采用薄膜圖像進行纖維定性鑒別技術探討

刁永輝+徐小方+陳春梅

摘要：

通過在玻璃上黏合一種熱溶膠材料制作纖維印痕圖的方法，可得到一個更清晰的纖維表面形態結構的圖像，該方法一般不需要做其他的預處理，不受染料的影響，在顯微鏡下可放大至理想的倍數。

關鍵詞：纖維鑒別；熱塑薄膜；顯微鏡

1 引言

我國對纖維形態結構的檢測主要是用哈氏切片器或雙刀片將纖維切成0.4mm左右的長度制成玻璃片，在顯微鏡下進行觀測。但在實際顯微鏡檢驗中，紡織纖維通常被浸在光學中性液體中（如甘油/水、石蠟油等），用透射光進行檢驗，由于紡織材料幾乎都具有透光性，從纖維下方透出的光線經常使纖維表面的檢驗復雜化，尤其是對動物的毛發等有明顯的表面結構和內部結構（毛髓結構）的纖維而言，其影響更為嚴重。另外，由于染料、纖維細胞間和纖維細胞內含有空氣，因此用透射光觀察纖維的表面是黑色的。而染成深色（或黑色）的纖維，在透射纖維鏡下觀察其表面是不清晰的[1]。

本文旨在建立一種薄膜印痕的圖像鑒別方法，將纖維、紗線、紡織品鋪在薄膜上，然后將其放在上下兩塊表面光滑的金屬塊中間，施加一定的溫度、壓力，快速冷卻后，用手或者鑷子把紡織材料取下，將得到的印痕圖放在顯微鏡下進行觀察，它一般不需要做其他的預處理，不受染料的影響，在顯微鏡下可放大至理想的倍數，可適用于各種纖維、紗線、紡織品成分的鑒別及微觀質量因素分析。

2 儀器設備及試驗材料

2.1 薄膜材料

樹脂和蠟的混合物、明膠、聚苯乙烯或者聚丙烯等材料。

2.2 載樣玻璃片

尺寸：26 mm×76 mm×1.2mm。作為薄膜的載體使用，便于顯微鏡下觀察印痕效果。

2.3 紡織品熱塑薄膜法纖維鑒別分析儀參數

壓力，1N～500N；溫度：室溫～150℃；計時，帶提醒功能。

2.4 生物顯微鏡

放大倍數100～500倍，底部透射或45度角側射照明。

3 試驗參數研究和確定

3.1 薄膜材料選取

以聚苯乙烯和聚丙烯為材料制作的熱塑薄膜比其他的薄膜形成介質更適合于各種耐高溫（105℃～120℃）的紡織品，因為這些薄膜本身就是厚薄均勻的，并且能用十分簡單和快捷的方法制作印痕圖，供在透光顯微鏡下進行檢驗。對于松散的纖維或者紗線，用薄的聚丙烯薄膜（30μm ～35μm）更合適，厚的聚苯乙烯薄膜（100μm～200μm）更適用于面料或織物。

3.2 壓力、溫度和時間

一般，壓力越大、溫度越高，獲得同等薄膜效果所需的時間越短，根據紡織用纖維的物理和化學性能，我們設計了兩種試驗參數方案，并選取4種不同機織面料進行了預試驗，具體見表1。

表1 預試驗方案

試驗結果顯示，對于含有亞麻的樣品，方法2與方法1相比，可能存在亞麻纖維制樣印痕淺（如3號樣品），亞麻纖維表面似乎被破壞（如4號樣品）的情況；對于再生纖維素纖維，基本無較大差異，形態明顯；對于含有羊毛的樣品，兩種方法都可以較為清楚地制取羊毛的纖維形態。因此，使用方法1和方法2對纖維的辨識度基本無太大差異，但方法2的制樣時間為25min，同時可能對纖維造成破壞，考慮到使用熱塑薄膜法進行檢測的適用性、快速性，因此，確定此次試驗方案選擇方法1：280N，120℃，600s的條件進行。

3.3 觀察倍數和鏡頭

根據FZ/T 01057.3—2007 《紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法》，使用生物顯微鏡在放大倍數100～500倍條件下觀察纖維形態；根據GB/T 16988—2013 《特種動物纖維與綿羊毛混合物含量的測定》、GB/T 10685—2007 《羊毛纖維直徑試驗方法 投影顯微鏡法》，使用投影顯微鏡在放大倍數500倍條件下觀察纖維形態。實驗室用于該項目試驗的生物顯微鏡物鏡和目鏡實際像素可調整至500倍，但在480倍條件下觀察纖維形態較清楚。另外，彩色鏡頭有利于區分樣片上的浮毛。對于部分深色面料，黑白鏡頭可能更為清楚，可根據實際的清晰度選擇黑白鏡頭或彩色鏡頭檢測。

4 試驗樣品采集

試驗共有60個樣品，纖維含量組分是較為常見的1組分、2組分、3組分、4組分和5組分，涉及纖維包括棉、亞麻、桑蠶絲、羊毛、羊絨、再生纖維素纖維、錦綸、聚酯纖維、腈綸、兔毛、特種動物毛等。考慮到不同面料的組織結構，正反面浮出的纖維可能不同，因此，試驗中每個樣品均分為正面、反面進行制樣，以便全面觀察樣品纖維成分，同時分別按照纖維切片法、熱塑薄膜法分別制樣，在纖維鏡下觀察、比對纖維的形態和圖像效果。

5 結果分析評述

本試驗方法一般不需要做其他的預處理，沒有染料的影響，也不會損傷纖維材料，適用于紡織品的纖維成分定性初判。綜合試驗過程，我們發現對于天然纖維的觀察效果較為清晰（如圖1），尤其是動物纖維，可清楚地觀察纖維表面形態，鱗片立體感強，圖像清晰，且不受表面顏色干擾（如圖2）。化學纖維仍需借助化學等試驗方法進行綜合評判（如圖3）。

織物的組織結構、特殊表面特征會影響薄膜圖像的采集效果。像粗厚的毛呢織物，浮現在織物表面的毛絨纖維容易觀察，但是隱藏在織物內部的化學纖維不易發現，如圖4的面料成分為43.3%兔毛、34.4%特種動物毛、22.3%錦綸，兔毛及特種動物毛清晰可辨，但化纖幾乎觀察不到。像繡花布之類的織物，因其為復合結構，表面不平整，只能獲取凸出的繡花線纖維形態。如圖5面料的基布為桑蠶絲、繡花為聚酯纖維，但如果直接用薄膜壓覆取樣，則采集不到基布纖維的薄膜圖像，需要進行分離處理。

6 后期發展研究方向

6.1 紡織材料復合發展需要

近代紡織加工方式日益發展，原料不斷變化，新產品層出不窮。采用各種纖維復合體，混纖、混紡、混捻、混織以及不同類型織物的復合，還加入各種粘合物、化合物和涂料，使紡織品的結構變化更趨復雜。因此，分析織物的組織結構、表面特征對薄膜成像效果的影響，分類提出應對和處理試驗方案是下一步亟待解決的課題。

6.2 紡織品快速、無痕檢測

目前，無論是委托檢驗，還是監督抽查，對紡織服裝的纖維成分檢驗大多數是破壞性檢驗，這些損失都是無法挽回的。如果開發設計簡易、便攜的裝置，把取樣裝置和成像設備構建在一起，可在面料不受損傷的溫度、壓力條件下對樣品實行快速無痕取樣和纖維鑒別，有利于紡織品監督檢驗工作的開展。

6.3 紡織品質量缺陷成因分析

在紡織品的生產和使用過程中，如果技術處理不適當，可能會對其產生化學、機械或者熱損傷，也可能產生由微生物引起的損傷。本試驗方法亦可發展用于紡織品在紡紗、織造、印染等過程中產生的質量缺陷成因分析，為改進生產工藝提供參考依據。

參考文獻：

[1]卡·馬哈爾.張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——纖維技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008.

（作者單位：湖北省纖維檢驗局）