細絨棉吸濕性能研究

陽小明，王華

（東華大學 紡織學院，上海 201600）

棉花不僅是紡織品加工的重要原料，也是我國的支柱產業。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，而棉花由于生長環境、氣候、土壤、日照時間不同，其吸濕性能也存在差異。新疆與海南是我國優質棉花的主要來源，但由于地理位置不同，種植的棉花也有所差異。本文將對新疆細絨棉與海南細絨棉的吸濕性進行對比研究。

1 細絨棉簡介

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

新疆為我國棉花的主要種植基地，全國約40%的細絨棉產自新疆，是我國的主要產棉區，一方面是因為新疆自身地理條件的優勢，其氣候特點為晝夜溫差較大，日照時間充足，適合棉花等農作物的生長；另一方面由于國家政策的不斷調整和完善，在棉花補貼價格實施的背景之下，新疆區域棉花的種植面積在不斷調整，有助于棉花種植產業向主棉區集中，某種程度上，可促進新疆棉花向規?；?、集約化、專業化方向發展[2]。

海南處于我國南方，有“天然溫室”之稱，氣候濕潤，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，海南的氣候條件和地理環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境，兩地所培育的棉花品質也略有差異，由于棉纖維最顯著的性能是其良好的吸濕性，下文將對新疆細絨棉與海南細絨棉的吸濕性能進行探討。

2 細絨棉吸濕性能試驗

根據國標GB/T6102.1—2006《原棉回潮率試驗方法 烘箱法》[4]，采用烘箱干燥法對細絨棉的吸濕和放濕性能進行測試，并繪制吸濕和放濕曲線，推導吸（放）濕回歸方程，從而對細絨棉的吸濕性能進行探討[5]。

2.1 試驗試樣及儀器

試驗試樣：新疆細絨棉、海南細絨棉。試樣指標見表1。

表1 試樣指標

試樣儀器：YG747通風式快速八籃烘箱、電子天平等。

2.2 試驗內容

2.2.1 吸濕試驗

在溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±5）℃的恒溫恒濕實驗室內，稱取海南細絨棉與新疆細絨棉試樣各10g，再將試樣放入105℃烘箱內，預烘時間為30min，盡量使纖維呈現蓬松狀態，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，直至纖維達到吸濕平衡，計算回潮率。

2.2.2 放濕試驗

在恒溫恒濕試驗室內，稱取棉試樣各10g，放入有水的干燥器內，將纖維保持在相對濕度為100%的狀態下，時長為12h，使其充分吸收水分，達到吸濕平衡后，測試纖維重量變化，直至纖維放濕平衡，計算回潮率。

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 細絨棉吸濕性試驗結果及分析

3.1 細絨棉的吸濕及放濕曲線

根據試驗結果，繪制新疆細絨棉及海南細絨棉的吸濕及放濕曲線，并用Origin軟件進行擬合，擬合結果如圖1和圖2所示。

圖1 細絨棉放濕回歸曲線圖

圖2 細絨棉吸濕回歸曲線圖

由圖1可以看出，放濕時，前50min內，細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，新疆細絨棉的平衡回潮率為8.8%，略高于海南細絨棉8.6%。從圖2可以看出，吸濕時，前50min內，棉纖維吸濕速率較高，且海南細絨棉的吸濕速率略高于新疆細絨棉，50min之后，兩種棉纖維的吸濕速率均有所下降，直到吸濕平衡，新疆細絨棉與海南細絨棉吸濕時的平衡回潮率分別為7.6%和7.8%；對于細絨棉而言，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。

產生吸濕滯后性的原因為：棉纖維在吸濕時，一方面，水汽濃度外部高、內部低，且濃度呈梯度下降，這時水分子的運動速度較高，動能較大，吸濕通道多且通暢，因此水分子更容易進入纖維內部并被吸附，釋放能量，這一過程有利于分子的運動，促進纖維繼續吸濕；另一方面，水分子的進入使纖維體積膨脹，這種膨脹是不可逆的，相應地也會導致纖維內部分子結構的變形，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，水汽濃度內高外低，且放濕通道很多被占據或堵塞，水分子的退出需要吸附能量，將會導致纖維內部溫度降低，不利于水分子的運動，加之放濕通道不通暢，使得水分子較難退出，導致放濕較為緩慢，這也是纖維產生吸濕滯后性的原因。

3.2 細絨棉吸濕及放濕回歸方程

根據相關文獻記載，可得出棉纖維在吸濕與放濕過程中，回潮率與時間存在一定的回歸關系，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為時間（min），a、b、c均為常變量。

Origin擬合回歸方程如下。

新疆細絨棉回潮率和時間的關系：

海南細絨棉回潮率和時間的關系：

3.3 細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，通常用吸濕時間常數表示，即纖維在完全干燥的狀態下開始吸濕，吸濕速率不變，達到平衡時所需的時間，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，為探討細絨棉吸濕與放濕規律，有必要建立回歸曲線探討規律[7]。

利用Origin軟件對細絨棉的吸濕和放濕速率進行曲線擬合，并得到回歸方程，結論如下。

新疆細絨棉吸（放）濕速率和時間的關系：

海南細絨棉吸（放）濕速率和時間的關系：

由圖3可以看出，在放濕試驗開始時，新疆細絨棉與海南細絨棉的吸濕速率分別為0.60g/min和0.63g/min，在前50min內，棉纖維放濕速率下降趨勢較快，50min之后，放濕速率有所減慢，直到速率減為0，整體上海南細絨棉的放濕速率略高于新疆細絨棉的。圖4中，吸濕試驗開始時，新疆細絨棉的吸濕速率為0.28g/min，海南細絨棉的吸濕速率為0.25g/min，在吸濕前20min，海南細絨棉的吸濕速率均高于新疆細絨棉的吸濕速率，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，新疆細絨棉的吸濕速率略高于海南細絨棉的，直至吸濕平衡。

圖3 細絨棉放濕速率回歸曲線圖

圖4 細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，如親水基團的數量，纖維的結晶度，纖維的比表面積和孔隙，以及纖維中所含伴生物質的種類和含量等，以上因素均會對棉纖維的吸濕性產生影響，但影響的重要程度不同。其中，親水基團的數量直接影響纖維吸濕性能的強弱，纖維分子中，親水基團含量越多，吸濕性越強；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，對水分子的吸附能力極強，屬于直接吸收水，因此對外部環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等，這些物質比纖維素更能吸附水，整體上，有利于增強棉纖維的吸濕性。

4 結語

4.1 新疆細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%，新疆細絨棉的放濕回潮率略高于海南細絨棉的，海南細絨棉的吸濕回潮率略高于新疆細絨棉的。

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

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

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