羊毛纤维密度的液体浮力法测试.pdf

2009 年 4 月针织工业No 4 羊毛纤维密度的液体 浮力法测试 董立 张健飞 徐磊 天津工业大学 纺织学院 天津300160 摘要 采用液体浮力法对原毛 氯化防缩羊毛和拉伸细化羊毛3种纤维密度进行了测试研究 分析了 不同测试介质 不同脱泡工艺和不同纤维结构对纤维密度测试值的影响 实验结果表明 脱泡工艺是测试 精度的关键 采用高速离心 煮沸 抽真空进行脱泡 操作简便易行 测试数据稳定 准确 无水乙醇为介质 的测试精度要好于蒸馏水 羊毛拉伸细化工艺较常规化学处理更易造成纤维结构的不匀 给密度测试带 来一定误差 关键词 羊毛纤维 纤维密度 液体浮力法 测试 脱泡工艺 中图分类号 TS 187 文献标志码 A文章编号 1000 4033 2009 04 0060 03 作者简介 董立 1981 女 硕士研究生 主要从事改性羊毛及其产品性能的研究 纤维密度作为纺织纤维的特 征性能指标之一 其大小取决于自 身组成物质成分 内部微观结构和 外部形态结构 常用于纤维种类的 鉴别 通过测定两种纤维混合后的 集束体密度 可标定纤维混纺比 1 以羊毛为代表的动物纤维普遍具有 两相结构 对于羊毛纤维 其内部正 偏皮质的密度不同 而纤维密度的 测定可以推断纤维内部正偏皮质含 量 为纤维品质评价提供参考 2 纤维密度的测定方法很多 如 密度梯度法 浮沉法 液体浮力法 气体容积法 比重瓶法等 3 不同方 法测出的结果有所偏差 其原因在 于测量介质无法完全浸透到纤维 的各个角落 使测量值减小 另外 某些极性介质易与纤维结合生成 氢键 使测量值增大 纤维密度测 试方法应追求快捷 准确 就目前 纺 织 领 域 常 用 的3种 测 试 方 法 密度梯度法 比重瓶法和液 体浮力法而言 各有优劣 密度梯 度法通过观察纤维在均匀分布的 密度梯度液中的悬浮位置测定其 密度 配好的密度梯度管对同一品 种可以重复使用 但试样取样量 小 测试周期长 操作麻烦 配一支 密度梯度管约2 h 且成功率低 测 试时对环境要求高 需在恒温水浴 中进行 比重瓶法的原理 4 是将纤 维浸泡在某种液体里 通过测量所 浸纤维排出的液体的体积来代替 纤维的体积 从而计算出纤维的密 度 此法原理简单 但实际操作步 骤过多 测试效率较低 液体浮力 法是通过测量浸入液体中的纤维 所受浮力 此法操作简便 测试效 率高 本文采用液体浮力法对3种 羊毛纤维进行测试 设计一种对纤 维排泡方式 以低回潮率的玻璃纤 维作为对比 通过对结果的分析验 证液体浮力法测试的准确性并探 讨其在羊毛检验中的应用 1实验部分 1 1测试原理 与液体浮力法测试原理相同 本实验应用扭力天平测出纤维干 质量及在已知密度的某种液体中 充分浸润的质量 求出纤维在该种 液体中所受的浮力 从而计算出纤 维的体积 见式 1 所示 再根据事 先测好的纤维干质量 算出纤维的 密度 见式 2 所示 F浮 液V排g m0g T 1 纤 m0 V排 2 式中 m0为纤维干质量 T为纤维 悬浮在液体中扭力天平读数 V排 为纤维体积 液为已知液体相对密 度 纤为所测纤维密度 1 2试样和仪器 试样 未经处理的洗净原毛 氯化防缩羊毛 拉伸细化羊毛 无 碱的E 玻璃纤维长丝 仪器 Y802型烘箱 YJ03 043 型电动离心沉淀机 JN A型精密 扭力天平 量程1 000 mg 分度值2 mg 真空干燥器 真空抽气泵等 1 3测试方法 制样 取烘干后的羊毛纤维试样 约0 4 g 整理成团状后使用超细弹力 丝系住试样 称量纤维的干质量m0 60 针织工业2009 年 4 月No 4 图1采用试管进行脱泡的示意图 介质 纤维 F浮 T mg 高速离心 煮沸脱泡 真空脱泡 表1蒸馏水为溶剂测得的纤维密度值 试样编号 纤维密度 g cm 3 未处理的原毛纤维氯化防缩羊毛纤维拉伸细化羊毛纤维玻璃纤维 11 383 61 352 11 354 02 529 4 21 401 51 373 01 378 52 536 8 31 401 11 355 21 325 72 486 4 41 395 21 365 01 345 12 504 5 51 387 61 338 91 464 72 481 3 均值1 393 81 356 81 373 62 507 7 CV值 0 5760 9573 9590 992 表2无水乙醇为溶剂测得的纤维密度值 试样编号 纤维密度 g cm 3 未处理的原毛纤维氯化防缩羊毛纤维 拉伸细化羊毛纤维玻璃纤维 11 222 81 265 41 379 22 517 3 21 231 71 282 41 192 92 535 1 31 269 91 303 81 339 32 486 5 41 252 51 258 61 225 32 560 8 51 239 21 278 31 283 42 539 3 均值1 243 21 277 71 284 02 527 8 CV值 1 4851 3676 0171 099 脱泡 