（服装设计与工程专业论文）珍珠纤维鉴别方法的研究及检验标准的建立.pdf

珍珠纤维鉴别方法的研究及检验标准的建立 素分析，测定纤维中l o 个无机元素含量，建立了元素指纹图谱，并 对实验结果进行主成分分析和聚类分析，结果表明元素分布特征和纤 维种类关系显著，元素分析提供了一种新型的鉴别珍珠纤维的方法。 4 本论文还对珍珠纤维、珍珠层粉纤维和粘纤进行氨基酸组分 分析，结果表明，珍珠纤维含有1 4 种以上氨基酸，与珍珠粉体含有 的1 7 种氨基酸最为接近，而粘胶纤维不含氨基酸。应用s p s s 软件 进行相关分析和聚类分析，结果表明，氨基酸组分分析可作为鉴别珍 珠纤维和粘纤的有效手段。 最后，本文概括了珍珠纤维的系统鉴别方法，提出了鉴别该纤维 的4 项指标：氨基酸含量、氨基酸种类、9 种元素指纹图谱以及c a 元素含量。由此建立了珍珠纤维检验标准及其混纺产品混纺比的检7 验、判别方法，此外还通过实例说明了该标准在纤维检验中的应用。 提出在测定珍珠纤维含量时先定量、后定性分两步进行的检测方法。 关键词：鉴别检验，珍珠纤维，元素分析，氨基酸，组分分析，标准 s t u d y o ni d e n t i f i c a t i o nm e t h o d o l o g ya n de s t a b l i s hm e n to f t e s ts t a n d a r df o rp e a r l f i b e r a b s t r a c t p e a r lb l e n dc e l l u l o s ef i b e r ( p e a r lf i b e r ) i sak i n do fn e wf u n c t i o n a l f i b e r t h ep r e p a r a t i o np r o c e s s e si n c l u d et h ep h y s i c a lm i x i n go fm i c r o p e a r lp o w d e rw i t hv i s c o s ep u l pa n dt h e nt h ew e ts p i n n i n g w i t ht h em a s s p r o d u c t i o no fp e a r lf i b e r , a sw e l la st h ed e v e l o p m e n to f i t sb l e n d e df a b r i c ， t h ee s t a b l i s h m e n to fa nu n i f i e di d e n t i f i c a t i o n t e s t i n g s t a n d a r di s i n d i s p e n s a b l e t h i st h e s i sm a i n l yi n v e s t i g a t e df r o mt h ef o l l o w i n gf o u r a s p e c t s ： 1 ar e v i e wo ft h ee x i s t i n gf i b e ri d e n t i f i c a t i o nm e t h o d sh a sb e e nm a d e w i t ht h en e wf i b e r sd e v e l o p m e n tt r e n d ，t h ei d e n t i f i c a t i o np r o c e s ss h o u l d b ec h a n g e da c c o r d i n g l y t h a ti st h ei n s p e c t i o no ft r a d i t i o n a lf i b e r ss h o u l d b et a k e na st h em a i ns t r i n g ，w h i l et h er e l a t e da u x i l i a r ya n da d d i t i v e s s h o u l da l s ob ec o n s i d e r e d t h u st h et h e s i sp r o p o s e st ou s ei n s t r u m e n t a l a n a l y s i sa st h et e s t i n gm e t h o d so fp e a r lf i b e r 2 t h r o u g hr e s e a r c ho nt h em i c r o s c o p i cs t r u c t u r eo fp e a r lf i b e r , s o m e c h a r a c t e r sh a v eb e e nd e t e r m i n e d c o m p a r i s o nb e t w e e np e a r lf i b e ra n d v i s c o s eh