Влажность тканей — это количество влаги, остающейся в сухой ткани при данной температуре и относительной влажности воздуха *. В текстильной литературе эта влажность называется равновесной. В условиях обычной относительной влажности изменение содержания влаги в ткани вызывает изменение веса ткани, но незаметно на ощупь.
Различные волокна при одних и тех же температуре и относительной влажности воздуха содержат разное количество влаги. Например, шерсть, хлопок, шелк поглощают много влаги, найлон, ацетатный шелк, дакрон **, наоборот, — очень мало.
Изменения температуры воздуха не оказывают заметного влияния на влажность волокон, если относительная влажность воздуха остается постоянной. Например, при температуре 15,5°С и относительной влажности, равной 60%, 0,45 кг шерсти содержат в среднем 60,7 г влаги. При температуре 32,2°С и относительной влажности 60% то же самое количество шерсти будет содержать 56,8 г влаги. Изменение температуры на 16,6°С вызывает изменение в содержании влаги только на 3,9 г (на 0,45 кг шерсти).
Влажность волокон определяется в первую очередь относительной влажностью воздуха. Изменение относительной влажности воздуха оказывает значительное влияние на влажность волокон. Например, при температуре 23,9°С и относительной влажности, равной 50%, 0,45 кг шерсти содержат в среднем 51,1 г влаги. При увеличении относительной влажности до 90% влажность шерсти при той же температуре воздуха составляет 85,2 г на 0,45 кг волокна. Изменение относительной влажности вызвало увеличение влажности волокна на 34 г.
* Влажность волокон — это количество влаги, выраженное в % по отношению к весу абсолютно сухого волокна. (Прим. перев.].
** Дакрон — полиэфирное волокно типа лавсана, получаемое в США.
Физические свойства тканей
В зависимости от количества гидрофильных групп, способных притягивать и удерживать около себя воду, текстильные волокна обладают большей или меньшей гигроскопичностью, поэтому, при одинаковой относительной влажности и температуре воздуха различные текстильные материалы обладают различным влагосодержанием. На рис. 11-54 приведены изотермы сорбции. Изотермы получены при температуре 25° С. Относительная влажность воздуха в % равна:
где Р — абсолютное давление водяных паров в условиях сорбции в кГ/см 2; Р0 — абсолютное давление водяных паров при насыщении в кГ/см 2 .
По оси ординат откладывают относительную равновесную влажность Wp, т. е. отношение веса водяных паров к весу сухого волокна при сорбционном равновесии в %. По приведенным изотермам можно получить средние данные о равновесной (нормальной) влажности различных волокон. Процесс присоединения адсорбционно связанной влаги происходит при значительном выделении тепла. Наибольшее количество тепла выделяется при присоединении первого мономолекулярного слоя. Адсорбционно связанная влага обладает свойством упругого тепла, а ее пленка толщиной 0,1 мк — расклинивающим свойством.
При поглощении влаги волокна набухают, что увеличивает объем волокна больше по поперечнику и меньше по длине. Это явление объясняется тем, что структурные элементы волокна — макромолекулы, микрофибриллы, фибриллы расположены вдоль оси волокна или под небольшим углом к ней. Физико-химически связанная влага играет главную роль в процессах влажно-тепловой обработки тканей, так как она является пластификатором вещества волокон, ослабляет межмолекулярные связи и облегчает переход волокон в высокоэластическое состояние.
К физико-механическому способу связи материала с влагой относятся структурная связь (жидкость, захватываемая при образовании структуры коллоидного тела), капиллярная связь и связь в микрокапиллярах. Капиллярная жидкость делится на жидкость в макрокапиллярах (радиус капилляра r -5 см) и жидкость в микрокапиллярах (r> -5 см). Такое деление на макро- и микрокапилляры обусловлено явлением капиллярной конденсации пара в капиллярах. В сквозных капиллярах с радиусом r≤10 -5 см может происходит капиллярная конденсация пара, т. е. эти капилляры могут заполняться влагой во влажном воздухе, не соприкасаясь с жидкостью. Если же радиус сквозного капилляра r≥ 10 -5 см, то капиллярной конденсации не происходит, а капилляр заполняется водой только при непосредственном соприкосновении с. жидкостью.
Читайте также: Ткань рогожка для мебели зеленая
В несквозных (замкнутых) капиллярах независимо от величины радиуса происходит поглощение влаги из влажного воздуха. Связь смачивания обусловлена прилипанием воды при непосредственном соприкосновении ее с поверхностью тела. Влага такой связи удерживается непрочно и может быть удалена испарением. Влага физико-механической формы связи не является пластификатором волокна, но при выполнении процессов влажно-тепловой обработки изделий из текстильных материалов ускоряет нагревание волокон и создает благоприятные условия для равномерности прогрева всех участков материала.
