李娟娟 丁 帥
(1.山東省紡織科學(xué)研究院,青島,266032;2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島,266032)
毛巾作為產(chǎn)業(yè)用紡織品在醫(yī)療衛(wèi)生、產(chǎn)業(yè)研發(fā)和材料應(yīng)用等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。毛巾的主要功能在于吸水,不同用途對(duì)吸水性有不同要求,所以對(duì)吸水性能的檢測(cè)是毛巾質(zhì)量檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)。目前我國(guó)陸續(xù)頒布了一系列國(guó)家及行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并逐步接近ISO標(biāo)準(zhǔn),使毛巾材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用逐步細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化。在相同測(cè)試條件下,不同毛巾產(chǎn)品的吸水能力和容水能力是評(píng)判其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)。通過專門的測(cè)試設(shè)備評(píng)估織物成分、組織結(jié)構(gòu)和制造方法等不同因素對(duì)吸水性能的影響,對(duì)于促進(jìn)毛巾產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。
不同的吸水性測(cè)試方法雖然能夠從不同側(cè)面反映材料的吸水性能,但是不同的測(cè)試方法所呈現(xiàn)出的結(jié)果是不一樣的。我國(guó)毛巾的吸水性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T22799—2009《毛巾產(chǎn)品吸水性測(cè)試方法》。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上只有手動(dòng)檢測(cè)的毛巾吸水性能測(cè)試儀器,還沒有電腦控制自動(dòng)化程度高的專用測(cè)試儀器。為此,山東省紡織科學(xué)研究院、山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制了醫(yī)用非織造布及毛巾產(chǎn)品吸水性能檢測(cè)專用儀器。
常見的毛巾吸水性測(cè)試方法有沉降法和吸收法兩種。新研制的吸水性能測(cè)試儀是集沉降法、水流試驗(yàn)法、毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)法、可濕性和吸收性法于一體,可以研究和比較不同的測(cè)試方法所得到的結(jié)果,在測(cè)試成本、測(cè)試效率、測(cè)試精度和技術(shù)先進(jìn)性方面達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,對(duì)于促進(jìn)毛巾產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義[1-3]。
新研制的吸水性能測(cè)試儀具有使用效率高、范圍廣,操作簡(jiǎn)便,安裝和拆卸方便等特點(diǎn)。測(cè)試儀主要由機(jī)身、水箱、冷水機(jī),以及芯吸速率、液體吸水性和毛巾吸水性測(cè)試裝置組成。產(chǎn)品外觀效果見圖1。
新研制的吸水性能測(cè)試儀的關(guān)鍵技術(shù)為恒容量、恒流量和可穩(wěn)定控溫的恒溫水浴系統(tǒng)的設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)示于圖2。
采用虹吸溢流原理實(shí)現(xiàn)恒容量。將虹吸裝置固定在玻璃漏斗的上方,調(diào)整虹吸管的位置,當(dāng)量筒中流出的溶液量剛好為50 mL時(shí),將管口固定牢。每次往漏斗中輸送試液時(shí),多余的試液將通過溢流管流走,確保通過量筒流出的試液量恰好就是50 mL。將漏斗容器置于恒溫水浴中的設(shè)計(jì)確保了試驗(yàn)過程中試驗(yàn)用水的恒定溫度,該設(shè)計(jì)為本儀器首次應(yīng)用,屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。
圖1 毛巾吸水性能測(cè)試儀產(chǎn)品外觀
圖2 毛巾產(chǎn)品吸水性能測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意
通過調(diào)整節(jié)流閥旋鈕來實(shí)現(xiàn)恒流量。改變節(jié)流閥開口度的大小,調(diào)節(jié)試液的流量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。節(jié)流閥結(jié)構(gòu)示于圖3。
圖3 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)示意
由于水溫對(duì)試樣吸水性能有重要影響,所以吸水性測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都要求試驗(yàn)水溫保持在(20±2)℃。為此,將恒溫水浴控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由特定加熱功率的加熱管和可為系統(tǒng)提供冷水的循環(huán)水系統(tǒng)組成,水溫控制范圍為18~35℃。采用具有PID運(yùn)算調(diào)節(jié)功能的溫控器來對(duì)水浴進(jìn)行精確的控溫。整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)前水浴溫度的預(yù)設(shè)和試驗(yàn)過程中的精確控溫兩項(xiàng)功能。溫控器的工作原理是:溫度傳感器將測(cè)得的水浴溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給溫控器,溫控器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示或模擬并顯示出來;與設(shè)定值進(jìn)行比較(或PID運(yùn)算),將操作指令傳輸給操控器(接觸器、固態(tài)繼電器或功率控制器);操控器再對(duì)加熱管和冷水供水系統(tǒng)進(jìn)行控制。具體控制原理示于圖4。
