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通常将纤维材料从气态环境中吸着水分的能力称为吸湿性。
尽管有小尺度液态水的吸着，但不同于液相浸润。水分子及微粒水 (<1μm)为非显见水汽，其吸附是一动态过程，即纤维吸收水汽与放出水汽同步。若以前者为主即为吸湿过程；若以后者为主则为放湿过程，最终均趋向平衡。
这一动态过程一般简称为“吸湿”。
纤维的吸湿会影响其形态、结构和性质。
因此，本章对纤维的吸湿现象、作用机理、影响因素、表征方法，以及纤维吸湿后的性状变化作基本介绍。
纤维的吸湿及吸湿机理
吸湿与吸湿指标
吸湿等温、等压、等湿线
吸湿机理与理论
吸湿滞后性
影响纤维吸湿的因素
吸湿性的测量
直接测量法
间接测试法
吸湿对纤维性质的影响
对纤维重量和密度的影响 吸湿后纤维体积膨胀
对纤维力学性质的影响 对电学性能的影响对热学性能的影响 对光学性能的影响
第一节 纤维的吸湿及吸湿机理
一、纤维的吸湿与吸湿指标
从微观上看，吸湿是水汽在纤维表面滞留吸附；在纤维内运动与滞留吸附。吸附有水分子在纤维分子极性基团上的吸附；也有多个水分子在纤维表面和孔隙中的吸附，甚至大量凝结成的液态水，即毛细水。这些统称为吸附水或吸着水。
1. 回潮率与含水率
纺织材料中的水分含量, 即吸湿量, 通常用回潮率W或含水率M表达。即：
（4-1）
（4-2）
W G - G 0
100％
G
G0
M G G0
100％
式中，G和G0分别为被测样的湿重和干重(g)。纺织材料一般采用回潮率来表示吸湿量。
两者间的关系为：
(4-3)
2. 标准平衡回潮率
纤维及其制品的实际回潮率随环境温湿度而变，湿度以大气环境中相对湿度RH表示:
(4-4)
式中，p、 pS分别实际水汽压和饱和水汽压；pS与温度T成指数变化，有多种算式，Goff-Grattch 饱和水汽压公式为世界公认最准确的公式。
M
W
1 M 1 W
W 或 M
RH ( p / ps) 100%
各种纤维材料的吸湿量，只有在同一条件下测得的回潮率才具有可比性。而放在标准大气条件下，静置并经“吸湿过程”达吸湿平衡态时所测得的回潮率称为标准平衡回潮率。
而大气标准条件在国际上是一致的，仅允许误差，各国略有出入。我国的“纺织材料试验标准温湿度条件规定”如表4-1。实际工作中可根据试验要求及相关方同意的情况下，选择不同的标准类别。
表4-1 标准温湿度及允许误差
类别 标准温度(℃) 标准相对湿度(%)
标准大气 20.0±2.0 65.0±4.0
特定标准大气 23.0±2.0 50.0±4.0
热带标准大气 27.0±2.0 65.0±4.0
3. 公定回潮率
公定 潮率是业内公认的 潮率。原来是为了贸易交换中的公允和成本核算，因为水分不是纤维。其原来的依据是，纤维在常规条件下的正常带水量。该值与纤维标准平衡 潮率十分接近，故以后出现的纤维，公定
潮率一般参考标准平衡 潮率设定。
我国采纳的常见纺织纤维及其制品的公定 潮率如表4-2所示。
由于纤维的实际质量Ga受其吸湿量的影响，故必须折算成公定 潮率时的质量Gk，称为公定质量，简称“公量”。Gk计算如下:
（4-5）
式中，Wk 和Wa 分别为纤维样的公定 潮率和实际 潮率。
k
a
Wa
G G
G0 (1 Wk )
a 1 W
1 W
k
多种纤维混合时的公定
潮率, 可按各自的“干重”混合比bi的加权平均
计算得到。设混合纤维的各自公定 潮率为Wi，则混合后的公定 潮率Wk的通式为：
（4-6）
n n
Wk =
i 1 i i i 1 i
b W , b 1

式中，n为混合纤维种数， bi为干重混合比。
表4-2 几种常见纤维及其制品的公定 潮率
纤维种类 公定 潮率 (%) 纤维种类 公定 潮率 (%) 纤维种类 公定 潮率(%)
棉纤维 8.5 柞蚕丝 11.0 铜氨纤维 13.0
棉纱线 8.5 亚麻 12.0 聚酯纤维（涤纶） 0.4
棉织物 8.0 苎麻 12.0 聚酰胺纤维（锦纶） 4.5
