專利名稱：用軸向兩次壓縮氣流法測(cè)定紡織纖維細(xì)度的試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是紡織材料試驗(yàn)方法，具體的講，它是一種紡織纖維細(xì)度的試驗(yàn)方法，用氣流法測(cè)定有髓毛的細(xì)度以及使氣流法測(cè)定纖維細(xì)度有廣泛的適用范圍是紡織試驗(yàn)中長期以來渴望解決的問題，本發(fā)明解決了這個(gè)長期以來渴望解決的問題。
用氣流法測(cè)定纖維細(xì)度有很多優(yōu)點(diǎn)，它操作簡單，費(fèi)用低，速度快，并具有較好的準(zhǔn)確度和精密度，現(xiàn)在大都采用一次壓縮氣流法，如ISO2403《棉纖維micronaire值的測(cè)定》，ISO1136，GB11603《羊毛纖維平均直徑測(cè)定法-氣流法》。纖維樣品經(jīng)開松，清潔，調(diào)濕后，從中稱取指定質(zhì)量的試樣放入圓筒中。插入壓縮活塞，把試樣壓縮至一固定體積，形成一纖維塞。測(cè)量纖維塞的透氣性或?qū)饬鞯淖枇?，即流阻。儀器用已知細(xì)度的標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定，用回歸分析法求得透氣性(或流阻)與細(xì)度的標(biāo)定曲線。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)標(biāo)定曲線由被測(cè)纖維塞的透氣性(或流阻)推算被測(cè)纖維的細(xì)度。在纖維塞的質(zhì)量和體積相同的條件下，纖維密度較小的試樣，纖維的體積較大，纖維塞的空隙率較小，流阻較大，氣流儀讀數(shù)將偏細(xì)。因此ISO1136指出，一次壓縮氣流不適用于有明顯毛髓的羊毛;GB11603《羊毛纖維平均直徑測(cè)定法氣流法》規(guī)定“適用于同質(zhì)綿羊毛”，“不適用于異質(zhì)綿羊毛纖維，用于有髓羊毛，羔羊毛纖維的測(cè)量結(jié)果有偏差”。
常州紡織儀器廠的化纖氣流儀對(duì)幾種具有確定的纖維密度，普通截面形狀的化纖分別進(jìn)行標(biāo)定，求得各自的標(biāo)定曲線，用來測(cè)定這幾種化纖的細(xì)度。
新西蘭羊毛研究所的C.J.Van Luijk為了克服一次壓縮氣流法不能測(cè)定有髓毛纖維細(xì)度的缺點(diǎn)，探索用兩次壓縮氣流法測(cè)定有髓毛的纖維直徑。羊毛樣品處理成開松、清潔、無規(guī)則取向狀態(tài)稱取2.5g試樣放入試樣園筒中。用三種不同長度的壓縮活塞插入試樣園筒，把試樣軸向壓縮成三種不的同的體積，氣流通過試樣，控制試樣兩端的壓力降，不讀出通過試樣的流量，而讀出轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子的高度。三種壓縮狀態(tài)下2.5g試樣的纖維塞密度和試樣兩端的壓力降分別為短壓縮活塞，纖維塞密度0.2377g/cm3，壓力降120mmH2O;標(biāo)準(zhǔn)壓縮活塞，纖維塞密度0.3026g/cm3，壓力降180mmH2O;長壓縮活塞，纖維塞密度0.3994g/cm3壓力降330mmH2O。
用8種纖維直徑已知的標(biāo)準(zhǔn)毛條標(biāo)定儀器為了求得纖維體積變化與氣流之間的關(guān)系，標(biāo)定中特地改變?cè)嚇淤|(zhì)量，各取2.4，2.5，2.6，2.7g，代表纖維密度不同的羊毛。各試樣在三種不同壓縮狀態(tài)下分別測(cè)定轉(zhuǎn)子高度y。以纖維直徑d和試樣質(zhì)量M′為自變量，以轉(zhuǎn)子高度y為因變量，用幾種不同的處理方法求得幾組多元非線性回歸方程。
試驗(yàn)結(jié)果表明，該兩次壓縮氣流法由聯(lián)立方程解出的1/M可以反映毛髓大小。但該兩次壓縮氣流法由聯(lián)立方程解出的纖維直徑與一次壓縮氣流法求得的纖維直徑很接近，并不更準(zhǔn)確;對(duì)有髓毛纖維直徑的試驗(yàn)結(jié)果尚不能消除因毛髓使纖維密度變小而造成的誤差。
ISO2370《紡織材料-亞麻纖維細(xì)度測(cè)定-透氣儀法》中列出標(biāo)準(zhǔn)法(徑向兩次壓縮氣流法)和簡化法(一次壓縮氣流法)。
本發(fā)明的目的是提供一種紡織纖維的試驗(yàn)方法，具體的講是一種纖維細(xì)度的試驗(yàn)方法，它把氣流測(cè)定纖維細(xì)度的方法擴(kuò)展到纖維密度末知的各種纖維(包括無髓羊毛有髓羊毛及其他各種獸毛，短麻和各種化纖)。
