纺织材料学-课件.ppt

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1、纺织材料学第3版姚穆 主编,绪 论,1.纺织材料的概念2.纺织材料的分类3.纺织产业在国民经济中的地位,1.纺织材料的概念与范畴,纺织材料：包括纺织加工用的各种纤维原料和以纺织纤维加工成的各种产品。服用纺织品：衣服、鞋、帽、纱巾家用纺织品：被、床单、桌布、坐垫产业用纺织品：绳索、缆绳、帐篷、炮衣复合材料：轮胎、飞机壳体、风力发电设备的桨叶、土工布、防弹衣、火箭整流罩和喷火喉管、海水淡化滤材,2.纺织材料的分类,（1）纺织纤维 textile fibers概念：截面呈圆形或各种异形的、横向尺寸较细、长度比细度大许多倍的、具有一定强度和韧性的（可挠曲的）细长物体。,按材料类别分为：有机、无机纤维按

2、材料来源分为：天然纤维和化学纤维天然纤维：自然界生长或形成的，适用于纺织用的纤维。化学纤维：是指用天然的或合成的高聚物为原料，经过化学和机械方法加工制造出来的纤维。化学纤维又可分为再生纤维、合成纤维、无机纤维。再生纤维：以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工而再生制成的纤维。合成纤维：由低分子物质经化学合成的高分子聚合物，再经纺丝加工而成的纤维。,纺织纤维,化学纤维 按加工过程：初生丝、未拉伸丝、预取向丝、拉伸丝、全取向丝 按纤维截面形态：圆形、异形 按纤维成分：单一成分、多成分（混抽、复合纤维（皮芯、海岛、多层等）,高性能纤维、功能纤维：纺织纤维中具有某些特殊应用性能（如超高强度、超

3、高模量、耐高温、耐烧蚀）或某些特殊功能（如防紫外线、抑菌、防臭、防蚊虫）的纤维。,（2）纱线 及其半成品,纱线概念：由纺织纤维平行伸直（或基本平行伸直）排列利用加捻或其他方法使纤维抱合缠结形成连续的具有一定强度、韧性和可挠曲性的细长体。纱、线、绳（缆）纱的半成品：粗纱、条、卷 按原料：纯纺纱线、混纺纱线、混并纱线 按纤维长度：短纤维纱线、长丝纱线、复合纱线,纱线,环锭纺纱线转杯纺纱线喷气纺纱线赛络纺纱线平行纺纱线花式纱线,短纤维纱线 加工形成方法,长丝纱 变形加工方法,加弹长丝纱空气变形长丝纱网络长丝纱复合长丝纱,（3）织物 fabrics,概念：由纺织纤维和纱线用一定方法穿插、交编形成的厚度

4、较薄、长及宽度很大、基本以二维为主的物体。,机织物针织物编织物非织造织物复合织物,织物,结构及其形成方式,纺织纤维原料,棉织物麻织物毛织物丝织物化纤织物混纺织物交织织物,织物组织,平纹织物斜纹织物缎纹织物平针织物罗纹织物双反面织物双罗纹织物经平组织织物经缎组织,3.纺织产业的发展,纺织材料-上万年历史近200年，纺织总加工量增长了近45倍；天然纤维由100%降到37.81%，化纤从零增加到57.59%；纺织工业是我国经济中的重要产业之一；趋势：石油化工资源 可再生、可降解、可循环的生物资源,Homework,P5:1、2、3、4题习题集：,第一章 纤维结构基础知识,第一节 纤维大分子结构第二节

5、 纤维的凝聚态结构第三节 纤维结构测试分析方法,结构与性能关系：纺织材料的种类很多，性能各异，其根本原因在于纤维内部结构的不同，纤维的大分子组成、结构及其聚集结构状态和纤维中各种组成成分的含量比例、分布状态构成了纤维的内在性能，性能是结构的表现。,了解结构与性能关系，以便我们正确选择和使用纤维，更好地掌握生产条件，并提通过各种途径改变纤维结构，有效地改变性能，设计并生产具有指定性能的纤维和纺织产品。,研究纤维结构的目的,纤维结构：是指组成纤维的纤维结构单元相互作用达到平衡时在空间的几何排列。,纤维结构,大分子链结构（大分子结构）,凝聚态结构（超分子结构）,形态结构：,大分子的化学组成大分子链的

