Исследование взаимосвязи характеристик гидрофильности текстильных полотен
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ьных волокон и нитей поглощать водяные пары и воду (сорбция) и отдавать их в окружающую среду (десорбция) характеризует их гигроскопические свойства.
Сорбция - сложный процесс, при котором происходит удержание влаги сорбентом за счет межмолекулярных сил взаимодействия. Она включает адсорбцию, абсорбцию и капиллярную конденсацию.
Адсорбция (поверхностная сорбция) обусловлена наличием энергии некомпенсированных сил межмолекулярного взаимодействия, за счет которой удерживаются молекулы влаги на поверхности волокон, нитей. Величина водяных паров при адсорбции зависит от многих факторов: прежде всего от структуры и свойств веществ, составляющих волокна и нити, от поверхности сорбента, давления, температуры, относительной влажности окружающей среды. Адсорбция влаги протекает быстро, и равновесное состояние достигается за доли или несколько секунд. При этом чем больше поверхность сорбента, чем выше давление и относительная влажность окружающей среды и ниже температура, тем выше адсорбция влаги.
Затем идет процесс проникания (диффузии) молекул влаги вглубь волокон, называемый абсорбцией. Он протекает медленно и достигает равновесия за длительное время (до нескольких часов). Наличие внутри волокон или нитей неуравновешенных межмолекулярных сил удерживает глубоко проникшие молекулы влаги; при десорбции обратное их движение также медленное.
Капиллярная конденсация заключается в сжижении паров воды в стенках капилляров волокон. Она возникает при смачивании стенок капилляра водой. В результате пар, еще не достигший давления насыщения по отношению к плоской поверхности, становится насыщенным или даже перенасыщенным по отношению к жидкой фазе в капилляре. Этот процесс происходит при высокой относительной влажности и длителен, может продолжаться десятки минут и даже несколько часов.
При десорбции равновесие устанавливается при большей влаге, чем при сорбции. Такое явление называется сорбционным равновесием. Оно связано с изменением структуры сорбента нитей: увеличением межмолекулярного расстояния, изменением расположения фибрилл и микрофибрилл и их ориентации. Восстановление структуры до сорбции возможно при нагреве волокон (нитей).
Влажность волокон (нитей), соответствующая сорбционному равновесию, называется равновесной влажностью. Равновесная влажность волокон и нитей зависит не только от их структуры и свойств, но и от температуры, давления и относительной влажности. При изменении этих условий меняется равновесная влажность волокон и нитей [19].
При изменении относительной влажности и температуры воздуха равновесная влажность материала меняется. Об этом можно судить по кривым зависимости равновесной влажности волокон Wp от относительной влажности воздуха ? при постоянной температуре (25С), которые называются изотермами сорбции (рис. 1.). С повышение относительной влажности воздуха равновесная влажность материала увеличивается.
Рис. 1. Изотермы сорбции водяных паров текстильными волокнами:
- лен; 2 - шелк-сырец; 3 - хлопок; 4 - шерсть; 5 - лавсан; 6 - нитрон; 7 - нейлон; 8 - ацетат.
При десорбции наиболее интенсивная отдача влаги происходит в первый момент процесса; по мере приближения к новому равновесному состоянию скорость десорбции снижается. Однако равновесная влажность материала при десорбции несколько выше равновесной влажности при сорбции в одинаковых атмосферных условиях, т. е. изотермы сорбции и десорбции не совпадают (рис. 2.), наблюдается гистерезис сорбции. Это связано с тем, что при десорбции часть абсорбированной влаги, находящейся в межмолекулярном пространстве, может удерживаться в надмолекулярной структуре волокна вследствие ее неуравновешенности.
Рис. 2. Изотермы (по данным Е.Н. Чернова) хлопкового волокна:
- сорбции; 2 - десорбции [12].
Для описания кинетических кривых изотерм сорбции водяных паров (адсорбции) нередко используют известное уравнение С. Брунауэра, Н. Эммета и Э. Теллера (уравнение БЭТ):
V=VmCP/[(P0 - P)+(C - 1)P/P0], (1)
где V - объем сорбированной влаги; Vm - предельное значение объема адсорбированной влаги, когда вся поверхность волокон (сорбента) покрыта мономолекулярным слоем; С - константа адсорбции, зависящая от теплоты сорбции, абсолютной температуры и других параметров; Р - давление пара, при котором происходит адсорбция; P0 - давление насыщенного пара при данной температуре.
Для нахождения постоянной С уравнение (1) преобразуется к виду:
=+ . (2)
Это уравнение прямой
y=ax+b, (3)
где
y=P/[( P0 - P)V]; (4)
a= tg ?= (C - 1)/( VmC); (5)=P/ P0; (6)= 1/( VmC). (7)
Для расчета коэффициентов a и b необходимы данные о влажности волокон в зависимости от относительной влажности воздуха.
По полученным данным можно рассчитать также удельную поверхность сорбента:
S= Vm/Sm, (8)
где Vm - емкость мономолекулярного слоя; Sm - площадь, занимаемая молекулой воды (1,14 нм).
Величина Vm, моль/г, определяется из выражений (5) и (7), когда
C= a/b+1,