a sb e e nc o n d u c t e d t h ef i b e rs u r f a c ea p p e a r a n c ea n di n o r g a n i c 珍珠纤维鉴别方法的研究及柃验标准的建立 p a r t i c l e sd i s t r i b u t i o na r eo b s e r v e db yu s i n ga f m a n dt e m m e a n w h i l e ， t h ei n f r a r e ds p e c t r o m e t r yo fb o t hf i b e r sh a ss h o w e dt h ed if f e r e n c ei n i n o r g a n i cc o m p o s i t i o nb e t w e e nt h e m t h e nb yu s i n gt g d t ad e t e r m i n e t h et r a c ei n o r g a n i cc o m p o s i t i o no f p e a r lf i b e r 3 i no r d e rt os t u d yt h em i x t u r es y s t e mc o m p o s i t i o no fp e a r lf i b e r , t e n e l e m e n t s c o n t e n ti ns i xp e a r lf i b e ra n do t h e rf o u rf i b e rs a m p l e sw e r e d e t e r m i n e db ym e a n so fi c p a e sm e t h o d t h er e s u l t sw e r eu s e df o r t h ed e v e l o p m e n to fe l e m e n tf i n g e r p r i n tc h r o m a t o g r a m t h ep r i n c i p a l c o m p o n e n ta n a l y s i sa n dq t y p ec l u s t e ra n a l y s i sw e r ea p p l i e df o rt h e s t u d yo fp e a r lf i b e rc h a r a c t e r i s t i c s e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e e l e m e n t a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sw e r er e l a t e dt ot h et y p e so ff i b e r s ， t h u sa ni d e n t i f i c a t i o nm e t h o df o rp e a r lf i b e rw a sp r o p o s e d 4 t h ed e t e r m i n a t i o no fa m i n oa c i d si np e a r lf i b e r , m a c r eb l e n df i b e ra n d v i s c o s eb yt h ea u t o m a t i ca n a l y z e ri sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s t h er e s u l t s h o w st h a tt h e r ea r em o r et h a n14k i n d so fa m i n oa c i d si np e a r lf i b e r , r e l a t e dt ot h e17k i n d so fa m i n oa c i d si np e a r l ，w h i l en oa m i n oa c i dw a s f o u n di nv i s c o s e c o r r e l a t i o na n a l y s i sa n dq t y p ea n a l y s i so ft h et e s t r e s u l th a v ep r o v i d e dan e wm e t h o df o rf i b e ri d e n t i f i c a t i o n t h es y s t e m a t i ci d e n t i f i c a t i o na p p r o a c ho f p e a r lf i b e rw a sf o u n d e db y t h ep r o p o s i t i o no f4i n d e x ：a m i n oa c i dc o n t e n