6、构型大分子分子量及其分布大分子链的统计构象,晶态非晶态取向原纤液晶多相织态,晶体晶胞类型结晶形态,纵横向几何形态、径向结构、表面结构、孔洞结构,第一节 纤维大分子结构,纤维大分子结构 内容包括,主链的化学组成及连接方式侧基和端基的结构大分子链的形态相对分子质量及其分布,AAAAAA 或 A(A)nA其中：A、A端基；n聚合度。,一、主链的化学组成及连接方式,主链定义：由某个结构单元以化学键的方式重复连接而成的线型长链分子。纤维种类的不同，构成纤维的大分子主链的原子也有多种类型。从现有的主要纤维来看，大致有三种类型：,1)均链大分子（碳链大分子）：纤维的大分子主链都是靠相同的碳原子以共价键形式相

7、联结的。例：乙纶、丙纶、腈纶 可塑性比较好，容易成型加工，原料比较简单，成本便宜。但一般均不耐热，易燃甚至易熔。服用纤维有一定缺点。,2)杂链高分子：大分子主链除碳原子以外，还有其它原子如氮、氧等，它们都以共价键相联结，即主链是由两种以上的原子所构成的。例：粘胶、蚕丝、涤纶、锦纶大分子链刚性较大，力学性能和耐热性较好，服用性能较好。但由于主链含有极性基团，易产生水解、醇解、酸解。,3)元素有机高分子大分子主链上含有硼、铝、硅、钛等元素，并在其侧链上含有有机基团。例：碳化硅纤维、氧化铝纤维-具有无机物的较高强力、耐高温，具有有机物的弹性和塑性，高性能纤维。,单基：构成纤维大分子主链的结构单元。,

8、AAAAAA 或 A(A)nA其中：A-单基；A、A端基；n聚合度。,均聚物纤维：大分子链由一种结构单元组成，单基完全相同或基本相同。构型：构造同分异构体、立体同分异构体。共聚物纤维：大分子链由两种及两种以上的结构单元组成,二、侧基与端基,侧基：分布在大分子主链两侧并通过化学键与大分子主链连接的化学基团。侧基的性能、体积、极性等对大分子的柔顺性和凝聚态结构具有影响，也影响到纤维的热学性质、力学性质、耐化学性质等。主链接枝特性侧基基团，使纤维功能化。端基：大分子两端的结构单元，且与主链“单基”结构有很大差别。影响纤维的光、热稳定性。纤维改性、研究大分子的相对分子量。,三、大分子链的柔性,定义：指

9、其能够改变构象的性质，也就是大分子链可以呈现出各种形态的性质。,1 主链上原子链弹性好，柔曲性；2 侧链较少，柔曲性；3 主链四周侧基分布对称，柔曲性；4 侧基间（大分子间）作用力较少，柔曲性;5 温度，内旋转加剧，大分子链柔曲性;,大分子柔曲性是判断高聚物弹性的主要条件之一，长链分子由于热运动而变成弯曲形状使高度柔曲性，这就是高聚物产生弹性原因。柔顺性好的纤维，受外力易变形，伸长大，弹性较好，结构不易堆砌的十分密集，但在外力作用下，易被拉伸，易形成结晶。单键的内旋转是大分子链产生柔曲性的根源。对于高聚物而言，其中的大分子链的内旋转除了受分子内原子或基团相互影响外分子间作用力也有很大影响。,四

10、、相对分子质量,聚合度n：大分子链中单基的重复个数。大分子的分子量单基的分子量聚合度常用纤维的聚合度n：棉、麻的聚合度很高，成千上万；羊毛 576；蚕丝 400；粘胶：300-600；一根纤维中各个大分子的n不尽相同，具有一定的分布高聚物大分子的多分散性。,纤维大分子相对质量的大小，对纤维的拉伸、弯曲、冲击强度和模量、热学及热稳定性能、光学性能、透通性能、耐化学药品性能等具有较大影响，对纤维的加工性能具有很大影响。,第二节 纤维的聚集态结构（超分子结构）,一、大分子间作用力（次价键力）纤维大分子间的作用力与大分子链间的相对位置，链的形状、大分子排列的密度及链的柔曲性等有关。这种作用力使纤维中的

11、大分子形成一种较稳定的相对位置，或较牢固的结合，使纤维具有一定的物理机械性质。,次价键力：范德华力、氢键、盐式键、化学键；四种结合力的能量大小：真正化学键盐式键氢键范德华力四种结合力的作用距离：真正化学键盐式键氢键范德华力产生原因,分子间力的大小取决于：1.单基化学组成（原子团多少、极性基团数目、极性强弱）2.聚合度3.分子间距离,二、聚集态结构,对于纤维聚集态的形式，20世纪40年代出现了“两相结构”模型，即认为纤维中存在明显边界的晶区与非晶区，大分子可以穿越几个晶区与非晶区，晶区的尺寸很小，为10nm数量级，分子链在晶区规则排列，在非晶区完全无序堆砌。这种模型成为缨状微胞模型。从晶区到非晶