洗净毛 同质 16.0 剑麻 12.0 聚丙烯腈纤维（腈纶） 2.0
异质 15.0 黄麻 14.0 聚乙烯醇纤维（维纶） 5.0
毛条 干梳 18.25 罗布麻 12.0 含氯纤维（氯纶、偏氯纶） 0.0
油梳 19.0 大麻（汉麻） 12.0 聚丙烯纤维（丙纶） 0.0
精梳落毛 16.0 醋酯纤维 7.0
山羊绒 15.0 粘胶纤维 13.0 三醋酯纤维 3.5
兔毛 15.0 莫代尔纤维 11.0
桑蚕丝 11.0 莱赛尔纤维 10.0 玻璃纤维 0.0
4. 平衡回潮率
相对湿度 /%
放湿平衡回潮率 Wde
初始回潮 W
0
时间/h
0
时间/h
吸湿平衡回潮率 Wae
0
相对湿度/%
图4-1
纤维吸湿量-时间曲线
平衡 潮率是指纤维材料在一定大气条件下，吸、放湿作用达到平衡稳态时的 潮率。
其受平衡时间的影响（见图4-1）, 有吸湿
Wae和放湿Wde平衡 潮率。
Wae为纤维吸湿达到
相对平衡态时的 潮率
Wde为纤维放湿达到
相对平衡态时的 潮率
不同堆砌密度的纤维体，吸、放湿平衡的时间不同。
单纤维细而比表面积大，平衡在几秒至几十秒内完成；
松散的纤维团，因内部纤维水份的梯度扩散，需几分钟至几十分钟达到平衡；
纱线和织物，因为加捻和织编的紧密化结构，一般需几十分钟至几小时达到平衡态；
而对棉包和毛包，因其表面有包装布，内部紧密压缩堆砌，且体积庞大，一般需一年至几年才能达到平衡。
二、吸湿的等温与等湿线
在定温度和定气压条件下，纤维材料因吸、放湿达到的平衡 潮率与相对湿度的关系曲线，称吸、放湿等温等压线(We-RH曲线)，简称“等温线”。
在定相对湿度和定气压条件下，纤维材料因吸、放湿达到的平衡 潮率与温度的关系曲线，称吸、放湿等湿等压线(We-T曲线)，简称“等湿线”。
而在温湿度基本不变时，纤维材料因吸湿达到的平衡 潮率与气压的关系曲线，称吸湿等温等湿线(We-p曲线)，简称“变压线”。
图4-2为常见纺织纤维的吸湿等温等压线。其中羊毛和粘胶纤维的吸湿能力最强，蚕丝、棉次之；合成纤维的吸湿能力都比较弱，只是维 纶、锦纶的吸湿能力稍强，腈纶差些，涤纶更差，丙纶和氯纶则几乎不吸湿。
图4-2 常见纤维的吸湿等温等压线
虽然不同纤维的吸湿等温线高低不一，但都呈反S形。这说明其间吸湿机理的一致。We-RH 曲线表明：
在RH较小时， 潮率We增加率较大，这是因为纤维中的极性基团直接吸收水的速率较大;
当RH=15%~70% 时，纤维的W增率较小，这是由于纤维中能吸附水分子的通道和位置被逐渐占满,而水汽压又不足以拓展位置与空间，故水分子进入速度减慢；
当RH＞70%时，水汽压足以促成水的凝结吸附，并能膨胀纤维,开辟新的空间，故We的增率又变大。
吸湿等温线依赖于设定的温度和气压，故一般都在标准温度和气压下测得。若温度稍高或稍低，即使同一纤维，We-RH 线亦显著不同。
以羊毛和棉纤维为例，图4-3吸湿等湿等压线(We-T曲线)就可看出，两者
在φ =RH＜80%时，We-T均为单调下降曲线；而在的φ ≥90%时，We-T线均出现在T＞30℃段的反弹。其原因在于：低RH时，温度使水分子的热运动加剧，不易吸附，而We-T呈非单调变化。
图4-3 羊毛和棉的吸湿等湿等压线
已有结果表明，纤维的平衡 潮率与气压关系(We-p曲线)为近似正比线性关系，We∝p，因为低气压水份易蒸发。但气压引起的平衡 潮率变化相对很小，以棉为例，在53.3~101.3kPa（400~760mmHg）的大气压下,仅有小于0.5%的 潮率值的变化。
三、吸湿机理与理论
近百年来，许多研究者从不同角度对纤维吸湿的机理，提出了不同的解释和吸湿理论。所谓吸湿机理，是指水与纤维的相互作用及吸附与脱附过程。由于纤维结构和组成的不同，且吸湿过程和作用复杂，故已有理论的适用范围有限。
其中有 Peirce 的棉纤维二相吸湿理论，其认为，纤维吸湿包括直接吸收水和间接吸收水, 其模型如图4-4。直接水是由纤维大分子的亲水基团通过氢键键合的水分子，其将间断纤维大分子间的作用，而影响纤维的物理性能。间接水是吸附在直接水上的水分子，其通过范德华力吸附,随间接水分子的接续个数的增加，而趋向液态水，并膨胀无序区、解体弱小有序区，而影响纤维的形态和物理机械性质。
