莱赛尔与棉纤维形状修正系数研究

文/陈安城 张煌博

1 引言

莱赛尔纤维由于具有棉纤维和其他再生纤维素纤维所没有的独特服用性能，常常用于各类服装，特别是在高端运动休闲面料和一些优质的男装面料中。因此有关莱赛尔纤维/棉混纺产品的定量分析需求经常出现在纺织品检测的工作中。目前定量分析常用的化学溶解法存在由于检验人员和实验室条件的差异而导致的实验室之间数据差异性大的情况，不利于结果的一致性。而且由于样品的多样化，常规的化学溶解法不能完全满足所有样品检测需求。

针对存在的这一系列问题，国内外学者分别在化学溶解法、红外光谱法、热重分析法等方面做了大量研究，但因多方面的原因，红外光谱法、热重分析法等并没有得到普及。而混纺比测量行业标准中采用的物理法——纤维投影法，纤维根数的统计和纤维直径测量要分别进行，对纤维横截面面积的测量需要通过另外准备描图纸进行手工描绘，检验过程繁琐，且耗费时间较长，试验误差大，准确率不高，影响检验效率。因此寻求一种能适用于检测实际并能保证检验结果准确的定量分析方法特别有意义。

2 试验

2.1 纤维形状修正系数的计算

2.1.1 试验仪器和样品

（1）试验仪器

哈氏切片机，玻璃载玻片，玻璃盖玻片，胶棉液，石蜡液体，CU-6型纤维细度分析仪，手绘屏，尖角锥子。

（2）试验样品

莱赛尔纤维根据横截面和纵截面形态差异，分为规则莱赛尔纤维和不规则莱赛尔纤维。为保证试验样品更具代表性，本文采用的两种形态莱赛尔纤维和棉纤维均来源于纺纱厂在配棉工序中不同批次的纤维，由生产莱赛尔纱线的不同厂家提供。根据实际试验的需要，方便后续进行数据统计，对每种纤维的6个不同批次一一进行编号，分别标注为1#～6#样品。

2.1.2 纤维直径和横截面的测量

将梳理整齐的纤维放入哈氏切片器中，涂上火棉胶均匀切20μm ～30μm厚度的莱赛尔纤维和棉纤维横截面薄片，将横截面薄片移至滴有液体石蜡的载玻片上，盖上盖玻片，供测量纤维横截面面积用。用哈氏切片器切取0.2mm～0.36mm长的莱赛尔纤维和棉纤维束移至滴有液体石蜡的载玻片上，盖上盖玻片，供测量纤维直径用。

利用CU-6型纤维细度仪通过计算机软件在软件界面上直接操作完成纤维直径和横截面面积的测量。在测量横截面时，采用手绘屏代替鼠标操作，这样准确性更好，效率也更快。测量纤维直径的同时对纤维根数的数据进行统计，通过操作系统直接勾画纤维截面轮廓得出每根纤维的横截面面积。

每个批次的测量根数大于200根，一般情况下建议一起完成一个视场所有纤维数据，保证每根纤维的横截面都有勾画，保证数据的准确性[1]。

测试所得的来自6个不同批次纤维的平均直径和平均横截面面积统计如表1、表2、表3所示。

2.1.3 纤维形状修正系数的计算

参照GB/T 16988—2013《特种动物纤维与绵羊毛混合含量的测定》，将莱赛尔纤维和棉纤维的横截面设想成圆形，采用几何学中圆形面积的算法进行计算。

由圆形面积公式b=π(Ya)2/4 ，得出修正系数公式为[2]：

式中：

Y——通过试验得到的每种纤维的直径的修正系数；

b——通过实际测得的每种纤维的横截面面积，μm2；

a——通过试验测得的每种纤维直径，μm。

通过以上论述，假设莱赛尔纤维和棉纤维的横截面均为圆形，公式（1）将已经测得两种纤维的横截面面积和直径代入公式1，分别得到每种纤维的直径修正系数。

由表4、表5可以看出，规则莱赛尔纤维、不规则莱赛尔纤维和棉纤维的直径修正系数分别为0.97、0.88和0.77。规则莱赛尔纤维的横截面形态比不规则莱赛尔纤维和棉纤维更接近圆形，所以最终得到的规则莱赛尔纤维的直径修正系数相比不规则莱赛尔纤维和棉纤维的直径修正系数更靠近1。以上结果显示可得不规则莱赛尔纤维和棉纤维的推导直径修正系数都小于1。这是由于不规则莱赛尔纤维和棉纤维的横截面形状造成的，由横截面的图片可知不规则莱赛尔纤维截取的横截面形态大部分都是呈多边形，我们通过设想标准的多边形如图1示意图所示。