12、区是否存在逐步转化的过渡区，尚有不同解释。,Hearle教授提出的缨状原纤结构模型，对此作了很好的解释，并与纤维的原纤结构形成很好的对应。,Kellel等人提出了著名的折叠链片晶假说，并认为，线性高分子链可达几百到几千纳米，具很大表面能，极易在一定条件下自发折叠，形成片状晶体。,依照片晶理论及事实，人们认为片晶就如同缨状微胞结构中的微胞，伸出的分子就像缨状分子，再进入其他片晶的为“缚结分子”，是纤维产生强度的主机制。,1、结晶态结构（1）结晶态：纤维大分子有规律地整齐排列的状态。结晶区：纤维大分子有规律地整齐排列的区域。晶区特点：a.大分子链段排列规整；b.结构紧密，缝隙，孔洞较少；c.相互间

13、结合力强，互相接近的基团结合力饱和。（2）结晶度：纤维内部结晶区占整个纤维的百分率。重量结晶度：纤维内结晶区的重量占纤维总重量的百分率。体积结晶度：纤维内结晶区的体积占纤维总体积的百分率。,结晶度对纤维结构与性能的影响：结晶度 纤维的拉伸强度、初始模量、硬度、尺寸稳定性、密度；纤维的吸湿性、染料吸着性、润胀性、柔软性、化学活泼性。结晶度 纤维吸湿性；容易染色；拉伸强度较小，变形较大，纤维较柔软，耐冲击性，弹性有所改善，密度较小，化学反应性比较活泼。,2、非晶态结构 非晶态：纤维大分子无规律地乱排列的状态。非晶区：纤维大分子无规律地乱排列的区域。非晶区特点：a.大分子链段排列混乱，无规律；b.结

14、构松散，有较多的缝隙、孔洞；c.相互间结合力小，互相接近的基团结合力没饱和。,3、取向结构 取向度 定义：指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶体沿纤维轴规则排列程度。取向度与纤维性能间的关系：取向度大大分子可能承受的轴向拉力也大，拉伸强度较大，伸长较小，模量较高，光泽较好，各向异性明显。结晶与取向是两个概念，结晶度大不一定取向度高，取向应包括微晶体的取向。除了卷绕丝，一般说来，结晶度高，取向度也高。,4.原纤结构,基原纤微原纤原纤巨原纤细胞纤维并非所有纤维都具有上述每一个结构层次。,5.液晶结构液晶态及液晶：部分具有刚性结构的大分子材料，在满足一定条件（热熔或溶解）时，宏观形态处于液态状态

15、，但大分子排列处于晶态，这种兼具晶体和液态部分性质的过渡状态称为液晶态，处于液晶态的物质叫液晶。6.织态结构 某些分子间共混方法形成“织态结构”。,第三节 纤维结构测试分析方法,一、显微分析技术法,采用透镜光学放大原理或探针等方式，直接观察纤维形态结构的方法：光学显微镜，放大倍数1000倍左右，分辨距离约0.2m。电子显微镜，放大倍数100万倍左右，分辨距离0.1-0.2nm。扫描隧道显微镜，分辨距离横向可达0.1nm，纵向可优于0.01nm。影片介绍原子力显微镜，分辨距离横向可达0.2nm，纵向可优于0.1nm。,二、X射线衍射法,根据衍射方向和衍射强度确定纤维晶胞的晶系、晶粒的尺寸和完整性

16、、结晶度、晶粒的取向度。XRD,三、红外光谱分析法,高聚物纤维大分子的原子或基团会在其平衡位置产生周期性的振动，采用连续不同频率的红外线照射样品，当某一频率的红外线与分子中键的振动频率相同时，将会产生共振而被吸收的现象，从而获得红外吸收光谱。对纤维的分子结构判定，进而鉴别纤维的品种类别，也可以对纤维超分子结构中结晶度、取向度等进行测量。,四、核磁共振法,利用共振现象获取分子结构、纤维内部结构信息的技术。可用于测定纤维大分子的相对分子质量、高聚物的空间结构及结构规整性、共聚物的结构以及高分子的运动研究等方面。,第二章 纺织纤维的形态及基本性质,纤维的细度、细度不匀、长度、长度分布、卷曲、转曲、拉

