棉麻混紡制品纖維含量測(cè)定方法分析

周梅，劉才容，經(jīng)霓，王康建

（四川省纖維檢驗(yàn)局,四川成都610005）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們希望服裝面料既舒適透氣，又具有一定的功能性。麻纖維具有良好的吸濕散熱與透氣的功能，并兼具屏蔽紫外線和抑菌功能，在夏季服裝面料中加入麻纖維已成為一種時(shí)尚潮流。但由于麻纖維拉伸強(qiáng)度大、斷裂伸長(zhǎng)率小，用其制作的服裝容易皺褶；而棉纖維具有強(qiáng)度高和抗皺性好的特點(diǎn)。兩種纖維的特性可以互補(bǔ)，可以將兩種纖維進(jìn)行混紡來(lái)彌補(bǔ)存在的問(wèn)題。當(dāng)前棉麻混紡制品也越來(lái)越受到人們的青睞。

棉纖維與麻纖維存在巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值差異，準(zhǔn)確地檢測(cè)棉麻混紡制品中棉麻纖維各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是目前檢測(cè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同面臨的問(wèn)題。棉、麻同屬天然植物纖維，兩種纖維的物理和化學(xué)性質(zhì)相近（見(jiàn)圖1和圖2），因此其混紡制品無(wú)法采用傳統(tǒng)的化學(xué)溶解法進(jìn)行定量分析[1]。目前棉麻混紡制品中纖維含量的主要檢測(cè)方法分別為顯微投影法、手工拆分法、溶解吸光法、著色法和利用傅里葉轉(zhuǎn)近紅外線光譜法五種[1-3]。本文對(duì)各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)討論。

圖1 棉麻縱向纖維形態(tài)

圖2 麻纖維“抱團(tuán)”

1 不同方法的檢測(cè)原理

1.1 顯微投影法

顯微投影法測(cè)定棉麻含量的原理是利用棉纖維與麻纖維在電子纖維鏡下不同的纖維形態(tài)進(jìn)行分辨和計(jì)數(shù)，通過(guò)攝像機(jī)采集纖維縱向及橫截面顯微圖像，在軟件智能輔助下快速測(cè)定纖維縱向直徑或橫截面積，經(jīng)公式計(jì)算各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，從而達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)定紡織品中棉麻含量的目的。試驗(yàn)操作一般包括樣品前處理、載玻片的制備、采用顯微投影儀測(cè)定纖維直徑或纖維橫截面等環(huán)節(jié)[4]。

1.2 手工拆分法

當(dāng)織物的經(jīng)向和緯向是由兩種不同的纖維組成、且組成多股紗線的每股紗線是由不同的纖維組成時(shí)，采用手工拆分法來(lái)測(cè)定棉麻纖維的含量。手工拆分法主要用于易拆解結(jié)構(gòu)織物，一般適用于棉氨織物、交織物和一些滌氨織物[5]。試驗(yàn)操作一般需要包含取樣、分離各種纖維、烘干、稱重、計(jì)算等環(huán)節(jié)。

1.3 溶解吸光法

溶解吸光法的原理是基于比爾定理和拉斯伯里溶解理論，即利用棉和麻在一定濃度酸溶液中的溶解度和吸光值不同的特點(diǎn)來(lái)分析棉麻混紡比例[6]。一般首先利用一組已知比例的棉麻制品標(biāo)樣，在同一酸度溶液中進(jìn)行溶解，測(cè)出標(biāo)樣吸光值，求得吸光值與纖維混紡比例之間的關(guān)系式，即可利用待測(cè)樣品在相同條件下的溶解液吸光值再反向求出混紡比。溶解吸光法一般首先進(jìn)行煮練去除棉蠟和果膠等雜質(zhì)，然后依次通過(guò)烘干、取樣、配酸液、溶解、過(guò)濾、比測(cè)吸光值等環(huán)節(jié)，最后計(jì)算混紡比。

1.4 著色法

著色法的原理是根據(jù)各種纖維對(duì)某種化學(xué)藥品著色性能不同來(lái)迅速鑒別纖維種類[7]。試驗(yàn)時(shí)常采用的著色劑為碘-碘化鉀溶液和1號(hào)著色劑。在1號(hào)著色劑中棉纖維顯灰色，麻纖維顯青蓮色；在碘-碘化鉀溶液中棉纖維和麻纖維均不顯色。試驗(yàn)時(shí)將試樣置入微沸的著色溶液中，待著色劑再次微沸后開(kāi)始計(jì)算沸染時(shí)間，沸染時(shí)間為0.5～1 min，染后去除染液，冷水清洗、晾干。

