纤维异形度测试探讨

2022-02-13刘成志

纺织报告 2022年12期

刘成志

（东丽纤维研究所，江苏南通 226009）

1 异形度分析现状

纤维异形度是指纤维截面形态相对于圆形截面的差异程度，该指标对考察异形纤维的改性程度具有至关重要的作用[1]。

纤维的异形度测试方法有两大类：一类是直接法，也就是显微镜法[2]。业界一般根据《化学纤维异形度试验方法》（FZ/T 50002—1991）中提及的测试原理，运用显微镜获取纤维截面，测量若干纤维截面的内、外圆半径或特征形态参数，由此计算出纤维的异形度及其变异系数[3]。但此方法对纤维的规整度要求比较高，截面大多是内外切圆且必须为同心圆或多叶中的叶片大小形状一致等，这类纤维基本都是通过直接纺丝而成。在实际生产过程中，规整异形纤维仅有预取向丝（Preoriented Yarn，POY）和拉伸丝（Draw Texturing Yarn，DTY），大部分服用纤维在织造之前都经过了二次热处理形成DTY，而DTY形状大多不规整，此类纤维一般称为非规整截面纤维。另一类是间接法，一般是利用纤维截面不同而导致的力学、光学和表现特性的差异来间接测量。由于间接法对设备要求高、操作复杂、花费时间长、使用范围小，一般不使用。

笔者经过多年的实践，参照行业方法（FZ/T 50002—1991），通过显微镜图片获得了非规整纤维异形度的测试方法。

标准中规定的径向相对异形度为DR（%）、平均截面异形度为SM（%）、理论截面异形度为ST（%）。标准中规定的内切圆半径需要手动测量，且标准中规定了内切圆和外切圆必须为同心圆，这对异形度图片中图形的对称性和规整性要求极高。一般纤维或多或少都会有一些变形，这样异形度的适用范围便过于狭隘。为了扩大异形度测试的适用范围以及减少人工测试的误差，根据数码显微镜中的色块自动计算结果并进行公式换算，得出截面面积异形度SS（%）：

式中：D为设备测得的最大直径，S为设备计算的面积。

2 异形度计算

2.1 规整异形纤维的计算

本研究选择了4种实心结构的纤维以及相对规整的异形纤维（FDY）作为异形度分析对象，分别是75-36 F-FDY（圆形）、75-36 F-FDY（扁平）和75-36 F-FDY（三角）、40-24 F-FDY（五角），利用包埋技术和切片机法制作图片（图1），通过图像明度抽取和去噪处理形成可以计算的色块。

图1 异形度测试样品

2.2 截面面积异形度SS与其他异形度计算方法比较

为了综合考察异形度计算指标间的差异，本研究分别通过数码显微镜的计算系统，计算出相对异形度DR、平均截面异形度SM、理论截面异形度ST、圆度OM（%）和截面面积异形度SS进行相关性分析比较（表1）。

2.3 规整纤维异形度测试结果

为了便于数据统计，本研究将表1中的计算结果稍作调整，分别将所有数值的最终计算结果都在0~1的区间里改变，且趋势统一为异形度越高数值越大，将测试数据换成DR、|SM|、ST和SS，并将其作为指标，比较结果如表2所示。

表1 4种异形断面异形度测试计算值

从表2中的异形度计算结果来看，SS的结果与FZ/T 50002—1991中3个指标的一致性较高，与实际人眼判断结果一致，所以截面面积异形度SS可作为规整纤维截面异形度的评价方法。

表2 异形度结果比较

2.4 非规整纤维截面异形度测试

本研究比较发现非规整截面的异形度SS与人眼评价结果具有一致性，选取了3组12个品种不同截面的DTY异形纤维进行测试。第一组如表3所示，1#~4#为梅花形截面纤维；第二组如表4所示，5#~8#为十字形纤维截面；第三组如表5所示，9#~12#为三叶形截面纤维。

表3 梅花形截面的纤维异形度测试结果

表4 十字形截面的纤维异形度测试结果

表5 三叶形截面的纤维异形度测试结果

表3、4、5分别分析了3种不同截面的纤维断面，每一行从左往右按照测试的截面面积异形度SS由大到小进行排序。从图形上看，所有排序与人眼的认知是相符的，特别是第二行“十”字断面5#、6#、7#、8#，8#明显比5#的脚细长，两脚连接部分也凹陷许多。形状的方向性越明显，其截面面积异形度指标越大，这些数据证明截面面积异形度SS的指标有效。

本研究先对4种规整截面的纤维（FDY）进行异形度测试，截面面积异形度SS的结果与FZ/T 50002—1991中3个指标DR、|SM|、ST的一致性较高，且与实际目测判断结果一致；再对3组12个品种的非规整截面纤维（DTY）进行异形度测试，截面面积异形度SS的测试结果与人眼的认知一致。因此，截面面积异形度SS作为异形度评价指标有效。