第二章纖維的吸濕性

Chapter2.hygroscopicpropertyoffiber概述纖維構造是纖維的固有特性，決議纖維性能。纖維構造不同，吸收水分的才干有所差別。天然纖維〔棉、麻、絲、毛等〕以及再生纖維〔再生纖維素、再生蛋白質等〕，具有較高的吸濕才干，稱為親水性纖維；大多數(shù)合纖〔聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等〕，吸濕才干低，稱為疏水性纖維。通常纖維的吸濕性可細分為：纖維吸收氣相水的才干〔吸濕性〕和吸收液相水的才干〔吸水性〕。對纖維吸濕性的研討，對研討纖維性能、紡織工藝加工及穿著溫馨性等提供實際根據(jù)；同時對纖維吸濕機理的研討，也為開發(fā)功能性合成纖維〔特別是親水性合纖〕提供實際根據(jù)；此外，吸濕性也與纖維分量有親密關系，這與纖維貿(mào)易中分量的計算規(guī)范有直接的聯(lián)絡。第一節(jié)纖維的吸濕平衡一、纖維吸濕和時間的關系纖維制品在一定大氣條件下，會吸、放空氣中水分，隨時間推移會到達動態(tài)吸、放濕平衡，即單位時間吸收水分=放出水分。圖2-1為某枯燥纖維制品在一定相對濕度條件下吸、放濕平衡過程，纖維從大氣中吸收水分，總是大于放出的水分，最終到達吸濕平衡過程。平衡時間吸濕量絕對濕度和相對濕度兩者均反映大氣中的水分含量。絕對濕度(AbsoluteHumidity)：單位體積大氣中含水質量。相對濕度(RelativeHumidity%)：RH=(h/hs)x100%；其中h表示絕對濕度；hs表示一樣條件下水蒸氣飽和具有的絕對濕度。規(guī)范大氣條件：T=20℃，RH=65%二、纖維吸濕目的和測試方法1、吸濕目的〔1〕回潮率與含水率回潮率W：含水量占纖維干重(G0)的百分比；W=(G-G0)/G0×100%含水率M：含水量占纖維濕重(G)的百分比。M=(G-G0)/G×100%W與M的換算W=100M/(100-M)；M=100W/(100+W)規(guī)范回潮率：纖維在一致的規(guī)范大氣條件下，一段時間后回潮率到達一個穩(wěn)定值。公定回潮率：貿(mào)易和本錢計算時，對回潮率做的一致規(guī)定。天然纖維公定回潮率：原棉8.5%；苧麻16.28%；桑蠶絲11%；羊毛16%?；瘜W纖維〔親水性〕：粘膠13%；維綸5%；錦綸4.5%；腈綸2%；化學纖維〔疏水性〕：滌綸0.4%；丙綸0；氯綸0.混合原料的公定回潮率為各原料混比的加權平均：N種混合原料公定回潮率=,其中Pi，Wi分別表示第i種原料所占的干重百分比和公定回潮率。2、吸濕目的的測試〔1〕直接測試法:先稱取一定濕重的紡織資料，驅除水分后得到干重，計算得到回潮率。烘箱法：電阻絲恒溫加熱，溫度設定以水分可蒸發(fā)而資料不分解為原那么。棉〔105±3〕℃，毛及大部分化纖〔105-110〕℃。吸濕性的主要測試手段。紅外線枯燥法：紅外線燈泡〔可加涂輻射遠紅外線的物質〕照射去除試樣水分，省時、省電。高頻加熱枯燥法：高頻交變電場中，纖維內部極性分子和水分子極化，產(chǎn)生內摩擦發(fā)熱〔分子間及分子內，由極化景象產(chǎn)生的介電損耗〕，去除試樣水分子。頻率分為，電容加熱1-100MHz；微波加熱800-3000MHz。由于水的介電損耗較纖維約大20倍，即水分可吸收的能量很大，產(chǎn)生高熱，使水分蒸發(fā)。真空枯燥法：在密閉容器內抽真空并加熱烘干，由于低壓下水的沸點降低，在60-70℃下，即可短時間內使試樣水分散失，適宜不耐高溫的合纖。吸濕劑枯燥法：密閉容器中吸濕劑〔五氧化二磷粉末〕吸收空氣中水分使相對濕度達0%，利于纖維散失水分。常用于精細實驗研討?！?〕間接測試法利用含水量和纖維某些性能的關系來檢測回潮率。電阻測濕法：當纖維資料數(shù)量、松緊度、溫度和電壓等一定時，經(jīng)過的電流與回潮率存在一定的相關關系，即纖維回潮率不同電阻值不同。電容測濕法：將一定質量纖維放在一定容量的電容器中，利用水分與枯燥纖維介電常數(shù)〔反映資料在電場中被極化的程度，介電常數(shù)大資料貯電才干強，極化程度高〕不同，電容量變化，來測定回潮率。微波吸收法：在微波范圍〔頻率300MHz-300GHz的電磁波，波長1mm-1m之間)資料吸收微波的強弱由介質損耗因數(shù)決議。微波加熱就隨資料損耗因數(shù)具有選擇性，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)40-80，損耗角正切0.15-1.2，其介質損耗因數(shù)大，對微波具有強吸收才干。纖維資料介電常數(shù)2-5，損耗角正切0.001-0.05。利用水和纖維對微波的吸收和衰減程度不同，可測定其回潮率。紅外光譜法：水對不同波長的紅外線有不同的吸收率，吸收量和資料中水分的比例有關，根據(jù)紅外線吸收圖譜，可推測纖維回潮率。三、纖維回潮率與相對濕度的關系1、吸濕滯后性纖維在一樣的大氣溫濕度條件下，從放濕到達平衡和從吸濕到達平衡，兩種平衡回潮率不等，且前者大于后者，稱吸濕滯后性。吸濕滯后性的緣由：水分子進入或分開纖維會引起纖維干、濕構造的變化，在纖維非晶區(qū)或晶區(qū)界面間，大分子鏈的親水基團〔-OH〕相互構成橫向結合鍵-氫鍵。環(huán)境相對濕度大，水分子進入纖維需抑制氫鍵作用，纖維從干構造變成濕構造；環(huán)境相對濕度低，水分子抑制阻力逸出纖維，纖維重新回到干構造。由于構造具有堅持不變的傾向，結合鍵翻開和重建存在滯后，故纖維吸、放濕存在滯后。較多橫向結合鍵的干構造較少橫向結合鍵的濕構造水分子進入水分子逸出干構造濕構造H2O對于干構造，分子間為橫向結合鍵，濕構造中含有水分子，假設在一樣的大氣環(huán)境，水分子進入干構造需抑制橫向結合鍵，而水分子一旦分開纖維，由于原來的分子間間隔很近，很容易重建結合鍵，因此，水分子進入干構造較困難。對于濕構造，水分子逃逸后，纖維分子間間隔較大，重建分子間結合鍵比水分子重新進入逃逸位置要困難，因此，濕構造纖維較干構造纖維具有更高的回潮率，從而產(chǎn)生吸濕滯后性。2、纖維的吸濕等溫線一定溫度條件下，纖維資料平衡回潮率和大氣相對濕度的關系曲線。不同纖維吸濕性不同，同樣的相對濕度，吸濕性：天然及再生>合纖。不同纖維吸濕等溫線均反“S〞形，闡明其吸濕機理本質一致。RH小時，曲線斜率大，纖維中極性基團直接吸水。當RH在15%-70%，曲線斜率較小，纖維內外表被水分子覆蓋，再進入的那部分水分子活動性大，動態(tài)平衡時，吸著較困難，水分子進入纖維速度減慢。RH繼續(xù)增大，水分子進入纖維內部較大的空隙，構成毛細水，特別是纖維本身膨脹，空隙增大，故毛細水大量添加，曲線斜率較大，回潮率增速加大。RH%回潮率%213456781---羊毛2---粘膠3---蠶絲4---棉5---醋酯纖維6---錦綸7---腈綸8---滌綸一定溫度條件下，纖維資料由放濕達平衡回潮率和大氣相對濕度間關系曲線，放濕等溫線。由于吸濕滯后性，同種纖維吸濕等溫線與放濕等溫線不重合，構成吸濕滯后圈。吸濕性大那么放濕與吸濕回潮率差值大。RH%平衡回潮率%abcd放濕吸濕纖維從放濕平衡態(tài)a，再次吸濕，沿虛線ab變化；從吸濕平衡態(tài)c，進入放濕過程，沿虛線cd變化。即某一大氣條件下的平衡形狀受吸放濕歷史影響，平衡回潮率能夠處于吸放濕等溫線間的恣意一個位置。因此，檢驗纖維性能時，為防止回潮率不同，不僅需求一致的規(guī)范大氣條件，還要進展預調濕過程，即預先在低溫下烘燥〔50℃，0.5-1h〕，以保證資料在規(guī)范條件下，從吸濕等溫線到達平衡回潮率。