将纤维置于大试管中 倒入液体介质没过纤维试样 试样 经高速离心20 min后煮沸 在真空 瓶中抽气10 min进行完全脱泡 确 保介质液体充满纤维内部微隙 称量 将大试管缓缓沉入装满 介质液体的容器槽中 缓慢拖出纤 维团 静置后保持纤维团悬浮在容 器槽中 测纤维在液体中的质量 由 于试管容积远小于容器槽 可以将 温度对介质密度的影响降至最低 2结果与讨论 2 1不同介质下的测试误差分析 表1 表2分别是以蒸馏水 20 下密度为1 000 g cm3 和无 水乙醇 20 下密度为0 789 g cm3 为介质测定几种纤维的密度 从表1和表2中可看到 与微 观结构致密的玻璃纤维相比 羊毛 纤维密度测量值受介质影响显著 无水乙醇的数值波动较大 这主要 是由于无水乙醇易挥发 较之蒸馏 水为介质测试密度更易变化 而以 蒸馏水为介质较以乙醇为介质测得 的数据偏大 这是由于二者渗入羊 毛纤维的可及区不同 体积较小的 水分子更容易进入纤维内部微隙 减小了纤维体积测试值 5 再根据 公式 2 计算可知 纤维密度值偏 大 但是更接近纤维的真密度 因此在该系统下测试纤维密 度应选用分子体积较小 易进入纤 维内部微隙 自身密度受外界环境 影响较小的介质 2 2不同脱泡方式的测试误差分析 采用液体浮力法测试羊毛纤 维密度 脱泡工序是关键 若不脱 泡 则羊毛纤维束易漂浮在介质表 面而无法准确测量 图2是以水为 介质在不同脱泡方式下测得的原 毛纤维密度 从图2可以看出 联合3种脱 泡方法即高速离心 煮沸后抽真空 测得的数据误差大大降低 数值准 确 稳定 因此 在选用同种介质 时 脱泡工艺是测试精度的关键 本实验中高速离心可去除纤维表 面气泡 促进介质的渗入 煮沸或 真空脱泡均可将纤维内部微孔中 的气体赶出 它们的联合作用有利 于彻底去除纤维内部气体 使介质 充满纤维内部 2 3不同羊毛纤维密度测试误差 分析 图3为不同羊毛在不同介质 条件下测试纤维密度的误差 由图3可以直观地发现 在不 同介质中 拉伸细化羊毛纤维密度 测试误差明显较原毛和氯化羊毛 的大 这与纤维改性过程发生的微 观变化有关 图4为不同羊毛纤维的SEM 照片 从中可以看出 原毛纤维表 面鳞片致密均匀 而在拉伸细化 羊毛纤维照片中 同根纤维可以 看到鳞片密段和疏段 不同根纤 维更是疏密不匀 这说明拉伸细 化工艺使纤维的微细结构变得不 同质 从而加大了纤维物理性质 的离散 因此造成纤维密度测试 图2不同脱泡条件下原毛纤维密度 测试数据误差 A 离心 煮沸 抽真空 B 离心 煮沸 C 煮沸 D 离心 E 抽真空 1 40 1 35 1 30 1 25 1 20 ABCDE 纤维密度 g cm 3 脱泡条件 61 2009 年 4 月针织工业No 4 误差增大 拉伸细化还能对羊毛 纤维强伸性能产生较大的影响 6 其原理也可用细化不匀解释 相 对而言 氯化工艺去除了纤维表 面鳞片 内部皮质溶胀变粗 但纤 维内部结构还是较为均匀的 因 此纤维密度测试值误差不大 3结论 3 1测试纤维密度 脱泡是测试精 度的关键 采用高速离心 煮沸 抽 真空对纤维进行脱泡 操作简便易 行 所选的两种介质的测试数值波 动较小 测试数据稳定 准确 3 2通过对原毛 氯化羊毛和拉伸 细化羊毛的密度测试发现 选用蒸 馏水作为介质测得的数据较无水 乙醇数据增大了6 12 说明分 子体积较小的水分子渗入纤维内 部的可及区大 使得纤维更充分浸 泡在介质当中 测得的密度更接近 纤维真密度 因此 选用液体浮力 法测试羊毛纤维密度应选用分子 体积小的介质 3 3拉伸细化羊毛密度测试数据 误差比原毛和氯化羊毛较大 结合 扫描电镜分析可知 拉伸细化工艺 造成了羊毛纤维微结构的不均匀 增大了纤维物理性质的差异 从而 增大了纤维密度测试的误差 参考文献 1 高山 陈国华 马志友 等 密度梯 度法测定兔 羊毛混纺比的研究 J 山东 纺织科技 1995 1 52 55 2 浦松丹 王永林 关于有髓特种动 物纤维含量测定的分析 J 中国纤检 2006 10 31 33 3 姚穆 周锦芳 纺织材料学 M 北 京 纺织工业出版社 1988 4 李青山 纺织纤维鉴别手册 M 北 京 中国纺织出版社 1996 5 Ucku S Balkose D Caga T A study of adsorption of water vapour on wool under static and dynamic condi tions J Adsorption 1998 4 63 73 6 王晓红 杨锁廷 姚金波 等 拉伸细化 羊毛纤维的性能研究 J 纺织学报 2005 1 39 41 收稿日期2009年3月12日 图4不同羊毛纤维的SEM照片 c 拉伸细化羊毛 a 原毛 b 氯化羊毛 图3不同羊毛纤维密度测试误差 O A酒精为介质 原毛纤维密度 O W水为介质 原毛纤维密度 Cl A酒精为介质 氯化羊毛纤维密度 Cl W水为介质 氯化羊毛纤维密度 E A酒精为介质 拉伸细化羊毛纤维密度 E