紡織物理PPT課件

1、第七章 纖維的表面性質(zhì) 纖維的表面性質(zhì)取決于表面和表層的結(jié)構(gòu)特征。如羊毛纖維表面的鱗片作用賦予羊毛的差微摩擦效應(yīng)；滌綸纖維表面形態(tài)的粗糙話賦予纖維的光澤變化；高強(qiáng)聚乙烯表面等離子體貨哈，賦予其高的粘結(jié)性。 作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體纖維，如何與基質(zhì)發(fā)生相互粘結(jié)；作為與人體接觸的紡織品，纖維如何提供舒適感；作為裝飾材料的纖維的色光特征；以及作為特殊用途功能的材料，纖維如何體現(xiàn)吸附、傳遞、耐腐蝕、能量轉(zhuǎn)換等性質(zhì)，均以纖維表面性狀特征為主，是物質(zhì)相互結(jié)合、共存、分離、傳遞的關(guān)鍵層面或部位。 纖維表面性質(zhì)是一廣泛的定義，包括表面摩擦、磨損和變形；表面光學(xué)特性，如色澤特征；表面?zhèn)鲗?dǎo)特性，如對熱、濕、聲、電的傳

2、遞；表面能及表面吸附與粘結(jié)。同時(shí)表面性能還涉及實(shí)用中的表面改性方法、表面分析方法等。 本章僅就纖維表面性質(zhì)中的3個(gè)內(nèi)容進(jìn)行闡述：纖維的摩擦性質(zhì)、纖維的浸潤性、纖維的粘結(jié)性。高等紡織材料學(xué)-第七章 纖維的表面性質(zhì)第1頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì) 纖維的摩擦性質(zhì)是指纖維與纖維，或纖維與其它物質(zhì)表面接觸并發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的行為。它是纖維表面性質(zhì)中必然涉及的性質(zhì)之一。在纖維成紗過程中，纖維是靠其相互間的摩擦作用成網(wǎng)、成條、滑動(dòng)變細(xì)、糾纏結(jié)合成紗的，并具有一定的力學(xué)性能。在織物成形過程中，也是靠紗線間的相互摩擦作用，使織物的交織點(diǎn)或編結(jié)固定，形成形狀穩(wěn)定、具有力學(xué)強(qiáng)度，又多孔通透、柔軟舒適的織物。對

3、于非織造布的成形，更是靠纖維表面的摩擦性能，使纖維可以在無任何粘結(jié)劑的幫助下，僅靠纖維間的糾纏和摩擦使其成形并具有很好的力學(xué)強(qiáng)度。即便對于添加粘結(jié)劑的非織造布，摩擦作用仍在起著作用，只是對象換為纖維與膠粘劑，而不是纖維與纖維。纖維的摩擦性能不僅影響紡、織加工性能，而且影響成品的手感的風(fēng)格。纖維的摩擦還會導(dǎo)致纖維的磨損與變形，產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移、生熱和靜電現(xiàn)象。因此，要對纖維摩擦過程和性能進(jìn)行分析。第2頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)一、纖維摩擦參數(shù)及其相互關(guān)系 與纖維摩擦有關(guān)的參數(shù)有：摩擦力F、正壓力或法向負(fù)負(fù)荷N、摩擦系數(shù)、摩擦?xí)r接觸面積S、摩擦?xí)r的相對運(yùn)動(dòng)速度v、摩擦面的粗糙度r、表面形狀和表

4、層附著物。1. F、N、S間的關(guān)系 Amontons或Leonard很久以前的摩擦實(shí)驗(yàn)就表明物質(zhì)間的摩擦力F與物質(zhì)間的正壓力N成正比，這個(gè)比例常數(shù)就是摩擦系數(shù)，即F= N其他經(jīng)典理論：較為接近實(shí)際情況的理論：對于纖維材料而言，n一般位于2/31之間。naNF 第3頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第4頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)2. 靜、動(dòng)摩擦和滑移速度第5頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)2. 靜、動(dòng)摩擦和滑移速度第6頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維表面狀態(tài)的關(guān)系 纖維與摩擦有關(guān)的表面狀態(tài)主要包括：一是纖維表面的粗糙度r；另一是纖維間的摩擦系數(shù)，即界面摩擦和潤滑摩