第二節(jié)纖維的吸濕熱纖維吸水時，纖維分子和水分子間結合，水分子動能降低會產(chǎn)生熱。一、吸濕熱目的〔1〕吸濕微分熱Q:一定回潮率下，1g質量水被質量無限大的纖維資料吸收產(chǎn)生熱量，J/g。假設從水蒸氣吸收有：QV=Q1+LQ1：纖維吸濕微分熱；L：一定溫度下水蒸氣凝聚潛熱?！?〕吸濕積分熱W:一定回潮率下，1g質量枯燥纖維到達完全潤濕，所產(chǎn)生的熱量，J/g。Q與W的關系：當回潮率添加dr，每g纖維產(chǎn)生的熱量為Q1dr/100,那么將其從r積分到飽和回潮率rs當回潮率降低dr，每g纖維減少的熱量為Q1dr/100，或微分熱Q1有：W0rs0回潮率積分熱WdWdrW0：枯燥纖維的吸濕積分熱二、影響纖維吸濕熱的要素吸濕性好的纖維，積分熱W高，如從回潮率為0，各類枯燥纖維的積分熱W數(shù)據(jù)：棉46，亞麻55，羊毛113，絲69，粘膠106，錦綸31，滌綸5。RH對纖維吸濕熱Q影響大，回潮率隨RH添加而添加，積分熱W隨回潮率添加而減少，回潮率到達飽和rs時積分熱W接近0。微分熱Q隨回潮率添加而減少。微分熱Q與纖維親水基團的極性有關，具有一樣親水基團的纖維，其微分熱Q根本一樣，如含羥基(-OH)的天然纖維素和再生纖維素；羊毛和錦綸分子主鏈含酰胺鍵〔-C=O-NH2-〕且分子鏈端含有氨基〔-NH2〕和羧基〔-COOH〕。羊毛粘膠棉醋酯纖維回潮率%吸濕積分熱J/g05101510080604020羊毛粘膠棉醋酯纖維回潮率%吸濕微分熱kJ/g0510151.20.80.41g水被質量無限大纖維吸收放熱1g枯燥纖維完全潤濕產(chǎn)生熱吸濕放熱和穿著溫馨性及儲存的關系：纖維的吸濕放熱和溫馨性有關，吸濕熱大有利于人體調理體溫，具有較好的保暖。例如，1.5kg的羊毛服裝，從T=18℃，RH=45%的室內，到T=5℃，RH=95%的室外，其回潮率從10%添加至27%，吸濕放熱量約6000kJ。吸濕放熱不利于纖維制品的儲存，假設倉庫通風不良，空氣潮濕，會導致纖維制品霉變，甚至引發(fā)火災。三、纖維吸濕熱的測試方法1、吸濕積分熱W的丈量將知回潮率和質量的纖維放入熱容知的量熱器，并加過量的水，丈量器上升溫度，計算積分熱，需高靈敏測溫安裝，可丈量不同回潮率下積分熱，繪制纖維積分熱和回潮率關系曲線。2、吸濕微分熱Q的丈量直接丈量微分熱困難，但可以經(jīng)過丈量與微分熱有關的其他性能，換算。如量熱器法，吸濕等溫線法。量熱器法：按照積分熱-回潮率曲線，由公式計算某回潮率下的微分熱，即根據(jù)曲線上某點斜率獲得微分熱?；爻甭蔠0rs0積分熱WdWdr吸濕等溫線法：利用一系列不同溫度下，纖維吸濕等溫線，可得到不同回潮率下微分熱?？藙谛匏?克拉珀龍〔Clausius-Clapeyron〕方程：ps為水的飽和蒸汽壓；T為絕對溫度；Vs為飽和蒸汽壓時水蒸氣的比容(單位質量占有的體積)；L為水蒸氣的凝聚潛熱。p為紡織纖維平衡蒸汽壓；V是該蒸汽壓下的蒸汽比容。由相對濕度：RH=(p/ps×100)%兩邊同取自然對數(shù)：lnRH=lnp-lnps+ln100回潮率一定時，對溫度求導，并根據(jù)理想氣體定律pv=psvs=RT，有：Q1=RT2(?lnRH/?T)r=-R[?lnRH/?(1/T)]r那么，可根據(jù)lnRH-1/T曲線的斜率得出吸濕微分熱?；爻甭蕆的紡織纖維系統(tǒng)第三節(jié)纖維資料的吸濕速率纖維制品需求長時間才干和環(huán)境到達吸濕平衡，吸濕速率決議于大氣中的T、RH、風速、資料厚度、密度及纖維本身性能。一、纖維吸濕的水分子分散方程及其近似解靜止的水體由于水分子無規(guī)那么運動，水中的微粒也隨之無規(guī)那么運動〔布朗運動，1826年〕。