1.5 紅外光譜法

紅外光譜法是利用傅里葉轉(zhuǎn)近紅外線光譜測(cè)定混紡制品中的纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其工作原理是借助儀器獲得試樣的紅外吸收光譜圖[8]（見(jiàn)圖3），紅外光譜中的每一個(gè)特征吸收光譜帶都包含了試樣分子中基團(tuán)和化學(xué)鍵的信息，將試樣的紅外光譜與已知的紅外光譜進(jìn)行比較從而鑒別纖維種類。而近紅外光譜法對(duì)纖維含量定量分析[9]，則一般首先由近紅外光譜儀測(cè)定一組樣品集的光譜，同時(shí)采用經(jīng)典方法檢測(cè)樣品的纖維成分含量，然后利用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件對(duì)測(cè)得的光譜矩陣與纖維成分?jǐn)?shù)據(jù)建立定量數(shù)學(xué)關(guān)系，即校正模型。實(shí)際檢測(cè)中測(cè)定待測(cè)樣品的光譜數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入校正模型，由模型推導(dǎo)并分析試樣的性質(zhì)和組成，其分析過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖3 棉麻混紡制品的近紅外光譜圖

圖4 近紅外光譜分析過(guò)程

2 不同檢測(cè)方法的特點(diǎn)和發(fā)展

2.1 顯微投影法

顯微投影法可以快速測(cè)定紡織品中的棉麻含量，但是檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于兩個(gè)方面：①檢測(cè)人員的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，棉纖維和麻纖維都是天然纖維，棉麻纖維由于成熟度原因以及制作工藝影響，致使棉麻纖維的縱向形態(tài)存在相似性，因此要求技術(shù)人員應(yīng)有豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，能準(zhǔn)確辨認(rèn)不同成熟度以及經(jīng)不同特殊工藝處理的棉麻纖維的形態(tài)；②試樣載玻片的制備，切片制作是棉麻定量工作中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，片中纖維的長(zhǎng)度、密度和分散程度是否合適，直接影響到纖維判別以及直徑量取。由于麻纖維伸長(zhǎng)率小，容易斷裂，因此麻纖維在制作為成品時(shí)需要進(jìn)行上漿處理。檢測(cè)人員在對(duì)這類樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)先對(duì)樣品進(jìn)行去漿預(yù)處理，否則纖維抱團(tuán)影響分散程度，從而影響纖維的判別和直接量取。劉娟[3]對(duì)棉麻樣品的退漿方法（酶退漿、堿退漿、酸退漿、氧化退漿等）進(jìn)行了對(duì)比分析，首推淀粉酶退漿方法，并對(duì)纖維縱向取樣方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

任清慶[10]研究了直接取樣混勻法、表面皿法和進(jìn)樣瓶混樣法三種制取樣品的方法對(duì)棉麻混紡產(chǎn)品顯微投影法定量測(cè)定的影響。研究表明，麻含量越多，用表面皿法制取樣品最終檢測(cè)結(jié)果越準(zhǔn)確，對(duì)較難混勻或纖維聚集的情況則用進(jìn)樣瓶法和直接取樣法制片更為可取。

目前用于棉麻混紡產(chǎn)品定量分析方法的行業(yè)檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)仍然基于顯微投影法，主要有FZ/T 30003─2009《棉麻混紡產(chǎn)品定量分析方法顯微投影法》和SN/T 0756─1999《進(jìn)出口麻/棉混紡產(chǎn)品定量分析方法顯微投影法》兩種檢測(cè)方法，且業(yè)界對(duì)顯微投影法的應(yīng)用完善仍在討論和發(fā)展。楊元等人[11]分別對(duì)視頻顯微鏡、生物顯微鏡、顯微投影儀等方法進(jìn)行對(duì)比研究。顏暉[12]對(duì)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的差異和在不同經(jīng)緯紗織物等情況下的應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。郭榮幸等人[13]對(duì)比研究了纖維細(xì)度儀和顯微投影儀在棉麻混紡產(chǎn)品定量分析中的差異，纖維細(xì)度儀采用組中值計(jì)算結(jié)果與顯微投影儀采用最大值、最小值計(jì)算結(jié)果的差異在3%以內(nèi)，可極大提高檢驗(yàn)效率。