5、擦。 界面摩擦是纖維固體間的接觸摩擦形式，隨相對運(yùn)動(dòng)速度增大而減小。潤滑摩擦是纖維間流體狀膜的剪切粘滯力的摩擦，包括纖維本身軟化和表面的油跡等，隨速度增加而增大。第7頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)3. 摩擦系數(shù)與纖維表面狀態(tài)的關(guān)系 一般而言，纖維的摩擦系數(shù)為0.1-0.8，其典型的摩擦系數(shù)值根Amonton定律可得。第8頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)4. 纖維外觀形態(tài)與摩擦作用 纖維外觀形態(tài)主要指纖維的截面形狀、纖維的卷曲。 合成纖維截面形態(tài)一般為圓形或近圓形，扭曲趨勢最不明顯，纖維間接觸概率較高，有效作用較強(qiáng)；而非圓形纖維易于產(chǎn)生螺旋狀扭曲，影響纖維的靠近。 纖維卷曲主要影響纖維間的

6、排列，導(dǎo)致纖維間的糾纏。一方面使得纖維的分離、開松和梳理變得容易，纖維網(wǎng)中的集束纖維束大都由無卷曲的纖維集合而成。另一方面，纖維卷曲會使纖維網(wǎng)更具有彈性、均勻性，因?yàn)榫砬睦w維容易相互嵌合形成整體，纖維卷曲產(chǎn)生的抱合力使得纖維條的牽伸變得穩(wěn)定，但需要大的牽伸力。 第9頁/共54頁第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)二、摩擦機(jī)理 摩擦是指兩物體間接觸并發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生相對滑移時(shí)的現(xiàn)象。從微觀力學(xué)角度來說，是兩物質(zhì)接觸面分子間的相互作用，在切向外力作用下產(chǎn)生剪切和分離的過程。顯然，當(dāng)兩物質(zhì)接觸面積越大，分子間的作用就越多越強(qiáng)。兩接觸物的表面平整光滑和接觸壓力，起著重要的作用，兩物質(zhì)發(fā)生相對滑移時(shí)，分子間的抗剪切作

7、用越強(qiáng)，相對滑移越困難。該作用產(chǎn)生的摩擦力用Fad表示，簡稱為。而分子間相互作用的解脫，是一個(gè)馳豫過程，即與外力作用時(shí)間有關(guān)，故摩擦作用的大小與相對滑移速度有關(guān)。 從物質(zhì)作用的宏觀形態(tài)來看，兩物質(zhì)接觸不可能是平行平面的理想接觸，存在著高地起伏的峰與谷，這在摩擦作用過程中變成了兩接觸物質(zhì)間的碰撞、擠壓和錯(cuò)位。 當(dāng)物質(zhì)一硬一軟時(shí)，會產(chǎn)生耕犁和刨刮現(xiàn)象；當(dāng)兩物質(zhì)均較軟時(shí)，會產(chǎn)生軟化和剪切變形；當(dāng)兩物質(zhì)均較硬時(shí)，會產(chǎn)生相互間的錯(cuò)位，抬起等移動(dòng)。顯然摩擦力與兩物質(zhì)的硬度或屈服應(yīng)力、剪切模量、壓縮摸量、碰撞和粘結(jié)點(diǎn)的數(shù)量以及正壓力的大小有關(guān)。這種宏觀形態(tài)的鎖結(jié)造成了接觸點(diǎn)處的卡扣和鎖結(jié)，用Fl表示，簡稱為

