紅外光譜定量分析技術(shù)在紡織品檢測(cè)中的應(yīng)用

丁杰等

摘要：

本文介紹了我國(guó)紡織品檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，又對(duì)紅外光譜定量分析技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)說(shuō)明，對(duì)以后類似的檢測(cè)工具具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：紅外光譜儀；定量分析；紡織品；檢測(cè)

1 引言

2014年，我國(guó)紡織品出口貿(mào)易額為2984.26億美元，同比增長(zhǎng)5.09%，穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)世界紡織品第一大國(guó)位置。目前，我國(guó)已經(jīng)形成了完整且規(guī)模巨大的紡織品產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)。隨著我國(guó)加入WTO時(shí)間的增長(zhǎng)，我國(guó)出口紡織品的壁壘將會(huì)被逐步打破，出口量必將上升。同時(shí)對(duì)紡織品質(zhì)量的要求也在不斷提高，所以我國(guó)的紡織品檢測(cè)技術(shù)也必須要達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2 我國(guó)紡織品檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

自上世紀(jì)80年代起，我國(guó)政府部門關(guān)于紡織品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)入快速發(fā)展期，截止到2015年初，我國(guó)關(guān)于紡織品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定已達(dá)1116條，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)保證我國(guó)紡織業(yè)的快速發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紡織品生產(chǎn)技術(shù)和檢測(cè)水平也得到很大幅度的提高，很多檢測(cè)儀器也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，例如：電容式纖維長(zhǎng)度檢測(cè)儀、全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀等。隨著信息科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)也被應(yīng)用到紡織品制作和檢測(cè)上來(lái)，這對(duì)提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量有著很大的影響。我國(guó)也在這方面做了大量的研究，發(fā)明出了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的框架測(cè)長(zhǎng)儀和紗線捻度儀等，這些都是我國(guó)獨(dú)有的“高精尖”技術(shù)設(shè)備。

我國(guó)紡織企業(yè)具有數(shù)量多、工廠規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊等特點(diǎn)，在對(duì)紡織品進(jìn)行檢測(cè)上，與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還存在一些差距。例如：檢測(cè)儀器的可靠性和穩(wěn)定性較差，但很多企業(yè)又沒(méi)有多余資金更換更加先進(jìn)的儀器；而且很多儀器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品其核心技術(shù)都是引進(jìn)國(guó)外的，得到的利潤(rùn)較少，就沒(méi)有很多資金發(fā)展自己的研究團(tuán)隊(duì)，這些因素都限制了我國(guó)紡織品的檢測(cè)水平[1]。

目前，我國(guó)在紡織品檢測(cè)中，纖維組分的檢測(cè)依舊按照先定性后定量的傳統(tǒng)方法。纖維定性主要依靠人的經(jīng)驗(yàn)：通過(guò)顯微鏡來(lái)辨別纖維形態(tài)、燃燒纖維觀察燃燒性狀并聞其氣味，再通過(guò)化學(xué)試劑綜合得出纖維的種類。而定量的過(guò)程，包括試劑的濃度、試驗(yàn)溫度、反應(yīng)時(shí)間、設(shè)備性能、操作者的經(jīng)驗(yàn)等都有較高要求。因此，纖維組分檢測(cè)的過(guò)程比較繁瑣，檢測(cè)的結(jié)果不確定性比較大。

3 紅外光譜定量分析技術(shù)在紡織品檢測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)紡織品檢測(cè)的定量分析技術(shù)主要依靠的是紅外光譜儀，其工作原理如圖1所示。定量分析技術(shù)對(duì)紡織品檢測(cè)的主要指標(biāo)包括纖維的組分、結(jié)晶度、取向度以及紡織品的回潮率等。

3.1 纖維組分的檢測(cè)

檢測(cè)纖維的組分主要是通過(guò)定量測(cè)量分析特征吸收譜帶來(lái)確定的。組分不同，纖維對(duì)紅外吸收的強(qiáng)度也有明顯差異。這種方法的關(guān)鍵點(diǎn)有如下幾個(gè)：1.現(xiàn)有組分中，要保證沒(méi)有相同的特征吸收譜帶；2.各組分的吸光度需要用基線法進(jìn)行測(cè)量；3.被檢測(cè)物質(zhì)的濃度和對(duì)譜帶的吸收強(qiáng)度之間存在著某種線性關(guān)系；4.應(yīng)選擇吸收系數(shù)較大的譜帶，且周圍無(wú)其他吸收譜帶，避免互相干擾。

這種定量分析法在上世紀(jì)中期被學(xué)者應(yīng)用到高分子聚合物的研究領(lǐng)域，此外，這種分析法主要適用于兩種組分混合的情況，下面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

（1）棉和尼龍混紡的定量檢測(cè)分析

在上世紀(jì)70年代，有關(guān)學(xué)者采用反射法測(cè)出了棉和尼龍混紡時(shí)的紅外光譜校準(zhǔn)曲線，其本質(zhì)為將兩者的混紡物放置在折射率較高的透明介質(zhì)上，多次測(cè)量界面上的反射光，并記錄最終的光譜走勢(shì)曲線。通過(guò)測(cè)定，最終確定棉和尼龍混紡物中，尼龍含量對(duì)應(yīng)著其在1625cm-1處和棉在1095cm-1處對(duì)譜帶的吸收強(qiáng)度特征[2]。

（2）聚酯纖維和棉混紡的定量檢測(cè)分析

對(duì)于聚酯纖維和棉混紡物的定量檢測(cè)，也是在上世紀(jì)70年代開(kāi)始的。但是相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)如果直接進(jìn)行測(cè)量，得出的曲線沒(méi)有什么不同，這樣也就沒(méi)有意義了。之后采取了研磨、壓片和透射法，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，聚酯纖維含量越多，需要研磨的時(shí)間也就越長(zhǎng)，否則曲線變化不明顯，而且發(fā)現(xiàn)聚酯纖維的含量與它的特征峰值并不存在一定的線性關(guān)系，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和比較才得出原來(lái)聚酯纖維的含量和其對(duì)光譜的吸收強(qiáng)度與峰寬存在一定的線性關(guān)系。最終確定出聚酯纖維的特征峰值為1725cm-1。目前。我國(guó)學(xué)者發(fā)明了一種利用溴化鉀壓片配合光聲法來(lái)測(cè)定聚酯纖維和棉混紡物中聚酯纖維的含量[3]。

（3）毛和棉混紡的定量檢測(cè)分析

對(duì)毛和棉混紡物中棉含量的檢測(cè)采用的也是研磨、壓片加透射法進(jìn)行的，但不同的是混合物被研磨的顆粒大小應(yīng)保證均勻。經(jīng)過(guò)大量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)混合物中棉的含量和它的特征峰值（1160cm-1）寬度沒(méi)必然聯(lián)系。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確度性，可以改變研磨時(shí)間或樣品質(zhì)量，最后求出幾次較為相近的值作為最終結(jié)果。

3.2 纖維結(jié)晶度和取向度的定量分析

在紅外光譜圖中，各譜帶會(huì)由于纖維結(jié)構(gòu)的不同而產(chǎn)生不同變化。有些譜帶會(huì)和結(jié)晶度呈正比關(guān)系，有的則呈反比關(guān)系，有的譜帶不會(huì)發(fā)生明顯變化。我們可以根據(jù)譜帶的這些特性將其分為三類：結(jié)晶譜帶、非結(jié)晶譜帶和參考譜帶。這是確定纖維結(jié)晶度最簡(jiǎn)單最有效的辦法。

如果將偏振器加入到紅外光譜儀中，便可得到經(jīng)過(guò)偏振后的光譜，利用得到的偏振光譜圖可以得出纖維取向度，需要測(cè)出的數(shù)據(jù)有偏振光的電矢量方向、譜帶吸光度，將兩者相除就得出了譜帶的二向色性比，進(jìn)而求出取向度的大小[4]。

3.3 紡織品回潮率的定量分析檢測(cè)

樣品回潮率指的是紡織品的濕重與干重的差值和干重的百分率。對(duì)紡織品回潮率的檢測(cè)，最原始的辦法為烘燥法，即將樣品放置在一定溫度下一定時(shí)間，烘燥溫度的選取可按照表1作為參考依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

紡織品檢測(cè)對(duì)保證質(zhì)量、確保我國(guó)紡織品第一大國(guó)的地位意義深遠(yuǎn)，利用紅外光譜技術(shù)對(duì)紡織品進(jìn)行定量分析目前應(yīng)用得較為廣泛其測(cè)量結(jié)果也滿足日常需求。本文介紹了對(duì)紡織品纖維組分、結(jié)晶度和取向度、回潮率等方面的檢測(cè)，可對(duì)某些紡織企業(yè)的檢測(cè)工作起到一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳肖南，劉寶榮.我國(guó)紡織品檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].四川紡織科技，2012，（6）：45-46.

[2]梁治齊.紅外光譜在紡織纖維鑒別上的應(yīng)用[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，（14）：13-15.

[3]沈振.傅里葉紅外光譜分析測(cè)定尼龍材料中玻纖含量[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2004，30： 86-88.

[4]熊磊，于偉東.紅外光譜法測(cè)定纖維的結(jié)晶度與取向度[J].2003，31（6）：55-56，62.

（作者單位：杭州市余杭區(qū)質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測(cè)中心）endprint