山羊绒纤维吸湿指标及吸湿机理

纤维材料能吸收水分，不同结构的纺织纤维，其吸收水分的能力是不同的。山羊绒纤维因其内部结构的特殊性，因而吸湿性能也比其他纤维大很多。山羊绒纤维的吸湿性是关系到山羊绒纤维的性能、纺织工艺加工、织物舒适性以及其他物理力学性能的一项重要特性。山羊绒的含水率不仅影响山羊绒的重量，而且会影响其化学性状，这是在山羊绒的检验收购、加工过程中必须考虑的问题。另外，在山羊绒纤维和纺织品贸易中，由于山羊绒纤维的价格高昂，细微的重量偏差可能会带来较大的商业损失，因此必须充分考虑到吸湿对山羊绒产生的影响，以决定成本结算。

一、山羊绒纤维的吸湿指标

通常把纤维材料从气态环境中吸着水分的能力称为吸湿性，尽管纤维上会有小尺度的液态水吸着，但不同于从液态水的直接吸附。从微观上看，吸湿是水汽在纤维表面停留或吸附，在纤维内运动、停留或吸附，在纤维分子的极性基团上被吸附的过程和终态结果。水汽是水分子和微小水滴（＜1μm）的统称。水汽的吸附本质是一个动态过程，即纤维一边不断地吸收水汽，同时又不断向外放出水汽。若以前者为主即为吸湿过程，若以后者为主则为放湿过程，二者最终都会达到平衡，但存在差异。这一动态过程一般简称为“吸湿”。纤维的吸湿会影响其结构、形态和所有的物理性质。

（一）回潮率与含水率

纤维材料中的水分含量，即吸附水的含量，通常用回潮率（W）或含水率（M）表达。前者是指纤维所含水分质量与干燥纤维质量的百分比；后者是指纤维所含水分质量与纤维实际质量的百分比。纺织行业一般用回潮率来表示纺织材料吸湿性的强弱。

设G为纺织材料的湿重，G0为纺织材料的干重，W为纺织材料的回潮率，M为纺织材料的含水率，则回潮率（W）或含水率（M）的计算参照式（3-1）和式（3-2）：

（二）标准状态下的回潮率

各种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表示。为了比较各种纤维材料的吸湿能力，将其放在统一的标准大气条件下一定时间后，使它们的回潮率在“吸湿过程”中达到一个稳态值，这时的回潮率为标准状态下的回潮率。

国际标准中规定的标准大气条件为温度（T）为20℃（热带为27℃），相对湿度（RH）为65%，大气压力为86～106k Pa，视各国地理环境而定。我国规定的标准大气条件为：大气压力为1个标准大气压，即101.3k Pa（760mm Hg）柱，并规定了温、湿度的波动范围：

一级标准：温度（T）20℃±2℃，相对湿度（RH）65%±2%；

二级标准：温度（T）20℃±2℃，相对湿度（RH）65%±3%；

三级标准：温度（T）20℃±2℃，相对湿度（RH）65%±5%。

（三）公定回潮率

为了贸易交换中的公允和成本核算，业内公认的回潮率是公定回潮率。我国采用的常见纺织纤维的公定回潮率如表3-1所示。由表3-1可以看出，除了干毛条和油毛条以外，分梳山羊绒的公定回潮率是纺织材料中最高的。

表3-1 纺织材料的公定回潮率

续表

（四）公定重量

纤维的实际重量受其吸着水分量的影响，故必须折算成公定回潮率时的重量，成为公定重量，简称“公量”，其计算如式（3-3）所示：

式中：

Gk——纤维材料的公量；

Ga——纤维实际材料的湿重（g）；

Go——纤维实际材料的干重（g）；

Wk——纤维材料的公定回潮率；

Wa——纤维材料的实际回潮率。

多种纤维混合时的公定回潮率可按各自的混合比的加权平均。具体方法参照GB 9994-2008《纺织材料公定回潮率》的要求。

（五）平衡回潮率

平衡回潮率是指纤维材料在一定大气条件下，吸湿和放湿作用达到平衡稳态时的回潮率。其受作用时间的影响，见图3-1所示。有吸湿和放湿平衡回潮率之分。前者是指吸湿达到相对平衡状态时的回潮率Wae；后者是指纤维由放湿达到相对平衡状态时的回潮率Wde。

图3－1 纤维吸湿量－时间曲线

单纤维很细又与空间直接接触，其平衡时间很快，在几秒至几十秒内达到平衡；松散的纤维团，因内部纤维水分的扩展，一般几分钟至几十分钟可达到平衡；通常的纱线和织物，因为加捻和织编的紧密化作用，一般需几十分钟至几小时，而对棉包和毛绒包，因为表面有包装布，内部紧密压缩堆砌，再加上体积庞大，一般需要几年才能达到平衡。