4-4 直接吸水与间接吸水原理图
设C为总的吸收水分子数；Ca为直接吸收水分子数；Cb为间接吸收水分子数，则
（4-7）
（4-8）
（4-9）
式中， q为吸附占位比常数，通常取1。
C、Ca、Cb 与相对湿度之间的关系如图4-5 所示。显然，起始或低相对湿度吸湿以直接吸水Ca为主，而在高湿吸水主要为间接吸水Cb 。直接吸水取决于纤维中的极性基团；间接吸水取决于相对湿度和纤维的表 面、空隙及无序区大小。
C Ca Cb
Ca 1 e qc
Cb C 1 e qc
图4-5 相对湿度对吸收水分子数的影响
Speakman的羊毛三相吸湿理论（图4-6）认为羊毛的吸湿按其部位,
分为三相。
一相水分子是与角朊大分子侧链中的亲水基团相结合的水，对羊毛的模量无影响，如图4-6中曲线a，与Peirce的直接吸水相同。
二相水分子被吸着在主链的各极性基团上，并取代分子链段间的相互作用，由此影响纤维的模量，如图4-6中曲线b；其介于直接和间接水之间。
三相水分子是填充在纤维空隙和分子间的汽、液态水，发生在高湿时，与棉纤维的间接吸收水类似，如图4-6中曲线c。总的吸收水（即
潮率）曲线为T。
其它纤维的吸湿，对于高吸湿纤维的材料，可以参考 Peirce 的二相理论；对于低吸湿性或主要依靠表面和凝结液态水吸附的纤维，可运用间接吸水的概念作理论估计和解释。
图4-6 相对湿度对三相吸湿
潮率的影响
回潮率/%
Wde
Wae
vd1
va1
vd2
va2
放湿
吸湿
vd2> va2
滞后值 δe
实际滞后值 δ
t
图4-7 纤维吸湿、放湿的
潮率-时间曲线
当把高 潮率和低 潮率的同一纤维材料放在同一个大气条件下时，起始
潮率高的纤维，将通过放湿过程达到其平衡 潮率；而低
潮率的纤维，将通过吸湿过程达到其平衡 潮率，结果如图4-7所示。
vd1< va1
其中，放湿曲线的 潮率为Wde，其起始段速度υd1较慢，速度变化相对缓慢；吸湿曲线的平衡 潮率Wae，其起始段速度υa1较快，且速度变化相对较快，并较早地衡 潮率。因此有υd1 <υa1和υd2 >υa2，且Wde恒大于Wae；实际滞后值δ恒大于最终平衡的滞后值δe，即：
（4-10）
在标准大气条件下，纤维吸湿滞后值：蚕丝为1.2%；羊毛为2.0%；粘胶纤维为1.8%~2.0%；棉为0.9%；锦纶为0.25%。
图4-8所示，在相同大气条件下，放湿的平衡 潮率－相对湿度(Wde- RH)曲线(←)与吸湿的平衡 潮率－相对湿度(Wae-RH)曲线(→)，其间始终不会重合、更不会交叉；即便是从 “Wae-RH” 的任一点即 “a 0 的放湿平衡曲线”或从“Wde-RH”的任一点即“b 100的吸湿平衡曲线”，均为典型的滞后环。这种从放湿得到的平衡 潮率总是高于从吸湿得到的平衡 潮率的现象，称为“吸湿滞后现象”。纤维材料所具有的这种性质被称为吸湿滞后性或吸湿保守性。
δ δe Wde Wae
图4-8 吸、放湿曲线构成的吸湿滞后环示意图
平衡回潮率 w(%)
相对湿度 RH(%)
吸湿
放湿
a
b
从 a→0 的放湿
与 100%起始放湿曲线无交
0
5
15
25
10
20
20
40 60 80 100
与 0%起始吸湿曲线无交
从 b→RH100%的吸湿
为 避因纤维吸湿滞后和初始吸湿状态不同所产生的测量误差，在测量前，须将试样放置在相对湿度为10.0~25.0%，温度不超过50.0℃的大气条件下，烘燥放湿平衡，以消除纤维吸湿的“记忆”。
然后将试样放在标准大气条件下，使之形成由吸湿达平衡，而测得的正确的 潮率值。此烘干过程称为“预调湿”。
将被测纤维材料直接放在标准大气条件下进行的平衡称为“调湿”。调湿是在标准大气环境的实验室进行，试样的连续称量间隔为 2 小
时，当试样的重量递变量不超过0.25%时，方可认为达到平衡状态。
2. 吸湿滞后产生的原因