t ，a m i n oa c i dt y p e s ，e l e m e n t t h ef i n g e r p r i n tc h r o m a t o g r a ma n de l e m e n tc o n t e n to fc a f i n a l l y , t h et e s t s t a n d a r df o r p e a r l f i b e ra n di n s p e c t i o nm e t h o do fb l e n d i n gr a t i of o r 珍珠纤维鉴别方法的研究及检验标准的建立 p e a r lf i b e rb l e n d e df a b r i cw e r ee s t a b l i s h e d s o m ea p p l i c a t i o n so ft h et e s t s t a n d a r dw e r ed e s c r i b e di nt h ew a yo fb o t hq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s k e y w o r d s ：i d e n t i f i c a t i o n ，p e 砌f i b e r , e l e m e n ta n a l y s i s ，a m i n oa c i d ， c o m p o s i t i o na n a l y s i s ，s t a n d a r d 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年 咄玳 月1 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密函在兰l 年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 吐武 嗍婶f 月多日 指导教师虢寿专、罾 日期：o 1 年f 月1 7 ie l 东华大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 2 l 世纪我国纺织服装业参与全球竞争的重点是提升产品的科技含量和附加 值。在以人为本的今天，人们对服装的追求趋向自然、舒适、健康、新颖，纺织 品按照这一趋势不断创新，各种新型纤维在这一背景下应运而生。人造纤维素纤 维因具有良好的吸湿性、染色性、耐热性、可纺性等特征，穿着舒适，广受消费 者青睐。通过现代高科技手段使传统人造纤维差别化、功能化，已成为“十一五一 期间纺织新材料研发的必然趋势，是提升传统产业向高技术、高附加值产业发展 的新途径。 粘胶纤维是人造纤维素纤维中产量最大的品种，占纤维素总产量的9 0 以 上。我国是粘纤生产大国，据国家统计局统计，2 0 0 3 年全国累计生产粘纤8 0 0 2 万吨。2 0 0 5 年全国粘胶长丝产量为1 9 1 4 万吨，粘胶短纤9 8 8 6 万吨，2 0 0 6 年我 国粘胶长丝和粘胶短纤的产量分别为2 1 8 9 万吨和1 1 2 5 3 万吨【l j 。 珍珠产业是一个极具中国民族特色和资源优势的产业。我国是珍珠生产的大 国，2 0 0 5 年我国珍珠产量达1 5 0 0 吨，占全世界的9 5 以上，产值却只占世界珍 珠总产量的1 5 左右，其中8 0 以上的淡水珍珠是以原料或粗加工产品的形式 供应给我国香港和日本等地【2 1 。高档珍珠少，产品附加值低，产量大、产值低， 致使我国珍珠产业近年来萎靡不振，我国珠农经数年养殖的珍珠只取得可怜的收 入，境外客商经过深加工的产品利润却可高达8 倍以上。 我国使用珍珠的历史已有数千年之久，它既是一种高贵、美丽的珠宝，又是 一味名贵中药材。现代医学根据中医典籍的记载，发现珍珠的药用价值十分广泛： 美容养颜、白嫩肌肤、延缓衰老、促进发育、增强免疫力等。尤为可贵的是，珍 珠的所有这些疗效，都是建立在没有不良反应的基础上，这一点在“崇尚自然、 回归自然 的现代社会，是不可多得的【3 1 。 珍珠共混纤维素纤维( 本文中简称珍珠纤维) 利用我国的资源优势，将淡水 珍珠加工成微米或亚纳米级，与粘胶纺丝浆液共混，进行纺丝。这种新型工艺赋 予传统粘胶纤维新的亲肤、护肤功能以及远红外发射、防紫外线辐射等功能，同 东华大学硕士学位论文 时使纤维更加柔软、滑爽、光泽自然、吸湿性好，提高了纤维的服用性能，是具 有高附加值的新型功能纤维。 珍珠纤维的研发，有利于提升我国纺织品的竞争力，有助于提高我国服装档 次。这项新型纤维材料科研成果的产业化，将给新世纪人类健康衣着消费领域和 纺织服装业带来新的发展机遇。 1 2 珍珠纤维研发概况 1 2 1 珍珠纤维纺丝工作进展 珍珠纤维研究始于2 0 0 3 年，于2 0 0 4 年申请了国家发明专利【4 】。经过近3 年 的大量实验、试纺、测试，现已实现产业化生产，申请注册商标名称为“立肯诺 ( l i c h e n o ) 珍珠纤维 。并于2 0 0 6 年4 月成功试纺3 5 吨，7 月成功试纺1 6 5 吨，1 0 月生产4 0 吨。 