木棉纤维的形状修正系数的试验研究

摘要:

通过大量试验推导,得出木棉纤维的形状修正系数, 利用光学显微镜观察纱线中木棉和棉纤维纵向形态,并记录各纤维的数量和各纤维的直径,参照棉麻混纺产品定量分析方法来计算棉木棉混纺产品的混纺比。

关键词:混纺比;显微投影法;木棉;棉;形态结构

木棉纤维截面形态为椭圆形或者圆形,纵向表面光滑,且没有转曲;而棉纤维截面为细长腰圆形,纵向有明显的天然转曲[1]。这两种特殊的不同点为显微投影法测定棉、木棉的混纺比提供了有力的依据。然而,由于木棉纤维内壁中空,且不同直径的木棉纤维其内壁厚度也不同,因此不同表观直径的木棉纤维其线密度也不同。在显微镜投影法测棉/木棉混纺纱混纺比时,用投影法得到的直径只是表观直径,计算混纺比时,采用的木棉密度是标定下的密度,而不是实际密度,因此必须用形状修正系数来修正其密度[2]。

1木棉纤维的形状修正系数的试验研究

1.1线密度的测试研究

对现有的7个木棉品种测试研究其线密度。

将整理好的平直木棉束放在Y171型纤维切断器(10 mm)夹板中间,木棉束应与切刀垂直,使全部切下的纤维长为10 mm,两手分别捏住木棉束两端,用力均匀,使纤维伸直但不伸长,然后用下巴抵住切断。

用扭力天平称取适量试验木棉束中段纤维的重量,准确至0.02 mg,并记录下来。将称取的纤维用肉眼直接逐根计数,记下中段纤维的总根数。7个木棉纤维品种通过试验记录和相应计算可得到的线密度数据。根据纤维中段重量和根数,算出线密度和公制支数Nm(精确到0.1)。

1.27种木棉直径的测量

1.2.1试验方法

将木棉纤维切成短片段,制片后经500倍的显微镜放大投影。显微镜投影仪的工作原理是,光源发出的光线经聚光镜、可变孔径光阑及聚光镜组会聚在被检测的标本上,使标本获得均匀而明亮的照明。由标本物体发出的光线经物镜放大、反射镜的反射和投影物镜的二次放大、反射镜的反射后,透过旋转标尺成像在投影屏上。再用楔形尺测量纤维直径,采用计数法,算出木棉纤维的平均直径和直径变异系数。

1.2.2计算方法[3]

式中:d――纤维平均直径,μm;A――假定平均直径,μm;F――纤维直径测量根数;a――相对假定算术平均数之差(,di ――第i组直径的组中值,μm;I――组距,2.5μm);S――标准差;CV――变异系数,%。

试验结果修约至小数点后2位。

利用公式(1)~(3),计算出7种木棉纤维的平均直径及其标准差和变异系数,分别如表1所示。

1.3木棉形状修正系数的推导

对7种不同的木棉测量其直径和线密度已用上述方法测得,其数据如表2。

设纱线为圆柱体,长为L(mm),重量为G(mg),截面积为S(mm2),直径为d(mm),体积重量为r(g/cm3),则由

得出

换算单位后公式为: (4)

式中:Ntex―纤维线密度,tex;

d ―纤维直径,μm。

r0为木棉的标准密度(r0=0.29),r为我们通过公式(4)实际测得的密度,则r/r0为修正系数,修正系数波动见图1。

图1中,横坐标表示7个不同的木棉品种,由系数波动图可以显示,实际测得的密度与标定密度(0.29 g/cm3)的比值在0.6~0.8之间上下波动。其平均值0.728即为所求的修正系数。

2验证性试验结果分析

参照FZ/T 30003―2000《棉麻混纺产品定量分析方法 显微投影法》,取已知混纺比的棉/木棉混纺纱并成一束,将测得的木棉纤维形状修正系数r木棉=0.728作为已知量,重复以上所叙述的方法进行验证性试验。试验试样为40%木棉含量棉木棉混纺纱。试验条件按照GB 6529―2008所规定的大气环境下进行。