吸湿滞后的原因可从以下几个方面考虑。
能量获得概率的差异
在吸湿过程中，水分子是高速运动的自由粒子，且动能大、自由程长，故进入吸附位子和空间的概率大；而在放湿过程中，水分子是被吸附的低能、滞留水分子，或液态水分子，要脱离吸附或蒸发，必须获得能量，即一是其他高速运动粒子的碰撞能量，这存在一发生概率；一是存在更高的温度，但放湿与吸湿的环境条件是一致的。因此，吸附概率明显大于脱附概率
水分子进出的差异
纤维吸湿过程中，吸湿的通道和位置是敞开和空着的，水分子可以多个、多途径、快速地进入空位而被同时吸附。而放湿过程中，通道多被水分子占位或液态水堵塞，水分子的移动必须挨个进行、逐一换位，而且存在通道变化所产生的死穴。这种进容易、出困难，进快速、出慢速，进多通道、出单路径，为明显的滞后。
纤维结构的差异
纤维结构的差异主要体现在吸湿后纤维不可逆的膨胀与微结构的变化。由于水分子的挤入，纤维分子间，微结构单元间的距离会被拉开，孔隙和内表面增大，这种变形往往是塑性的。因此在无外力作用下，不会自动 复，因而导致吸湿条件的改善，纤维能保持更多的水份。同时,水分子的进入会使部分不完善的结晶解体形成连续的无序区，这种变化亦不可逆。因此，本次吸附都将产生新的吸水、保水空间与位置。
水分子含量分布的差异
水分子在纤维吸、放湿时的浓度及浓度分布不一致。吸湿时, 水汽浓度外高内低，是连续单调下降（梯度）的；放湿时，水汽浓度虽内高外低，但分布不匀并存在不连续（台阶）特征。连续梯度的浓度差，可使水分子协同和整体向内扩散；不匀、不连续的浓度差会导致阻塞和逐个移动，尤其是液态水的内层。由此导致扩散差。
(5) 热能作用的差异
水分子进入纤维附着或停留将释放热能，使纤维内温度升高，有利于分子的再运动与调整，或使纤维分子运动而体积膨胀，有利于吸湿。而水分子的退出需获取能量而运动，这使纤维温度降低，不利于水分子的运动与扩散。因此，水分子的脱附需要热能或时间，这是典型的滞后。
除上述5点外，纤维表面能的变化、反复吸湿的作用、其他杂质的带入等，也都是导致纤维吸湿滞后及其变化的原因。
五、影响纤维吸湿的因素
影响纺织材料吸湿的因素有内因和外因。内因是主导因素，包括纤维大分子中处于自由状态的亲水基团的个数及其亲水性的强弱，纤维无序区的大小，纤维的比表面积、孔隙率和孔隙尺寸，以及纤维伴生物的性质和含量等。外因为控制调节因素，主要涉及大气条件的温度、湿 度、气压、风速等和测量前调湿、预调湿的时间与条件。
1. 亲水基团的作用
纤维大分子中，亲水基团的多少和亲水性的强弱是决定纤维吸湿性的必要条件。如羟基(－OH)、酰胺键(－CONH－)、氨基(－NH2)、羧基(－COOH)等都是较强极性的亲水基团，能与水分子形成氢键而直接吸水。有无此类极性基团及其个数，是判定纤维能否吸湿及其量的依 据。
纤维素纤维大分子中的每一葡萄糖剩基含有3个羟基, 所以吸湿性好。醋酯纤维中大部分羟基都被乙酰基取代，为非亲水基团，故三醋酯比二醋酯纤维的吸湿性更差。蛋白质纤维主链上含有亲水性酰胺键(－CONH－),侧链中有羟基(－OH)、氨基 (－NH2)、羧基(－COOH) 等亲水性基团，因此吸湿性很好。维纶大分子经缩醛化后还存在部分剩余的羟基，故在合纤中吸湿能力相对最好；锦纶6、锦纶66的大分子中含有酰胺键(－CONH)，故也有一定的吸湿能力；腈纶大分子中虽有氰基(－CN)，极性很强，但绝大部分形成规整排列，故吸湿性差；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。
此外，大分子聚合度低或离散大的纤维，若其端基是亲水性基团，则吸湿性可增加。
2. 纤维的结晶度
水分子只能进入纤维的无序区，而无法进入其结晶区。因为晶区中的大分子均形成规整有序的三维排列，水分子不可及。因此，由形的结构要素无序区所提供的通道与空间是纤维吸湿的充分条件。如粘胶与棉均为纤维素纤维，羊毛与蚕丝均为蛋白质纤维，均因前者的结晶度低于后者，而吸湿性粘胶大于棉、羊毛优于蚕丝。
3. 纤维的比表面积和孔隙