研究初期阶段遇到的技术瓶颈是超细珍珠粉体浆料的制备。这是由于无机微 粒改性纤维的制备要求粉体浆料和纺丝浆粕二者间必须要有较好的相容性【4 】。对 于本课题研究的珍珠纤维，这就要求珍珠浆料加入粘胶纺丝浆粕不会引起分 解、凝聚、升华等不良影响；珍珠浆料中珍珠微粒应有较高的细度分散度，符 合纺丝工艺要求，确保纺丝顺利进行；珍珠浆料对纤维的性质，包括强度、透 明度和染色性能等各项物理和化学指标无严重影响。 解决这一问题主要从两方面着手一是粉体的精细化加工。通过引进德国超 细粉体加工技术，对珍珠粉体进行精细加工，使其粒径更小，分布更均匀。多次 测试结果表明，小试中使用的珍珠粉体表面积平均粒径达到了11 1m 以下( 见附 录1 ) 。二是粉体的表面修饰。超细珍珠粉体的表面修饰是解决其应用中团聚的 有效方法。本课题通过一系列小型、中型试纺，选择了合适的分散剂、寻找到最 佳配比制备珍珠粉体浆料，通过对超细珍珠微粒的表面改性，使之与纺丝液相容， 克服了纺丝液凝结、沉淀，使珍珠粉体在液相中稳定、均匀分散，保证了珍珠纤 维纺丝的顺利进行。 2 东华大学硕士学位论文 1 2 2 珍珠纤维测试工作进展 珍珠纤维是一种新型功能纤维，我们在进行纤维相关纱线、面料产品开发之 前有必要对其物理、化学性质做全面了解。牛雪梅以研究纤维功能为目的，测试 了珍珠纤维表面状态、化学组成、防紫外线功能和远红外发射功能【5 】，现将前面 已进行的珍珠纤维测试归纳如下： 为了研究纤维表面状态，通过扫描电子显微镜( s e m ) 将珍珠纤维放大5 0 0 0 和1 0 0 0 0 倍，观察到纤维纵向有许多沟槽且纤维表面分布有微粒状物质；利用原 子力显微镜( a f m ) 观察到纤维表面2 5 l im x 2 5pm 内，分布着无数的微小颗 粒，还做出了纤维表面a f m 三维图；在纤维组成分析上，用马弗炉加热使纤维 素裂解，得到纤维的含固量为1 4 ，通过进行氨基酸组分分析，测得纤维样品 中1 4 种氨基酸含量。在纤维功能性方面，按照g b t1 8 8 3 0 - - 2 0 0 2 对珍珠纤维纯 纺织物的抗紫外线功能进行了评定，得到织物的紫外线透过率u v a 和u v b 都 为0 1 ，紫外线防护系数u p f 大于5 0 ，紫外线防护效果极佳；按照上海技术物 理研究所的测试标准，测得该织物在八个波段的法向比辐射率都大于0 7 8 ，因此 认为珍珠纤维织物具有远红外发射功能。 由于受时间以及客观条件约束，牛雪梅对珍珠纤维所做的测试有限，对纤维 具体化学组成尚未进行深入研究，此外她也未将珍珠纤维与其它纤维，特别是与 珍珠纤维的载体粘胶纤维做对比研究。本课题将从纤维表面及内部形态、物理性 能、化学组分等方面对珍珠纤维进行较为全面的测试与分析，并通过和其它纤维 的对比测试探求珍珠纤维的鉴别方法。 1 3 本论文研究内容及意义 1 3 1 主要研究内容和方法 本论文将主要对珍珠纤维的形态结构、组成成分进行研究，建立有效的纤维 鉴别、检验方法，具体内容如下： 1 ) 纤维鉴别、检测的实验技术 比较传统纺织纤维和新型纺织纤维的鉴别方法，提出新型纤维的鉴别需要建 3 东华大学硕士学位论文 立新的检验标准，论述仪器分析技术在新型纤维检测中的应用。 2 ) 珍珠纤维表面及内部结构特征测试 采用红外光谱技术、电子显微镜技术、热分析技术等仪器分析方法对珍珠纤 维和普通粘胶纤维进行对比研究。 了解傅立叶变换红外光谱、透射电镜、扫描电镜等基本原理和实验方法 采用红外光谱对珍珠纤维形态结构、组成成分进行定性分析 采用原子力显微镜( a f m ) 和投射电镜( t e m ) 对珍珠纤维形貌、结构 进行分析和表征 3 ) 珍珠纤维共混体系化学成分研究 采用i c p - a e s 元素分析方法对珍珠纤维和其它纤维进行对比研究 掌握元素分析的基本原理和实验方法 应用s p s s 软件对实验结果进行统计分析 通过统计分析实现珍珠纤维与几种不同种类纤维的区分 定量分析珍珠纤维氨基酸组成成分，并与珍珠粉体和其它纤维氨基酸组分进 行了对比研究 了解纤维氨基酸成分分析的实验方法 实现了珍珠纤维与其它再生纤维素纤维的有效鉴别 4 ) 珍珠纤维检验及混纺比测定 根据各种测试结果最终建立珍珠纤维的检验标准，并进行纤维及混纺产品检 验的实例分析 确定珍珠纤维鉴别、检验的参数指标 建立珍珠纤维的检验方法及工作流程 进行珍珠纤维检验及混纺织物混纺比测定的实例分析 1 3 2 课题的目的和意义 任何新产品在投放市场前都应具备相应的产品标准或技术标准，为了规范珍 珠纤维市场，确保珍珠纤维产品质量，建立珍珠纤维鉴别、检验的标准，既有利 于保护知识产权，又为其推广应用带来技术上的领先性。进行珍珠纤维混纺产品 含量分析，可以为珍珠纤维产品开发、走向市场提供技术保障。将珍珠纤维做大 4 东华大学硕士学位论文 做强，有利于提升我国纺织品的竞争力，提高经济效益。此外，这项新型纤维材 料科研成果的产业化，无论在新世纪人类健康衣着消费领域还是在纺织服装业都 能带来新的发展机遇，同时还对带动我国珍珠养殖业具有重大现实意义。 本课题是上海市教育基金会上海科技成果转化促进会联盟计划“珍珠纤 维纱线及其产品研发项目中的子课题，本人是该项目组成员之一。 5 东华大学硕士学位论文 第二章纤维鉴别及检测技术 2 1 纺织纤维鉴别方法概述 各种纤维都有其物理化学特征，如外观特征、横纵面形状、密度、溶解性、 显色性、燃烧特性、机械力学特性及光谱特性等，根据这些特征可以对纤维进行 鉴别。纺织纤维的鉴别可以分为物理方法和化学方法【6 】，详见图2 - 1 。 图2 一l 纺织纤维鉴别方法分类 在实际鉴别中，有些材料使用单一方法较难鉴别，需要将几种方法综合运用、 综合分析才能得出正确的结论。综合前述的纤维鉴别方法，根据各种纺织纤维不 同的燃烧特征、呈色反应、溶解性能以及纤维的横截面、纵向纤维形态特征等加 以系统分析、综合应用，可以得出具有快速、准确、灵活、简便特点的系统鉴别 法【7 ，8 】。系统鉴别法的试验程序如下( 参见图2 2 ) ： 6 东华大学硕士学位论文 蒌 最 锫 图2 2 纤维系统鉴别表【5 】 嚣 剿燃螂i 牝凄 簟 餐鬟嚼i r 懈鼙譬馨 番翟靼爨纂尽删冒碘穗斯瓣 螽足装察爨等嚣畦嘲匿秧一举赣斌淄 番雹谗震舞舞匠嘲擘龆碘牵嘲搀整虫餐 番匠懈秘篝星埔l 醋碘岳磷鹭 番翟鞲短逗喇警麓哥赫啼 撇一萋蜒辩 r 獭辅卜叫麟州嘲隧鞭矗潜 一刺叫鬻裟 一w 辱絮瓣瞬馨虫餐猷瓣喇t 田履麟， 鬟鬈船鬟心簟鸯孽 赡鬣墨心爱辩错 咯鬻鹰焉心壤譬瓣 鬈区竣虫瓣 将未知纤维稍加整理，如果不属弹性纤维，可采用燃烧试验法将纤维初步 7 东华大学硕士学位论文 分成纤维素纤维、蛋白质纤维和合成纤维三大类； 纤维素纤维和蛋白质纤维( 如棉、麻、丝、羊毛、兔毛、驼毛、马海毛等) 有各自不同的形态特征，用显微镜就可鉴别； 合成纤维_ 般采用溶解试验法，即根据不同化学试剂在不同温度下的溶解 特性来鉴别。 2 2 新型纤维的发展 纺织工业的发展在世界经济中一直处于十分重要的地位，其发展的方向始终 是为了迎合消费者日常的生活需要，进入2 l 世纪以来，消费者对于服装面料的 选择已经向着功能化、舒适化、环保化方向发展，因此，国外流行的服装面料大 量采用功能化、差别化、复合化、超细化、环保化的新型纤维。基于这样的流行 趋势涌现出了很多新型纤维，现将它们分为3 类，如图2 3 。 图2 3 新型纤维分类 这些新型纤维有的是对原有的纤维进行变性重组以后制得的，而有的则是在 原有纤维上共混添加功能性材料获得。因此，这类新型纤维在化学和物理特性上 都发生了相应的变化。随着超细粉体制各以及纤维纺丝技术的成熟，各种无机材 料，金属材料都可以加工成超细微粒，添加到纤维中。超细粉体通常分为微米级 8 东华大学硕士学位论文 ( 粒径 1i im ) 、亚微米级( 粒径1 - 0 1l lm ) 和纳米级( o 0 0 l o 1pi n ) 【6 l ， 目前国内外定义较严格并被较多采用的是粒径小于3pm 的粉体用。本课题的研 究对象珍珠纤维就是采用的共混添加技术，将粒径小于3ur r l 的珍珠超细粉体添 加到粘胶纺丝液中进行纺丝。 目前，国内外已有很多关于共混无机微粒改性纤维的研究和报道。它们通常 是将某些无机材料，如2 0 3 、m g o 、z n 0 、t i 0 2 、s i 0 2 、c a c 0 3 、高岭土、炭黑、 金属等制备成超细粉体，在纺丝或聚合过程中加入到纺丝原料中，制备具有抗菌、 阻燃、远红外反射、释放负离子、防紫外、抗静电等功能的纤纠引。 如添加陶瓷等无机材料可制备远红外保暖纤维，添加金属粉或碳黑的导电纤 维，添加电气石等无机氧化物复合粉体到聚合物中可制得负离子纤维等。日本富 士纺和三菱公司分别以壳聚糖超细粉体作为添加剂，制得抗菌粘胶纤维和抗菌聚 丙烯腈纤维。帝人公司开发出添加超细粉体的阻燃纤维e n t e r 。还有通过在聚合 物熔体或溶液中添加陶瓷粉体开发的远红外纤维，添加粒径3 0 0 n m 左右的电气 石粉体制备负离子纤维。在纺丝液中添加纳米级的豇0 2 和z n o 等紫外线吸收剂， 如a k z on o b e l 公司开发的e n k as u n 粘胶长丝，l e n g i n g 公司开发的l e n g m gs u n 粘纤短纤都具有防紫外线功能。东华大学林耀【9 】选用氧化锌( z n o ) 和二氧锑掺 杂二氧化锡( a t o ) 作为抗静电剂，采用独特的添加工艺制各了抗静电腈纶纤维。 天津赛远保健品有限公司公布了一种珍珠蛋白功能合成纤维制造方法：将粒径小 于2l lm 的珠蛋白粉体添加剂和纤维级树脂切片在加热过程中进行高速捏合，经 双螺杆共混挤出，制成功能母粒；将功能母粒干燥后加入纤维级树脂切片，通过 熔融挤压纺丝，再经后处理，即制得功能合成纤维。 2 3 新型纤维对检测方法提出新的要求 我国现行颁布的f z t 0 1 0 5 7 1 1 1 1 9 9 9 纺织纤维鉴别实验方法和 g b t 2 9 1 0 - - 1 9 9 7 纺织品二组分纤维混纺产品定量化学分析方法等都只是针 对些传统纤维进行定性、定量分析，在当今新型纤维层出不穷的形势下，这些 标准的时效性和实用性都大打折扣，这使得检验人员在面对新型面料的时候常常 面临无标准可执行的尴尬局面，这也对新型纤维走向市场带来困难。特别是前面 提到的共混纤维的出现，使得我们鉴别这些新型纤维不能仅局限于有机纤维，要 9 东华大学硕士学位论文 以纺织纤维胜线，兼顾各种纤维中的相关助剂、添加剂，这样才能满足科学技 术发展和社会需要【l o 1 。 纺织纤维鉴别方法很多( 见图2 - - 1 ) ，但现行颁布的标准中使用的鉴别纤维 方法一般为溶解法、燃烧法及显微镜观察法。常规分析鉴别手段和检测仪器已远 远满足不了新型纺织纤维的发展要求。通过学科间的相互渗透，许多研究者开始 将分析化学中的仪器分析运用于纤维的研究。 我国是世界上最大的纺织和服装生产出口国，同时也是世界上最大的纺织和 服装消费国，面对全球经济一体化的格局，中国纺织工业也进入了以新技术、新 产品、新装备为核心的新时代。以信息工程和知识经济为基础的现代纺织品检验 技术也应该顺应这一发展趋势，与时俱进，追踪、借鉴国内外的最新检测技术， 积极开发自身的纺织品检测技术，全面提升对于新型纺织纤维的鉴别检验能力， 保护自有知识产权，推进我国纺织工业发展具有深远意义。 、 2 4 仪器分析在纺织纤维检测中的应用 2 4 1 仪器分析方法 仪器分析是近一个多世纪以来出现的新方法，其内容包括成分分析、结构分 析、状态分析、表面分析、微区分析等【1 2 1 。仪器分析不仅是重要的分析测试方法， 而且是强有力的科学研究手段。目前，纺织纤维测试中经常用到的仪器分析方法 如下嘲： 1 电子显微镜在纺织材料研究中广泛使用的电子显微镜有扫描电镜( s e m ) 、 原子力显微镜沁m ) 、透射电镜( t e m ) 等。应用主要包括纤维表面形貌、内部结 构的观察，纤维表面形态的观察以及纤维断裂的动态研究。 2 红外光谱技术红外光谱学是研究红外光与物质分子间相互作用的学科，仪 器主要有色散型红外分光光度计和干涉型傅立叶变换光谱仪。在纺织领域中的应 用主要是分子结构的研究和化学组成的分析，包括纤维鉴别、测定高聚物主链结 构、纤维内不同化学成分的测量、混纺纤维的定量分析等。 3 热分析口b a 衄a la n a l y s i s ) 在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关 系的一类技术。热分析方法根据所测物理量的不同有不同种类，在纺织材料的研 1 0 东华大学硕士学位论文 究中，最常用的是差热分析( d t a ) ，差示扫描量热法( d s c ) 和热重分析( t g ) 等。在纺织上的应用主要是纤维的热稳定性比较，聚合物材料热稳定性的评定， 纤维组分的定量分析。 4 元素分析测定方法主要有原子吸收分光光度法( a a s ) 、石墨炉原子吸收光 谱法( g f a a s ) 、火焰原子吸收光谱法( f a a s ) 、电感耦合等离子体原子发射光谱法 ( i c p - - a e s ) 等。目前元素分析在纺织材料检测中的应用主要是测定纺织品中重金 属含量【1 3 。 5 x 射线衍射分析技术物质( 特别是晶体) 对x 射线的散射和衍射能够反映 丰富的微观结构信息，因此，x 射线衍射方法是当今研究物质微观结构的主要方 法。不同种类纤维的x 射线衍射图有各自的特征，因此可以用来鉴别纤维，还 可以进行纤维高聚物结晶度、取向度测定。 2 4 2 仪器分析的应用 通过查阅相关文献资料，我们发现仪器分析技术正越来越普遍的用于纺织纤 维的结构性能测试，例如： 孔丽萍等【1 5 】分别利用气相色谱质谱分析仪、红外光谱分析仪和元素分析仪 等手段对彩棉、白棉以及染色棉进行分析，并对分析方法进行了筛选，提出了元素 分析法可作为确定产品中是否含有彩棉纤维的有效定性手段。 王越平等【1 6 】对棉、麻、竹纤维3 种天然纤维素纤维的结构进行了较为全面的 测试与分析，检测方法包括傅立叶变换红外光谱分析、核磁共振波谱分析、广角 x 射线衍射分析、扫描电子显微镜形态结构分析等。 林耀【9 l 在研究添加无机微粒静电剂的改性聚丙烯腈纤维时，通过透射电镜 ( t e m ) 观察了无机微粒在纤维内部的扩散和分布情况，用d s c 研究分析了无 机微粒改性后的聚丙烯腈纤维的玻璃化温度。 s u n g nj e o n g 等a t l 刀为了分析共混了纳米银微粒的聚丙烯纤维特征，也 使用了多种仪器分析方法，如通过广角x 射线衍射( w 舣s ) 分析和差热分析 ( d s c ) 研究了纤维的结晶度，利用扫描电子显微镜( s e m ) 分析了银微粒在纤维 上的分布情况。 东华大学硕士学位论文 2 5 小结 本章概括了纺织纤维的鉴别方法，介绍了新型纤维分类，特别指出对于新型 纤维应该探索新的鉴别、检测方法。论述了利用仪器分析进行纤维鉴别、检测研 究的可行性，并概述了仪器分析的常见方法及其在纺织纤维检测中的应用。 1 2 东华大学硕士学位论文 第三章珍珠纤维结构及组分的定性测试 珍珠纤维载体是粘胶纤维，由于在纺丝过程中共混了经过表面修饰的珍珠微 粒，因此珍珠纤维和粘纤在结构、性能、化学组成上必然存在差异。