一、影响纺织纤维回潮率的内在因素
(一)亲水基团的作用纤维大分子中,亲水基团的多少和亲水基极性的强弱均能影响其吸湿能力的大小。如羟基(-OH)、酰胺基(-CONH)、胺基(-NH2)、羧基(-COOH)等都是较强的亲水基团,它们与水分了的亲和力很大,能与水分子形成化学结合水(或称吸收水)。这类基团越多,纤维的吸湿能力越高。
图1酰胺基化学式
纤维素纤维,如棉、粘胶纤维、铜氨纤维等,大分子中的每一个葡萄糖剩基含有3个羟基,所以吸湿性较大。醋酯纤维中大部分羟基都被乙酰基取代,而乙酰基(-COCH3)对水的吸引力又不强,因此醋酯纤维的吸湿性较低。蛋白质纤维的主链上含有亲水性的酰胺基(-CONH),侧链中含有羟基(-OH)、胺基(-NH2)、羧基(-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,所以吸湿性都较差,维纶大分子中含有羧基(-COOH),但经缩醛化后一部分羟基被封闭,所以吸湿性减小,但在合成纤维中其吸湿能力还算好;锦纶6、锦纶66的大分子中,每6个碳原子上含有一个酰胺基(-CONH),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基团氰基(-CN),故吸湿能力小;涤纶、丙纶中缺少亲水性基团,故吸湿能力极差,尤其是丙纶基本不吸湿。(二)纤维的结晶度纤维分于在结晶区中能够紧密地集聚而成有规则的排列图像,这时由于活性基在分子间形成了交键,如氢键、盐式键、双硫键等,因此水分子就不易渗入,若要产生吸湿作用就须打开这些交键,显然这是困难的,因而纤维的吸湿作用主要产生在无定形区。纤维分子结构中,无定形区所占的百分比和吸湿性能有着密切的关系。纤维的结晶度越低,吸湿能力就越强。例如棉和粘胶纤维,虽然它们的每一个葡萄糖剩基上都有3个羟基,但由于棉纤维的结晶度为70%左右,而粘胶纤维仅30%左右,所以粘胶纤维的吸湿能力比棉纤维高得多。(三)纤维的比表面积和内部空隙单位的纤维所具有的表面积,称为比表面积。纤维表面分子由于引力的不平衡使它比内层分子具有多余的能力,称为表面能。表面能有尽量使液体表面收缩以求降低的趋向,这就是表面张力。纤维是固体,空气中的水蒸气是气体,在固-气界面上,其表面能不能使它的表面缩小,而仅产生吸附一定水蒸气的表面吸附能力。
图2粘胶纤维的横截面图
纤维的比表面越大,表面能也越多,表面吸附能力越强,纤维表面吸附的水分子数也越多,表现为吸湿性越好。所以细纤维较粗纤维的回潮率偏大些。纤维内的孔隙越多越大,水分子越容易进入,毛细管凝结水可增加,使纤维吸湿能力越强。粘胶纤维结构比棉纤维疏松,粘胶纤维的吸湿能力高于棉纤维;合成纤维结构一般比较致密;而天然纤维组织中有微隙,天然纤维的吸湿能力远大于合成纤维。(四)纤维内的伴生物和杂质纤维的各种伴生物杂质对吸湿能力有影响。例如棉纤维中含有氮物质、果胶质、棉蜡、脂肪等,其中氮物质、果胶胶质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。羊毛表面油脂是拒水性物质,它的存在使吸湿能力减弱。麻纤维的果胶和蚕丝中的丝胶有利于吸湿。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。纤维经过染色、上油或其他化学处理,都会使吸湿量发生一定的变化。此外。天然纤维在采集和初步加工过程中,总会留有一定数量的杂质,这些杂质往往具有较高的吸湿能力。因此,纤维中含杂多少的因素,对回潮率也有一定的影响。
二、影响纺织纤维回潮率的外界因素
(一)相对湿度的影响在一定温度条件下,相对湿度越高,空气中水气分压力越大,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,纤维的吸湿也就越多。在一定温度条件下,纤维回潮率与空气相对湿度关系的示意曲线如图3所示。吸收水分在起始阶段随着相对湿度的提高迅速增加,而后趋于不再增加;而毛细管凝结水在起始阶段增加缓慢,到相对湿度较高则迅速增加,因此纤维回潮率随着相对湿度的提高而增加的曲线呈反S形。合成纤维由于大分子上缺乏亲水基团,结构又较紧密,因此吸湿性差,吸湿等温线反S形不明显。图3纤维回潮率和相对湿度关系的示意曲线(二)温度的影响在温度和相对湿度这两个影响因素中,对亲水性纤维来说,相对湿度对回潮率的影响是主要的。而对疏水性的合成纤维来说,温度对回潮率的影响也很明显。在相对湿度相同的条件下,空气温度低时,水分子活动能量小。一旦水分子与纤维亲水基团结合后就不易再分离。空气温度高时,水分子活动能量大,纤维分子的热振动能也随之增大,会削弱水分子与纤维大分子中亲水基团的结合力,使水分子易于从纤维内逸出。同时,存在于纤维内部空隙中的液态水蒸发的蒸气压也随之上升。因此,在一般情况下,随着空气和纤维材料温度的提高,纤维的平衡回潮率会下降。图4、图5、图6和图7分别为棉纤维、毛纤维、粘胶纤维和锦纶66在不同温度时的吸湿等温线。图4温度对棉纤维吸湿等温线的影响图5温度对毛纤维吸湿等温线的影响
图6温度对粘胶纤维吸湿等温线的影响图7温度对锦纶66吸湿等温线的影响
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