17、伸强度指标的定义异形截面纤维的特征与指标纤维细度、长度指标与可纺性及纺织产品性能的关系纤维的回潮率、公定回潮率以及吸湿机理，吸湿性对性能的影响,纤维形态结构,纤维内部形态结构：分子、原子-微观尺寸,纤维表面形态结构：长短、粗细、截面形态、卷曲、转曲,纤维形态结构不仅与纤维的物理性能、纺织工艺性能有着密切关系，而且对纺织品的使用性能有直接影响。,第一节 纤维的细度,一、纤维细度的指标两种表示方法：直接法：用直径、投影宽度（非圆形截面的纤维）、截面积（测量困难）、周长、比表面积（计算值）等指标表示。间接法：用纤维长度与重量之间的关系表示，如特数Ntex、分特Ndtex、旦数Nden、公制支数 Nm

18、 等。,2、间接法：用长度重量关系衡量（1）特数 tex 国际标准单位定义：在公定回潮率下，1000米长的纤维所具有重量的克数。Gk 纤维在公定回潮率下的重量，称为标准重量（mg或g）；L纤维长度（mm或m）同品种纤维，Ntex，纤维越粗。分特dtex：在公定回潮率下，10000米长的纤维所具有重量克数。1tex10dtex,（2）旦数（旦尼尔数）Nden 绢丝，化纤常用指标 定义：在公定回潮率下，9000米长的纤维所具有重量的克数。同品种纤维，Nden，越粗.,（3）公制支数 Nm 常用于棉纤维 定义：在公定回潮率下，单位重量（g、mg）的纤维所具有的长度（m、mm）：同品种纤维，Nm，纤维

19、越细。间接细度指标的换算式如下：直接细度指标（直径d）与间接细度指标的换算：式中：d纤维直径（mm）；纤维密度（g/cm3）,马克隆值M（用于棉）本身无量纲，相当于单位长度（英寸）的重量（微克）；反映细度、成熟度的综合指标。MNm25400；Nt0.0394M；Nd0.354M品质支数（用于毛）沿用下来的指标，曾表示该羊毛的可纺支数，现表示直径在某一范围的羊毛细度。,二、纤维细度的测定 1、中段切断称重法：棉纤维或化纤的细度测定该法只能测算纤维的间接平均细度指标，无法得到细度的离散性指标。将纤维排成一端不齐，平行伸直的棉束，然后用纤维切断器在纤维中段切取一定长度（棉10mm）的纤维束，在扭力天

20、平上称重G，然后计数中段纤维的根数n，计算Nm。梳理切断称重数根数计算 NmL/G=10n/G 2、气流仪法（棉，羊毛）原理：在一定容积的容器内放置一定重量的纤维，容器两端有网眼板，可以通过空气，当两端有一定压力差的空气流过时，则空气流量与纤维的比表面积平方成反比例关系。见余序芬主编的“纺织材料实验技术”。3、显微镜投影法常用于羊毛细度和截面为圆形纤维的纵向投影直径的测量。投影放大倍数一般为500倍，用放大500倍的锲形卡尺测量纤维直径。通常用分组计数法，计算出纤维的平均直径和直径变异系数。,三、纤维细度对纤维、纱线及织物的影响,（一）对纤维的影响 纤维越细，比表面积越大，纤维的染色性有所提高

21、；纤维间的细度不匀影响纤维力学性质。,（二）纤维细度与成纱质量、纺纱工艺的关系1.与成纱强度的关系 在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱强度越高；2.与成纱条干的关系 在其它条件相同的条件下，纤维越细，成纱条干越均匀；在保证一定成纱质量的前提下，细而均匀的纤维可纺较细的纱；3.与纺纱工艺的关系 纤维越细，加工过程中容易扭结、折断而产生棉结、短纤维。,（三）对织物的影响,纤维较细，织物柔软、舒适；较粗纤维，织物硬挺；细度适当时，织物耐磨性较好。,第三节 纤维的长度,纤维长度：指纤维伸直而未伸长时两端的距离。（伸直长度）天然纤维：长度随动物、植物的种类、品系与生长条件等而不同;品种不同，差异很大