纖維制品中水分子將從高濃度向低濃度分散，經(jīng)過垂直于濃度梯度?c/?x的平面，面積為A，分散系數(shù)D〔當濃度為1個單位時，單位時間經(jīng)過單位面積的氣體量〕，質量轉移速率dm/dt，可由費克〔1855年，德〕方程〔Fickequation〕：dm/dt=-DA?c/?xdm/dtc0cc=0t=0濃度為常數(shù)的無限源濃度c隨t的變化和質量轉移率有比例關系：dc/dt∝dm/dt∝(-dc/dx)∝[-(c-c0)]或，dc/(c-c0)=dt/τ其中：τ比例常數(shù)對上式積分，由初始條件t=0時，c=0，微分方程的解為：c=c0(1-e-t/τ)c=c0(1-e-t/τ)當t=τ時，c=c0(1-1/e)=0.63c0物理意義：當纖維中水濃度c由0-63%無限源濃度c0，所需時間t等于比例常數(shù)τ，τ可用來表示纖維吸濕快慢的目的。那么，求導：dc/dt=(c0/τ)e-t/τ當t=0，上式為：dc/dt=c0/τ上式闡明，τ也是時間參數(shù)，與吸濕初始速率〔質量轉移速率〕有關。假設水分以初始速率分散，整個平衡所需時間τ=M/(dm/dt)其中：M為吸濕平衡時所需水的質量。按照費克方程，τ=Ml/[D(c0-c1)A]其中，A為吸濕資料的水汽吸收外表積；吸濕速率與濃度梯度，吸濕量，分散系數(shù)，吸濕面積和空氣間隔間隔有關。l空氣調濕溶液吸濕資料c0c1初始濃度不變濃度二、影響纖維資料吸濕平衡速率的主要要素吸濕過程：吸濕開場，由于大氣較高的蒸汽壓力，水分子進入試樣使回潮率添加，同時放出熱量，溫度上升。同時，纖維的蒸汽壓力將添加，直到與大氣環(huán)境蒸汽壓力接近時，稱“瞬態(tài)平衡〞，此時如熱量不驅散，試樣將不再吸濕。當熱量散失后，試樣溫度降低，進一步吸濕，回潮率添加，但試樣中蒸汽壓力堅持接近大氣蒸汽壓力，直到纖維的溫度和蒸汽壓力和大氣條件一樣，就到達最終的吸濕平衡。平衡過程的速率取決于水分和熱量經(jīng)過纖維試樣的難易程度，與試樣大小、外形、包裝密度、纖維種類、溫度及回潮率大小有關。包裝尺寸和外形：越大，熱傳送間隔大，調濕越慢，調濕平衡時間∝〔體積/外表積〕2；包裝密度：回潮率變化一定時，吸收水分質量或放出熱量與密度正比，調濕平衡時間∝密度；資料種類：不同纖維吸濕性不同，到達平衡時吸收水分的質量和放出的熱量不同，對平衡速率有較大影響；回潮率：纖維在較低和較高的回潮率時，其水分子分散系數(shù)低，吸濕平衡較慢；溫度：高溫時熱量轉移或散失迅速，平衡較快；低溫時，平衡較慢；空氣流動：通風好，利于熱量散失，調濕平衡時間短；兩種提高伐濕平衡的速度的方式〔1〕將需調濕的試樣放在比平衡大氣條件更為潮濕的環(huán)境中預先吸濕平衡一段時間，然后再放至所需平衡的大氣條件中，進展第二次平衡。〔2〕將需調濕平衡的試樣放入密閉容器，并參與到達調濕平衡時，所需求的含水總量。上述兩種方法，將會比試樣直接進入所需平衡大氣中到達吸濕平衡的時間要短。第四節(jié)吸濕與纖維性能的關系一、對質量的影響吸濕后纖維質量添加，故質量或和質量有關的目的，如纖維或紗線的線密度，織物平方米質量，應采取公定回潮率時的質量。二、吸濕膨脹纖維吸濕后，體積添加，表現(xiàn)為橫向膨脹大，縱向膨脹小。