪✘、纖維膨脹的各向異性
       fS可以簡介地表達纖維分子排列的取向度╃▩╃,尤其是無序區中的分子取向│◕↟。由於吸溼主要是水分子進入無序區╃▩╃,擠開分子間距╃▩╃,形成分子鏈的玩去╃▩╃,使纖維形態變粗╃▩╃,而纖維的縱向增長作用不明顯╃▩╃,故長度變化很小│◕↟。

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       4₪☁·₪✘、纖維膨脹各向異性的影響
       纖維吸溼膨脹的各向異性會導致織物的變厚₪☁·₪✘、變硬₪☁·₪✘、併產生收縮│◕↟。
       其原理是│₪↟:吸溼後紗線變粗╃▩╃,導致紗線在織物中的彎曲程度增大;而紗線的長度基本不變╃▩╃,致使織物收縮╃▩╃,而且即使織物乾燥後╃▩╃,這種收縮仍無法回覆╃▩╃,這種浸水後的收縮稱為“縮水”│◕↟。織物縮水後會使溼的織物變厚₪☁·₪✘、變硬╃▩╃,變密╃▩╃,不便於洗滌;使乾燥後織物變厚₪☁·₪✘、變疏鬆和變得更有彈性╃▩╃,但尺寸變小₪☁·₪✘、變短│◕↟。
       5₪☁·₪✘、吸溼對纖維力學效能的影響
       纖維吸溼後╃▩╃,其力學性質如強力₪☁·₪✘、模量₪☁·₪✘、伸長₪☁·₪✘、彈性₪☁·₪✘、剛度等隨之變化│◕↟。
       一般纖維╃▩╃,隨著回潮率的增大╃▩╃,其強力₪☁·₪✘、模量₪☁·₪✘、彈性和剛度下降╃▩╃,伸長增加╃▩╃,原因是│₪↟:大分子鏈間的相互作用減弱╃▩╃,分子易於構象變化和滑移╃▩╃,故強力₪☁·₪✘、模量下降╃▩╃,伸長增加│◕↟。
       不吸溼的纖維╃▩╃,一般這類性質不發生變化│◕↟。分子量較大的棉₪☁·₪✘、麻纖維還會因為吸溼而強度略微上升╃▩╃,原因是│₪↟:吸溼使大分子受力的不均勻性╃▩╃,由於分子間作用的部分解開與調整╃▩╃,得到改善│◕↟。當纖維受力時╃▩╃,承力的大分子根數增多╃▩╃,反而使纖維強度增大│◕↟。纖維吸溼後╃▩╃,纖維的脆性₪☁·₪✘、硬度有所減弱╃▩╃,塑性變形增加╃▩╃,摩擦係數有所增大│◕↟。
       6₪☁·₪✘、吸溼對電學效能的影響
       纖維材料的吸溼會使纖維的導電性增強╃▩╃,介電常數變大╃▩╃,抗靜電效能增強╃▩╃,給紡織加工和正常使用提供方便│◕↟。但過分吸溼也會帶來繞皮輥織造開口不清₪☁·₪✘、烘燥能耗大₪☁·₪✘、纖維易被損傷等加工問題以及穿著不舒適等使用問題│◕↟。
       7₪☁·₪✘、吸溼對熱學效能的影響
       纖維在吸溼是會放出熱量╃▩╃,這是由於運動中的水分子被纖維大分子吸附時╃▩╃,水分子會將動能轉化成熱能而釋放╃▩╃,這種放熱會使溫度上升│◕↟。
       8₪☁·₪✘、吸溼對光學效能的影響
       由於水分子浸潤纖維後會改變纖維結構╃▩╃,因此當纖維回潮率升高時╃▩╃,纖維對光的折射率₪☁·₪✘、透射率和光澤會下降╃▩╃,光的吸收會增加╃▩╃,顏色會變深╃▩╃,光降解和老化加劇等│◕↟。
       綜上所述╃▩╃,纖維吸溼有利有弊╃▩╃,但賦予纖維適當吸溼利遠大於弊╃▩╃,因為可提供實用的舒適性和抗靜電性│◕↟。而分析吸溼後纖維效能的改變╃▩╃,獲得更理想的纖維材料╃▩╃,改進加工工藝提供依據│◕↟。
       纖維材料吸溼性的測量方法
       纖維材料吸溼性的測量方法可分為直接測量法與間接測量法│◕↟。
       1₪☁·₪✘、直接測量法
       指直接獲取纖維這種水分重量的測量方法│◕↟。具體做法是分別稱取纖維材料的實際重量和驅除水分後的重量求得纖維材料回潮率│◕↟。
       (1)烘箱乾燥法
       又稱烘箱法╃▩╃,是由電熱絲加熱並可根據需要調至恆定的溫度│◕↟。
       溫度是依據“能使水分快速蒸發而不使纖維分解揮發”這一原則確定│◕↟。
       烘燥時間是根據間隔15min兩次稱重計算的回潮率相差小於0.05%為限│◕↟。