W水为介质 拉伸细化羊毛纤维密度 纤维密度 g cm 3 1 4 1 3 1 2 1 1 O A O W Cl A Cl W E A E W 羊毛纤维的品质特征 1羊毛的线密度 羊毛纤维的线密度与各项物理性能关系很大 一般羊毛越细 它 的线密度就越均匀 强度越高 卷曲多 鳞片密 光泽柔和 脂汗含量 高 但长度偏短 因此 线密度是决定羊毛品质好坏的重要指标 与毛 织物的品质和风格关系也很密切 2羊毛纤维的长度 羊毛纤维由于天然卷曲的存在 其长度可分为自然长度和伸直长 度 纤维束在自然卷曲下 两端间的直线距离称为自然长度 一般用来 表示毛丛长度 羊毛纤维除去卷曲 伸直后的长度称为伸直长度 在毛 纺生产中都采用伸直长度 当羊毛纤维的线密度相同时 纤维长而整 齐 短毛含量少的羊毛成纱强力和条干都较好 羊毛的长度也是决定 纺纱线密度和选择工艺参数的依据 3羊毛的卷曲 羊毛纤维的卷曲与毛被形态 纤维线密度 弹性 抱合力和缩绒性 等都有一定关系 卷曲对成纱质量和织物风格也有很大影响 根据卷 曲的深浅 波高 和长短 波宽 的不同 卷曲形状可以分为3类 弱卷 曲 常卷曲 强卷曲 4羊毛纤维的吸湿性 羊毛纤维的吸湿性用回潮率表示 其吸湿性是常见纤维中最强 的 一般大气条件下 回潮率为15 17 5羊毛纤维的强伸性 羊毛纤维的拉伸强度是常用天然纤维中最低的 一般羊毛纤维 细度越细 髓质层越少 其强度越高 羊毛纤维拉伸后的伸长能力却是 常用天然纤维中最大的 所以用羊毛纤维织成的织物不易产生皱纹 具有良好的服用性能 6羊毛纤维的化学稳定性 羊毛纤维较耐酸而不耐碱 较稀的酸和浓酸短时间作用对羊毛的 损伤不大 所以常用酸去除原毛或呢坯中的草屑等植物性杂质 有机 酸如醋酸 蚁酸是羊毛染色中的重要促染剂 碱会使羊毛变黄及溶解 62 bleaching coloring softening and thermal setting It can be seen that the dyeing and finishing processes for this kind of jacquard fabric needs low processing tension and low speed the dyeing technology for cotton fabric is very applicable and the reactive dye is much preferred Liang Haibo Wu Honglie 35 Application of the energy saving and discharge reducing pretreatment technology of cotton and its blended yarn knitted fabric sXu Shuncheng 37 The precautions in application the light storage type of printing past eQi Cheng 39 A research on the pigment dip dyeing technology of knitted ready made clothe s Dong Jie Xia Jianming Chen Xiaoyu 40 Study of the relationship between the foundation work and research the absolute ethyl alcohol is better than distilled water as far as improving the testing accuracy is concerned and compared to conventional chemical treatment the thinning technology through stretching to process wool is more easy to cause uneven fiber structure Dong Li Zhang Jianfei Xu Lei 60 Introduction of the wool fiber s quality characteristic s 62 Comprehensive Review Extraction of the silk fibroin and its application progress in textiles This paper overviews the composition characteristics and application fields of silk fibroin summarizes its separating and purifying steps including degumming hydrolysis dissolution composi