Гигроскопичность тканей, трикотажа и нетканых материалов в зависимости от их структуры (плотности, толщины), и от свойств волокон оказывает влияние на скорость влагопоглощения и влагоотдачи. Для тканей характерна также более высокая сорбция водяных паров в начальный момент помещения их во влажную атмосферу, а затем этот процесс замедляется (рис. 11-55). Как видно из графика, состояние равновесной влажности у тканей из синтетических волокон наступает через несколько часов, а у вискозных, хлопчатобумажных и шелковых тканей это состояние наступает только к концу вторых суток.
Рис. 11-55. Кривые сорбции-десорбции водяных паров тканями: 1 — вискозными; 2 — из натурального шелка; 3— хлопчатобумажными; 4 —из капрона; 5 — из лавсана.
Еще более разной оказывается скорость десорбции. Ткани и трикотаж, выработанные из синтетических волокон при помещении их в атмосферу с влажностью, равной 0%, быстро теряют влажность, а в тканях и трикотаже из хлопчатобумажной пряжи, из вискозных и шелковых нитей этот процесс протекает медленно.Считается, что более медленное протекание процессов сорбции и десорбции в гидрофильных волокнах и особенно в таких, как шерсть и вискоза, является следствием их высокого теплового эффекта смачивания. Показателем скорости влагопоглощения является капиллярность. Капиллярность. Капиллярность материалов является характеристикой водопоглощающей способности продольных пор в материале. Подъем воды не может происходить по порам, находящимся на поверхности ткани, и по сквозным порам или просветам, образующимся в ткани из-за неплотного прилегания нитей друг к другу, ввиду их малой протяженности и большого диаметра.
Таким образом, впитывание и перемещение влаги в текстильных материалах происходит по продольным порам, имеющимся в нитях и пряже. Подъем воды между отдельными нитями не происходит, так как нити в силу переплетения не образуют между собой непрерывного капилляра. Этим, в частности, можно объяснить тот факт, что трикотажные полотна выработанные из такой же пряжи и нитей, как и ткани обладают по сравнению с тканями меньшей капиллярностью. На рис- 11-56 представлены кривые, характеризующие сравнительную скорость впитывания воды некоторыми видами тканей, трикотажа и нетканых материалов. Анализ приведенных кривых показывает, что величина капиллярности зависит не только от волокнистого состава материала, но и от его структуры.
Для оценки гигиенических свойств тканей, трикотажа и нетканых материалов имеет значение не только начальная скорость водопоглощения, определяющая интенсивность смачивания, но и постоянная скорость перемещения воды по ним, а также скорость высыхания материалов. Процесс высыхания материалов сопровождается изменением температуры соприкасающейся с ним поверхности. Скорость высыхания тканей, трикотажа и нетканых материалов зависит от природы волокон, из которых эти материалы изготовлены, а также от структуры материала. Целесообразность носки льняных изделий в жаркое время года, так как они способствуют снижению температуры поверхности кожи и быстрому удалению потовыделений из пододежного пространства.
Читайте также: Взятие у больного кусочка ткани
Рис. 11-56. Кривые скорости впитывания влаги: I, 2, 3 — хлопчатобумажными неткаными вязально-прошивными материалами; 4 — хлопчатобумажными начесными тканями; 5 — ситцем; 6 — костюмными тканями полушерстяными с лавсаном; 7 — платированными полотнами хлопчатобумажными с вискозным шелком; 8 — хлопчатобумажным трикотажем переплетения гладь; 9 — пальтовыми тканями полушерстяными с лавсаном: 10 — трикотажными шерстяными полотнами пике.
Виды связи влаги с материалом
Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом. Чем прочнее связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается. П.А. Ребиндером предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом:
1. химическая (ионная, молекулярная);
2. физико-химическая (адсорбционная, осмотическая, структурная);
3. механическая (влага в капиллярах и макрокапиллярах, влага смачивания).
Наиболее прочным видом связи влаги является химическая. Может быть удалена только при нагревании материала до высокой температуры (прокаливании) или химическом воздействии.
В процессе сушки удаляется, как правило, только влага, связанная с материалом физико-химически и механически. Влага, связанная с материалом физико-химически, может быть удалена при помощи сушки. Формы физико-химической связи разнообразны:
— Адсорбционно-связанная влага— удерживается у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Обладая большой поверхностью, коллоидные структуры имеют большую адсорбционную способность. Прочно связанная с материалом эта влага называется связанной водой. Адсорбционная влага удерживается молекулярным силовым полем.
— Осмотически удержаннаяиструктурная влага— отличается от адсорбционной тем, что она связана с материалом менее прочно, удерживается осмотическими силами и находится внутри клеток материала (называемая иначе влагой набухания).
Наиболее легко может быть удалена механически связанная влага. Она содержится в капиллярах тела и на его поверхности. Капилляры пористых тел различаются по диаметру. Капилляры, средний радиус которых меньше 10 -5 см называются микрокапиллярами.