2.2 手工拆分法

手工拆分法具有操作簡(jiǎn)單、定量結(jié)果較為準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)效率低下，且受到織物組織結(jié)構(gòu)影響，遇到難以拆分的織物或組織時(shí)適應(yīng)性較差，應(yīng)用具有較大局限性。手工拆分法與顯微投影法均屬物理檢測(cè)法，羅銳球等[4]對(duì)這兩種方法的適用范圍、選用原則、計(jì)算方法、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了詳細(xì)的比對(duì)，對(duì)棉麻定量分析工作有極大參考意義。

方方[2]針對(duì)錦綸與棉麻花式紗混紡織品，采用手工拆分法或溶解法結(jié)合顯微鏡法組合出六種方案進(jìn)行纖維含量定量分析。結(jié)果表明，拆分法測(cè)定結(jié)果優(yōu)于溶解法，未經(jīng)試劑處理的顯微鏡法測(cè)量結(jié)果優(yōu)于試劑處理樣品的測(cè)量結(jié)果。

2.3 溶解吸光法

溶解吸光法幾乎適用于所有織物（尤其是二元織物），且試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定。高山[6]較早的研究了溶解-吸光法，在60%濃度硫酸溶解樣品和320 μm吸收波長(zhǎng)下測(cè)定亞麻/棉混紡比，認(rèn)為這種簡(jiǎn)便易行方法取樣量大，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)樣品，精確度較高，誤差在1%以內(nèi)，還可以避免因操作者檢測(cè)水平、熟練程度和視覺(jué)疲勞等產(chǎn)生影響。馬志友[14]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，溶解的初始階段棉纖維的溶解速度大于麻纖維的溶解速度，將溶解控制在二者溶解量差值最大值之前停止，測(cè)定該條件下棉麻纖維的溶解程度與混紡紗中混合纖維的溶解程度，然后計(jì)算混紡纖維比例。通過(guò)與一批已知混紡比的樣品進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，絕對(duì)平均誤差在1%以內(nèi)，該方法取樣容量大、操作簡(jiǎn)便，規(guī)避了操作者操作水平和熟練程度對(duì)結(jié)果的影響。

2.4 著色法

著色法，一方面對(duì)著色劑有著特殊的要求，如著色深、對(duì)棉麻著色差異大易鑒別，著色穩(wěn)定。另一方面，為使棉、麻纖維著色差異最大化，需要在著色前對(duì)試樣進(jìn)行膨脹處理，著色后將被測(cè)試樣置于低溫環(huán)境下測(cè)試。著色法的準(zhǔn)確性受測(cè)試溫度、著色濃度、著色劑褪色等影響較大，因此對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的控制尤為重要。

俞凌云等[7]建立三原色染色法測(cè)定棉麻混紡比的方法，研究了三原色染色棉麻纖維的色度學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)與棉麻含量的線性關(guān)系，得出色度坐標(biāo)X的數(shù)據(jù)與棉含量的線性關(guān)系較好。與標(biāo)準(zhǔn)法顯微投影法進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果非常相近，滿足快速測(cè)定棉麻纖維混紡比的要求。

賈立鋒等[1]采用自行研制的著色劑處理試樣，結(jié)合制冷顯微鏡和帶溫控的三維位移載物平臺(tái)進(jìn)行著色成像，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形處理進(jìn)行棉與苧麻混紡含量測(cè)定。同時(shí)對(duì)纖維呈色機(jī)制和著色影響要素進(jìn)行分析，對(duì)未來(lái)開(kāi)發(fā)棉麻纖維混紡含量的自動(dòng)測(cè)試方法有極大的參考意義。該團(tuán)隊(duì)[15]隨后研究了用邊緣提取和面積法求纖維平均直徑并提取纖維色度值的方法。該方法測(cè)試的直徑受纖維直徑不勻影響較小，代表性強(qiáng)，同時(shí)可以驗(yàn)證將著色法與顯微鏡法相結(jié)合識(shí)別纖維素纖維及其混合物的可行性，使識(shí)別準(zhǔn)確率顯著提高；探討了人機(jī)交互設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)途徑,提高了測(cè)試效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.5 紅外光譜法