二、山羊绒纤维的吸湿机理

山羊绒吸湿和放湿的变化，对山羊绒内在质量所造成的损伤较为严重。当山羊绒失掉应有的水分后，会产生变脆发黄、失去光泽的现象，虽然还可以使水分在一定条件下复原，但是已失去的山羊绒天然品质则难以完全恢复。由于山羊绒纤维变脆，在分梳无毛绒时容易断裂，而使短碎绒增加，影响纺纱织造工艺产品质量。吸湿过大时，易使山羊绒颜色变黄以至腐烂，吸湿过低时，山羊绒纤维的伸度及弹性降低。因此，适当地掌握山羊绒的吸湿和放湿性能是非常必要的。

（一）吸湿过程

一般认为纤维吸湿时，水分子先吸附至纤维表面，然后水蒸气向纤维内部扩散，与纤维内大分子上的亲水性基团结合，随后水分子进入纤维的缝隙孔洞，形成毛细水。根据水分子在纤维中存在的方式不同，可分为吸收水、毛细水、粘着水。

1.吸收水

纤维中因极性基团的极化作用而吸着的水被称为吸收水，吸收水是纤维吸湿的主要原因。吸收水又分为直接吸收水和间接吸收水。吸收水属于化学吸着，是一种化学键力，因此必然有放热反应。由于纤维中亲水基团的作用而吸着的水分子被称为直接吸收水，它们之间的结合力较强，主要是氢键力，同时放出较多的热量。由于水分子的极性或者纤维中其他物质的亲水基团所吸引的水分子被称为间接吸收水，它们之间的结合力较弱，主要是范德华力，同时放出的热量也较少。

2.毛细水和粘着水

纤维有许多细孔，由于毛细管的作用而吸收的水称为毛细水。其中，存在于纤维内部微小间隙之中的水分子，称为微毛细水；存在于纤维内部较大间隙之中的水分子，称为大毛细水。纤维表面吸附的水分子称之粘着水。毛细水和粘着水属于物理吸着，是范德华力，没有明显的热反应，吸附也比较快。

（二）影响山羊绒吸湿的内部因素

1.亲水基团的作用

亲水基团的作用是影响吸湿性的最本质因素。亲水基团的数量越多，极性越强，纤维的吸湿能力越高。纤维分子主链上含有的亲水性集团不同，其吸湿性能不同。主要的亲水基团有：羟基（-OH）、氨基（-NH2）、羧基（-C0OH）和酰胺基（-C0NH），其与水分子的亲和力很大，能与水分子形成化学吸收水。山羊绒纤维是一种蛋白质纤维，其分子主链上含有羟基（-OH）、氨基（-NH2）、羧基（-C0OH）和酰胺基（-C0NH）等亲水性的集团，它们对水分子有相当的亲和力，通过它们与水分子缔合，使水汽分子失去热运动的能力，在纤维内部依存下来。山羊绒纤维大分子上除亲水基团直接吸附水分子以外，已被吸附的水分子由于本身也具有极性，故也可吸附其他水分子。表3-2是几种纤维中含有的亲水集团的种类，其中山羊绒纤维中的亲水基团居多。

表3-2 不同纤维含有的亲水基团

2.山羊绒组织结构的影响

当山羊绒鳞片密度较大、排列较紧密时，山羊绒吸湿性较小；当山羊绒鳞片密度较小、排列较疏松时，山羊绒吸湿性较大。当鳞片大量脱落时，吸湿性则相应增大。

3.纤维的表面具有吸附作用。

山羊绒是一种多孔性纤维材料，具有毛细管作用，所以水分易被吸入纤维孔隙中或较易吸附在纤维表面，纤维越细纤维中缝隙孔洞越多，比表面积越大，表面吸附的水分子数则越多，吸湿性也要大一些，所以纤维的比表面积的大小，也是影响吸湿性的一个因素。

4.纤维的伴生物和杂质

纤维的各种伴生物和杂质对吸湿能力也有影响。山羊绒纤维表面的油脂、汗液会对山羊绒吸湿性产生一定影响。含油脂越多，含水率和回潮率越小；含汗质越多，含水率和回潮率就越大。

（三）影响山羊绒纤维吸湿的外部因素

1.温度的影响

在一般情况下，随着空气和纤维材料温度的提高，纤维的平衡回潮率将会下降。

2.相对湿度的影响

在一定温度条件下，相对湿度越高，空气中水蒸气的压力越大，即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。对亲水性纤维来说，相对湿度对回潮率的影响是主要的。

3.空气流速的影响

当空气流速增快时，纤维的平衡回潮率降低。