孔繁榮,楊明霞,劉若華

(1.河南工程學(xué)院 紡織工程系，河南 鄭州 450007；2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 200051)

測量原棉中短纖維含量的關(guān)鍵所在是方法的選擇及取樣器的設(shè)計，若要從散纖維中取得分布比較理想且具有代表性的試樣，應(yīng)采用少量多點隨機取樣，符合理想取樣的要求[1].本研究提出的點粘法是通過將可快速凝固的黏合劑點在原棉試樣上，凝固之后用鑷子取出試樣進行分布研究的一種取樣方法，此方法可以做到微量多點，特別是在梳理時不會產(chǎn)生纖維滑移現(xiàn)象，盡可能做到所取試樣的長度分布和原樣分布相似，而且操作非常簡單，取樣速度快.

1 試驗

1.1 試驗方法

由于膠水瓶口相對較粗，微量控制膠水十分不易，對取樣效率和取樣效果有一定的影響，所以嘗試用針筒吸取少量膠水來注射試樣.由于針筒相對較細，黏合劑量也易控制，可以比較容易取到效果理想的微量小樣.為研究點粘中粘取方法在黏結(jié)棉纖維時的差別及影響因素，本研究采用了以下2種方法進行試驗：

(1) 直接黏結(jié)，即直接從裝有黏合劑的瓶中擠出少量點在棉纖維上，待凝固后取出棉樣作為試樣來源；

(2) 針筒黏結(jié)，即把黏合劑先轉(zhuǎn)入到一次性醫(yī)用針筒中，把針頭插入棉叢中，緩緩施壓把黏合劑從針頭中擠出，停滯5～10 s，拔出針筒，取出所得試樣.

把上述所得試樣切去頭端，并以2 mm為隔距進行裁切，分別得到相應(yīng)的纖維重量，再進行短纖維含量的求取.本研究中用點粘法求取得到的短纖維含量為13 mm以下短纖維含量.因國外采用的短纖維界限通常為12.7 mm，而我國目前采用較多的HVI(High Volume Instrument 大容量測試儀)給出的短纖維指數(shù)[2]也是以12.7 mm為界限，故選擇了較為接近的13 mm為短纖維界限，意在討論點粘法的可行性.因為梳片式是目前長度測量中較為準確的一種方法[3]，所以在本研究中把梳片法得到的測試結(jié)果作為對比數(shù)據(jù).

1.2 試驗原料

4種不同品級的國棉(新疆129、江蘇229、山東329和江蘇429)，取35 mm等長滌綸纖維.

1.3 試驗工具

YN—A型扭力天平(量程為25 mg、精度為0.05 mg)，鑷子，醫(yī)用注射器，尼龍刷子，黑絨板，直鋼尺，剪刀，2 mm方格紙，502膠水.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 參考曲線的選擇

從張友信[4]提出的微量點取樣理論中得知鑷子取樣是可行的，之后劉若華等[5]提出了鉤夾取樣，證明了鉤夾在實際中的可操作性，并對所取出的試樣進行了伸出分布試驗分析，得到的效果比較理想.但是，受人為因素的影響，不同的操作人員所得出的結(jié)果有所差異，所以本研究首先對鑷子和鉤夾做了比較，采用兩種方法從等長纖維中取樣，并以2 mm為隔距進行裁切，得到相應(yīng)組的纖維質(zhì)量，經(jīng)分析后選擇一種作為本次試驗的參考方法.用鑷子和鉤夾夾取不同取樣范圍等長纖維所得折線圖見圖1.

圖1 鑷子和鉤夾取樣的折線圖Fig.1 Scatter diagram of tweezers and hock-grip sampling

取樣范圍/mg鑷子取樣鉤夾取樣0.00～0.99-0.961 5-0.987 01.00～1.99-0.938 8-0.988 02.00～2.99-0.931 4-0.976 23.00～3.99-0.839 0-0.997 94.00～4.99-0.968 5-0.990 65.00～5.99-0.976 0-0.995 16.00～6.99-0.957 3-0.996 87.00～7.99-0.950 0-0.992 48.00～8.99-0.975 8-0.988 89.00～9.99-0.984 1-0.986 310.00～10.99-0.976 2-0.966 1平均值-0.950 8-0.987 7相對標準偏差4.06%0.94%

