Какое свойство характеризует гигроскопичность материала
Время чтения:
6 минут
Ткани для пошива одежды должны отвечать некоторым требованиям. Среди них: предотвращение химических и механических повреждений, предохранение от пыли, защита от природных катаклизмов и гигроскопичность. Многие, вероятно слышали это слово, но не все понимают его значение и важность. Гигроскопичность ткани – это одно из гигиенических свойств текстиля, которое влияет на комфорт в носке.
Определение
Гигроскопичность – это способность материала к поглощению водяных паров из атмосферы и удержанию их при определенных условиях. Этот показатель необходимо учитывать при пошиве постельного и нижнего белья, спортивной формы и одежды для малышей. Высокая температура воздуха и тела способствует повышенному потоотделению и дискомфорту. Этого можно избежать, если у ткани высокие показатели гигроскопичности. Хорошая пропускаемость воздуха и водяных паров влияет не только на комфорт, но и здоровье человека. Может произойти перегревание организма, а как следствие кожные, простудные заболевания и плохое самочувствие.
Гигроскопичность ткани меняется вместе с температурой воздуха и относительной влажностью. Отсюда вывод, что данная величина – непостоянная. Если бы количество влаги в материале не менялось при повышении или понижении температуры, то способность к поглощению водяных паров стала бы бессмысленной. Материалы с определенной способностью пропускать и поглощать влагу создают баланс тепла между телом человека и окружающей средой.
Гигроскопичная ткань или нет определяется волокнистым составом и структурой. Также, немаловажно наличие всевозможных пропиток, защитных покрытий и отделки. Чем толще и плотнее материал, тем медленнее протекает процесс испарения. Это значит, что температура и влажность воздушной прослойки между телом и одеждой будут более постоянными.
Гигроскопичность материалов и их разновидности
Волокна, из которых изготавливаются ткани, имеют разное происхождение: натуральные, искусственные и синтетические. Каждый покупатель должен иметь представление о физических и гигиенических свойствах тканей. Это знание поможет купить именно то, что вам нужно и обеспечит комфорт в носке.
На заметку
Качественный, добротный материал должен не только впитывать влагу, но и отправлять ее в окружающую среду, если это необходимо. Такая способность предотвратит переохлаждение организма.
Очевидно, что требования, которые предъявляют к гигиеническим свойствам нижнего белья и тяжелых пальтовых тканей – абсолютно разные. Например, нательная одежда обязана хорошо впитывать и испарять влагу. Для зимней же одежды, важна малая гигроскопичность, но хорошее теплосбережение.
- Хлопок – это натуральный материал из волокон растительного происхождения. Не теряет своей популярности уже не одну сотню лет. Чем же он привлекает? Экологичность, прочность, натуральный состав, безопасность и комфорт – все это про хлопок. Большая часть детской одежды шьется именно из него, ведь хлопковая ткань отвечает всем необходимым требованиям.
Хлопок отлично впитывает влагу, поэтому и считается лучшим вариантом на жаркие летние дни. Одежда не прилипнет к телу, а лишь создаст нужный микроклимат. Некоторые хлопчатобумажные ткани подвергаются специальной обработке – мерсеризации. В ее процессе материал погружают в раствор каустической соды. Путем таких нехитрых манипуляций, продлевается срок службы, увеличивается прочность и улучшаются способности по поглощению влаги.
Полезное
Ситец способен впитывать до 50-70% влаги от своей общей массы и оставаться абсолютно сухим на ощупь. И только после 70% капли начинают выступать на поверхности.
Хлопковые вещи точно не вызовут раздражения, а кожа в них не перестает «дышать». Гигроскопичность хлопка зависит от температуры и влажности окружающей среды. Например, в закрытом помещении этот показатель будет меньше. При влажности воздуха 65% и температуре 20°С гигроскопичность составит 12-18%.
- Шерсть – это тот материал, который создает сама природа, но с участием человека. Для пошива одежды используют шерсть таких животных, как овцы, верблюды, кролики, козы. Наиболее дорогим и элитным считается мех альпака. Используется данный материал в основном для верхней зимней одежды, теплых костюмов и свитеров. Что не удивительно, ведь он обладает хорошими теплозащитными свойствами и высоким уровнем гигроскопичности – до 20%.
В cостав шерсти иногда добавляют синтетические волокна, так как ткань в чистом виде долго сохнет и дает большую усадку – до 3% по основе и 3,5% по утку.
- Лён – натуральный материал с высокой прочностью и отличными гигиеническими свойствами. Из льна шьют в основном повседневную одежду, но даже она пользуется спросом. Такая популярность вызвана следующим набором качеств: экологичность и гипоаллергенность, прочность и износостойкость, отсутствие статического электричества и высокая гигроскопичность. В обычных условиях она равна 12%, в местах с повышенной влажностью – до 20%.
- Синтетические и искусственные материалы:
- искусственные ткани получают с помощью химических процессов и преобразований. Часто в процессе участвует целлюлоза, полученная из растений. Яркий представитель этой группы – вискоза. Это сияющая материя, которая по внешнему виду напоминает шелк. Материал вызывает приятные тактильные ощущения, слегка холодит кожу, не накапливает статическое электричество и считается гипоаллергенным. Гигроскопичность у вискозы средняя – 10-11%. Единственным недостатком считается низкая прочность в мокром состоянии. Влажное изделие легко порвать без особых усилий.
- синтетические ткани – это те, в основе которых лежат полимеры. Полимерами называются продукты переработки нефти, газа и угля. Они плохо пропускают воздух, поэтому повышается потоотделение, закупориваются поры и в целом «кожа не дышит». Такое состояние сопровождается зудом и раздражением кожи. Сильнее других этому подвержены маленькие дети и аллергики. Способность пропускать влагу у синтетических волокон очень низкая и варьируется в таких пределах:
- Показатели капрона и винола в нормальных условиях – 5-7%
- Хлорсодержащие волокна, спандекс, лавсан – 0,5-1,5%
На заметку
Не все синтетические материалы одинаково плохи. Микрофибра – синтетическая ткань, имеющая все качества натуральных полотен. Уровень гигроскопичности превышает 10%. Микрофибра может впитать количество влаги, которое равно и даже превышает собственный вес в несколько раз.
Гигроскопичность – это хорошо?
Гигроскопичность синтетических материалов отличается в меньшую сторону от показателей натуральных тканей. Но можно ли это считать недостатком? Однозначного ответа нет, ведь мы подбираем одежду, исходя из климата и погодных условий в конкретный период времени. Для кого-то она особенно важна. Например, спортсменам и людям в жару необходимы впитывающие влагу материалы.
Однако, многие ткани не нуждаются в повышенной влажности. Вода снижает теплоизоляцию в зимний период, а некоторые материалы и вовсе деформируются под ее воздействием (тонкий трикотаж). Не нужно бездумно полагаться на высокие проценты гигроскопичности, ведь все зависит от назначения ткани.
Выше мы разобрали, что такое гигроскопичность и для чего нужна. Однако, гигиенические свойства тканей не ограничиваются этим показателем. Не менее важны и другие качества: пылеёмкость, теплоизоляция, воздухопроницаемость, намокаемость.
© 2020 textiletrend.ru
Физические свойства характеризуют отношение текстильных материалов к различным воздействиям окружающей среды. Различают сорбционные (гигроскопические), тепловые, оптические, электрические и другие свойства, а также проницаемость, т. е. способность материалов пропускать через себя воздух, пар, влагу, дым, ветер, пыль, тепло, радиоактивное и электрическое излучение и т. п.
Гигроскопические свойства
Гигроскопические свойства текстильных материалов характеризуют их способность поглощать из окружающей среды и отдавать в нее водяные пары и воду. Важнейшими показателями являются влажность, гигроскопичность, влагоотдача, капиллярность, водопоглощение.
Поглощение паров влаги из окружающей среды текстильными материалами происходит путем сорбции водяных паров волокнами, представляющей собой сложный физико-химический процесс. Процесс сорбции водяных паров является обратимым, и в определенных условиях происходит отдача — десорбция водяных паров.
Сорбция состоит из нескольких этапов. На начальном этапе, когда материал попадает в среду с большой относительной влажностью воздуха, начинается процесс адсорбции — притягивания поверхностью волокон паров воды, которые образуют на ней плотную полимолекулярную пленку. Адсорбция протекает очень быстро, и равновесное состояние достигается в течение нескольких секунд. При насыщении поверхности волокон водяными парами происходит процесс проникновения (диффузии) молекул воды в межмолекулярное пространство, т. е. процесс абсорбции. В результате водяные пары поглощаются всем объемом волокон. В отличие от адсорбции диффузионный процесс проникания влаги вглубь волокна протекает медленно, и время достижения равновесного состояния составляет несколько часов.
Сорбция водяных паров протекает неравномерно во времени. В начальной стадии сорбции поглощение влаги происходит весьма интенсивно, но при насыщении поверхности материалов водяными парами скорость сорбции снижается и наступает сорбционное равновесие, при котором поглощение влаги прекращается. Влажность материала, соответствующая сорбционному равновесию, называется равновесной влажностью. Она зависит от влажности и температуры воздуха. Кривые зависимости равновесной влажности от относительной влажности воздуха при постоянной температуре (25 °С), называют изотермами сорбции.
Начальный этап десорбции также характеризуется большой скоростью; по мере приближения к новому равновесному состоянию интенсивность отдачи влаги снижается. В одинаковых атмосферных условиях при десорбции равновесная влажность материала выше, чем при сорбции, т. е. изотермы сорбции и десорбции не совпадают, наблюдается гистерезис сорбции. Объясняется это тем, что часть абсорбированной влаги, находящейся в межмолекулярном пространстве, при десорбции может удерживаться сильнополярными гидрофильными группами макромолекул, находящихся на поверхности пор материала.
Текстильные материалы из волокон различных видов обладают разной способностью поглощать влагу. Это объясняется химическим составом и надмолекулярной структурой волокон. Имеющиеся в макромолекулах волокон сильнополярные гидрофильные группы (ОН, NH2, СООН, CONH и другие) притягивают и удерживают молекулы воды. Большой способностью поглощать водяные пары обладают целлюлозные (хлопок, лен) и белковые (шерсть, шелк) волокна. Из искусственных волокон наибольшая гигроскопичность наблюдается у вискозных волокон.
Синтетические волокна (особенно полиэфирные, полиолефиновые и поливинилхлоридные) обладают малой гигроскопичностью, так как в их составе почти отсутствуют гидрофильные группы.
При сорбции паров влаги микрокапиллярами материалов влага из воздуха конденсируется (переходит в жидкую фазу), и капилляры наполняются жидкостью: происходит так называемая капиллярная конденсация.
Влажность материала (фактическая) Wф (%) показывает, какую часть от массы сухого материала составляет масса содержащейся в нем влаги при фактической влажности воздуха:
где Шф и тс — масса материала соответственно до и после высушивания до постоянной массы, г.
Кондиционная (нормированная) влажность WK (%) — норма влажности, устанавливаемая стандартами и техническими условиями для расчета при сдаче-приемке материалов.
Равновесная влажность Wp (%) -— влажность материала, соответствующая сорбционному равновесию при данных условиях окружающей среды.
Нормальная влажность WH (%) — влажность материала, соответствующая сорбционному равновесию при относительной влажности воздуха 65 ± 3%, температуре окружающей среды 20 ± 2 °С, давлении 760 мм. рт. ст. и постоянной скорости движения воздуха.
Гигроскопичность Wr (%) — равновесная влажность текстильных материалов при относительной влажности воздуха, близкой к 100% (98%):
где гаэ — масса пробы, выдержанной в эксикаторе при относительной влажности 98%, г.
Капиллярность текстильных полотен и изделий характеризует поглощение влаги продольными капиллярами материала и оценивается высотой h подъема жидкости в пробе, погруженной одним концом в жидкость на 1 ч.
При непосредственном соприкосновении полотен с водой происходит поглощение воды путем диффузии ее молекул механическим захватом частиц воды. При этом большую роль играют процессы смачивания и капиллярного впитывания. Смачивание определяется химическим составом волокон и нитей, их способностью к адсорбции, характером поверхности. Степень капиллярного поглощения влаги зависит от способности волокон и нитей смачиваться, а также от расположения капилляров в волокнах и нитях, которое может способствовать увеличению капиллярной конденсации.
Показатель капиллярности используют при оценке качества медицинской ваты, тканых и нетканых фитилей, а также при оценке гигиеничности полотен, их намокаемости.
Водопоглощаемостъ Вп (%) полотен определяется количеством поглощенной пробой воды при полном погружении ее в воду
где тв — масса пробы после замачивания в воде, г;
т0 — масса пробы до замачивания, г.
Привес влаги Пв (%) характеризует количество влаги, поглощенной пробой в результате сорбции, капиллярной конденсации и водопоглощения:
Водоемкость (намокаемость) текстильных полотен Ве (г/м2) определяется количеством поглощенной воды в граммах в пересчете на 1 м2.
где тв — масса пробы после замачивания, г;
mQ — масса пробы до замачивания, г;
S — площадь пробы, замоченной в воде, мм2.
Во время эксплуатации отделочных материалов на них воздействует масса всевозможных факторов, одним из которых является вода (как в виде жидкости, так и в виде водяного пара). Следовательно, гидрофизические свойства строительных материалов должны быть хорошо известны при отделке помещений, в противном же случае возможны весьма неприятные последствия.
Все строительные материалы можно разделить на две большие группы: в первую относятся те, которые смачиваются водой (гидрофильные), во вторую те, которые водой не смачиваются (их называют гидрофобными). В качестве примера гидрофильных строительных материалов можно привести керамику или минеральную штукатурку, а в группу с гидрофобными входит большинство полимеров. Определяется тип материала очень просто – по капле воды: в том случае, если мы будем иметь дело с гидрофильным веществом, угол, образованный стороной капли и поверхностью материала, будет больше 90°, а если вещество гидрофобное, угол окажется меньше 90°.
Рассмотрим некоторые гидрофизические свойства строительных материалов более подробно и начнём мы с гигроскопичности – способности гидрофильных пористых материалов поглощать частицы воды из воздуха, наполненного её парами. Гигроскопичность строительных материалов можно охарактеризовать количеством влаги, поглощённой из воздуха – этот параметр называют сорбционной или гигроскопичной влажностью и его можно определить по нижеприведённой формуле:
Характеризующая гигроскопичность формула расшифровывается следующим образом:
mвл – это масса материала во влажном состоянии, г.
mсух – масса материала в сухом состоянии, г.
Сорбционная влажность становится выше, если в помещении увеличивается влажность воздуха и понижается его температура.
Гигроскопичность строительных материалов бывает различной – к примеру, у гипса она довольно высокая: это вещество способно хорошо поглощать избыточную влагу в воздухе, а затем при её недостатке в окружающей среде отдавать обратно, регулируя таким образом влажностной режим. В большинстве же случаев гигроскопичность строительных материаловнегативно сказывается на их свойствах (скажем, древесина разбухает, а некоторые виды обоев теряют свой внешний вид).
Если пористый материал своей поверхностью касается воды, то имеет место, так называемое капиллярное всасывание.
Способность строительного материала впитывать в себя влагу посредством капиллярного всасывания и впоследствии её в себе удерживать принято называть водопоглощением. Зависит водопоглощение от того, насколько много пор содержится в материале, а также от их размера и вида.
Различают водопоглощение по массе и водопоглощение по объёму. Объёмное водопоглощение характеризует степень заполнения объёма исследуемого материала водой и рассчитывается с помощью нижеприведённой формулы:
которая расшифровывается следующим образом: mнас является массой насыщенного влагой образца материала (г), mсух – массой сухого образца материала (г), Ve – объём, который имеет образец материала в естественном состоянии (см3). Объёмное водопоглощениедостигает максимум 100% и позволяет оценить лишь открытую пористость исследуемого образца материала (вода не может проникнуть в закрытые поры).