8、；第10頁/共54頁 由于材變形，剪切而被刨刮、耕犁的力用Fp表示，簡稱為。 因此，摩擦系數(shù)與正壓力和移動(dòng)速度密切相關(guān)，并且不是一個(gè)常數(shù)。線性組合，可得總摩擦力： 顯然，F(xiàn)ad，F(xiàn)l和Fp均是接觸面積A、粗糙度r、相對滑移速度v的函數(shù)。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會形成軟化點(diǎn)和膜，F(xiàn)ad、Fp作用增大，F(xiàn)l消失。式只是一種定性描述，摩擦作用過程是一個(gè)復(fù)雜有交互作用的問題。一方面決定于摩擦接觸面的微觀分子作用過程和宏觀力學(xué)變形過程。另一方面，摩擦是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換和耗散的過程，疊加應(yīng)該從能量的角度來進(jìn)行。但式明確給出了摩擦作用的機(jī)制及產(chǎn)生原因。plad0FFFFF第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第11頁/共54頁 三、摩擦

9、理論 1. 焊接理論 就是指纖維在正壓力作用下，某些凸起點(diǎn)在接觸壓力作用下，發(fā)生緊密接觸和變形，形成良好的粘結(jié)作用點(diǎn)。認(rèn)為兩物體間的滑移必須克服焊接點(diǎn)的剪切變形阻力，即焊接點(diǎn)的破壞。故正壓力越大，接觸點(diǎn)越多，熔接點(diǎn)的變形越大，故“焊接”的面積越大。第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第12頁/共54頁 2. 焊接理論應(yīng)用與纖維材料 纖維在相互摩擦過程中，在接觸部位會發(fā)生變形和熔接現(xiàn)象，這與焊接摩擦理論所描述的特征一樣。第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)X=0.7第13頁/共54頁 3. 絞盤法 根據(jù)Amonton定律， 根據(jù)Howell定律FT1T0mm(a)絞盤法機(jī)構(gòu)(b)絞盤法原理T0T1dSdTT+dTR第一節(jié)

10、纖維的摩擦性質(zhì)eTT01nnnaRnTT110111第14頁/共54頁 4. 絞辮法或加捻法算法 根據(jù)Amonton定律，第一節(jié) 纖維的摩擦性質(zhì)第15頁/共54頁 一、概述 纖維的浸潤與芯吸都是討論纖維與液體（一般指水）的相互作用的。只是浸潤較多地表達(dá)單纖維或纖維集合體表面或表觀與水的相互作用；芯吸則表達(dá)纖維集合體內(nèi)（纖維間）或單纖維體內(nèi)（孔洞）對液體的毛細(xì)作用。似乎一個(gè)在外表面，一個(gè)在內(nèi)表面，但作用機(jī)制是一致的。因此，表達(dá)了纖維浸潤的特征，芯吸只要加上孔洞的等效毛細(xì)半徑影響即可。 纖維浸潤中有許多有趣的現(xiàn)象，但主要有平衡與非平衡浸潤現(xiàn)象、浸潤滯后現(xiàn)象和偽浸潤現(xiàn)象等。 纖維的浸潤，或稱纖維的潤

11、濕(wetting)，是指纖維與液體發(fā)生接觸時(shí)的相互作用過程。 可以達(dá)到平衡不變的液體形狀的浸潤，稱為平衡態(tài)浸潤，又稱靜態(tài)浸潤； 液體形態(tài)一直在變化鋪展的浸潤，稱為非平衡態(tài)浸潤，或稱鋪展浸潤，又稱動(dòng)態(tài)浸潤。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第16頁/共54頁 由圖6-27可知接觸角，是指氣液切面與固液界面間，含液體的夾角。其值為 (6-22)LVSLSVcos 固體 液體 x y a b SV LV SL 氣體 圖6-27 平衡浸潤模型Young-Dupr方程第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第17頁/共54頁表6-4 平衡浸潤的幾種形式可否浸潤可否浸潤cos狀態(tài)狀態(tài)0完全浸潤完全浸潤1或稱鋪展或稱鋪展0 90 可浸

12、潤可浸潤 0正浸潤正浸潤=90 無浸潤無浸潤0零浸潤零浸潤90 180 不可浸潤不可浸潤 0負(fù)浸潤負(fù)浸潤=180 完全不浸潤完全不浸潤 1隨遇穩(wěn)態(tài)隨遇穩(wěn)態(tài)第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第18頁/共54頁 理論上，纖維最大的平衡浸潤性發(fā)生在0（cos=1），這時(shí)液體的表面張力應(yīng)該等于固體的表面張力，即 (6-23) 此結(jié)果是求固體表面張力的一種方法。 液體對固體的浸潤，是固體對液體的吸附能所致，用粘著功WSL表示。 Dupr方程表達(dá)為 (6-24) 如果一液體，或一固體，與其本身結(jié)合，稱為內(nèi)聚功（WLL或WSS），由式(6-24)可知： (6-25) (6-26)cSVLVSLSVLVSLW 2SVSS

13、WLVLL2W第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第19頁/共54頁 依據(jù)接觸角公式，式(6-24)可變?yōu)椋?(6-27) 此式可以看出，粘著功由二部分構(gòu)成，一部分為液體本身的性能LV；另一部分為液體和固體的相互作用，LVcos。 依據(jù)的大小，同樣可以將平衡態(tài)浸潤也分為五種情況：當(dāng)WSL=WLL=2LV時(shí)，cos =1，為全鋪展，或完全浸潤；LVWSLWLL時(shí)，0cos 1，為正浸潤；WSL= LV，cos =0，為零浸潤；WSLLV，1cos 為負(fù)浸潤；WSL=，cos =1，為完全不可浸潤。 由粘著功WSL=時(shí)，可以比接觸角，更為清楚地反映出纖維與液體間無任何粘著或吸附作用。 （2）鋪展浸潤 對于鋪展過

14、程，即非平衡浸潤，在理論上已轉(zhuǎn)化為氫鍵或化學(xué)鍵作用的吸附過程，故Young-Dupr方程已不再適用。而在0時(shí)，液體在固體表面仍以某種速度vS擴(kuò)展，克服液體內(nèi)聚能WLL，使液體表面積擴(kuò)大。）（cos1LVSLW第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第20頁/共54頁 因此鋪展的必要條件是，WSLWLL恒成立。顯然對于只描述液滴在固體物質(zhì)上的形狀變化，而對表面積變化不加考慮的式(6-21)或(6-22)已無意義。 鋪展浸潤的特征是液滴在固體表面上的展開成膜，原有的固氣界面消失，而留下二層固液界面和氣液界面。2，即 (6-28) 以此推廣，存在 (6-29) 式中，i為浸潤次數(shù)，隨著i的增大，i和i+1趨于一致。即

15、i，ii+1。211ii第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第21頁/共54頁 實(shí)際中第一次和第二次浸潤可以用液體的前浸潤，即三相交匯點(diǎn)a有液體前進(jìn)的趨勢和后浸潤，即三相交匯點(diǎn)b有液體回縮的趨勢來表示，見圖6-26的a，b點(diǎn)。a，b點(diǎn)的接觸角分別稱為前進(jìn)角a和后退角b。同樣， (6-30) (6-31) a-b被稱為滯后角，其反映纖維浸潤的滯后性。浸潤滯后性是由浸潤的表面清潔作用，或殘留和固結(jié)水分子的親和作用，或材料浸潤后的表面結(jié)構(gòu)變化的作用等引起，解釋較多，是一值得探討和測量的問題。 所謂偽浸潤現(xiàn)象是指由于材料的表觀形態(tài)與真實(shí)形態(tài)存在差異，或材料表面不同組份的組合使液滴的三相交匯點(diǎn)落在某一位置或組份中，而

16、引起的表觀接觸角不能表達(dá)或不能完全表達(dá)真實(shí)浸潤性的現(xiàn)象。前者稱為；后者稱為。因此，對形態(tài)波動(dòng)或粗糙的表面，或表面多組份或有孔隙的表面應(yīng)該特別小心，且必須進(jìn)行顯微觀察。組份偽浸潤ba21第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第22頁/共54頁 （1）形態(tài)的影響 當(dāng)液滴作用于粗糙表面時(shí)，表觀接觸角會發(fā)生跳躍性變化，其變化的原因如圖6-28所示。實(shí)際A、B液滴為同一液體，固體物質(zhì)也為均質(zhì)材料，只是表面起伏，引起表觀接觸角AB，A=A= B= B=為真正的接觸角。 表面的起伏可以通過微區(qū)測量獲得真實(shí)的接觸角，但當(dāng)起伏趨于微區(qū)化時(shí)，上述跳躍性，或A與B的差異會趨向一個(gè)穩(wěn)態(tài)值。 （2）組份的影響 不同組分的表面浸潤如圖6

17、-29所示。在不同組份區(qū)域尺寸較大時(shí)，接觸角值也會產(chǎn)生跳動(dòng)。當(dāng)不同組份的區(qū)域趨向于微觀化時(shí)，A、B兩組份所形成的A與B的差異趨向一個(gè)穩(wěn)態(tài)值A(chǔ)B。第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第23頁/共54頁 B B A A A A B B A滴 B滴 B A B 圖6-28 粗糙表面浸潤模型圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第24頁/共54頁圖6-29 不同組份表面的浸潤模型第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第25頁/共54頁 二、纖維浸潤性測量 1. 接觸角測量 接觸角的測量可以采用顯微鏡直接觀測角度值，主要有插入轉(zhuǎn)動(dòng)法，如圖6-30所示；懸滴法（如圖6-31）僅適于900的測量，懸滴法的計(jì)算為： (6-32) 纖維纖維 纖維纖維 轉(zhuǎn)

18、動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 液體液體 圖6-30 插入轉(zhuǎn)動(dòng)法示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第26頁/共54頁圖6-31 懸滴法計(jì)算示意和實(shí)物圖LDH 2tan懸滴法第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第27頁/共54頁 對浸潤前進(jìn)后退角的測量，可采用插入法的緩慢插入測a；緩慢拔出測b。也可采取（圖6-32）測得前進(jìn)角a和后退角b。 a b 注入 吸出 圖6-32 浸潤的前進(jìn)角和后退角的測量示意第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第28頁/共54頁 浸潤力的測量可以有豎直拔出法和水平浸入拉出法，如圖6-33所示。 F L 纖維 Gf Fb 液體纖維v 圖6-33 浸潤力測量原理圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第29頁/共54頁 豎直拔出法的受力平衡為

19、(6-33) 式中，F(xiàn)為纖維拔出力；FP為浸潤力；Gf為纖維的重力；Fb為纖維浸潤段的浮力，即 ； ； 。 其中，P為固、液、氣三相交界線的長度，即纖維截面的周長，當(dāng)圓形時(shí)，P=d，d為纖維直徑；L、Af，和f分別為纖維的長度、截面積和密度；l和L分別為浸入液體的纖維長度和液體的密度。 將拔出力F換算出表面張力的表達(dá)，并令纖維為圓形截面積，可得 (6-34) 纖維表面的真實(shí)浸潤表面張力 (6-35)bfPFGFFcosLVPFPfffLAG LfblAF LfLV44cosLdLdPFcosLV第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第30頁/共54頁 即為Wilhelmy表達(dá)式，可求液體的表面張力或cos，轉(zhuǎn)

20、而求SV。豎直拔出法不適于接觸角大的、柔軟的纖維。 典型的實(shí)驗(yàn)曲線如圖6-34所示，其中(a)為纖維和液體接觸過程示意圖；(b)為實(shí)驗(yàn)過程中力值變化和時(shí)間的關(guān)系圖。在時(shí)間T1以前，為纖維和纖維架逐漸進(jìn)入液體中的過程。初始OA階段，纖維架開始向下進(jìn)入液體中，OA階段的力值由于纖維架受到的浮力的增大而逐漸線性減少，但十分微小。到A點(diǎn)時(shí)，纖維開始接觸液體，此時(shí)，力值突然增加到B點(diǎn)，是纖維吸著液體的表現(xiàn)，界面張力的變化導(dǎo)致了這個(gè)力值的變化。過B點(diǎn)后，纖維繼續(xù)進(jìn)入液體中，固液界面開始趨替固氣界面，力值逐漸減小，至C點(diǎn)。當(dāng)由于纖維進(jìn)入液體形成的凹液面消失、液面閉合，力值突然增大回到D點(diǎn)。 時(shí)間T1以后，即