图1 多边形与圆形面积示意图

由图1可知，当测试不规则莱赛尔纤维时，其横截面可以等同于上图的多边形面积，当测量的直径为图中多边形两个对角b时，其实际测量的面积为最外围的圆的面积，这样实际测量的面积就会大于多边形的面积，此时得到的直径的修正系数就会小于圆形的数值1，因此此时就可以将直径的数值减小，使最终测量得到的面积与实际的面积更接近；当所测的纤维为规则莱赛尔纤维时，其所测的直径为多边形平行边时，如图1所测的直径a时，所得到的横截面面积为多边形内切圆的面积数值，通过图1可知，其测得的面积值小于多边形的面积值，这样得到的直径修正系数会大于圆形的数值1，因此通过修正系数将所测的直径加大，使最终测量得到的面积与实际的面积更接近[3]。

表1 规则莱赛尔纤维横截面面积与直径

表2 不规则莱赛尔纤维横截面面积与直径

表3 棉纤维横截面面积与直径

表4 规则莱赛尔纤维直径修正系数

表5 不规则莱赛尔纤维直径修正系数

2.2 莱赛尔纤维/棉混纺纱混纺比的计算

2.2.1 计算方法的选择

参照标准FZ／T 30003—2000《麻棉混纺产品定量分析方法、显微投影方法》，将已知的形状修正系数代入计算公式（2），进行试验数据的准确性的验证。

计算公式如下：

式中：

ρ1——查阅标准所得莱赛尔纤维的密度数值，1.51g/cm3；

n2——测量所得棉纤维的最终标准折算根数，根；

d2——测量所得的棉纤维的平均直径，μm；

a2——最终所得棉纤维修正系数；

ρ2——通过查阅标准棉纤维的密度数值，1.540g/cm3；

x1——测量所得每种莱赛尔纤维成分定量数据，%；

n1——测量所得每种莱赛尔纤维最终标准折算根数，根；

a1——测量所得每种莱赛尔纤维直径修正系数；

d1——测量所得每种莱赛尔纤维的平均直径，μm。

2.2.2 验证性试验结果的数据分析

将已经混合好的规则莱赛尔纤维/棉混纺样品按照以上定量分析方法进行了试验测试，得出纤维混纺分析结果。

表6 规则莱赛尔纤维/棉混纺定量分析结果

表7 不规则莱赛尔纤维/棉混纺定量分析结果

由表6、表7可知，经过直径修正之后所试验数据与经过人工混合的纤维成分含量更接近，由以上数据可知每一种纤维含量的数据偏差都小于±2%，符合标准GB/T 2910.1—2009《纺织品 定量化学分析 第1部分：试验通则》中试验数据允差要求，因此这样的检测方法能满足检测工作[4]。

3 结论

本论文在分析现有混纺比测量方法的基础上，对现有物理方法进行改进，探索采用物理法来简单准确定量分析棉与莱赛尔纤维的混纺比例。采用数字图像法中的CU-6型纤维细度分析仪法直接进行纤维直径和纤维横截面面积的测量操作，通过试验测得莱赛尔纤维和棉的直径修正系数，参考纺织行业标准FZ/T 30003—2000《麻棉混纺产品定量分析方法、显微投影方法》，对已知混纺比的混合纤维进行混纺比定量分析，这种测试方法的改进对简化定量分析试验步骤、提高试验准确度方面做出了一定的贡献，研究得到以下结论：

（1）用CU-6型纤维细度仪法来代替现有标准中的纤维投影法，同时也引用了手绘屏代替鼠标操作，用于检测莱赛尔纤维的直径和横截面面积，代替了传统纤维投影法的手工测量计算，简化了试验步骤，减少了误差，提高了工作效率，并通过CU-6型纤维细度分析仪直接将测量信息传送到电脑，能够将数据和图片准确保存，有利于后续查阅和溯源，减少了重复性工作。

（2）在对莱赛尔纤维和棉纤维直径修正系数的计算中，采用几何学中圆形面积算法进行计算并推导出每种纤维直径修正系数，这样就能直接测量每种纤维的直径，然后代入圆的面积公式得出每种纤维的平均横截面面积进行定量，减少了测量横截面面积繁重的试验操作，缩短了试验周期，提高了试验效率，对此法在实际工作中的推广有很坚强的数据支持。

（3）在对莱赛尔纤维/棉混纺产品混纺比的测定中，提出通过对纤维直径的修正，使纤维直径的测量值更加接近于真实值，减少了因横截面的形状而引起的计算误差，通过验证试验发现，对纤维直径修正后的混纺比测量值比修正之前更接近于真实值，可行性验证试验的数据表明，用改进的检测方法进行定量分析，准确率比之前的纤维投影法有明显的提高，且平行样之间的差异在2%以内，符合检测标准，可用于日常检测工作。

（4）通过计算推导出每种纤维直径修正系数，然后直接通过测量直径代入混纺比公式就能准确得出每组纤维混合物混纺比，对今后新型天然纤维素纤维与棉、麻混纺织物的检验研究提供了一种可行的方法，对于纺织品成分检测技术的发展有一定的借鉴意义和参考价值。