細(xì)絨棉吸濕性能研究

陽(yáng)小明，王華

（東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201600）

棉花不僅是紡織品加工的重要原料，也是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)。棉纖維屬于天然纖維素纖維，纖維素分子中含有大量羥基，因此，棉纖維具有良好的吸濕性能，在一定程度上給人們帶來了穿著舒適感[1]，主要用于襯衫等面料的原材料，而棉花由于生長(zhǎng)環(huán)境、氣候、土壤、日照時(shí)間不同，其吸濕性能也存在差異。新疆與海南是我國(guó)優(yōu)質(zhì)棉花的主要來源，但由于地理位置不同，種植的棉花也有所差異。本文將對(duì)新疆細(xì)絨棉與海南細(xì)絨棉的吸濕性進(jìn)行對(duì)比研究。

1 細(xì)絨棉簡(jiǎn)介

棉纖維依據(jù)長(zhǎng)度可分為長(zhǎng)絨棉、細(xì)絨棉、粗絨棉。長(zhǎng)絨棉又稱海島棉，細(xì)長(zhǎng)，富有光澤，是較為高級(jí)的纖維品種，中國(guó)新疆部分地區(qū)也有種植長(zhǎng)絨棉。細(xì)絨棉也稱陸地棉，由于細(xì)絨棉對(duì)種植條件要求較低，因此細(xì)絨棉的種植面積大于長(zhǎng)絨棉，也是世界產(chǎn)量最多的棉花品種，占世界棉花總產(chǎn)量的85%以上。粗絨棉又稱亞洲棉，纖維粗短，品質(zhì)較差，與非洲棉相似，較少用于紡織服裝生產(chǎn)。因此目前紡織服裝較常用的是細(xì)絨棉與長(zhǎng)絨棉，但長(zhǎng)絨棉價(jià)格昂貴，產(chǎn)量較少，相比較而言，細(xì)絨棉產(chǎn)量較高，種植面積廣，價(jià)格較低，頗受紡織行業(yè)的歡迎。

新疆為我國(guó)棉花的主要種植基地，全國(guó)約40%的細(xì)絨棉產(chǎn)自新疆，是我國(guó)的主要產(chǎn)棉區(qū)，一方面是因?yàn)樾陆陨淼乩項(xiàng)l件的優(yōu)勢(shì)，其氣候特點(diǎn)為晝夜溫差較大，日照時(shí)間充足，適合棉花等農(nóng)作物的生長(zhǎng)；另一方面由于國(guó)家政策的不斷調(diào)整和完善，在棉花補(bǔ)貼價(jià)格實(shí)施的背景之下，新疆區(qū)域棉花的種植面積在不斷調(diào)整，有助于棉花種植產(chǎn)業(yè)向主棉區(qū)集中，某種程度上，可促進(jìn)新疆棉花向規(guī)?；⒓s化、專業(yè)化方向發(fā)展[2]。

海南處于我國(guó)南方，有“天然溫室”之稱，氣候濕潤(rùn)，雨水充足，土壤較為肥沃，同樣是棉花的理想種植基地，棉花起源于熱帶和亞熱帶地區(qū)，海南的氣候條件和地理環(huán)境都接近于棉花的起源地，非常適宜做棉花的育種及研究工作[3]。新疆與海南有著不同的地理環(huán)境，兩地所培育的棉花品質(zhì)也略有差異，由于棉纖維最顯著的性能是其良好的吸濕性，下文將對(duì)新疆細(xì)絨棉與海南細(xì)絨棉的吸濕性能進(jìn)行探討。

2 細(xì)絨棉吸濕性能試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T6102.1—2006《原棉回潮率試驗(yàn)方法 烘箱法》[4]，采用烘箱干燥法對(duì)細(xì)絨棉的吸濕和放濕性能進(jìn)行測(cè)試，并繪制吸濕和放濕曲線，推導(dǎo)吸（放）濕回歸方程，從而對(duì)細(xì)絨棉的吸濕性能進(jìn)行探討[5]。

2.1 試驗(yàn)試樣及儀器

試驗(yàn)試樣：新疆細(xì)絨棉、海南細(xì)絨棉。試樣指標(biāo)見表1。

表1 試樣指標(biāo)

試樣儀器：YG747通風(fēng)式快速八籃烘箱、電子天平等。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 吸濕試驗(yàn)