21、到I點(diǎn)，開始向上拉纖維架，液體對纖維架浮力的減少以及移動(dòng)阻力的出現(xiàn)，使得力值緩慢增加，直到J1點(diǎn)。J1點(diǎn)后，纖維開始被拉出液面，并附帶部分液體形成液膜，隨著液膜的逐漸增加，力值呈線性增大，直到J2點(diǎn)；第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第31頁/共54頁 隨著液膜的減薄和破損，力值出現(xiàn)非線性特征，從J2點(diǎn)緩慢增加到P點(diǎn)，然后又從P點(diǎn)下降到P點(diǎn)。由于最后液膜破裂，力值在瞬間降至Q點(diǎn)。 根據(jù)上述浸潤過程的現(xiàn)象，假設(shè)纖維為均勻細(xì)長的圓柱形，由于纖維水平進(jìn)入液體中，其與液體接觸的界面為圓形。對于這一浸潤，接觸角為常數(shù)，纖維受到的有效浸潤力，即液體表面張力沿垂直方向的分力（）大小隨液體與纖維接觸點(diǎn)的位置變化，如圖6-

22、35所示。 O AB BC CD (a) I J2 P PQ 纖維 J1 浸沒點(diǎn) 第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第32頁/共54頁-50050100150200250300350400-0.50.00.51.01.52.0OQPPIDCBAJ2pulling-outimmerging(b)T1J1Force, F (mgf)Time, t (sec)浸沒拔出圖6-34 典型的實(shí)驗(yàn)曲線及過程示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第33頁/共54頁圖6-35 液面和纖維的接觸點(diǎn)的關(guān)系示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第34頁/共54頁 圖6-35中，E點(diǎn)為液體和纖維的接觸點(diǎn)，O為纖維截面圓心，點(diǎn)A為液體和纖維的初始接觸點(diǎn)

23、；點(diǎn)D為液面閉合時(shí)液體和纖維的接觸點(diǎn)，線BC為過E點(diǎn)的圓的切線，線FG為過E點(diǎn)的水平線。為OA和OE的夾角；為過E點(diǎn)的切線BC和水平線FG的交角。在浸入過程中，水平線FG和接觸角是恒定不變的，變化的是。理論上，總有一接觸點(diǎn)，使。因?yàn)?，?dāng)時(shí)，接觸點(diǎn)E將低于液面水平面，即線b，此時(shí)液體表面張力沿垂直方向的分力b向上。只有時(shí)，接觸點(diǎn)E位于FG線上，液體表面張力在水平方向，垂直方向的分力為零。因此，可以顯微觀察得到。但理論上可以求得接觸角值。 首先定義浸潤因子w為 (6-36) 式中，F(xiàn)AB和FCD分別為AB和CD段得力值，見圖6-36。 當(dāng)時(shí)，有： （6-37） CDABFFw TAA1/)(ttt

24、第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第35頁/共54頁 據(jù)圖6-36可知： （6-38） 假設(shè)圖6-36中BC為直線，根據(jù)浸潤因子的定義： （6-39） 不考慮纖維架和纖維的浮力作用，則 （6-40） 將（6-40）代入（6-39）得： （6-41） 將（6-41）代入（6-37）得： （6-42） 式（6-42）反映了接觸角與浸潤因子的定量關(guān)系。結(jié)合浸潤因子的定義，有表6-5的關(guān)系。ADTtttD1DAA1CDABttttFFw)(AA1TD1Dttttt1TAA1wwttt) 1/(w第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第36頁/共54頁020406080100120-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.

