Визначення вологості волокон натурального походження

Мета роботи - визначити вологість рослинних і білкових волокон прямим та непрямим методами вимірювання.

 

Стислі теоретичні відомості

 

Усі текстильні матеріали мають властивість гігроскопічності, тобто здатності змінювати свою вологість залежно від зміни вологості повітря.

Зміна вологості волокон впливає на їх фізико-хімічні та механічні властивості, а також на перебіг технологічних процесів їх переробки в прядінні, ткацтві, фарбуванні та опоряджуванні.

За здатністю поглинати вологу текстильні волокна поділяються на гідрофільні (гігроскопічні) та гідрофобні (негігроскопічні).

Найбільшу гігроскопічність мають чистововняні волокна. Здатністю швидко вбирати вологу та швидко її віддавати володіють: лляні, бавовняні та шовкові волокна і нитки.

Синтетичні та триацетатні волокна мають низькі показники гігроскопічності.

Гігроскопічні властивості волокнистих матеріалів характеризуються показниками вологості: фактична, нормальна, нормована (кондиційна), максимальна.

Фактична вологість свідчить про вміст вологи у волокні та визначається за формулою, %:

, (12.1)

де m_н - маса зразка при фактичній вологості повітря, г;

m_c - маса зразка після висушування до постійної маси, г.

 

Фактична вологість на електровологомірах визначається за формулою, %:

, (12.2)

де W_пр - вологість за приладом, %;

t - температура в лабораторії, ^оС.

 

Нормальна вологість - вологість волокон, якої вони набувають при витримуванні в нормальних кліматичних умовах, тобто при температурі 20 °С і відносній вологості 65 %. Значення нормальної вологості основних видів волокон становлять: бавовни – 78 %; льону - 11-12 %; вовни - 17 %; шовку-сирцю - 10,5 %; капрону - 3,50-4,55 % і віскозного шовку - 12-13 %.

Нормована вологість - умовна вологість, встановлюється стандартом або технічними умовами для кожного волокнистого матеріалу.

Розрахунок між споживачем і постачальником здійснюється за кондиційною масою партії волокна, яку визначають за формулою:

, (12.3)

де m_ф - маса партії з фактичною вологістю, кг;

W_н – нормована вологість, %;

W_ф - фактична вологість, %.

 

Максимальна вологість - це рівноважна вологість, якої набуває матеріал після тривалого витримування при відносній вологості повітря близько 100 % і температурі 20 °С. Її обчислюють за формулою:

, (12.4)

де m₁ - власна маса матеріалу, який витримали у зазначених умовах, г;

 

Максимальна вологість волокон при відносній вологості повітря 100 % і температурі 20-25 °С становить у відсотках: бавовни - 18-20, вовни - 38-40, шовку-сирцю - 37-39, віскозного шовку - 35-40, капрону - 7-8 і льону - 19-21.

Рівноважною вологістю матеріалу називають вологість, якої він набуває при стабілізації сорбційних процесів у даних кліматичних умовах.

Для визначення вологості волокнистих матеріалів застосовують прямі та непрямі методи вимірювання. До прямих відносяться методи, за допомогою яких вимірюють кількість вологи, яку видаляють з волокнистого зразка шляхом висушування, дистиляції, екстрагування. При визначенні прямими методами використовують фактичну вологість, яку обчислюють за формулою 11.1.

До непрямих відносяться електричні методи, що базуються на залежності електричного опору чи діелектричної сталої матеріалу від вмісту в ньому вологи.

З прямих методів широкого застосування набув метод висушування проби волокон і ниток у сушильних апаратах типу АСТ, які називають тепловологомірами, шляхом продування крізь пробу гарячого повітря з температурою 107 ± 2 °С. Цей метод точний і придатний для визначення вологості будь-яких текстильних матеріалів, але недоліком його є тривале сушіння (годину і більше). Швидке висушування відбувається в кондиційних апаратах з інфрачервоними лампами (сушильна установка марки УС-4).

З непрямих методів найбільш широко застосовується метод визначення вологості за допомогою електровологомірів (формула 11.2). Електровологомір дозволяє виміряти вологість з точністю до ± 0,2 %. Електровологоміри використовуються для визначення вологості бавовняного, віскозного, шовкового, вовняного та інших волокон.

Вологість лубоволокнистих матеріалів визначають за допомогою вологомірів типу ВЛК-1 і ВЛР-1 і сушильного обладнання типу ВСЛК-1,УС-4 і СШ-1.

Відносна вологість повітря визначається за допомогою простого психрометра. Але, оскільки інтенсивність випаровування вологи залежить від швидкості руху повітря, то передбачений контроль вологості повітря аспіраційним психрометром Ассмана. Його відмінність від простого психрометра полягає в тому, що випробування проводять при постійній швидкості повітря, яке рухається повз термометр.

Усі випробування текстильних матеріалів, особливо гідрофільних, необхідно здійснювати при нормальній вологості матеріалу, що досягається попереднім витримуванням зразків і проведенням випробувань у нормальних атмосферних умовах. З цією метою лабораторії оснащені кондиційними установками, а також кондиційними камерами чи ексикаторами для витримування зразків перед випробуванням.

 

Порядок виконання роботи

 

Прилади та установки, що застосовуються: психрометр, сушильна установка УС-4, електровологомір ТЕВ-1, вологомір ВЛК-1 і лабораторні ваги.

1. Ознайомитися з роботою таких приладів: психрометра, сушильної установки УС-4, вологоміра ВЛК-1 та електровологоміра ТЕВ-1.