在溫度為（20±2）℃，相對(duì)濕度為（65±5）℃的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，稱取海南細(xì)絨棉與新疆細(xì)絨棉試樣各10g，再將試樣放入105℃烘箱內(nèi)，預(yù)烘時(shí)間為30min，盡量使纖維呈現(xiàn)蓬松狀態(tài)，稱取棉纖維的重量為初始重量，之后將纖維放入干燥容器中，每隔10min稱取纖維重量并記錄，直至纖維達(dá)到吸濕平衡，計(jì)算回潮率。

2.2.2 放濕試驗(yàn)

在恒溫恒濕試驗(yàn)室內(nèi)，稱取棉試樣各10g，放入有水的干燥器內(nèi)，將纖維保持在相對(duì)濕度為100%的狀態(tài)下，時(shí)長(zhǎng)為12h，使其充分吸收水分，達(dá)到吸濕平衡后，測(cè)試?yán)w維重量變化，直至纖維放濕平衡，計(jì)算回潮率。

式（1）中，W為纖維的回潮率（%），G為纖維的濕重（g），Go為纖維的干重（g）。

3 細(xì)絨棉吸濕性試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 細(xì)絨棉的吸濕及放濕曲線

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制新疆細(xì)絨棉及海南細(xì)絨棉的吸濕及放濕曲線，并用Origin軟件進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 細(xì)絨棉放濕回歸曲線圖

圖2 細(xì)絨棉吸濕回歸曲線圖

由圖1可以看出，放濕時(shí)，前50min內(nèi)，細(xì)絨棉纖維的放濕速率較快，二者曲線接近重合，50min～70min，棉纖維放濕速率有所減慢，70min之后，放濕速率趨于平衡，新疆細(xì)絨棉的平衡回潮率為8.8%，略高于海南細(xì)絨棉8.6%。從圖2可以看出，吸濕時(shí)，前50min內(nèi)，棉纖維吸濕速率較高，且海南細(xì)絨棉的吸濕速率略高于新疆細(xì)絨棉，50min之后，兩種棉纖維的吸濕速率均有所下降，直到吸濕平衡，新疆細(xì)絨棉與海南細(xì)絨棉吸濕時(shí)的平衡回潮率分別為7.6%和7.8%；對(duì)于細(xì)絨棉而言，其放濕平衡回潮率要高于吸濕平衡回潮率，因此棉纖維具有吸濕滯后性。

產(chǎn)生吸濕滯后性的原因?yàn)椋好蘩w維在吸濕時(shí)，一方面，水汽濃度外部高、內(nèi)部低，且濃度呈梯度下降，這時(shí)水分子的運(yùn)動(dòng)速度較高，動(dòng)能較大，吸濕通道多且通暢，因此水分子更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部并被吸附，釋放能量，這一過程有利于分子的運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)纖維繼續(xù)吸濕；另一方面，水分子的進(jìn)入使纖維體積膨脹，這種膨脹是不可逆的，相應(yīng)地也會(huì)導(dǎo)致纖維內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的變形，將使得吸濕條件有所改善，促使纖維保留更多的水分子。

棉纖維放濕時(shí)，水汽濃度內(nèi)高外低，且放濕通道很多被占據(jù)或堵塞，水分子的退出需要吸附能量，將會(huì)導(dǎo)致纖維內(nèi)部溫度降低，不利于水分子的運(yùn)動(dòng)，加之放濕通道不通暢，使得水分子較難退出，導(dǎo)致放濕較為緩慢，這也是纖維產(chǎn)生吸濕滯后性的原因。

3.2 細(xì)絨棉吸濕及放濕回歸方程

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，可得出棉纖維在吸濕與放濕過程中，回潮率與時(shí)間存在一定的回歸關(guān)系，其理論通式為：

式（2）中，W吸為吸濕平衡回潮率（%），W放為放濕平衡回潮率（%），t為時(shí)間（min），a、b、c均為常變量。

Origin擬合回歸方程如下。

新疆細(xì)絨棉回潮率和時(shí)間的關(guān)系：

海南細(xì)絨棉回潮率和時(shí)間的關(guān)系：

3.3 細(xì)絨棉吸濕及放濕速率回歸曲線

纖維的吸濕速率表示纖維吸收水分子的快慢，通常用吸濕時(shí)間常數(shù)表示，即纖維在完全干燥的狀態(tài)下開始吸濕，吸濕速率不變，達(dá)到平衡時(shí)所需的時(shí)間，可表示為：