直徑膨脹率SD=ΔD/D×100%；長度膨脹率SL=ΔL/L×100%；截面膨脹率SA=ΔA/A×100%；體積膨脹率SV=ΔV/V×100%；各膨脹率之間的關系(V=AL)SV=[(A+ΔA)(L+ΔL)-AL]/AL=ΔL/L+ΔA/A+(ΔA×ΔL)/AL=SL+SA+SA·SL直徑膨脹率和長度膨脹率可顯微鏡和測長儀丈量；體積膨脹率可經(jīng)過纖維枯燥和吸濕后密度及回潮率計算：假設1g枯燥纖維吸收水分m克，ρ0、ρs分別是枯燥和吸濕后密度，W為回潮率；體積V=1/ρ0V+ΔV=(1+m)/ρs=(1+W/100)/ρsSv=ΔV/V=(ρ0/ρs)(1+W/100)-1吸濕膨脹各向異性〔SL<SD〕的緣由：纖維大分子長鏈取向陳列，水分子進入無定形區(qū)，翻開大分子間氫鍵或范德華力，使長鏈分子間間隔添加，橫向加粗。而纖維長度方向，大分子不完全取向，且存在卷曲構象，水分子進入改動構象，使長度有一定添加，但膨脹率遠小于橫向膨脹率。如粘膠，SL約3.7%而SD約25%；蠶絲，SL約1.6%而SD約16.5%.三、對密度的影響纖維少量吸水，由于水分子進入大分子孔隙，體積變化不大，單位體積質量隨吸濕量添加而添加，導致密度添加。大多數(shù)纖維回潮率4%-6%時，密度最大。隨水分子充溢孔隙后，再吸濕呵斥纖維顯著膨脹，密度那么降低。四、對力學性能的影響絕大多數(shù)纖維，隨回潮率添加，強力下降，其中粘膠最明顯；但棉、麻等天然纖維素纖維，強力隨回潮率添加而添加。斷裂應變隨回潮率添加而增大。隨回潮率添加，纖維塑性變形添加，外表摩擦因數(shù)也添加。上述變化，都是由于水分子進入纖維后，改動了纖維分子間的結合形狀引起。五、對熱、光、電學性能的影響除吸濕放熱外，纖維吸濕后，比熱、導熱系數(shù)添加，保暖性大大降低；纖維資料具有電絕緣性，吸濕后由于水具有導電性，故電阻下降、介電常數(shù)上升，不同回潮率時，電阻差別很大；回潮率添加，纖維折射率下降，雙折射率也改動，如纖維吸濕膨脹，雙折射率減小，但又產(chǎn)生外形雙折射，使?jié)窭w維雙折射添加。第五節(jié)纖維的吸濕機理和實際一、纖維資料的吸濕機理(內因)1、親水基團的作用纖維大分子中，親水基團的多少和極性強弱對吸濕性有很大影響。較強的親水基團有：羥基〔-OH〕、酰胺基〔-CONH〕、氨基(-NH2)、羧基(-COOH)等，與水分子構成化學結合水〔直接吸收水〕，這類基團↑，吸濕↑。纖維素纖維〔棉8.5%、麻16.3%、粘膠13%〕，大分子中每個葡萄糖剩基含有3個羥基，故吸濕性↑；醋酯纖維中葡萄糖剩基上大部分羥基被乙?；〈?，而乙?；?COCH3〕對水的吸引力不強，故醋酯纖維吸濕性較粘膠低；蛋白質大分子主鏈含酰胺基，側鏈含羥基、氨基、羧基等，故羊毛(16%)、絲(11%)等吸濕性好；合纖中含親水基團不多，吸濕性均較低，維綸(5%)中纖維大分子上羥基經(jīng)過縮甲醛后，一部分被封鎖，故吸濕性減?。诲\綸(4.5%)大分子中酰胺基也具有一定吸濕性；腈綸(2%)大分子的氰基〔-CN〕極性較大，但親水性弱，故吸濕才干小；滌綸(0.4%)、丙綸(0)缺乏親水基團，故吸濕才干很低。2、纖維結晶度天然纖維素的XRD闡明，吸濕前后圖像并無變化，以為結晶區(qū)內，纖維大分子陳列嚴密有序，親水基團在分子間構成交鍵，水分子普通不能進入結晶區(qū)，纖維吸濕主要發(fā)生在大分子不規(guī)那么陳列的無定形區(qū)。纖維結晶度↓，吸濕才干↑，如棉絲光后，結晶度降低，吸濕性添加；棉和粘膠雖然化學組成均為纖維素纖維，但棉結晶度約70%，粘膠約30%，故粘膠吸濕性〔13%〕高于棉〔8.5%〕。同結晶度時，微晶體大小也對吸濕性產(chǎn)生影響，顆粒小，外表積大，晶體外表纖維大分子親水基團吸收水，吸濕性添加。粘膠皮、芯層晶粒尺寸不同，皮層相對晶粒小而分散均勻〔13%-14%〕，芯層〔11%-12%〕。纖維大分子取向度普通對吸濕性影響很小，但聚合度對吸濕性有一定影響。如大分子端基為親水性基團，聚合度低的纖維吸濕性較強，如粘膠。3、纖維的比外表積和內部孔隙比外表積：單位質量纖維具有的外表積。外表能：物質外表分子由于引力不平衡，使其較內部分子具有多余的能量。