圖4 水浴溫度控制原理
軟件系統(tǒng)主要由試驗(yàn)系統(tǒng)控制模塊、稱重模塊和電磁閥控制模塊三大模塊組成,見圖5。試驗(yàn)流程示于圖6。
試驗(yàn)系統(tǒng)控制模塊的作用是判斷和分析所采集的信號(hào),將命令傳送給控制模塊,保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
稱重模塊是將天平稱取的重量數(shù)值通過RS232傳輸進(jìn)入控制模塊,加工處理數(shù)據(jù),參與運(yùn)算。
電磁閥控制模塊是在測(cè)試毛巾吸水性能時(shí),通過控制模塊對(duì)電磁閥進(jìn)行智能控制,保證恒流量自動(dòng)加水系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),增強(qiáng)實(shí)時(shí)性能[4]。
圖5 軟件組成模塊
圖6 毛巾吸水試驗(yàn)流程
所有測(cè)試在恒溫恒濕室進(jìn)行。室內(nèi)環(huán)境條件為溫度(21±1)℃,相對(duì)濕度(65±2)%。選取兩種毛巾試樣,1號(hào)樣品的密度為799 kg/m3,2號(hào)樣品密度為1 114 kg/m3。按照標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸裁剪,然后將試樣放在恒溫恒濕室中24 h以上,達(dá)到調(diào)濕平衡后開始測(cè)試。
樣品經(jīng)水洗、烘干和調(diào)濕后,測(cè)定試樣從接觸水面到完全浸濕并開始下沉所需的時(shí)間[5]。將試樣測(cè)試面在無外力條件下平行輕放在水面上,同時(shí)開始計(jì)時(shí),當(dāng)試樣完全浸濕時(shí),終止計(jì)時(shí),記錄所需的時(shí)間,精確至0.1 s;若試樣超過60 s仍沒有完全浸濕,則終止試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果記錄為大于60 s。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 毛巾產(chǎn)品沉降法試驗(yàn)結(jié)果
樣品經(jīng)水洗、烘干和調(diào)濕后,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下50 mL的水在規(guī)定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)試樣,測(cè)定被試樣吸收的水量占原水量的百分比[6]。按式(1)分別計(jì)算正反面吸水率的平均值,以正反面平均值表示最終結(jié)果,修約至小數(shù)點(diǎn)后一位。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。
式中:P——樣品吸水率;
m0——試驗(yàn)前水槽質(zhì)量(g);
m1——試驗(yàn)后水槽質(zhì)量(g);
d——試驗(yàn)用水的密度(g/mL)。
表2 毛巾產(chǎn)品吸收法試驗(yàn)結(jié)果
從測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果可以看出:沉降法具有簡(jiǎn)潔方便的特點(diǎn),不需要專業(yè)的測(cè)試儀器,可操作性強(qiáng);而吸收法是通過測(cè)試從一定高度落下的三級(jí)水,以一定的壓力流到測(cè)試樣品上,計(jì)算產(chǎn)品的吸水率的方法,測(cè)試程序稍顯復(fù)雜,需要專業(yè)的測(cè)試儀器,但測(cè)試結(jié)果數(shù)字量化特征明顯,能準(zhǔn)確地反映出吸水性的高低。
吸收法測(cè)試結(jié)果顯示,1號(hào)樣品和2號(hào)樣品的吸收率都是隨著水溫的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),符合實(shí)際使用過程中的吸水性的規(guī)律。對(duì)于吸水性好的毛巾產(chǎn)品,吸水速度極快,應(yīng)用沉降法很難準(zhǔn)確分辨出其吸水性的優(yōu)劣,而采用吸收法能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。因此,吸收法可以真實(shí)地反映毛巾產(chǎn)品的吸水性能。
毛巾行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆W鳛橐粋€(gè)穩(wěn)定的市場(chǎng),消費(fèi)者的需求已從基本日常需求向多層次需求細(xì)分,如現(xiàn)在出現(xiàn)的消毒毛巾、擦手巾、美容巾、兒童毛巾和廚巾等。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高,健康毛巾不僅市場(chǎng)空間巨大,利潤(rùn)空間大,而且市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)小,現(xiàn)代毛巾產(chǎn)品行業(yè)將會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景,新研制的吸水性能測(cè)試儀也將會(huì)在毛巾產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中起到重要的作用。
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