由（2）、（7）式可得：

V吸表示纖維吸濕速率，V放表示纖維放濕速率[6]。

事實(shí)上，棉纖維在吸濕和放濕過程中，吸濕速率與放濕速率也在不斷變化。吸濕速率與放濕速率意義相同，但過程相反，為探討細(xì)絨棉吸濕與放濕規(guī)律，有必要建立回歸曲線探討規(guī)律[7]。

利用Origin軟件對(duì)細(xì)絨棉的吸濕和放濕速率進(jìn)行曲線擬合，并得到回歸方程，結(jié)論如下。

新疆細(xì)絨棉吸（放）濕速率和時(shí)間的關(guān)系：

海南細(xì)絨棉吸（放）濕速率和時(shí)間的關(guān)系：

由圖3可以看出，在放濕試驗(yàn)開始時(shí)，新疆細(xì)絨棉與海南細(xì)絨棉的吸濕速率分別為0.60g/min和0.63g/min，在前50min內(nèi)，棉纖維放濕速率下降趨勢(shì)較快，50min之后，放濕速率有所減慢，直到速率減為0，整體上海南細(xì)絨棉的放濕速率略高于新疆細(xì)絨棉的。圖4中，吸濕試驗(yàn)開始時(shí)，新疆細(xì)絨棉的吸濕速率為0.28g/min，海南細(xì)絨棉的吸濕速率為0.25g/min，在吸濕前20min，海南細(xì)絨棉的吸濕速率均高于新疆細(xì)絨棉的吸濕速率，在20min～40min，兩條吸濕速率回歸曲線接近重合，兩者吸濕速率接近相等，40min之后，新疆細(xì)絨棉的吸濕速率略高于海南細(xì)絨棉的，直至吸濕平衡。

圖3 細(xì)絨棉放濕速率回歸曲線圖

圖4 細(xì)絨棉吸濕速率回歸曲線圖

3.4 影響棉纖維吸濕性能的因素

影響纖維吸濕的因素有很多，如親水基團(tuán)的數(shù)量，纖維的結(jié)晶度，纖維的比表面積和孔隙，以及纖維中所含伴生物質(zhì)的種類和含量等，以上因素均會(huì)對(duì)棉纖維的吸濕性產(chǎn)生影響，但影響的重要程度不同。其中，親水基團(tuán)的數(shù)量直接影響纖維吸濕性能的強(qiáng)弱，纖維分子中，親水基團(tuán)含量越多，吸濕性越強(qiáng)；反之，吸濕性越弱。棉纖維為天然纖維素纖維，含有大量的纖維素高分子化合物，纖維素大分子中含有羥基，屬于親水基團(tuán)，對(duì)水分子的吸附能力極強(qiáng)，屬于直接吸收水，因此對(duì)外部環(huán)境中的水分子有直接的吸附作用，而被羥基吸附的水分子又可以間接地吸附其他水分子，屬于間接吸附水，由于棉纖維分子中含有大量的羥基，因此具備良好的吸濕性。除此之外，棉纖維中含有果膠及含氮物質(zhì)等，這些物質(zhì)比纖維素更能吸附水，整體上，有利于增強(qiáng)棉纖維的吸濕性。

4 結(jié)語

4.1 新疆細(xì)絨棉的放濕平衡回潮率為8.8%，吸濕平衡回潮率為7.6%，海南細(xì)絨棉的放濕平衡回潮率為8.6%，吸濕平衡回潮率為7.8%，新疆細(xì)絨棉的放濕回潮率略高于海南細(xì)絨棉的，海南細(xì)絨棉的吸濕回潮率略高于新疆細(xì)絨棉的。

4.2 新疆細(xì)絨棉與海南細(xì)絨棉的放濕回潮率高于吸濕回潮率，細(xì)絨棉存在一定的吸濕滯后現(xiàn)象，因此細(xì)絨棉纖維具有一定的吸濕滯后性。

4.3 對(duì)于吸濕速率和放濕速率而言，海南細(xì)絨棉的放濕速率略高于新疆細(xì)絨棉的，兩者的吸濕速率差異并不明顯。

4.4 海南細(xì)絨棉與新疆細(xì)絨棉的吸濕性能較為優(yōu)良，為理想的棉織物材料，可用作襯衣等貼身面料穿著。