Кинетика сушки
При конвективной сушке влажных материалов влага перемещается в материале по направлению от центра кусков материала к периферии, где материал омывается сушильным агентом (воздухом). Такое перемещение влаги (миграция) – это в основном диффузионный процесс, движущей силой которого является разность между концентрациями влаги в различных точках материала. Однако этот процесс усложняется тепловым воздействием на материал.
Количество влаги , прошедшей через поверхность за время при градиенте концентрации :
где — коэффициент, зависящий от характера связи влаги с материалом и от характера материала.
В материале влага может перемещаться в виде жидкости и в виде пара. При большой влажности материала преобладает миграция влаги в виде жидкости.
Перемещение влаги внутри продукта происходит также под действием температурного градиента. При этом надо иметь в виду, что перемещение влаги под тепловым воздействием имеет направление теплового потока, при этом проявляется действие термовлагопроводности. Это означает, что если нагрев продукта осуществляется с его поверхности, то влага в силу температурного градиента перемещается от периферии к центру.
Количество влаги, которое перемещается под действием температурного градиента :
где — коэффициент, аналогичный коэффициенту .
Таким образом, суммарное количество перемещаемой влаги при наличии разности ее концентраций и температурного градиента будет равно:
Читайте также: Макси юбка расход ткани
где — общее количество диффундируемой влаги, кг.
Для того чтобы уменьшить эффект термовлагопроводности, продукт при сушке необходимо по возможности измельчать.
Сушка материала состоит из трех этапов:
1. перемещения влаги внутри высушиваемого материала по направлению к его поверхности;
3. перемещения пара от поверхности материала в окружающий воздух.
Движущей силой диффузии влаги из поверхностной пленки в окружающую среду является разность парциальных давлений водяного пара
где: — парциальное давление насыщенного пара в пограничном паровом слое; — парциальное давление водяного пара в окружающей среде.
Количество продиффундировавшего пара:
где: — коэффициент испарения; — площадь поверхности испарения.
Количество влаги, прошедшее через пограничный слой в окружающую среду, должно быть равно количеству влаги, подведенной к этому слою из материала. Скорость сушки может лимитироваться этими обоими процессами и зависит от свойств материала и режима сушки.
Наблюдая за изменением массы материала в процессе сушки, строят кривую сушки (рис.9.1) в координатах: влажность материала в массовых процентах ( ) — время в минутах или часах ( ). В начале сушки в течение небольшого промежутка времени линия сушки имеет вид кривойпрогрева материала. Затем начинается I период постоянной скоростисушки. В этот период линия сушки имеет вид прямой. Температура материала в этот период принимает значение, равное температуре мокрого термометра (отрезок на температурной кривой). В первый период сушки происходит удаление свободной влаги (влаги макрокапилляров и смачивания). Когда свободная влага полностью удалена, наступает второй период — период удаления связанной влаги. В точке С, соответствующей определенной влажности материала, характер линии сушки изменяется. Она становится кривой, асимптотически приближающейся к значению — равновесной влажности при заданных условиях сушки. Во втором периоде скорость сушки непрерывно уменьшается. Форма линии сушки зависит от вида связи влаги с материалом, структуры материала, т. е. от условий перемещения (миграции) влаги внутри продукта. При достижении равновесной влажности прекращается удаление влаги из материала. Температура материала равна температуре окружающего материал теплоносителя (точка ). Однако для достижения равновесной влажности требуется значительное время.
На основании кривых сушки можно построить кривые скорости сушки (рис.3.16). Для этого по оси абсцисс откладывают содержание влаги в материале, по оси ординат — скорость сушки, представляющую собой изменение влаги во времени dw/dt. Скорость сушки для данной влажности материала выражается тангенсом угла наклона касательной, проведенной к точке кривой сушки.
Вид кривых скорости сушки во втором периоде может значительно отличаться. Второй период сушки, в зависимости от форм связи влаги с материалом, может сам складываться из нескольких периодов. Для материалов, имеющих сложную структуру, наблюдается вторая критическая точка, соответствующая границе влажности , при которой изменяется механизм перемещения влаги в материале. Кривая 1 (рис.3.17) типична для капиллярно – пористых тел (например, сухарей), для которых верхний участок определяет скорость удаления ка-пиллярной влаги, а нижний, начиная с влажности равной , — адсорбционной. Линии 2 и 3 соответствуют скоростям сушки, боль-шей или меньшей, чем те, которые подчиняются прямолинейному закону. Кривая 2 характерна для тканей и других тонколистовых материалов, или когда материал растрескивается во время сушки. Кривая 3 имеет место в случае, когда на поверхности материала образуется корка, препятствующая диффузии влаги к поверхности раздела фаз, или, например, для керамических материалов.
Дата добавления: 2016-11-29 ; просмотров: 7749 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом