第三节 吸湿对纤维形性的影响
一、吸湿对纤维重量和密度的影响
纤维材料的重量随吸着水分量的增加而成正比例地增加，见式（4-1）或式（4-2）。而纤维的密度与回潮率的关系呈先微增后降的特征，见图4-9。最大密度一般发生在回潮率为4%～6%。其原因是水分先进入纤维的空隙，质量增加而使体积基本不变，亦即水分的体积融入到纤维的孔隙中而不显体积增大；随后纤维体积膨胀，而水的密度小于纤维的密度，故整体密度下降。而图4-9中的虚线为纤维表观体积不变，仅质量增加的结果。
图4-9 纤维密度随回潮率的变化
二、吸湿对纤维体积膨胀的影响
纤维吸湿后体积膨胀，其横向膨胀大而纵向膨胀小。纤维的膨胀值可用直径SD、长度SL、截面积SA和体积SV的膨胀率来表示：
而且
式中：D、L、A、V分别为纤维原本直径、长度、截面积、体积；ΔD、ΔL、ΔA、ΔV分别为纤维的直径、长度、截面积、体积的增加值；ρ0和ρW分别为干燥和吸湿后纤维的密度。常见纤维在水中的膨胀性能见表4-4。
表4-4 各种纤维在水中的膨胀性能
纤维吸湿膨胀因SL＜SD，而呈明显的各向异性。膨胀各向异性系数（或膨胀率差异比）为fs：
膨胀各向异性系数fs的大小与纤维中分子的取向直接正相关。完全取向的纤维，fs=1，而SL＜0时fs＞1；分子随机排列时，SD=SL，则fs=0。故fs可间接地表达纤维分子排列的取向度，尤其是无序区中的分子取向。纤维SD＞SL的机制在于，水分子进入非晶区，挤开分子间距，形成分子链的弯曲，使纤维变粗，而纤维纵向的增长不明显，甚至收缩，故纤维取向度越大，fs越大。
纤维吸湿膨胀的各向异性，会导致织物变厚、变硬，并产生收缩，其原理如图4-10所示。
图4-10 织物吸湿前后织物结构的变化原理
由于吸湿后纤维变粗导致纱线变粗，进而纱线在织物中的弯曲程度增大；而纤维轴向膨胀很小，故纱线长度基本不变，致使织物收缩，且织物干燥后，此收缩仍无法回复，这种浸水后的收缩称“缩水”。织物缩水会使湿织物变厚、变硬、变密，洗涤不便；使干燥后织物变厚、变疏松和变得有弹性，但尺寸变小、变短。
三、吸湿对纤维力学性能的影响
纤维吸湿后，其力学性质如强度、模量、伸长、弹性、刚度等随之变化。一般纤维，随着回潮率的增加，其强度、模量、弹性和刚度下降，伸长增加。其原因是大分子间的相互作用减弱，分子构象易于变化和滑移，故强度、模量下降，伸长率增加，见图4-11羊毛的拉伸曲线。而分子量较大的棉、麻纤维会因吸湿而强度略微增加，见图4-11棉纤维的拉伸曲线。这是由于吸湿使大分子受力不均匀，因分子间作用的部分解开与调整而得到改善的缘故。而当纤维受力时，承力大分子链的数目增多，致使纤维的强度增大。纤维吸湿后，会使纤维变得柔软，塑性变形增大，摩擦系数也增大。
不吸湿的纤维，通常力学性质不发生变化。
图4-11 不同相对湿度下棉和羊毛纤维的应力—应变曲线
四、吸湿对电学性能的影响
干燥纤维的电阻很大，质量比电阻在1011～1018Ω·g/cm2，是优良的绝缘体。而RH65%时的吸湿纤维，质量比电阻为106～108Ω·g/cm2。在同样的相对湿度下，纤维素类纤维的质量比电阻值相近；蛋白质纤维的质量比电阻大于纤维素纤维；蚕丝的质量比电阻大于羊毛纤维。合成纤维因自身吸湿性差，故质量比电阻不仅大而且与RH值相关不显著，尤其是涤纶、氯纶、丙纶等。
纤维材料的吸湿会使纤维的导电性增强，介电常数变大，抗静电性增强，这给纺织加工和正常使用提供了方便。但纤维过分吸湿也会带来绕皮辊、难开松和梳理、烘燥能耗大，且纤维易被损伤等加工问题和穿着不舒适等使用问题。
五、吸湿对热学性能的影响
纤维在吸湿时会放出热量并使温度上升，这是由于纤维大分子吸附水分子时，将水分子的动能转化成热能所致。这种现象被称为吸湿放热。发热纤维就是利用此原理的一种高吸湿纤维。
在一定的温度下，质量为1g的纤维从某给定回潮率开始吸湿到完全润湿时所放出的热量，称为吸湿积分热（或润湿热）。其与起始回潮率的关系如图4-12所示，是非线性单调下降的。完全干燥的纤维吸湿到完全润湿所放出的热量，称为完全吸湿积分热（或完全润湿热）。吸湿能力强的纤维，吸湿积分热大。各干燥纤维的吸湿积分热及吸湿微分热的相互比较见表4-5。
图4-12 纤维积分热与起始回潮率间的关系曲线
表4-5 不同干燥纤维的完全吸湿积分热及吸湿微分热
吸湿积分热的测量，是将已知质量和回潮率的纤维试样，放入一已知热容量的量热器中，并加水没过纤维，测量其温度增量。根据温度增量和测试系统的热容量，可计算出积分热。
纤维在给定回潮率条件下吸着1g水放出的热量，称为吸湿微分热。各种干燥纤维的吸湿微分热是相近的，为1150～1350J/g。但随着回潮率的增加，纤维的吸湿微分热会以不同的速率减小，即曲线起始斜率不同，见图4-13。
微分热的获得，可以根据实测吸湿积分热Q—回潮率W曲线（图4-12）的微分求得：
式中：q为某起始回潮率时纤维的微分热（J/g）；Q为吸湿积分热（J/g）；W为给定起始的回潮率。
亦可依据纤维吸湿等温线，求不同回潮率时的微分热：
式中：R为理想气体常数；φ为相对湿度，是实际水汽压与饱和水汽压之比；T为绝对温度；下标W表示回潮率。实测计算的纤维吸湿微分热与回潮率间的关系如图4-13所示。
图4-13 纤维吸湿微分热与回潮率间关系
六、吸湿对光学性能的影响
吸湿会影响纤维对光线的折射、反射、透射和吸收性质，进而影响纤维的光泽、颜色以及光降解和光老化性能。纤维的回潮率升高时，纤维的折射率、透射率和光泽会下降，光吸收会增加，颜色会变深，光降解和光老化会加剧等。其原因在于纤维的结构因水分子进入发生了改变。
Gladston-Dale方程：
式中：n为折射率；ρ为纤维的密度。
综上所述，纤维的吸湿有利有弊，但赋予纤维适当吸湿之利远大于其弊，因为其提供了使用舒适和加工方便。而分析纤维吸湿后的性能改变，也正是扬长避短，改进纤维材料和加工工艺的依据。