第六章纤维的表面性质详解.ppt

图6-20 纤维摩擦中的粘－滑现象 3. 摩擦的对称性及方向性 图6-21 纤维的对称和非对称摩擦示意图 （1） 对称与非对称摩擦 图6-22 羊毛差微摩擦效应 图6-23 羊毛毡缩过程示意图 （2） 不同方向的摩擦 差微摩擦效应：羊毛纤维特有的现象，即顺鳞片摩擦的摩擦系数小于逆鳞片摩擦系数；（摩擦的各向异性） 根本原因是羊毛鳞片的棘齿形态。这也是导致羊毛具有毡缩性的必要条件。 毡化（毡缩性）：羊毛纤维在热、湿、机械综合作用下，向根部方向移动，纤维相互穿插、纠缠并越收越紧，最终形成毡制品。 羊毛集合体的毡化就是由差微摩擦效应，加上羊毛的高弹性伸长率和促进羊毛弹性伸长与回复的热、湿、机械综合作用完成的。 二、摩擦机理与测量 1. 纤维的摩擦机理 摩擦是指两物体间接触并发生或将要发生相对滑移时的现象； 从微观力学角度来说，是两物质接触面分子间的相互作用，在切向外力作用下产生剪切和分离的过程； 从宏观形态看，是两接触物体间的碰撞、挤压和错位； 实际纤维间的摩擦，是宏观和微观作用的综合。 2. 纤维摩擦性质的测量 图6-24 绞盘法测量原理示意图 （1）绞盘法 图6-25 纤维抽拔法实验原理 （2）抽拔法 图6-26 刮动法测量装置原理图 （3）刮动法 第四节 纤维的浸润与芯吸 浸润和芯吸都是讨论纤维与液体的相互作用。 浸润：表达单纤维或纤维集合体表面（或表观）与水的相互作用； 芯吸：表达纤维集合体内（纤维间）或单纤维内（孔洞）对液体的毛细作用。 一、纤维浸润现象（wetting） 纤维的浸润，是指纤维与液体发生接触时的相互作用过程。 1. 平衡与非平衡浸润 图6-27 平衡浸润模型 (1) 平衡浸润 纤维与液体接触时可以达到平衡不变的液体形状的浸润。 表6-4 平衡浸润的几种形式 θ 可否浸润 cosθ 状态 θ＝0° 完全浸润 1 或称铺展 0?θ90? 可浸润 ?0 正浸润 θ=90? 无浸润 0 零浸润 90??θ?180? 不可浸润 ?0 负浸润 θ=180? 完全不浸润 ?1 随遇稳态 接触角?：气-液切面与固-液界面间 含液体的夹角。 (2) 非平衡浸润 纤维与液体接触时液体形态一直发生变化（铺展）的浸润。 非平衡浸润的特征是液滴在固体表面上的展开成膜，原有的固－气界面消失，而留下两层固－液和气－液界面。 2. 浸润的滞后性 是指固体表面第一次浸润和第二次浸润间存在差异，且第一次浸润角θ1恒大于第二次浸润角θ2。以此推广： 滞后角，反应纤维浸润的滞后性： 3. 伪浸润现象 图6-28 粗糙表面浸润模型图 图6-29 不同组份表面的浸润模型 是指由于纤维的表面形态与真实形态存在差异，或材料表面不同组分的组合，使液滴的三相交汇点落在某一位置或某一组分中而引起的表观接触角不能表达或不能完全表达真实浸润性的现象。前者称形态伪浸润，后者称组分伪浸润。 （1）形态的影响 （2）组分的影响 二、纤维浸润性测量 1. 接触角θ测量 图6-30 插入转动法示意图 图6-31 悬滴法计算示意和实物图 图6-32 浸润的前进角和后退角的测量示意 ① 插入转动法；② 悬滴法；③ 注入法 2. 浸润力的测量 图6-33 浸润力测量原理图 竖直拔出法 水平浸入拉出法 3. 铺展速度的测量 图6-37 长丝向下运动时液面月牙状的变化 三、纤维芯吸与表征 对于纤维集合体或多表面靠近或多孔材料，即便是原平衡态的浸润，也会变为非平衡态特征的浸润，即气、液、固三相的交点会发生长时间的移动，这种现象称为芯吸。 1. 纤维集合体的芯吸现象 图6-38 无毛细作用时液体的状态 纤维集合体的浸润有毛细吸水的现象，或称芯吸。芯吸作用，除了单纤维的浸润作用外，还有孔隙形状因子的影响。 当纤维孔隙为竖直排列，并在有效的毛细半径时，浸润和重力作用会使液体被芯吸到某一高度后，形成稳态； 空隙为水平放置时，毛细作用会使液体不断扩展，形成非平衡态； 当纤维间的空隙大小和组成不同时，则会产生毛细压差，而形成扩展的方向性和选择性。 (a) 90°θ180°（拒水） (b) 0°θ90°（导水） 图6-39 纤维正、负浸润时的芯吸模型图 拒水高度 织物能够拒水的必要条件是θ 90°；其次为织物的孔隙等效直径d，d越小，织物越拒水。 2. 芯吸高度 （2）导水高度 织物能够导水的必要条件是θ 90°；其次为织物的孔隙等效直径d，d越小，芯吸作用越强。 3. 芯吸速度 纤维集合体的芯吸速率，在微观上取决于纤维的物理化学性质和液体分子的热平衡过程；在宏观上取决于孔隙的形态与方向。 第六章作业 1.名词解释 粘-滑现象与丝鸣，抱合力与切向阻力， 摩擦的对称性