22、；同品种的天然纤维，长度离散也很大。棉、麻、毛 短纤维，长度一般为25250mm,化学纤维：人工制造的，根据需要而定，有长丝和短纤维。短纤维：有等长化纤或不等长化纤之分。而等长纤维又有棉型、毛型、中长型之分。棉型化纤：30-40 mm 用棉纺设备纺纱；纯纺或混纺毛型化纤：70-150 mm 用毛纺设备纺纱；纯纺或混纺中长纤维：51-65 mm 用棉纺或化纤专纺设备纺纱；仿毛织物 特点：化学纤维的长度离散性小，但其中的超长纤维和倍长纤维对纺纱工艺危害较大。,纤维长度指标,1、主体长度：纤维中含量最多的纤维长度。（1）根数主体长度：纤维中根数最多的一部分纤维的长度（2）重量主体长度：纤维中重量最重

23、的一部分纤维的长度 棉的手扯长度主体长度。2、平均长度：是纤维长度的平均值（1）根数平均长度L：各根纤维长度之和的平均数。（2）重量加权平均长度Lg：各组长度的重量加权平均数,3、品质长度（右半部平均长度）：比主体长度长的那部分纤维的平均长度（是棉纺工艺中决定罗拉隔距的重要参数）4、短绒率：长度在某一界限以下的纤维所占的百分率（表示长度整齐度的指标）。界限：细绒棉 16mm、长绒棉 20mm；毛30mm；苎麻 40mm,纤维长度的测定,常用的纤维长度测试方法有：1.罗拉式长度分析仪法（适用于棉纤维的长度测定）2.梳片式长度分析仪法（适用于羊毛纤维、苎麻、绢丝或不等长化纤的长度测定）3.中段切断

24、称重法（适用于等长化纤的长度测定）4.排图法（适用于棉或不等长化纤、羊毛、苎麻、绢丝等长度分布的测定）5.ALMETER电容测量法（适用于毛条、棉、麻纤维条子的长度测定）,长度与成纱质量、纺纱工艺的关系,1.纤维长度与成纱强度的关系在其它条件相同下，纤维越长，成纱强度越大，在保证成纱具有一定强度的前提下，纤维长度越长，纺出纱的极限细度越细（棉纤维）2.纤维长度与成纱毛羽的关系成纱的毛羽是由伸出成纱表面的纤维端头、纤维圈等形成。在其它条件相同情况下，较长的纤维成纱表面比较光滑，毛羽较少。3.纤维长度整齐度、短绒率与成纱强度、条干的关系当纤维长度整齐度差时，短绒率大时，成纱条干变差，强度下降，生产

25、高档产品时，需经过精梳以去除短纤。,第四节 纤维的卷曲与转曲,一、纤维卷曲产生的原因1.羊毛 自然卷曲。是由于内部结构中的正、偏皮质细胞呈双边结构或偏皮芯结构或不均匀的混杂结构所致。卷曲形态差异较大，无规律性明显。根据羊毛纤维卷曲的深浅（即波高），以及长短（即波宽）不同，卷曲形状可以分为三类，（1）弱卷曲：特点是卷曲的弧不到半个圆周，沿纤维的长度方向比较平直，卷曲数较少。半细毛的卷曲属此类。（2）常卷曲：特点：卷曲的波形近似半圆形。细毛的卷曲属于此类。用于精梳毛纺，纺制有弹性和表面光洁的纱线和织物。（3）强卷曲：特点：卷曲的波幅较高，卷曲数较多。细毛羊腹毛属此类。用于粗梳毛纺，纺制表面和毛茸丰

26、满、手感好、富有弹性的呢绒。,2.化学纤维 化学短纤维为了改善其可纺性和织物性能，一般都要人为赋予卷曲，化学长丝（大部分）也不例外。赋予化纤卷曲的方法有机械卷曲法、复合纺丝法、三维卷曲纺丝法以及各种变形加工方法等。（1）复合纺丝法（是永久卷曲）：利用纤维的内部结构的不对称而在热空气、热水等处理后产生的。（2）机械卷曲法（是暂时卷曲）：利用纤维的热塑性采用机械方法挤压而成。,表示纤维卷曲性能的指标,1.卷曲数：指每厘米长纤维内的卷曲个数。是反映卷曲多少的指标。一般化学短纤维的卷曲数的卷曲数为1214个/25cm，羊毛的卷曲数随羊毛细度和生长部位而异。2.卷曲率：指纤维单位伸直长度内，卷曲伸直长度