作为形的另外3个要素（形态、尺度和表面）的代表性指标——比表面积是纤维吸湿的另一重要充分条件。纤维的比表面积 SS 越大，表面能越高，吸附的水分子数就越多。
如普通与多孔腈纶和普通与多微孔涤纶，其必要条件（组成）均相同，但多孔即多通道、高孔隙率、大吸湿面积和空间，故吸湿多孔腈纶和多微孔涤纶明显优于普通腈纶和涤纶。其实，孔隙增加的表面相当于 SS的增加，且孔隙越多越大，水分子越易进入存留，故纤维的吸湿性大大增强。更有趣地，组份完全一致的17.5μm毛型涤纶，3μm的超细涤纶和175nm的静电纺丝, 吸湿性随纤维的变细即SS的反比例增加而陡增,尤其是两种涤纶的直径仅差两个数量级，其 潮率可差数十倍。显然是 SS这一吸湿充分条件所为。
纤维中的伴生物和杂质
纤维的各种伴生物和杂质，对吸湿性也有影响。例如棉纤维中有含氮物质、棉蜡、果胶、脂肪等, 其中含氮物质、果胶较纤维素更能吸着水分,而蜡质、脂肪不易吸着水分，故棉纤维脱脂程度越高，其吸湿性越好。
羊毛表面的油脂是拒水物质，它使羊毛吸湿性减弱。麻纤维的果胶和蚕丝的丝胶有利于吸湿。化学纤维表面的油剂对纤维吸湿有影响，当油剂表面活性剂的亲水基团向外定向排列时，纤维吸湿量大、抗静电；而疏水基团向外时，纤维吸湿性变弱。纤维经过染色、上油或化学处理，纤维吸湿性都会发生变化。
温湿度和气压
环境条件的影响，已在前面作了明确的解释。只是当气压大、温度 低、相对湿度高时，水分会大量凝结，这与纤维吸湿性关系不大，而与纤维的浸润性、表面温度和表面光滑度有关，凝露和毛细吸水讨论的问题。
6. 空气流速的影响
通常测量纤维的吸湿性是在室内环境的静止状态下进行，空气的流动往往被忽略。当样品周围空气流速快时，有助于纤维表面吸附水分的蒸发，而使纤维的平衡 潮率快速降低。这也是热吹风法快速干燥（3~ 15min）的原理和应用。
上述吸湿性影响因素的分析，可成为改进纤维吸湿性或消除纤维吸湿性的方法和依据。通常人们希望合成纤维具有像天然纤维那样的吸湿性质。因此，根据吸湿的极性基团、高比表面积、多微孔、高表面能和吸湿性杂质等因素，可以通过引入吸湿基团或掺杂、纤维的纳米化和多微孔化、表面改性与活化等方法来改善吸湿性。
第二节 吸湿性的测量
纤维材料吸湿会影响所得纤维的有效重量和纤维性状，因此水分含量的测量极为重要。常见纤维吸湿性的测量为 潮率的测量，包括直接测量法和间接测量法。
一、直接测量法
直接获取纤维中水份重量的测量方法称为直接测量法。具体做法是分别称取纤维材料的实际重量和驱除水分后的重量求得纤维材料的 潮率。根据驱除材料中水分方法的不同，可分为以下几种测试方法。
1. 烘箱干燥法
烘箱干燥法简称烘箱法，是以电热丝加热烘燥。温度由能使水分快速蒸发而不使纤维分解挥发的原则确定, 见表4-3。烘燥时可根据纤维调至对应温度并恒定。烘燥时间一般以间隔15min 两次称重计算的 潮率相差小于0.05％为限。
表4-3 烘箱法纤维回潮率测定的标准烘燥温度
纤维 涤纶、锦纶、维纶 涤纶DTY氯纶 腈纶 粘胶、莫代尔、莱赛尔 蚕丝
温度℃ 105±3 65±3 110±2 105~110 140±2
注：其他纤维的烘燥温度为（105±2）℃
烘箱法对高吸湿性棉、毛和粘胶纤维来说，仍有约0.5%；1%；0.5~ 0.8%的水份残余。
对 潮率≤0.5%的纤维来说，烘箱法测量的误差大于10%，故须采用箱内极低相对湿度法或其它手段。对被测纤维的重量称取可有三种方法。被测纤维的重量称取可有三种方法。
(1)箱内热称
用烘箱自带的天平钩挂称取烘篮内的纤维。由于箱内温度高，空气密
潮率值偏小, 但
度小，对试样的浮力小, 故称得的纤维干重偏重, 算得的操作比较简便，是目前主要采用的方法。
(2)箱外热称
将试样烘干后，取出，迅速在空气中称量。它与未烘纤维的称量是在同一环境中进行的。但烘干纤维携带着的热空气比周围空气密度要小，称量时有上浮托力，故称得的纤维干重偏轻。而另一方面，纤维在空气中会吸湿，延时称量又使称得的重量偏重。因此，测得的结果受称量时间的影响较大，可靠性差。
(3)箱外冷称