紅外光譜法具有分析速度快、成本低、無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行破壞和預(yù)處理的優(yōu)點(diǎn)，但近紅外光譜法只適用于表面光潔、組織結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、正反兩面一致的織物[16]。近紅外光譜分析技術(shù)有望對(duì)纖維成分含量檢測(cè)產(chǎn)生顛覆性影響。耿響等[17]通過(guò)用相關(guān)分析法和峰值強(qiáng)度比值法對(duì)棉、麻纖維中紅外光譜的特異性進(jìn)行研究，得到取向度與棉麻中紅外光譜的回歸方程，提高了鑒別效率和準(zhǔn)確度。

SN/T 3896.1─2014《進(jìn)出口紡織品纖維定量分析第1部分：聚酯纖維與棉的混合物》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)近紅外光譜法快速測(cè)定聚酯纖維與棉的混合物的纖維含量的方法進(jìn)行了規(guī)定。此標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施使紅外光譜在纖維含量的應(yīng)用上不再局限于纖維鑒別，也可以應(yīng)用于纖維成分的定量分析。盡管目前采用近紅外光譜法快速檢測(cè)纖維含量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有發(fā)布，但是紡織品標(biāo)準(zhǔn)化“十三五”行動(dòng)綱要已經(jīng)將近紅外方法標(biāo)準(zhǔn)納入重點(diǎn)領(lǐng)域。而用于定量分析的近紅外光譜預(yù)處理、變量?jī)?yōu)化、校正模型建模方法等方面逐漸成為近年的研究熱點(diǎn)[9]。桂家祥等[18-21]分別對(duì)棉滌、毛滌、絲綿、棉氨等織物纖維含量近紅外光譜法檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，并對(duì)光譜預(yù)處理、建模方法、分析軟件進(jìn)行了優(yōu)化開(kāi)發(fā)。孫通等[8]利用紅外光譜聯(lián)合3種光譜變量?jī)?yōu)選方法（UVE、CARS、SPA）及 PLS（partial least squares）建立了棉麻混紡織物中的棉含量預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，三種方法均能不同程度提高預(yù)測(cè)模型的性能，且采用競(jìng)爭(zhēng)性自適應(yīng)權(quán)重取樣法（CARS）進(jìn)行波長(zhǎng)選取（變量?jī)?yōu)化）最為有效，可簡(jiǎn)化校正模型并提高模型性能。經(jīng)過(guò)近10年的研究，多種織物（包括棉麻二元織物）的檢測(cè)方法和校正模型也日趨完善[9]，纖維成分定量分析近紅外光譜法已日益成熟。

3 結(jié)論

棉麻混紡制品中纖維含量的測(cè)定存在著技術(shù)成熟度不同的多種技術(shù)路徑。當(dāng)前廣泛使用的顯微投影法對(duì)操作者的檢測(cè)水平、熟練程度和制樣環(huán)節(jié)都提出了較高的要求，業(yè)界仍在纖維細(xì)度儀、視頻顯微鏡等儀器運(yùn)用及計(jì)算機(jī)識(shí)別算法等提高效率的方面開(kāi)展完善建議和深化研究。手工拆分法雖然簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，但檢測(cè)效率低下并且受織物組織結(jié)構(gòu)影響，應(yīng)用受限；溶解吸光法和著色法雖然提高了檢測(cè)效率，但對(duì)環(huán)境溫度、時(shí)間控制等提出了高的要求，自動(dòng)化的儀器設(shè)備仍有待開(kāi)發(fā)完善。紅外光譜法是一種有前途的高效率檢測(cè)方法，隨著便攜式紅外光譜儀普及以及更多校正模型的完善共享，紅外光譜法有望成為一種經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種纖維鑒別與纖維定量的檢測(cè)方法。在實(shí)際檢測(cè)工作中，檢測(cè)人員既應(yīng)遵標(biāo)貫標(biāo)開(kāi)展檢測(cè)業(yè)務(wù)工作，也應(yīng)在新技術(shù)理論指導(dǎo)下視情況采取靈活多變、不同方法相結(jié)合的檢測(cè)，推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)成熟和進(jìn)步。

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