Водопоглощение по массе рассчитывается согласно следующей формуле:
Водопоглощение по массе может превышать 100%.
Гидрофизические свойства строительных материалов включают в себя также влагоотдачу –способность материала отдавать при определённых условиях влагу, заполняющую его поры, в окружающую его среду. Чтобы определить влагоотдачу материала, необходимо узнать, сколько жидкости (в %) испарится из образца за 24 часа при относительной влажности воздуха в 60% и его температуре в 20°С. Масса воды, которая испарилась за сутки при данных условиях, определяется вычетом из массы образца до начала опыта массы этого же образца после окончания опыта.
В том случае, если строительный материал насыщается водой, происходит его разбухание, а если он высыхает и становится меньше в размерах, то этот процесс называется усадкой (либо усушкой). Если пористый отделочный материал долгое время периодически сначала увлажняется, потом высыхает, он разрушается, покрывается трещинами и становится непригодным для дальнейшей эксплуатации. Впрочем, существует ряд материалов, которые хорошо выдерживают постоянные изменения своей влажности – в данном случае речь идёт о воздухостойких материалах.
Некоторые строительные материалы способны пропускать через себя пары воды либо воздух (происходит это тогда, когда с двух сторон материала создаётся разное давление). Коэффициент газопроницаемости (либо паропроницаемости) характеризуется количеством воздуха (либо водяного пара), который проходит сквозь метровый слой материала с площадью 1 м2 в течение 60 минут при разности давлений равной 10 Па.
Описывая гидрофизические свойства строительных материалов, стоит сказать, что параметр паропроницаемости является очень важным при отделке жилых помещений. Дело в том, что стена должна в определённой степени «дышать» (т.е. пропускать через себя частицы пара) – за счёт такой естественной вентиляции в доме устанавливается наиболее благоприятный для человека микроклимат.
Далее поговорим о таком свойстве, как водостойкость строительных материалов.
Водостойкость строительных материалов – это их способность выполнять свои функции даже при увлажнении. Для того, чтобы определить противоположный водостойкости параметр, рассчитывают коэффициент размягчения, представляющий собой отношение предела прочности при сжатии насыщенного влагой материала к пределу прочности сухого материала.
Обязательно стоит принимать во внимание водостойкость строительных материалов, если конструкции из них планируется эксплуатировать во влажной среде, ибо пористый, хорошо набирающий в себя воду материал, всегда становится менее прочным.
Коэффициент размягчения строительных материалов может варьироваться в промежутке от 0 до 1. Высокая водостойкость строительных материалов характеризуется коэффициентом размягчения равным 0,8 и более. К слову, абсолютно водостойким материалом является стекло (коэффициент размягчения равен 1), а совсем неводостойкими – глины (коэффициент размягчения равен 0).
Если строительный материал не только насыщается водой, но ещё при этом и замораживается, его разрушение происходит быстрее. Способность материала во влажном состоянии выдерживать без снижения его эксплуатационных характеристик периодическое замораживание и оттаивание называется морозостойкостью. Чем больше открытых пор у материала, тем сильнее данный материал реагирует на мороз.
Методы определения морозостойкости для разных видов материалов различны, однако один из них мы всё же приведём (метод по ГОСТ 10060.0-95). Согласно этому методу сначала производится насыщение образцов материала водой (24 , 72 или 96 ч), затем происходит замораживание данных образцов на воздухе (температура (-18 ± 2)°С, минимум 4 часа) и их оттаивание в воде (температура (18 ± 2)°С, не менее 4 часов). Насыщение материала водой является предварительной стадией, а замораживание и оттаивание представляют собой один цикл.
Марка по морозостойкости (F) – это число таких циклов, после которого материал остаётся почти таким же прочным, как и до испытаний (95% для тяжёлого бетона, 85% для большей части других материалов, 75% для строительных растворов), на нём не видно следов разрушений, а его масса не изменяется.