27、所占的百分率。或表示卷曲后纤维的缩短程度。卷曲率的大小与卷曲数及卷曲波幅形态有关。一般短化纤的卷曲率在1015%为宜。3.卷曲回复率：指纤维经加载卸载后卷曲的残留长度对卷曲伸直长度的百分率。反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示回缩后剩余的波纹越深，即波纹不易消失，卷曲耐久。一般短化纤的该值约为7080%。4.卷曲弹性率：指纤维经加载卸载后，卷曲的残留长度对伸直长度的百分率。反映卷曲牢度的指标。数值越大，表示卷曲容易恢复，卷曲弹性越好，卷曲耐久牢度越好。一般短化纤的该值约为10%。,K1，K2单位长度内纤维左、右侧分别数得的卷曲数 L0纤维加轻负荷后的长度（mm）L1纤维加重负荷后的长度（mm）L

28、2纤维除去重负荷一定时间后再加 轻负荷的长度（mm）,第五节 纤维的吸湿性,一、纤维的吸湿指标 1回潮率与含水率 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。式中：纺织材料湿重；纺织材料干重。,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。国际标准中规定的标准大气条件为：温度（T）为20（热带为27），相对湿度（RH）为65%，大气压力为86106kPa，视各国地理环境而定。我国规定的标准大气条件为：大气压力为1个标准大气压，即101.3kPa（760mmHg柱），并规定了温、湿度的波动范围：一级标

29、准：T 202，RH 652%；二级标准：T 202，RH 653%；三级标准：T 202，RH 655%；纺织材料在实验测试前需进行调湿处理，通常在标准大气条件下调湿24h以上即可，合成纤维调湿4h以上即可。,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。混纺纱的公定回潮率 其中：Wi（%）混纺材料中第i种纤维的公定回潮率；Pi（%）混纺材料中第i种纤维的干重混纺比。4.标准重量 Gk 是纺织材料在公定回潮率时的重量。,常用纤维的标准状态下的回潮率和公定回潮率,常用纱线的公定回潮率,二.纤维的吸湿机理1.吸着水分的种类 根据水分子在纤维中存在的方式不

30、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。直接吸收水：由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子。它们之间的结合力较强，主要是氢键力，同时放出的热量也较多。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。它们之间的结合力较弱，主要是范德华力，同时放出的热量也较少。,2）毛细水 纤维有许多细孔，由于毛细管的作用而吸收的水分。微毛细水：存在于纤维内部微小间隙之中的水分子；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）。3）粘着水（表面吸附）纤维因表面能而吸附的水分子。区

31、别：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；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。2吸湿过程 一般认为纤维吸湿时，水分子先吸附至纤维表面，然后水蒸气向纤维内部扩散，与纤维内大分子上的亲水性基团结合，随后水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。,大气条件与纤维吸湿,一、吸湿平衡与平衡回潮率 纤维材料的含湿量随所处的大气条件而变化。吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等，这种现象称之吸湿平衡。吸湿平衡是动态平衡 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

32、一个稳定的值，称为平衡回潮率。,特点：1.都是对数曲线；2.起始段快，以后减慢直至平衡；3.吸湿平衡所需要的时间放湿平衡所需时间；4.吸湿平衡W不等于放湿平衡W。,二、吸湿等温线 1.定义：(T一定，W-RH%的关系)吸湿（放湿）等温线：在一定的大气压力和温度条件下，纤维材料因吸湿（放湿）达到的平衡回潮率与大气相对湿度的关系曲线；,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；原因：开始阶段纤维中游离的亲水基团比较多，容易吸湿。RH=15%70%时，曲线的斜率比较小；原因：因主要靠间接吸收，且水分子进入纤维内部的微小间隙中，形成毛细水，同时纤维还有一个膨

33、化过程，所以吸收的水分比开始阶段减少；RH70%时，曲线斜率又明显地增大。原因：因水分进入纤维内部较大的间隙，纤维产生膨化，毛细水大量增加，表面吸附的能力，也大大增强，这就进一步增加了回潮率的上升速度。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。,三、吸湿滞后性（或吸湿保守现象）1.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。2.产生原因：一 般认为吸湿时由于水分子进人纤维的无定形区，使大分子间距离增加，少数连接点被迫拆开，而与水分子形成氢键结合。放湿时，水

34、分子离开纤维，连接点有重新结 合的趋势，但由于大分子上已有较多的极性基团与水分子相吸引，阻止水分子离去，而且大分子间的距离不能及时完全回复到原来情况，因而保留了一部分水分子。因此同一纤维在同样的温湿度的条件下，从放温达到平衡比从吸湿达到平衡具有较高的回潮率。同一种纤维的吸湿等温线与放湿等温线并不重合，而形成吸湿滞后圈。吸湿滞后值（即差值）与纤维的吸湿能力和相对湿度有关。在同一相对湿度条件下，吸湿性大的纤维，差值比较大。如羊毛 2.0%，粘纤 1.8%2.0%，蚕丝 1.2%，棉 0.9%，锦纶 0.25%，涤纶等吸湿等温线和放温等温线则基本重合。,3.应用（1）调湿和预调湿：调湿：纺织材料具有

35、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4050C下去湿0.5l 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。（2）车间温湿度调节 如：纤维处于放湿时，车间空气的RH%规定值。,四、吸湿等湿线1.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。（RH%一定，W-T的关系曲线）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。,3.原因：T增加时，纤维中的水分

36、子的热运动能和纤维分子的热振动能增大，使纤维内水蒸汽的蒸发压升高，它比空气中已成为气体的蒸汽部分压力的上升快得多，因此使水分子保留在纤维分子上的能力减少。此外，存在于纤维内部空隙中的液态水蒸发蒸汽压力也随着温度的上升而升高。,影响纤维吸湿的因素,一 内在因素1亲水基团的作用 2纤维的结晶度及内部空隙3纤维的比表面积 4纤维内的伴生物和杂质 二 外界因素,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。如：羟基（-OH）、酰胺基（-NHCO-)、羧基（-COOH）、氨基(-NH2)等。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）

37、。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。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：含有亲水基团不多，故吸湿性都较差。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（-CO

38、NH-），所以也具有一定的吸湿能力。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、丙纶中因缺少亲水性基团，故吸湿能力极差，尤其是丙纶基本不吸湿。此外，大分子聚合度低的纤维，如果大分子端基是亲水性基团，其吸湿能力也较强。,纤维的结晶度和内部空隙纤维吸收的水分一般不能进入结晶区，在结晶区内，分子有规则地紧密排列，活性基在分子间形成了交键，如氢键、盐式键、双硫键等，所以水分子就不易渗入，若要产生吸湿作用就须打开这些交键，使活性基游离，显然这是困难的。因而纤维的吸湿作用主要是发生在无定形区。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

39、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。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。,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，较细纤维的回潮率偏大些。,a.棉纤维中有含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等，其

40、中含氮物质、果胶较其主要成分更能吸着水分，而蜡质、脂肪不易吸着水分。因此棉纤维脱脂程度越高，其吸湿能力越好；b.羊毛表面的油脂是拒水性物质，它的存在使吸湿能力减弱；c.麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿；d.化学纤维表面的油剂，其性质会引起吸湿能力的变化，当油剂表面活性剂的亲水基团向着空气定向排列时，纤维吸湿量变大。,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。在温度和湿度这两个因素

41、：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.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。,吸湿对纤维性质的影响,一、对重量的影响其中：G0干重；Ga称见重量。二、对长度和横截面积的影响 纤维吸湿后体积膨胀，横向膨胀大而纵向膨胀小，表现出明显的各向异性,即 SdSl。纤维的膨胀率：Sd=D/D；Sl=L/L；Sa=A/A；Sv=V/V式中：D、L、A、V纤维原来的直径、长度、截面积和体积；D、L、A、V 纤维膨胀

42、后，其直径、长度、截面积和体积的增加值。同一纤维，可根据吸湿膨胀后各向异性的大小，来判断大分子的取向度。,各种纤维在水中的膨胀性能表,三、对密度的影响 W增加，纤维密度增加；大多数纤维在 W=4%6%时密度最大。W再增加，纤维密度逐渐变小，因为纤维体积显著膨胀，而水的比重小于纤维。四、对机械性质的影响 纤维吸湿后，其力学性质如强力、伸长、弹性、刚度等随之变化。1.对强力的影响：（1）一般规律是W增加，其强力会下降；这是因为水分子进入纤维内部无定形区，减弱了大分子间的结合力，使分子间容易在外力作用下发生滑移之故。强力下降的程度，视纤维内部结构和吸湿多少而定。粘胶纤维由于大分子聚合度较低，结晶度也

43、较低，纤维断裂主要表现为大分子的滑脱，同时水分子进入后对大分子结合力的减弱也很显著，因此吸湿后强力下降非常显著。,（2）吸湿能力差的纤维，W增加，强力变化不太显著合成纤维由于较弱，所以吸湿后强力的降低。（3）棉、麻纤维，吸湿后强力反而增加；这是由于棉和麻纤维大分子聚合度很高，结晶度也很高，纤维断裂主要表现为大分子本身的断裂，而水分子进入后对大分子间结合力的减弱不显著，并主要表现为水分 子进入后可将一些大分子链上的缠结被拆开，分子链的舒展和受力分子链的增加，平均地负担纤维上所受的外力，因此使纤维强力增加。2.对纤维伸长率的影响：W增加，伸长率有所增加。这是因为水分子进入纤维内部后，减弱了大分子间

44、的结合力，使它在受外力作用时容易伸直和产生相对滑移的缘故。3.对纤维的脆性、硬性有所减小，塑性变形增加，摩擦系数有所增加。,常见纤维在润湿状态下强伸度变化表,五、对热学性质的影响纤维吸湿放热1.原因：由于空气中的水分子被纤维大分子上的极性基团所吸引而与之结合，分子的动能降低而转换为热能被释放出来的缘故。2.指标：吸湿微分热：纤维在给定回潮率时吸着1克水放出的热量。单位为J/g（水）各种干燥纤维的吸湿微分热大致接近，约为837.41256J。吸湿积分热：在一定的温度下，1g干燥纤维从某一回潮率吸湿到达完全润湿，所放出的总热量称为，单位为J/g（干纤维）。吸湿能力强的纤维，其吸湿积分热也大。3.应

45、用（1）吸湿放热与保暖性（2）吸湿放热与纺织材料储存（3）吸湿放热与热工计算,各种纤维的吸湿积分热,六、对电学性质的影响 高聚物的特殊分子结构，赋予纤维具有高的电绝缘性能。纤维吸湿绝缘性能下降，介电系数上升，介电损耗因素增大。使纤维的比电阻下降，减缓静电现象。应用：电阻式和电容式电气测湿仪。七、对光学性质的影响 当纤维的回潮率升高时，纤维的光折射率下降。是由于水分子进人纤维后，引起分子结构作某些改变造成的。,吸湿性的测试方法,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：烘箱法(1)原理 烘箱是利用电热丝加热，当箱内温度升至规定值时，把试样放入烘箱内，使

46、纺织材料内的水分蒸发于热空气中，并利用换气装置将湿空气排出箱外。由于纺织材料内水分不断蒸发和散失，质量不断减少，当质量烘至恒量时，即为纺织材料干重（烘燥过程中的全部质量损失都作为水分），最后算出回潮率指标。国家标准规定供给烘箱的大气应为标准大气，如为非标准大气，则测得的烘干质量应修正到标准大气条件下的干重。（2）影响烘干效果的因素：a.温度和时间 温度：棉105C；丝110C；其它纤维105110C。（有温控装置）时间：烘燥90分钟左右,第一次称重，10min后第二次称重，两次重量之差与后一次重量之比0.05%，后一次重量为干燥重量。,b.称重方法 称重方法：箱内热称、箱外热称和箱外冷称三种。

47、c.大气温湿度条件 箱内的相对湿度不可能达到0，当烘箱置于非标准大气条件下测试时，其干重需根据当时环境的温度和相对湿度进行修正。再用修正后的干重计算其回潮率。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；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。,2.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520min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，局部过热而使材料烘焦变质）,3高频加热干燥

48、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1100MHZ）；微波加热法（频率范围是8003000MHZ）。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.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

49、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46周的时间）。5.真空干燥法将试样放在密闭的容器中抽取真空，在一定的真空度下，再对容器用电阻丝加热，加热的温度可以自动控制。一定时间后由于水汽被出除，真空度变小，用差压法即可推算水分的含量。优点：不需要称取干重，工作简便，试样用量很少；可在较低温度（6070C）下将试样中的水分去除，烘干时间减少且可避免材料氧化变质。测定结果精确可靠而设备费用也不高。,二.间接测定法 利用纺织材料中含水多少与某些性质密切相关的原理，通过测试这些性质来推测含水率或回潮率。特点：不用去除材料中的水分，不损坏试样，速度很快，可以不接触试样在生产上可用作连

50、续测定，便于对回潮自动监控；影响因素较多，在稳定性、准确性和适应性欠佳。1.电阻测湿仪 利用纤维在不同的回潮率下具有不同的电阻值来进行测定。多数纤维当RH=30%90%，M和m的关系是：mMn=K 式中：K常数（与试样的数量、松紧程度、温度和电压等有关）；n常数（随试样种类而定的）。2.电容式测湿仪（较少用）以一定量的纤维材料，放在一定容量的电容器中，由于纺织材料和水的介电常数相差很大，随着材料中含水的多少使电容量发生变化，即可推测含水率或回潮率的大小。,第六节 纤维的拉伸强度,1.标准测试条件举例 环境条件：Temperature:203;Relative humidity(R.H.):65