2. Визначити температуру повітря в лабораторії:

показання сухого термометра t_с, ^оС;

показання вологого термометра t_в, ^оС;

різниця показників сухого та вологого термометрів психрометра t_с - t_в

3. За психрометричною таблицею на перетині граф: по вертикалі t_в, по горизонталі t_с - t_в знайти відносну вологість повітря в лабораторії.

4. Для визначення вологості за допомогою вологоміра ВЛК-1 необхідно загальну жменю стебел льонотрести звільнити від сміття, плутанини та розрізати на відрізки завдовжки 190 ± 3 мм, починаючи від кореневої шийки до волоті. Відрізки стебел перемішати між собою та виділити з них дві наважки масою 50 ± 1 г кожна.

5. Вологоміром ВЛК-1 вимірюють вологість стебел у датчику приладу згідно з інструкцією по експлуатації приладу. Відрізки стебел після вирівнювання їх по торцю та паралельності розташування поміщають до датчика приладу і за шкалою вологоміра фіксують значення вологості.

Потім наважку стебел поміщають до датчика приладу другим торцем і після другого вимірювання вологості стебел наважку висовують з датчика приладу приблизно на 1/2 довжини, повертають її по осі приблизно на 90° і після повернення до датчика приладу третій раз вимірюють вологість стебел.

6. Для визначення вологості короткого льоноволокна на сушильній установці УС-4 необхідно приготувати дві наважки вологого волокна масою по 50 г і закласти їх до касет. Одну касету з волокном підвісити на гачок вагового квадранта, а другу покласти на дно камери для попереднього підсушування волокна. Дверці шафи закривають, вмикають лампу та вентилятор. Сушіння здійснюють при температурі 105 -110 °С до постійної маси. Фактичну вологість підраховують за формулою 11.1.

7. Для визначення вологості шовкової нитки в сушильній шафі відбирають проби масою 8-10 г кожна. Відібрані проби негайно зважують з відносною похибкою 0,1 % вимірюваної величини, яку вимірюють, та поміщають до вологонепроникної тари. Проби поміщають до шафи, підігрітої до температури сушіння 107 ± 2 °С. Наступне зважування здійснюють через кожні 20 хвилин до одержання постійної маси, тобто до того часу, поки результати двох послідовних вимірювань будуть відрізнятися не більше, ніж на 0,1 %.

8. Результат визначення маси при останньому зважуванні приймається за постійну масу. Розрахунок фактичної вологості здійснюється за формулою 12.1.

9. Для визначення вологості бавовняного волокна на електровологомірі ТЕВ-1 необхідно підготувати прилад до роботи згідно з інструкцією по його експлуатації.

Приготувати три наважки волокна масою 50 ± 5 г кожна та повкладати їх рівномірно доверху між пластинами конденсатора-датчика, натиснути кнопку приладу. При цьому стрілка мікроамперметра відхилиться від "нуля". Не відпускаючи цієї кнопки, повертанням ручки вимірювального конденсатора праворуч слід привести стрілку мікроамперметра до нульового положення, після чого відпустити кнопку. Прочитати на шкалі показання вологості приладу. Обчислити фактичну вологість бавовни за формулою 12.2.

10. Методика визначення фактичної вологості вовняного волокна на електровологомірі ТЕВ-1 аналогічна методу визначення вологості для бавовняного волокна.

11. При визначенні вологості волокнистих матеріалів за кінцевий результат приймають середнє арифметичне результатів трьох визначень. Обчислення здійснюють з точністю до другого десяткового знака з подальшим округленням результатів до першого десяткового знака.

12. Результати проведених випробувань заносять до таблиць 12.1, 12.2.

 

Таблиця 12.1

 

Відносна вологість повітря в лабораторії

 

Показання психрометра	Різниця показань сухого та вологого термометрів, tс – tв	Відносна вологість повітря, φ, %
tс	tв

 

 

Таблиця 12.2

 

Фактична вологість природних волокон, визначена різними методами

 

Найменування волокон	Маса зразка, г	Фактична вологість на приладах, Wф, %
При фактичній вологості, mф	Після висушування до постійної маси, mс	УС-4	Електровологомір ТЕВ-1	Вологомір ВЛК-1
Льон
Вовна
Шовк
Бавовна

 

 

Контрольні запитання

1. Які існують методи визначення вологості волокон?

2. У чому сутність прямого методу визначення вологості волокон?

3. Переваги та недоліки непрямих методів визначення вологості волокон.

4. Як визначити відносну вологість повітря?

5. Які існують характеристики гігроскопічних властивостей волокон і ниток?

6. Як впливає вологість волокон і ниток на їх властивості?

7. Як поділяються волокна і нитки за здатністю поглинати вологу?

 

Задачі за темою

1. До сушильної машини надійшла партія пряжі 1000 кг з початковою вологістю W_ф = 90 %. Вологість пряжі після сушильної машини W_с = 12 %. Визначити масу пряжі після сушіння та кількість видаленої вологи.

2. Яка кількість емульсії та хімікатів потрібна для емульсування 2500 кг лляного волокна, якщо відомо: W_н = 10 %, W_к = 14 %. До складу емульсії входять гасовий контакт - 1,5 %; велосіт - 2,5 %; гліцерин - 2 % і вода - 94 %.

3. Визначити кондиційну масу партії чистововняної пряжі з нормованою вологістю 18,25 %, якщо фактична маса становить 3,2 т при фактичній вологості 17,5 %.

4. Чому дорівнює кондиційна маса волокна при W_н = 12 %, якщо партія волокна при вологості W = 15 % має масу 5000 кг.

5. Визначити фактичну вологість вовняного волокна, якщо при висушуванні проби з початковою масою 200 г випарувалося 33 г вологи.

 

 

Лабораторна робота № 13