将烘干后的试样放在铝制或玻璃容器中，密闭在干燥器中冷却约 30min后进行称量。此法称量条件与未烘纤维称量条件一致，因此比较精确，但费时较多。当试样较小，又要求精确，如测含油率、混纺比等
时，须采用箱外冷称法。
烘箱法在湿空气排出时补入箱内的空气不是干燥的，故箱内空气的相对湿度偏高，纤维内有水分保留。烘干水分时，高温可能挥发掉纤维中的其他物质（如油脂等），又使试样变轻。这些都是烘箱法的误差与缺陷。但相对而言，烘箱法结果较稳定，准确性尚可，虽费时、耗能，仍是目前常用的测量方法。
2. 红外线干燥法
红外线干燥法 (简称红外干燥) 是利用红外辐射驱除水分。红外辐射的能量高，穿透力一般，对纤维材料表面能在短时间内达到很高的温度,将水分驱除。通常，只需5~20min即可烘干。红外干燥迅速，耗能比烘箱法少，设备简单，但是温度无法控制，照射能量分布不匀，且表面过热。若照射时间过长，会使纤维烘焦分解，影响测量结果，且所需烘干时间常用烘箱法校验。
另有采用在原有光源上涂一层远红外线能通过或能发射远红外的物质的远红外辐射源，代替红外辐射干燥，使烘燥的均匀性提升。
高频加热干燥法
这种方法是利用高频电磁波在有极性水分子的部位，产生较高热量驱除水分。按照所用的频率分为两类：一类是高频介质加热法或电容加热 法，频率范围为1-100MHz；一类是微波加热法，频率范围是800- 3000MHz。
在高频电场下，纤维试样中的水分子会被极化，并反复翻转运动生热而被干燥。产生热量的多少，是由物质的介质损耗所决定。水的介质损耗比纤维约大20倍，因此纤维内部多水分的区域发热量大，水分被蒸发的速度也快，是有选择地、无内外之分地加热干燥，烘干较均匀。但温度无法监控，纤维容易胀爆，而且试样中不能含有高浓度的无机盐或夹有金属等物质。而微波对人体有害，必须很好地加以屏蔽。
真空干燥法
将试样放在密闭的容器内, 抽成真空进行挥发干燥。往往配以加热, 以提高烘燥速率。这种方法温度较低或室温, 干燥也较快, 且均匀, 可用于不耐高温、 潮率较低的合成纤维，如氯纶、乙纶等纤维 潮率的测量。
5. 吸湿剂干燥法
吸湿剂干燥法(简称干燥剂法)是将纤维材料与强吸湿剂放在同一密闭的容器内，利用吸湿剂吸收容器内空气中的水分，使容器内相对湿度近似为0%。纤维在这样的条件下就可以充分脱湿。效果最好的吸湿剂是干燥的五氧化二磷的粉末，最常用的是干燥的氯化钙颗粒。也可用干热氮气以一定速度流经试样，以带走试样中的水分。但只适用于少量试样，否则不易干燥彻底，且费时较长。干燥剂法虽然精确，但成本高、费时长，一般用于实验研究。
上述所有方法可以单独使用，也可以组合使用，由此得到功能和效果的弥补与提高。如红外与微波干燥结合，可以在几十秒到几分钟内快速地干燥纤维；如热气流对纤维快速干燥的热吹风法，可在几分钟到十几分钟内完成干燥。这些都可成为实用、快速的测量方法。
二、间接测试法
间接测量法是利用纤维材料中含水份多少与某些物理性质（如电阻、电容、水分子振动吸收能等）间的线性相关的原理，通过测量这些性质来定量估计纤维的含水率或 潮率。这类方法测量即时、不损伤纤维，并可在线测量，但须关注干扰因素，否则影响结果的稳定性和准确性。
电阻测湿法
利用纤维在不同的含水率M下具有不同的电阻值来进行测定，定量关系见 七章式(7-14)。电阻式测湿仪就是根据这一原理测量纤维的含水
率。电阻测湿仪的测量头可设计成极板式、插针式和罗拉式等，以适应不同的对象和场合。
电容式测湿法
将纤维材料放在电容极板间，利用水分的介电常数大于纤维的原理，即材料中水分含量的增加，电容量增大。据此来推测纤维材料的含水率或潮率。电容式测湿仪的结构比电阻式测湿仪复杂，稳定性也稍差，目前
较少使用。但电容式测湿可以不接触试样，便于在线测量。
微波吸收法
利用水和纤维对微波吸收衰减程度的差异，测量微波通过纤维材料后的衰减量，来表达纤维的含水率。微波测湿仪由微波源、接受检测部件、中间波导管等组成。微波测湿法测量精度高、快速方便、不接触试样, 可以测出纤维中的绝对含湿量，并可连续测量，便于在线自动检测。