2.1混纺纱各种纤维根数的计算结果

通过计数,得出混纺纱样品中各组分的纤维根数在一定范围内波动,棉纤维在700～900根的范围内波动,而木棉纤维的波动范围为400～600根。通过对10组数据的处理后,求其平均值,得到棉纤维为840根,木棉纤维为550根。

2.2纤维直径的计算结果

棉纤维直径分布曲线见图2、图3。利用公式(1)~(3)分别计算棉、木棉纤维平均直径d和标准差S、变异系数CV,棉纤维与木棉纤维直径测量结果见表3。

通过显微投影法对棉纤维和木棉进行纵向投影直径的测量,分析所得两种纤维测量的根数分别为84根和55根,完全符合混纺纱截面根数的测量范围(棉纤维为70～90,木棉纤维为40～60),而且结果显示棉纤维的细度较木棉纤维细,且棉纤维直径集中在16μm左右,木棉纤维直径集中在25μm左右。

2.3混纺纱中各组分质量分数的计算结果

方法一:参照GB/T 16988―1997《特种动物纤维与绵羊毛混合物含量的测定》计算。

此方法把棉纤维和木棉纤维假设为截面为圆形,用显微投影法测得的直径只是投影直径,而棉纤维和木棉纤维的截面并非圆形,其计算结果存在着一定的误差,因此并不能完全适用于棉和木棉的混纺产品。

方法二:利用棉麻混纺产品含量测定标准计算。

由于棉纤维并非同羊毛一样,横截面为圆形,所以用显微投影法测得的直径只是投影直径,要加入形状修正系数K。而木棉纤维虽然横截面为圆形,但是中空度高,不同细度的壁厚不同,因此纤维的线密度也与形状的不同而有所变化,同样也需要形状修正系数。

(1)用类似麻类纤维的修正系数来代替木棉纤维的形状修正系数。

在试验的探索研究中,会发现有很多未知参数,但在试验计算中有时也要用到这些无法在标准中查找的参数,目前研究者们利用与之相类似性状的已有的参数来代替。虽然这种方法存在着一定的误差,但在探索研究中,可以作为参考数据来研究。在众多的麻类纤维中,罗布麻纤维截面形状以中间有空腔的圆形、椭圆形、多角形等居多,与中空度较大的木棉纤维有一定的相似度,因此可以借用罗布麻的形状修正系数(r=0.39),但是这样计算得到的结果准确性较差。

(2)利用上文求得的木棉纤维形状修正系数(0.728)来计算。

此三种不同的计算方式得到的棉的质量分数如表4。

3结论

参照棉麻标准得出棉/木棉混纺比较参照羊毛和其他动物毛混纺比的方法更接近实际值,这是因后者的标准忽略了

对投影直径的形状修正,而是把它视为横截面为圆形的。在参照棉麻标准计算棉与木棉混纺纱线的混纺比时,不同的修正系数也对结果产生不同影响,方案一是借用与木棉有相似横截面的罗布麻的修正系数,这样的结果科学性和准确性较差。因此提出了第二种推导方案,通过大量试验得出几种不同细度的真实密度,再与标定密度的比值才是较为准确的修正系数。也通过上述的计算得到证实,利用此修正系数得到的混纺比较接近我们的真实结果。因此,通过以上不同种计算方法得出结论:显微投影法测棉与木棉的混纺比是一个可行的,有科学依据的有效方法。

参考文献:

[1] 肖红,施楣梧,于伟东.木棉纤维的基本结构和性能[J].纺织学报,2005(4):4-6.

[2] 颜晖.麻棉混纺产品纤维含量检验有关问题的探讨[J].中国纤检.2005(12):22-23.

[3]GB/T16988―1997特种动物纤维与绵羊毛混合物含量的测定[S].

(作者单位:上海市纤维检验所)