外表積越大，外表能也越大；外表張力：液、氣界面處，液體外表分子有外表收縮以降低外表能的傾向。外表吸附：固、氣界面處，外表能不能以減少外表來降低，但由吸附某種物質以降低外表能的傾向。纖維外表積越大，外表能越多，外表吸附才干越強，纖維外表吸附水分子的才干也越強，吸濕性越好。纖維內部大分子陳列越不規(guī)那么，孔隙越多，吸濕才干越強。〔1〕直接吸收水和間接吸收水直接吸收水：直接被大分子上親水基團吸附和起化學反響的水分子；間接吸收水：已被吸附的水分子，本身也具有極性，可吸附其他水分子，被吸附水分子上的水分子，稱為間接吸收水；結合力較弱，存在于纖維內部微小間隙成為微毛細水；高濕度時，間接吸收水可填充到纖維內部較大空隙成為大毛細水?！?〕毛細水在很高的RH時，液態(tài)水由于纖維外表張力作用，能堅持在毛細空隙內。按照Kelvin公式〔1871年，定量描畫純液體飽和蒸汽壓和與半徑的關系，界面化學重要公式〕：ln(RH/100)=-2σM/(ρRTa)RH相對濕度；σ外表張力；M水的相對分子量；ρ水的密度；R氣體常數(shù)；T絕對溫度；a毛細管中水面曲率半徑。當20℃時，毛細管臨界曲率半徑ac=0.47/(2-lgRH)(nm)上式闡明，當RH↑，液態(tài)水可堅持在較大直徑的毛細管〔纖維孔隙〕中，使回潮率↑；當a＞ac，液面平坦，水分易蒸發(fā)；a＜ac，水分子被堅持在毛細管，不易蒸發(fā)。4、纖維中伴生物和雜質伴生物和雜質對吸濕產(chǎn)生影響。如棉含有比纖維更易吸水的氮物質、果膠、也含有不易吸水的脂肪、棉蠟；因此脫脂程度越高，吸濕性越好。麻纖維的果膠和絲纖維的絲膠有利于吸濕；羊毛外表油脂是拒水物質；合纖中外表油劑通常親水性外表活性劑，可提高吸濕性；天然纖維中含雜質多少也對回潮率有一定影響。二、環(huán)境對纖維吸濕性的影響〔外因〕前面的分析基于纖維吸濕性本質的內因，實踐空氣環(huán)境條件、吸濕、放濕過程以及平衡時間長短等外因，也影響纖維吸濕性。1、RH的影響溫度T一定時，RH↑，空氣中水汽分壓力↑，單位體積空氣中水分子數(shù)量↑，纖維吸濕幾率↑，平衡回潮率隨RH添加，呈反“S〞形添加。2、T的影響溫度T對纖維平衡回潮率的影響較RH小，總趨勢：T↑，平衡回潮率↓。RH一樣時，T低時，水分子活動能量小，與纖維親水基團結合后，不易分別。T高時，水分子活動能量大，纖維大分子熱振動能也大，同時存在于纖維內部空隙的液態(tài)水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽壓上升，使得水分子容易從纖維內部逃逸。通常，RH一定時，平衡回潮率隨T↑而↓，平衡回潮率隨溫度變化的曲線稱為纖維的吸濕等濕線。RH%平衡回潮率%020406080100241812650℃70℃90℃110℃溫度對棉纖維平衡回潮率的影響隨溫度添加平衡回潮率降低，但高溫高濕條件下，由于纖維熱膨脹等緣由，平衡回潮率略有添加。平衡回潮率%溫度℃05101520253035151311975吸濕-等濕線〔棉〕RH=100%RH=90%RH=80%RH=70%RH=60%RH=50%RH=40%平衡回潮率%溫度℃01020304030252015105吸濕-等濕線〔羊毛〕RH=100%RH=90%RH=75%RH=60%RH=45%RH=30%RH=15%3、空氣流速的影響空氣流速快，有助于纖維外表被吸附的水分子蒸發(fā)，纖維平衡回潮率有所降低。4、應力的影響纖維的吸濕膨脹闡明應力的作用影響纖維的回潮率。當拉應力作用于長絲纖維時，平衡回潮率有所添加。相反，纖維遭到橫向壓應力時，其回潮率將會降低。