牛雪梅已用 扫描电子显微镜( s e m ) 和原子力显微镜( a f m ) 对珍珠纤维表面形态进行表征 【1 8 】，通过s e m 图我们可以得到珍珠纤维直径约为十几个微米，通过a f m 在几 个微米范围内扫描，观察到纤维表面存在沟壑并呈现凹凸不平的微粒状。但这些 实验仅限于观察纤维表面形貌，并未做对比实验，而且仅凭有限的实验我们无法 断定这些特征是否是珍珠纤维所特有的，也不清楚珍珠纤维与粘纤在表面形貌、 微观结构上存在多大程度的区别。 本章将针对这些问题，分别利用原子力显微镜( 删) 、透射电镜( t e m ) 、 傅立叶变换红外光谱仪、热分析等仪器分析手段对珍珠纤维和粘纤进行对比研 究，对珍珠纤维的表面形貌、微观结构、性能特征做较全面的归纳与总结。 3 1 测试部分 3 1 1 测试仪器与测试内容 1 # ：珍珠纤维；2 # ：普通粘胶纤维 其中珍珠纤维出厂时各项物理指标如下t 线密度：1 4 3 d t e x 干强c ! v ：1 5 4 5 长度t3 7 3 6 r a m 倍长纤维：3 0 m g 1 0 0 9 油渍黄纤：0 上油率：0 2 3 干强t2 1 4 e n d t e x 干伸1 5 9 长偏率：1 6 8 残硫：1 0 4m g 1 0 0 9 白度：7 0 5 湿强：1 2 2e n d t e x 线偏率t6 4 1 超长率：0 2 5 疵点：3 0m g 1 0 0 9 回潮率：9 3 3 1 2 测试仪器 原子力显微镜( a f m ) ：n a n o s e o p ei v ，美国d i g i t a li n s t n m a e n t s 公司； 1 3 东华大学硕士学位论文 透射电子显微镜：h 8 0 0 ，日本曰立： 傅立叶变换红外( f t i r ) 光谱仪：n e x u s 6 7 0 型，美国n i c o l c t 公司； y p - 2 压片机；压片模具；玛瑙研钵；k b r 差热热重分析仪：s t a4 4 9 c ，德国n e t z s c h 公司； 烘箱；马弗炉 3 1 3 测试内容 3 1 3 1 原子力显微镜对纤维表面形貌的观察 1 试样制备 两种纤维在丙酮( c 3 h 6 0 ，分析纯a r ) 中多次萃取，去掉表面油脂，然后 用无水乙醇( c 2 h 5 0 h ，分析纯) 清洗掉纤维表面附着的丙酮，最后用去离子水 洗净、凉干，在烘箱中6 0 加热2 小时。 将两种纤维分别用双面胶带粘贴在试样台上，每个试样台上排1 0 - 2 0 根纤 维。排样时，每根纤维要尽可能平直且纤维间不能有交叉，要保证排列紧密。为 了方便操作，排样过程可以在光学显微镜下进行。粘纤和珍珠纤维排好的试样编 号分别为归l ，y h - 2 。 2 用n a n o s c o p ei v 型原子力显微镜( a f m ) 分别对试样台上的纤维进行观察， a f m 采用轻敲模式。 3 1 3 2 透射电镜对纤维内部形态的表征 1 试样制备 纤维萃取同3 1 3 1 节实验； 环氧树脂配制：逐步向5 0 m l 小烧杯中注入e p o n 8 1 28 h n l ，d d s a5 m l ， m n a 4 4 5 m l ，最后按照上述试剂总量的l 加入d m p 3 0 ，用玻棒充分搅拌，使 之混和均匀。将配好的环氧树脂在3 0 烘箱中放置4 - - - 5 h ； 纤维包埋：小胶囊两个，底部穿小孔，取小束纤维，拉直穿入小孔，固定在 硬纸盒上。向胶囊中逐步滴入环氧，直至液面与胶囊上1 3 平齐，保持纤维直立向 上，如图3 - - 1 。粘纤试样编号为y h 1 ，珍珠纤维试样编号为y h - 2 ，在环氧树脂 1 4 东华大学硕士学位论文 中包埋好。 图3 一l 纤维包埋模型 烘箱加热：3 0 加热7 8 h 观察液面有无降低，降低说明气泡冒出来了。 此时再滴入少量环氧，继续加热，直到1 2 h 以后，液面不再降低。此后，6 0 加 热1 5 h ，9 0 c 加热1 5 h 。关掉烘箱，自然冷却到室温，试样放入装有干燥剂的容 器内，室温保存备用； 制纤维切片：用石英刀片对柱状包埋纤维的环氧树脂进行修整，放入超薄切 片机切片，切片厚度在2 0 0 r i m 以下。 2 用日立h - 8 0 0 型透射电子显微镜对两种纤维横截面进行观察 3 1 3 3 纤维红外光谱测量 不同结构的高聚物，均有其特征的吸收光谱，根据样品谱图所出现的特征吸 收峰的位置并对照高聚物的红外光谱系统表即可鉴别出未知样品为何种高聚物 1 1 9 1 。本节将对粘纤和珍珠纤维的红外谱图进行分析，希望从中找到鉴别它们的方 法。由上两节知，珍珠纤维中由于共混了珍珠超细粉体，纤维内部和表面有更多 的无机微粒。在大多数情况下，通过红外光谱对一种材料在另一种材料中的检出 限大约为5 2 0 1 ，珍珠纤维纺丝前共混了5 的珍珠超细粉体，但最终生成的纤 维中观察到的无机微粒的实际具体成分和含量有待研究，因此本节将对纤维以及 纤维高温灼烧余下的灰份进行红外光谱分析。 1 纤维及纤维灰份制样 采用k b r 压片法【2 1 1 ，实验前纤维萃取同3 1 3 1 节实验。 