红外光谱法
纤维的红外光谱中有特定的水分吸收波数，如2350cm-1－CO2， 3455cm-1 －H2O ，其峰值或峰面积与纤维中及周围空气中的水份量成正比，空气中的水分只需吹入纯氮气便可排除，由此可精准测得纤维含水量。该方法仅对小试样和研究分析较为合适。
第三节 吸湿对纤维性质的影响
一、吸湿对纤维重量和密度影响
纤维材料的重量随吸着水份量的增加而成正比例地增加，见式(4-1)或(4-2)
而纤维的密度与 潮率的关系呈先微增后降的特征, 见 4-9。最大密度一般发生在 潮率为 4~ 6%。其原因是水分先进入纤维的空隙，质量增加而使体积基本不变，亦即水份的体积融入到纤维的孔隙中而不显体积增大；随后纤维体积膨胀，而水的密度小于纤维的密度,故整体密度下降。
而 4-9中的虚线为纤维表观体积不变，仅质量增加的结果。
图4-9
纤维密度随回潮率的变化
二、吸湿后纤维体积膨胀
纤维吸湿后体积膨胀，其横向膨胀大而纵向膨胀小。纤维的膨胀值可用直径 SD、长度 SL 、截面积 SA 和体积 SV 的膨胀率来表示
（4-11）
（4-12）
（4-13）
（4-14）
（4-15）
（4-16）
SD D / D
SL L / L
A
S A / A
V
W
S
V ρ
V ρ0
(1 W ) 1
SV SL SA SA SL
2
D
SA 2SD S
式中，D、L、A、 V分别为纤维原本直径、长度、截面积、体积；ΔD、 ΔL、ΔA、ΔV分别为纤维的直径、长度、截面积、体积的增加值；ρ0和ρW分别为干燥和吸湿后纤维的密度。常见纤维在水中的膨胀性能见表
4-4所示。
纤维 SD(%) SL(%) SA(%) SV (%)
棉 20~30 ≈0 40~42 42~44
蚕丝 16.3~18.7 1.3~1.6 19 30~32
羊毛 15~17 ≈0 25~26 36~41
粘胶纤维 25~52 3.7~4.8 50~114 74~127
铜氨纤维 32~53 2~6 56~62 68~107
醋酯纤维 9~14 0.1~0.3 6~8 —
表4-4各种纤维在水中的膨胀性能
纤维吸湿膨胀因 SL＜SD 而呈明显的各向异性。膨胀各向异性系数(或膨胀率差异比）为 fs：
(4-16)
膨胀各向异性系数 fs 的大小与纤维中分子的取向直接正相关。完全取向的纤维, fs =1，而SL <0时, fs ＞1；分子随机排列时, SD = SL, 则fs =0。故 fs可间接地表达纤维分子排列的取向度，尤其是无序区中的分子取向。
纤维SD ＞ SL的机制在于, 水分子进入非晶区，挤开分子间距，形成分
子链的弯曲，使纤维变粗，而纤维纵向的增长不明显，甚至收缩，故纤维取向度越大， fs 越大。
s
D
f
S
SD S L
纤维吸湿膨胀的各向异性，会导致织物变厚、变硬，并产生收缩，其原理如 4-10所示。
4-10 织物吸湿前后织物结构的变化
由于吸湿后纤维变粗导致纱线变粗，进而纱线在织物中的弯曲程度增大；而纤维轴向膨胀很小，故纱线长度基本不变，致使织物收缩，且织物干燥后，此收缩仍无法 复，这种浸水后的收缩称“缩水”。织物缩水会使湿织物变厚、变硬、变密，洗涤不便；使干燥后织物变厚，变疏松和变得有弹性，但尺寸变小、变短。
图4-11 不同相对湿度下棉和羊毛纤维的应力-应变曲线
三、对纤维力学性质的影响
纤维吸湿后，其力学性质如强度、模量、伸长、弹性、刚度等随之变化。一般纤维，随着 潮率的增加，其强度、模量、弹性和刚度下降，伸长增加。其原因是大分子间的相互作用减弱，分子构象易于变化和滑移，故强度、模量下降，伸长率增加，见 4-11羊毛的拉伸曲线。
这是由于吸湿使大分子受力的不均匀性，因分子间作用的部分解开与调整而得到改善的缘故。而当纤维受力时，承力大分子链的数目增多，致使纤维的强度增大。纤维吸湿后，会使纤维变得柔软、塑性变形增大，摩擦系数也增大。不吸湿的纤维，通常力学性质不发生变化。
四、吸湿对电学性能的影响