例如，RH=75.5%，T=25℃，無定形纖維素纖維應力5.7MPa，10.2MPa，13.6MPa時，回潮率分別添加0.2%，0.4%，0.6%；定向纖維素纖維應力10.2MPa，17.7MPa，35.6MPa，回潮率分別添加0.1%，0.4%，1.1%.Nickerson對加捻的棉紗線的測定結果闡明，當拉應力到達60%斷裂強力時，回潮率由8.78%降低至8.19%。三、吸濕實際目的：建立吸濕等溫線〔RH%和纖維平衡回潮率〕的數(shù)學定量表達式。1、皮爾斯〔Peirce〕實際(direct&indirectabsorptionwater)根據(jù)吸濕后纖維模量(modulus)呈指數(shù)關系下降，提出纖維吸收水分子為兩類：直接吸收水〔纖維大分子上親水基團和水分子經(jīng)過氫鍵結合〕、間接吸收水〔吸附在直接吸收水上〕。后者對纖維的物理機械性質影響不大，結合力較小，對纖維水分的蒸發(fā)起主要作用。氫鍵〔hydrogenbond〕：鍵能(25-40kJ/mol)比化學鍵(共價鍵、離子鍵)小，又比通常的分子間作用力大的一種特殊的分子間作用力，可用X－H···Y表示，X和Y代表F，O，N等電負性大而原子半徑較小的非金屬原子。X和Y可以是兩種一樣〔或不同〕的元素。氫鍵可分為同種分子間〔如H2O〕、不同分子間(如H2O，NH3導致氨氣在水中驚人的溶解度1:700)、分子內氫鍵(如苯環(huán)上相鄰兩個-OH)。假設設C為總吸著位置上水分子的比數(shù)，其中Ca、Cb分別為總吸著位置上直接、間接吸著水分子的比數(shù)，那么：C=Ca+Cb當C添加dC時，其中直接吸著水的增量dCa與未被直接吸著水分子的位置數(shù)成正比〔q為比例常數(shù)〕，即：dCa/dC=q(1-Ca)上式積分，ln(1-Ca)=-qC；即，Ca=1-e-qC假設q=1，Ca=1-e-CCb=C-Ca=C-1+e-qC由回潮率定義：r=吸收水的質量/吸水后纖維的質量×100%=(Mw·C)/(k·M0)×100%Mw水分子相對質量=18；M0每一吸著位置相應的纖維質量=1/3葡萄糖剩基質量=54；k=纖維分子質量/纖維分子在無定形區(qū)的質量；這里，k表示只需無定形區(qū)才干吸收水分子，使纖維回潮率相應降低。故：C=3k·r/100按照皮爾斯兩相實際，不同RH時，棉纖維吸收水的兩個組成部分：實踐吸濕等溫線C，由兩部分Ca、Cb組成，分別代表總吸著位置上直接吸收水和間接吸著水分子的比數(shù)。由右圖可見，隨RH添加，開場階段直接吸收水Ca添加快，并逐漸趨于平穩(wěn)；Cb在RH很大時，才有較大添加，代表膨脹及毛細水。020406080100RH(%)2.01.61.20.80.422.2517.8013.358.904.45CCaCb回潮率(%)吸著水分子數(shù)/吸著位置數(shù)皮爾斯假設，水的蒸發(fā)主要和間接吸收水有關，且有RH=p/p0∝Cb其中，相對濕度RH，即水蒸汽壓p與飽和水蒸汽壓p0之比，正比于間接吸著水分子的比數(shù)Cb。隨RH添加，Cb添加。當p/p0添加dp/p0時，Cb應添加dCb〔間接吸著水的增量〕，只能吸附于尚未有間接水分子的位置的部分，即〔1-p/p0〕才干添加蒸發(fā)的有效面積，此外，由于間接吸著水的封堵，并非一切尚未有間接水分子的位置，都是有效的，故：dp/p0=β·〔1-p/p0〕·dCb或dp/(1-p/p0)=β·p0·dCb其中，β為修正位置〔1-p/p0〕的常數(shù)。上式積分可得到，p/p0=1-e-βCb此即為RH和吸濕關系方程，皮爾斯進一步以為，沒有間接吸收水的直接吸著水也能夠有部分被蒸發(fā)，這部分位置應等于〔1-p/p0〕，其吸收水為Ca〔1-p/p0〕=Ca·e-βCb，那么有，p/p0=1-e-βCb+KCa·e-βCb即，1-p/p0=〔1-KCa〕·e-βCb其中，K為常數(shù)，將Ca=1-e-qC，q=1，C=3kr/100，Cb=C-Ca，帶入得到1-p/p0=〔1-K〔1-e-3kr/100〕〕·e-β〔3kr/100-1+e-3kr/100〕2.