圖2 2種夾持方法截面圖Fig.2 Section of the two clamping methods

理論上，等長纖維應(yīng)該呈線性分布，而夾取后的試樣頭端由于纖維有所纏結(jié)使得稱量時的第一組數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，所以在進行數(shù)據(jù)處理時應(yīng)先修正曲線的起始點位置.本研究中所得到的參考曲線和實際曲線都先切去頭端后再處理數(shù)據(jù)，即只需要從第二點開始就可以消去頭端所引起的誤差，對2種方法所得曲線作線性擬和分析，所得相關(guān)度見表1.由表1可以看出,鑷子所得試樣的線性相關(guān)度比鉤夾所得要小，且在不同取樣范圍內(nèi)的所得值的偏差要比鉤夾大，說明鉤夾所得試樣纖維的伸出長度分布效果要比鑷子取樣好.不同取樣范圍內(nèi)所得結(jié)果相差不大，原因是鑷子取樣時的夾持端呈一個倒三角形，見圖2(a).夾取到的纖維束頭端受力不勻致使在梳理的過程中纖維會產(chǎn)生滑移，影響取樣效果.鉤夾取樣是一個彎曲的鉤針和一個弧面所構(gòu)成的夾持面,見圖2(b).夾持纖維時可以把夾持面認為是一個夾持點，在梳理的時候不容易產(chǎn)生滑移，得到的分布也具有代表性.取樣量在1.00～10.00 mg之間的相關(guān)度都接近-1，說明在這個取樣范圍內(nèi)取樣量對取樣效果沒有明顯的影響.因此,在以下試驗中以鉤夾取樣所得分布的一次擬合曲線作為參考線，同時認為作為參考曲線的鉤夾取樣法在0.00～10.00 mg范圍內(nèi)所得到的數(shù)據(jù)是可靠的.

2.2 取樣方法的選擇

本研究提出了點粘的2種方法，由試驗結(jié)果得各棉樣在不同取樣量時所得伸出長度質(zhì)量分數(shù)分布曲線與參考曲線的比較，見圖3～圖6，圖中橫坐標為纖維長度，縱坐標為質(zhì)量分數(shù).

圖3 2種取樣方法所得新疆129的散點折線圖Fig.3 Scatter line chart of two sampling methods of Xinjiang 129

圖4 2種取樣方法所得江蘇229的散點折線圖Fig.4 Scatter line chart of two sampling methods of Jiangsu 229

圖5 2種取樣方法所得山東329的散點折線圖Fig.5 Scatter line chart of two sampling methods of Shandong 329

圖6 2種取樣方法所得江蘇429的散點折線圖Fig.6 Scatter line chart of two sampling methods of Jiangsu 429

從圖3～圖6可以看出，不同品級棉樣的伸出長度質(zhì)量分數(shù)分布曲線具有相似的分布趨勢，即呈逐漸遞減分布，起始頭端有所差異，在末端時逐漸重合，且針筒取樣所得數(shù)據(jù)表現(xiàn)在圖中的點的分散程度比直接點取樣小.所取試樣的好壞可以通過比較纖維試樣的實際分布與理論分布的相關(guān)性得到.從試驗中得到的數(shù)據(jù)中只能簡單地得到實際分布和理論分布的關(guān)系，所以要對數(shù)據(jù)進行處理.把理論分布曲線進行指數(shù)衰減擬合，得到的擬合曲線值作為擬合實際分布曲線時的參數(shù)初值，得到實際分布和理論分布的相關(guān)度R2.表2給出了2種取樣方法使用不同品級的原棉在不同取樣量下和參考曲線的相關(guān)度R2.

表2 實際曲線和理論曲線的相關(guān)度Tab.2 The correlation of actual curve and theoretical curve

從表2可知，不同級別的棉花用針筒取樣得到的相關(guān)度要比直接點取樣高；針筒取樣中對所有品級取得試樣的實際曲線和參考曲線的相關(guān)度均在0.8以上，尤其是一級棉在最大取樣范圍的相關(guān)度為0.925 2，原因是取樣量少時黏合劑粘結(jié)纖維的部分少，梳理時纖維易滑脫和斷裂，在稱量時受天平精確度的限制得到數(shù)據(jù)的誤差會偏大.當(dāng)取樣量較大時,根部粘取的纖維多而雜，纖維束較厚，凝固塊也較大，根部纖維容易梳理不清，致使根部質(zhì)量偏大，影響了纖維伸出長度分布.因此,本研究選擇針筒取樣作為研究對象，同時把取樣范圍進行拓展分析.

2.3 針筒取樣中取樣范圍的選擇

按照微量點取樣的理論，被黏結(jié)的纖維越少越好，但是當(dāng)纖維少到一定量時不僅會給取樣造成一定的困難，而且量少相應(yīng)也需要黏結(jié)頭端小，使黏合劑不能很好地黏結(jié)纖維，在取試樣和梳理纖維時容易滑脫.為了更好地確定有效的取樣范圍，這里對4種品級的棉花在0.00～8.99 mg范圍內(nèi)進行針筒取樣，所得實際曲線和參考曲線對比得到相關(guān)度，表3給出了使用4種不同品級棉樣在不同取樣量時所得到的相關(guān)度.

