新疆长绒棉吸湿性能研究

师丽影,李惠军

(新疆大学纺织与服装学院,新疆乌鲁木齐830046)

新疆长绒棉吸湿性能研究

师丽影,李惠军

(新疆大学纺织与服装学院,新疆乌鲁木齐830046)

分析了新疆长绒棉的吸湿性能,测试长绒棉纤维的吸湿和放湿性能,绘制出吸湿和放湿曲线,得出吸湿和放湿速率回归方程,揭示了新疆长绒棉吸湿和放湿规律。

长绒棉;吸湿曲线;放湿曲线;吸湿速率;放湿速率

长绒棉纤维作为天然原料,又具有特殊的纤维形态,使其有良好的吸湿性能,吸湿性能影响纤维加工以及服装的舒适性能[2-5],因此长绒棉纤维一直深受人们喜爱。一般用标准温湿度下的平衡回潮率来表示棉纤维吸湿、放湿的动态平衡过程。为探究新疆长绒棉纤维的吸湿性能,对新疆长绒棉、细绒棉纤维的吸放湿性能进行了测试研究。

1 实验部分

1.1 实验试样及仪器

实验试样采用新疆长绒棉、新疆细绒棉。

实验仪器主要有:Y802型八栏恒温烘箱、电子天平(0.000 1 g)、密封称量盒、干燥器等。

1.2 实验

在标准大气压条件下对纤维进行吸湿和放湿性能探究,根据国标GB/T 9995-1997 《纺织材料含水率和回潮率的测定》,采用烘箱干燥测试方法对纤维吸湿性能进行测试,并绘制吸湿和放湿曲线。

(1)吸湿实验 将试样分别称取30 g,在温度为(20±2)℃、相对湿度(65±5)%的恒温恒湿的室内平衡12 h,再将试样在(105±3)℃烘箱内预烘90 min至恒重,然后称取纤维的初始重量。将纤维放置在干燥容器中,尽量使纤维保持一定的蓬松状态进行吸湿过程,再称量,每隔10 min记录一次纤维重量,直到纤维在标准状态下达到吸湿平衡。然后将试样在标准状态下烘干,再称取干燥时纤维重量,计算回潮率。

(2)放湿实验 称取30 g纤维放入底部盛有水的干燥容器内,密封并抽去真空,使样品相对湿度保持在100%的环境中,并将其放置48 h,使试样充分吸湿,从而达到吸湿平衡。然后测试试样在标准状态下放湿过程中重量的变化,方法同上,计算回潮率。

式中:W为纤维的吸湿率(%);G为纤维的湿重(g);G0为纤维的干重(g)。

2 结果和分析

2.1 长绒棉纤维的吸湿、放湿曲线

根据实验结果,绘出长绒棉纤维的吸湿曲线见图1,放湿曲线见图2,如图可知:在初始阶段,长绒棉纤维的吸湿、放湿速率均较快,但是随着时间变化,回潮率变化逐渐变得缓慢,最后达到吸放湿平衡。此时,长绒棉纤维的吸湿回潮率和放湿回潮率分别为7%和9%。

图1 长绒棉纤维吸湿曲线

2.2 长绒棉纤维吸、放湿回归方程

根据菲克方程,推导出长绒棉纤维在吸湿、放湿过程中,回潮率与时间关系的理论曲线为指数函数,将回归方程通式表示为:

图2 长绒棉纤维放湿曲线

式中:W吸为吸湿回潮率(%)、W放为放湿回潮率(%);t为时间(min);a、b、c均为常数。

利用Origin分析软件,将实验数据进行曲线的拟合,得到长绒棉纤维的回潮率和时间的回归方程如下:

同样的方法测得细绒棉纤维吸放湿过程回潮率回归方程为:

2.3 细绒棉吸、放湿速率回归曲线

纤维的吸湿速率通常是用吸湿时间常数来表示。事实上,纤维在整个吸湿过程中,吸、放湿速率是不断变化的,纤维的吸湿,可以归纳为假设纤维从干燥状态开始,以不变的吸湿速率进行吸湿,到达平衡回潮率所需要的时间。放湿速率和吸湿速率的过程相反,意义相同。为掌握纤维的吸湿规律,有必要对长绒棉纤维的吸、放湿速率过程建立其对应的回归曲线,以便对吸、放湿过程进行深入的研究。

棉纤维吸、放湿速率的定义为在标准状态下,单位质量的纤维材料瞬间(可以视为一个时间点)吸收(或放出)水分的量,可表示为

结合式(2)可得,纤维吸、放湿速率回归方程通式为:

式中:V吸为吸湿速率(%);V放为放湿速率(%);b、c均为常数。

从而可得棉纤维的吸、放湿回归方程:

图3 纤维吸湿速率回归曲线图

图4 纤维放湿速率回归曲线图

根据长绒棉纤维和细绒棉纤维的吸放湿速率回归方程分别绘制出吸放湿速率回归曲线,如图3、图4所示。长绒棉纤维和细绒棉纤维的初始吸放湿速率较为接近,在整个过程中吸放湿速率逐渐变化,起初吸放湿时,长绒棉纤维的吸放湿速率最大,随着时间的延长,长绒棉纤维和细绒棉纤维的吸放湿速率呈指数函数逐渐降低,最终纤维达到吸放湿平衡并趋于零。

长绒棉纤维和细绒棉纤维的吸放湿速率呈指数函数逐渐降低,与其内在结构有关。纤维素纤维吸收水分以两种形式存在于纤维中,一种是进入纤维素无定形区与纤维素分子的羟基形成氢键结合成水分子;另一种是游离水,当纤维吸湿达到纤维饱和点后,水分子继续进入纤维各个空隙中,形成多层吸收水或者毛细管水,从而水分子进入纤维的无定形区。由于长绒棉纤维具有比较大的比表面积,表面能高,致使纤维的吸湿能力强,从而长绒棉纤维和细绒棉纤维的吸放湿速率比较大。

3 结论

(1)长绒棉纤维具有较好的吸放湿性能,随着吸湿和放湿时间的延长,长绒棉纤维和细绒棉纤维吸放湿速率减小,其中长绒棉纤维吸湿回潮率和放湿回潮率均高于细绒棉纤维,长绒棉纤维吸放湿速率减小的速度快于细绒棉纤维。

(2)长绒棉纤维起初吸放湿速率较快,在短时间内水分的转移量较高,可以较好的吸收人体排出的水分。

(3)通过试验测试分析,得出了长绒棉纤维吸放湿的回归方程。

[1]侯海燕.高吸湿纤维[J].中国纤检,2011,(3):71.

[2]姚 穆,周锦芳,黄淑珍,等.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2000.

[3]万于芹,吴丽莉,俞建勇.竹纤维吸湿性能研究[J].纺织学报,2004,25(3):14-16.

[4]王建刚,倪海燕,袁小红,等.莲纤维的吸湿性能[J].纺织学报,2009,30(9):9-14.

[5]陈 莉,黄 故,刘中君.彩色棉纤维吸湿性能研究[J].棉纺织技术,2005,33(11):29-31.

[6]李汝勤,王 越.纺织材料吸湿速率测试研究[J].纺织学报,1991,12(6):35-39.

Study on the Moisture Absorption Performance of Xinjiang Long-staple Cotton

SHI Li-ying,LI Hui-jun
(Institute of Textiles and Clothing,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

The moisture absorption performance of xinjiang long-staple cotton was analyzed.The absorption and desorption performance of long-staple cotton fiber were tested,and the moisture absorption and desorption curve were drawn.The regression equation and laws of the absorption and desorption rate were proposed.

long-staple cotton;moisture absorption curve;desorption curve;moisture absorption rate;desorption rate

TS102.2

:A

:1673-0356(2015)03-0022-02

2015-03-12

师丽影(1987-),女,硕士研究生,研究方向为纺织工艺设备与计算机应用,E-mail:250057627@qq.com。