干燥纤维的电阻很大，质量比电阻在 1011~ 1018 Ω g/cm2，是优良的绝缘体。而RH65%时的吸湿纤维，质量比电阻为106~108Ω g/cm2。在同样的相对湿度下, 纤维素类纤维的质量比电阻值相近; 蛋白质纤维的质量比电阻大于纤维素纤维;蚕丝的质量比电阻大于羊毛纤维。合成纤维因自
尤其是涤
身吸湿性差, 故质量比电阻不仅大、而且与RH值相关不显著,纶、氯纶、丙纶等。
纤维材料的吸湿会使纤维的导电性增强，介电常数变大，抗静电性增强，这给纺织加工和正常使用提供了方便。但纤维过份吸湿也会带来绕皮辊、难开松和梳理、烘燥能耗大，且纤维易被损伤等加工问题和穿着不舒适等使用问题。
五、吸湿对热学性能的影响
纤维在吸湿时会放出热量并使温度上升，这是由于纤维大分子吸附水分子时，将水分子的动能转化成热能所致。这种现象被称为吸湿放热。发热纤维就是利用此原理的一种高吸湿纤维。
1. 吸湿积分热
在一定的温度下，质量为1g的纤维从某给定 潮率开始吸湿到完全润湿时所放出的热量，称为吸湿积分热（或润湿热）。其与起始 潮率的关系如 4-12所示，是非线性单调下降的。完全干燥的纤维吸湿到完全润湿所放出的热量，称为完全吸湿积分热（或完全润湿热）。吸湿能力强的纤维，吸湿积分热大。各干燥纤维的吸湿积分热及吸湿微分热的相互比较见表4-5。
吸湿积分热的测量是将已知质量和 潮率的纤维试样，放入一已知热容量的量热器中，并加水没过纤维，测量其温度增量。根据温度增量和测试系统的热容量，可计算出积分热。
图4-12 纤维积分热与起始回潮率间的关系曲线
表4-5
不同干燥纤维的完全吸湿积分热及吸湿微分热
纤维种类 积分热(J/g) 微分热(J/g)
棉 46.1 1240
羊毛 112.6 1340
苎麻 46.5 -
蚕丝 69.1 -
醋酯纤维 34.3 1240
锦纶 30.6 1050
涤纶 3.4 -
腈纶 7.1 -
维纶 35.2 -
纤维在给定 潮率条件下吸着1克水放出的热量，称为吸湿微分热。各种干燥纤维的吸湿微分热是相近的，为1150~1350J/g。但随着 潮
率的增加, 纤维的吸湿微分热会以不同的速率减小, 即曲线起始斜率不同,
潮率W曲线(
（4-18）
（4-19）
式中，R为理想气体常数；φ为相对湿度，是实际水汽压与饱和水汽压之
潮率。实测计算的纤维吸湿微分热与
比；T 为绝对温度; 下标W 表示潮率间的关系如 4-13所示。
见 4-13。微分热的获得，可以根据实测吸湿积分热Q – 4-12)的微分求得：
q dQ / dW
式中，q为某起始 潮率时纤维的微分热(J/g)；Q为吸湿积分热(J/g); W 为给定起始 潮率。亦可依据纤维吸湿等温线, 求不同 潮率时的微分热：
q R ln φ
1/ T
w
4-13
纤维吸湿微分热与
潮率间关系
六、吸湿对光学性能的影响
吸湿会影响纤维对光线的折射、反射、透射和吸收性质，进而影响纤维的光泽、颜色，以及光降解和光老化性能。纤维的 潮率升高时，纤维的折射率、透射率和光泽会下降，光吸收会增加，颜色会变深，光降解和老化会加剧等。其原因在于纤维的结构因水分子进入发生了改变。
Gladston-Dale的折射率n定律：
综上所述，纤维的吸湿有利有弊，但赋予纤维适当吸湿之利远大于其弊，因为其提供了使用舒适和加工方便。而分析纤维吸湿后的性能改变，也正是扬长避短，改进纤维材料和加工工艺的依据。
ρ
n 1 Const.
（4-20）
潮率，并给出
纤维材料的吸湿性主要讨论的对象为何？
潮率有多种叫法，试区别各自的意义及表达内容。
试述纤维吸湿具有历史记忆性的原因及消除方法。
纤维吸湿等温、等湿、变压线的条件与结果为何？
纤维吸湿的必要和充分条件为何？举例说明。
试述影响纤维模量的吸湿机制及理由。
讨论造成吸、放湿滞后的因素并给出解释。
能否自己设想一组合方法精确快速地测量纤维的理由。
试述纤维积分热和微分热的关系及不同。
改善纤维及其集合体吸湿性的依据及方法为何？并举例说明。
不同吸湿性的纤维吸湿后力学性质有何变化？并解释。

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