海伍德〔Hailwood〕和霍洛賓〔Horrobin〕實際假設，一部分水分子與纖維結合〔類似皮爾斯實際直接吸著水〕，其他水分子溶解于纖維，與纖維混合在一同，以為吸濕后的纖維是三元混合體固體相混合物〔溶解于水〔H2O溶解〕、與水結合的纖維〔F·H2O〕、未與水結合的纖維〔F〕〕。上述固體相混合物，存在三者平衡態(tài)：F·H2OF+H2O溶解平衡時，各物質濃度關系：[F·H2O]=K1[H2O溶解][F]其中，K1為平衡常數(shù)。同時，溶解水和水蒸氣存在一定平衡態(tài)：H2O溶解H2O蒸汽濃度關系：[H2O溶解]=K2[H2O蒸汽]相對濕度RH可以用水蒸氣濃度表示，即RH/100=[H2O蒸汽]故，[H2O溶解]=K·RH其中，K=K2/100理想的固態(tài)中，成分濃度比=摩爾比，故：[H2O溶解]=nw/(nw+n0+n1)[F]=n0/(nw+n0+n1)[F·H2O]=n1/(nw+n0+n1)其中，nw表示纖維中溶解水的分子數(shù)；n0、n1分別表示未與水分子結合、與水分子結合的纖維分子數(shù)。那么，nw=(n0+n1)·K·RH/(1-K·RH)n1=n0[F·H2O]/[F]=KK1·RH纖維吸收的總水分=nw+n1，纖維分子總數(shù)=n0+n1，故纖維回潮率r為：r=(nw+n1)·18/[(n0+n1)·M]×100%18為水相對分子質量；M為纖維單元〔每個親水基團〕相對分子質量。上式可分別表示為：Mr/1800=nw/(n0+n1)+n1/(n0+n1)=K·RH/(1-K·RH)+KK1·RH/(1+KK1·RH)3.其他纖維吸濕實際斯畢克曼〔Speakman〕提出三相實際：第一相：與角蛋白質側鏈親水基團嚴密結合的水分子；第二相：吸著與主鏈上親水基團的結合水分子；第三相：高濕態(tài)條件下附著于纖維的結合力較低的間接水或毛細水。布魯耐爾、埃米特、泰勒等在蘭繆爾單層吸附實際根底上，提出多層吸附實際，用B.E.T方程描畫反S形纖維吸濕等溫線。巴勒以為水分子和纖維大分子混合在一同成理想的固溶體，利用統(tǒng)計熱力學推導出吸濕溶解實際。但根據(jù)該實際做出的吸濕等溫線呈現(xiàn)凹向回潮率軸，并非反S形，而單分子吸附實際是凸向回潮率軸，故B.E.T多層吸附實際，能較好地符合纖維實踐的吸濕等溫線。四、親水性合成纖維1、合纖親水化原理：具有類似天然纖維的親水構造：〔1〕纖維構造中引進各種親水基團，建立氫鍵與水分子締合；〔2〕使纖維出現(xiàn)孔隙、微孔、裂痕，添加比外表積，經(jīng)過外表能及毛細管效應吸附水分。2、合纖親水化方法〔1〕化學改性A.纖維大分子構造的親水化經(jīng)過聚合或共聚，在大分子構造中引入大量親水基團，如腈綸纖維共聚〔以丙烯腈〔約85%〕、丙烯酸甲酯和甲基丙烯磺酸鈉為單體，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，異丙醇為鏈轉移劑，經(jīng)自在基型三元共聚反響而制得的三元共聚物〕時引進丙烯酸、乙烯基吡啶和二羰基吡咯化合物等親水性單體，或者用化學處置，使纖維中部分氰基轉化為酰胺基或羧基的方法，均可得到吸濕性較好的腈綸；對于錦綸，在大分子構造中，減少亞甲基(-CH2)的數(shù)量，可大大提高吸濕性；此外，經(jīng)過共聚，改動大分子構造的規(guī)整性，降低結晶度以添加酰胺基團來提高纖維親水性；B.與親水物質接枝共聚丙烯