25、20.40.6tDtD1tA1CDD1A1BtAAForce, F (mgf)Time, t (sec)圖6-36 實(shí)驗(yàn)曲線中力值變化分析示意圖第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第37頁/共54頁表6-5 浸潤因子與接觸角的關(guān)系力值關(guān)系力值關(guān)系浸潤因子浸潤因子接觸角接觸角FCDw=0FAB1w0/2FAB=FCDw=1=/2FABFCD0w1/2FAB=0w=0=第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第38頁/共54頁 纖維的鋪展浸潤性可用鋪展系數(shù)P來表達(dá)，即 （6-43） 鋪展系數(shù)又可稱為“鋪展壓”或“鋪展張力”，其反映在此壓力或張力的作用下，液體分子不僅能克服自身的內(nèi)聚能作用，展開增加表面積，而且使液體分子在固體表面

26、上快速擴(kuò)散。 vS為鋪展速度，即氣、液、固三相的交匯點(diǎn)A+的移動(dòng)。 LLSLWWP第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第39頁/共54頁 A+ 氣體 長絲 液體 A A+ A- 0 v vs 圖6-37 長絲向下運(yùn)動(dòng)時(shí)液面月牙狀的變化第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第40頁/共54頁 三、纖維芯吸與表征 浸潤對于單一纖維，或單一表面，可以用上述現(xiàn)象和說法來解釋.但面對纖維集合體或多表面靠近，或多孔材料時(shí)，即便是原平衡態(tài)的浸潤，也會變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)特征的浸潤，即氣、液、固三相交匯點(diǎn)A（圖6-27），會發(fā)生長時(shí)間的移動(dòng)，稱為芯吸(wicking)。 1. 纖維集合體的浸潤現(xiàn)象 纖維集合體的浸潤有毛細(xì)吸水的現(xiàn)象，或稱芯吸。芯吸

27、作用除了單纖維的浸潤作用外（cos），還有孔隙形狀因子的影響。典型的毛細(xì)管壓力p方程為： (6-44) rpcos2LV第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第41頁/共54頁 毛細(xì)管的等效半徑，即為形狀參數(shù)；增大，芯吸壓力p下降，浸潤作用減弱；變小時(shí)，芯吸壓力上升；當(dāng)大于液體表面月牙弧的曲率半徑時(shí)，芯吸便停止。即毛細(xì)管垂直狀態(tài)因重力作用存在極限值。 水平狀態(tài)時(shí)，當(dāng)大到一定程度時(shí)，一種是液體分離，回到浸潤的平衡或鋪展?fàn)顟B(tài)，一種是如平常的水管，只要水源足夠，將不停地流動(dòng)。垂直和水平兩種毛細(xì)狀態(tài)見圖6-38所示。 2r毛細(xì)管2r液體少液體少 圖6-38 無毛細(xì)作用時(shí)液體的狀態(tài) 2r毛細(xì)管2r液體少液體少第二節(jié) 纖

28、維的浸潤性質(zhì)第42頁/共54頁 2. 芯吸高度 當(dāng)纖維條，織物豎直插入液體或纖維集合體的空隙為豎直面對液體時(shí)，其拒水和芯吸作用，如圖6-39所示。 hW d hP d LV織物 LV纖維表面 (a) 90180（拒水） (b) 0/2，越大，hP越大，=時(shí)， （6-47） 拒水的第二條件，才是織物的孔隙等效直徑d0在織物不可浸潤的條件下，d與hP成反比，d愈小，織物愈拒水。 (2) 導(dǎo)水高度hW 由圖6-39(b)可得力平衡方程g4)cos( 2hdd )2(cosg4LVPdhdh1g4LVPg4cos2hdd第二節(jié) 纖維的浸潤性質(zhì)第44頁/共54頁 所以，纖維間的芯吸高度hW為： (6-48) 顯然，要獲得導(dǎo)水材料的必要條件是接觸角90，當(dāng)=0時(shí)，又回到式(6-47)。其次是毛細(xì)管直徑要小，纖維集合體越緊密，則纖維間孔隙的等效孔徑越小，纖維集合體的芯吸作用越強(qiáng)，hW越大。 。 纖維集合體的芯吸速率，在微觀上取決于纖維的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及液體分子的熱平衡過程；在宏觀上取決于孔隙形態(tài)與方向。