       烘箱法對於高吸溼性纖維而言╃▩╃,仍有水分殘留;對吸溼性纖維(即回潮率小於等於0.5%的纖維)而言╃▩╃,測量結果不準確╃▩╃,普遍存在10%以上誤差│◕↟。
       烘箱法中被測纖維的稱量方法主要有箱內熱稱₪☁·₪✘、箱外熱稱₪☁·₪✘、箱外冷稱│◕↟。
       箱內熱稱
       用紅線內的天平鉤掛稱取紅線內纖維│◕↟。
       特點│₪↟:回潮率樹脂偏低₪☁·₪✘、操作簡便₪☁·₪✘、是目前主要採用的方法之一│◕↟。
       箱外熱稱
       將試樣烘乾後╃▩╃,取出╃▩╃,迅速在空氣中稱量│◕↟。
       特點│₪↟:測量結果受稱量時間影響較差╃▩╃,可靠性差│◕↟。
       箱外冷稱
       將烘乾後的試樣放在鋁製或玻璃容器中╃▩╃,密閉在乾燥器中冷卻30min後稱量│◕↟。
       特點│₪↟:較精準₪☁·₪✘、費時較多₪☁·₪✘、主要運用於試樣較小╃▩╃,有要求精準是須採用此方法│◕↟。
       (2)紅外線乾燥法
       又稱紅外乾燥│◕↟。是利用紅外輻照驅除水分│◕↟。紅外輻射的能量高╃▩╃,穿透力一般╃▩╃,對於纖維表面能在短時間內達到很高的溫度將水分驅除│◕↟。一般情況下╃▩╃,只要5~20min即可烘乾│◕↟。
       特點│₪↟:紅外乾燥迅速╃▩╃,耗能比烘箱法少╃▩╃,裝置簡單╃▩╃,照射能量分佈不勻╃▩╃,往往使表面過高│◕↟。如照射時間過場╃▩╃,會使照射時間過長╃▩╃,會使纖維烘焦變質╃▩╃,測量結果也穩定╃▩╃,所需烘乾時間常用烘箱法校驗│◕↟。
       (3)高頻加熱乾燥法
       利用高頻電磁波在有記性水分子的不為產生較高能量驅除水分│◕↟。可分為高頻介質加熱法或電容加熱法╃▩╃,頻率範圍為1~100MHz;微波加熱法╃▩╃,頻率範圍為800~3000MHz│◕↟。
       (4)真空乾燥法
       將試樣放在封閉容器內╃▩╃,抽成真空進行揮發乾燥│◕↟。往往配以加熱╃▩╃,提高烘燥效率│◕↟。
       特點│₪↟:溫度較低₪☁·₪✘、乾燥較快且均勻₪☁·₪✘、可用於不耐高溫╃▩╃,回潮率較低的合成纖維│◕↟。
       (5)吸溼劑乾燥法
       簡稱乾燥劑法╃▩╃,將纖維材料與強吸溼劑放在統一密閉容器內╃▩╃,利用吸溼劑吸收容器內空氣水分╃▩╃,使容器內相對溼度近似為0%╃▩╃,纖維在這種條件下可充分脫溼│◕↟。效果最好的吸溼劑是乾燥的五氧化二磷粉末╃▩╃,最常用的是乾燥的氯化鈣顆粒│◕↟。
       2₪☁·₪✘、間接測試法
       利用纖維材料中含水多少與某些物理效能(如電阻₪☁·₪✘、電容₪☁·₪✘、水分字振動吸收能等)密切相關的原理╃▩╃,透過測量這些性質來推測含水率或回潮率│◕↟。
       特點│₪↟:測量迅速₪☁·₪✘、不損傷纖維₪☁·₪✘、可線上測量₪☁·₪✘、干擾因素較多₪☁·₪✘、結果穩定性和可靠性受影響│◕↟。
       (1)電阻測溫法
       利用纖維在不同含水率M下具有不同的電阻值來進行測定│◕↟。
       (2)電容式測溫法
       將纖維材料放在電容器極板內╃▩╃,利用水分的介電常數大於纖維的原理╃▩╃,及材料中水分含量的增加╃▩╃,電容量增加╃▩╃,據此來推測纖維材料的含水率或回潮率│◕↟。
       (3)微波吸收法
       利用水和纖維對微博吸收或衰減程度不同的原理╃▩╃,測量微博透過纖維材料後的衰減量表達纖維的含水率│◕↟。
       (4)紅外光譜法
       紅外光譜中有特定的水分吸收波數╃▩╃,其峰值或峰面積依賴於纖維中或周圍空氣中的水分行亮╃▩╃,只要以純氮氣吹入可以拍出空氣中水分的影響╃▩╃,則可以求得纖維的水分含量│◕↟。

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