表3 不同取樣范圍各品級棉與參考曲線的相關(guān)度Tab.3 The correlation of different sampling range of each grade and the reference curve

由表3中可以看出：①當(dāng)取樣量在1.00 mg以下時4種棉樣的相關(guān)度普遍低于0.9；②對于一級棉來說取樣范圍在1.00～6.99 mg時所得實際曲線和參考曲線的相關(guān)度均在0.9以上，說明實際分布比較接近理論分布；③二、三和四級棉在1.00～4.99 mg取樣范圍內(nèi)的相關(guān)度在0.9以上，其他范圍內(nèi)的相關(guān)度均降到了0.9以下，原因是品級越低的棉花所含雜質(zhì)和棉結(jié)也越多，取出的試樣往往要經(jīng)過多次梳理才可以達到要求，這就增加了纖維斷裂的概率，梳理不徹底還會有棉結(jié)雜質(zhì)附著在纖維束上，影響取樣效果.

2.4 短纖維含量的求取

對于一級棉取樣量在1.00～6.99 mg范圍內(nèi)所得試樣伸出長度分布曲線和參考曲線較好，二、三、四級棉取樣量在1.00～4.99 mg范圍內(nèi)所得試樣伸出長度分布曲線和參考曲線擬合較好，在所描述的范圍內(nèi)對曲線進行修正，得出13 mm以下短纖維含量.從照影機曲線中簡單求取短纖維含量需要修正出所擬合曲線中R(0)的位置，由作圖求取短纖維含量的理論分析可知,當(dāng)取得試樣的頭端足夠小時，長度小于等于l的纖維質(zhì)量分數(shù)值近似為：

P1(l)=T(0)-P(l)=R(0)-R(l0)+lR′(l0)=1-R(l0)+lR′(l0),

(1)

其中，P1(l)為長度小于等于l的纖維質(zhì)量分數(shù)，R(0)為伸出長度為0時照影機曲線的值，P(l)為長度大于l的纖維質(zhì)量分數(shù).

從所得擬合曲線起始點作該曲線的切線，與縱坐標相交所得y值作為曲線歸一化的起始點，重新進行曲線擬合，從所得曲線中作出所求短纖維的長度在照影機曲線上對應(yīng)點處的切線，得到該切線在縱坐標上的截距，R(0)與該截距差值的絕對值即為短纖維的質(zhì)量分數(shù),見表4與表5.

表4 從擬合曲線中求得短纖維含量Tab.4 SFC obtained from the fitting curve %

表5 點粘所得短纖維含量與梳片法所得短纖維含量的誤差Tab.5 The error between sticky sampling and comb sorter %

從表4和表5可知，對于不同品級的原棉用作圖法求取到的短纖維含量在不同取樣范圍內(nèi)不盡相同，和梳片法所得差異也不同:①在1.00～2.99 mg和5.00～5.99 mg取樣范圍內(nèi)，一級棉中所得的短纖維含量和梳片法所得誤差都比較小，而在4.00～4.99 mg和6.00～6.99 mg取樣范圍內(nèi)所得短纖維含量的誤差都超過了30%，說明了取樣量對取樣效果的影響；②對于二級棉來說，取樣范圍在2.00～2.99 mg范圍內(nèi)所得短纖維含量的誤差都小于10%，而在兩端的都超過了30%；③三級棉和四級棉所得短纖維含量的誤差和一、二級棉相比較大，尤其是四級棉在4.00～4.99 mg取樣范圍內(nèi)所得短纖維含量的誤差達到了64.35%.

3 結(jié)論

(1) 利用針筒取樣要比直接點取樣效果好.

(2) 取樣量對取樣效果有影響，一、二級棉在2.00～2.99 mg范圍內(nèi)所得試樣實際分布和理論分布相關(guān)度較好，且作圖法所得短纖維含量和梳片法所得短纖維含量的誤差比較??；三、四級棉雖在1.00～4.99 mg取樣范圍內(nèi)和理論分布相關(guān)度較好，但所得短纖維含量和梳片法所得短纖維含量的誤差比較大.

(3)凝固塊頭端質(zhì)量和形狀也會影響取樣效果.試驗中得到的取樣頭端呈水滴狀或球狀,比扁平狀的取樣范圍更接近理想的取樣范圍，取樣效果也較好.綜上，點粘法只要在控制的取樣范圍內(nèi)，取得的短纖維含量與梳片法相比誤差較小，具有一定的可行性.

參考文獻：

[1] 劉若華.原棉短纖維含量的測試方法研究[D].上海:東華大學(xué),2002:9.

[2] Zellweger.Uster introduces a new system for analyzing fibres[J].Textiles Panamericanos,1999，59(5):132.

[3] Cui X,Calamari T A Jr,Robert K Q，et al.New insight into the measurement of short fiber content[J].Proceedings of the Beltwide Cotton Production Conference,2000(2):1507.

[4] 張友信.夾子取樣法檢測棉纖維長度的理論與實踐[J].紡織學(xué)報，1984,5(2)：13-16.

[5] 劉若華，李汝勤.棉纖維長度測試鉤夾取樣法研究 [J].東華大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2001,27(4):68-72.