纤维先切成粉末在w s 7 0 - 1 型红外线快速干燥器内干燥；取l i n g 置于干净的 1 5 东华大学硕士学位论文 玛瑙研钵，在红外灯下研磨成细粉，再加约2 0 0 m g 干燥k b r 粉末一起研磨，直 至二者完全混和均匀( 颗粒约为2i lm 以下) ；倒入压片模具在y p 2 压片机上压 片；将样品脱模，得一透明圆片。 称取粘纤、珍珠纤维各0 5 0 9 放入甘锅，马弗炉逐渐升温至5 5 0 ，灼烧j 小时。纤维素纤维在高温下将直接分解或炭化【2 2 1 ，余下灰份为炭和纤维中无机物。 灼烧后粘纤灰份为0 0 0 3 3 9 ，珍珠纤维灰份为0 0 2 9 。两纤维灰份各取l m g 同以 上纤维制样方法做成k b r 。 2 实验方法及参数设置 应用n e x u s 6 7 0 型傅立叶变换红外光谱仪( 美国n i c o l e t 公司) 检测。用小 镊子将以上制得的压片放在试样架上，插入检测池测定红外光谱图。实验参数为： 扫描次数3 2 ( 样品和背景相同) ，分辨率4 c m 一。 3 1 3 4 珍珠纤维热重，差热实验 热重差热分析是采用热分析方法测试珍珠纤维在受热过程中发生的各种物 理、化学变化，旨在对珍珠纤维中无机物组成及含量进行研究。 实验前测得珍珠纤维标准回潮率为1 4 。用电子天平称取纤维1 9 7 3 0 r a g ， 在s t a 4 4 9 c 型差热热重分析仪上进行测试。采用t g d 1 a 热重差热模式加热， 升温到1 4 0 0 ，升温速度1 0 c r a i n ，空气做载气，流量为2 0 m l m i n 。 3 2 测试结果与分析 3 2 1 粘纤和珍珠纤维表面形貌对比分析 通过a f m ( 原子力显微镜) 我们得到了粘纤和珍珠纤维的表面形貌照片， 结果见图3 - - 2 。两组照片中，第一幅是高度图( - e i g h t ) ，表示纤维表面高低起 伏，颜色越深表示高度越低；第二幅是平面图( a m p l i t u d e ) ，表示纤维表面的形 态；第三幅是相位图( p h a s e ) ，模拟表面颗粒的空间分布。为了更形象的表现纤 维的表面形貌，我们用a f m 自带软件将不同扫描面积下拍得的纤维照片做成三 维图，如图3 - - 3 ，图3 4 所示，两幅图表现的都是纤维的片断。从图3 3 可 以清楚地看到珍珠纤维表面的凹槽，这是由于珍珠纤维载体是粘纤，纺丝过程也 1 6 最十凡学硕l # 位论史 类似粘纤，故外观形态和特纤极其相似，f l = i 从两幅图i 叮以直观地观察到粘纤表面 要比珍珠纤维光滑，后者表山颗粒状物质明显比前者多。推测碌因，丁能是在扁 者纺丝液制各过程中共混了珍珠超细粉体浆科珍珠微粒在溶液中的扩散、迁移 这就导致纺丝成形后的纤维表雨l 订密靠的微粒。 y h 一2 珍珠纤维 酗3 2 纤维a f m 表面形貌燃“ 图- - ：i y h 一0 4 ( 粘胶纤维)y h - 21 0 7 ( 珍珠纤维 i 兰i3 - 3 不同纤维表面a f m 一维形貌嗍( j j 描而秘为5um 5 l | m ) 1lj麓iiliii。磊1 rill。并il【 寐毕大学确i 。学位论立 ? _ _ ， ，- 。 + ， j、 ， y h 一11 0 3 ( 粘腔纤维)y h - 21 0 8 ( 珍珠纤维) 圈3 4 不同纤维表面a f m _ _ = 三维形貌嘲( 扫描面积为2 # m z l lm ) 下面，应用a f m 专用的分析软件n a n o s c o p es p mv 5 对纤维表面形貌进行 图像分析。图3 5 是纤维表面形貌二维视图( 高度圈) 和纵向断面线性轮廓图。 在纤维表面突起部位沿糟纵向划一线性断面轮廓图。山图可看出，珍珠纤维纵向 表面轮廓线平直几乎为直线而珍珠纤维纵向表面则有明显起伏。 _ “* - - _ 岫 z l h ， 7。 闰3 - 5 纤维表面被糊及断面转廓图 表3 - - l ( 1 描面謇 5 m x 5 h ) 样品名编号 r a n m r q m 7 j n t n样品名 编号 r a n mr q n m 7 j n m 粘 y h 1 l o l 9 43 7 91 1 71 66 6 02 9 珍 y h 21 0 l 1 4 73 31 7 61 96 9 67 9 胶 y h 1 1 0 4 9 28 6 41 1 4 94 7 4 1 5球 y h - 21 0 2 l5 8 7 91 9 0 69 9 82 3 纤 v h - 11 0 58 62 5 71 0 7 7 34 6 2 0 6 纤 y h 21 0 3 2 3 48 42 7 41 2 5 1 3 4 0 蛙v h 11 0 65 0 1 6 81 1 7 1 66 6 0 2 9 维 y h - 21 0 42 7 88 4 3 2 8 6 1 2 6 2 y h i 1 0 7 l2 81 4 92 15 6 47 y h 21 0 7 9 62 6 6 1 1 25 75 0 43 l 十 学顺1 # 位* 文 表3 1 是用a f m 软件对粘纤和珍珠纤维的表面粗糙度分析结果。r a 是纤 维表面平均粗糙度，z 是在扫描面积内，