為了完成上述目的，本發(fā)明提出氣流沿著與纖維外接的流線型體(如截面呈園形，橢圓形，卵形等)表面流動(dòng)的新模型。據(jù)此修改了纖維比表面積，纖維表現(xiàn)密度，纖維表觀截面積，纖維圓度等纖維性狀的定義，在這基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)資料反復(fù)計(jì)算，建立了普遍適用于截面形狀不同，表面無鱗片層的各種纖維的纖維塞的流阻的一般方程。此外并改進(jìn)了羊毛的流阻方程，建立了因鱗片的結(jié)構(gòu)不同而具有不同表面粗糙度的其他獸毛的流阻方程。
纖維塞的流阻用下面函數(shù)形式表示R =△ PQ= Cμ L S20A·( l - ε )aεb= Cμ L S20A·( m/poA L )a( 1 - m/ poA L)b]]>式中R為纖維塞的流阻;
△p為纖維塞兩端的壓力差;
Q為通過纖維塞的空氣流量;
μ為空氣粘度;
S為纖維比表面積，即纖維表面積對(duì)纖維體積之比，對(duì)表面有溝槽的纖維修改定義為包含纖維和表面溝槽并與纖維外接的流線型體的表面積對(duì)流線型體的體積之比;
L為纖維塞的長度;
A為纖維塞的橫截面積;
ε為纖維塞的空隙率，修改定義為未被纖維外接流線型體占有的空間對(duì)纖維塞體積之比;
ε＝1-m/ρoAL;
m為纖維塞中纖維的質(zhì)量;
ρo修改定義為纖維外接流線型體的密度，可稱為纖維表現(xiàn)密度，下標(biāo)“。”表示“流線型體的”。
bac表面無鱗片層的各種纖維41.451.68羊毛纖維4.41.321.40纖維表面鱗片的蓬松程度不同，因而表面粗糙度不同的其他獸毛，可以在下表中找到適當(dāng)?shù)闹笖?shù)a，b和系數(shù)co系數(shù)c可能因計(jì)量誤差而有些差異。
表面粗糙度abcA(表面無鱗片層纖維)4.01.451.68
B4.11.4241.62C4.21.3981.56D4.31.3721.50E4.41.3461.45F羊毛4.51.321.40G4.61.2941.35H4.71.2681.30I4.81.2421.25J4.91.2161.20本發(fā)明所述的兩次壓縮氣流法測(cè)定纖維細(xì)度的試驗(yàn)程度包括試驗(yàn)條件是溫度20℃相對(duì)濕度65%，將纖維處理成松散、清潔、無規(guī)則取向的試驗(yàn)樣品，調(diào)濕后稱取指定質(zhì)量(表觀密度大于1g/cm3時(shí)試樣質(zhì)量為4g，當(dāng)表觀密度小于1g/cm3時(shí)試樣質(zhì)量為3g)的試樣，放入試樣圓筒中。插入壓縮活塞，把試樣軸向壓縮到指定長度LL形成松纖維塞，測(cè)定松纖維塞的流阻，RL＝△PL/QL;把試樣再進(jìn)一步軸向壓縮到指定長度LH，形成緊纖維塞，測(cè)定緊纖維塞的流阻，RH＝△PH/QH。Q為通過纖維塞的空氣流量，△P為纖維塞兩端的壓力差，由RL/RH計(jì)算纖維表觀密度;由RL和RL/RH計(jì)算纖維細(xì)度。下標(biāo)L表示松纖維塞，H表示緊纖維塞。
P0=mALL·[(LLLH)-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)/b[1-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b]]]>把ρo代入流阻方程求得纖維比表面積方程1S02=cμLLARL·[(LLLH)-1]-b[1-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b]a]]>·[(LLLH)-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b](b-a)]]>本發(fā)明所述的試驗(yàn)方法所采用的儀器由試樣圓筒和壓縮活塞(A)，過濾器(B)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)(C)，調(diào)節(jié)閥(D)，液體壓力計(jì)和擋水瓶(E)，壓力傳感器(F)等部件組成。試樣放在試樣圓筒內(nèi)，插入壓縮活塞，由上下兩塊多孔板把試樣壓縮到指定的大體積和小體積，形成松纖維塞和緊纖維塞，空氣通過試樣圓筒中的纖維塞(A)，過濾器(B)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)(C)，調(diào)節(jié)閥(D)，被吸入抽氣泵。用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量通過纖維塞的流量，用液體壓力計(jì)測(cè)量纖維塞兩端的壓力差。推薦松纖維塞與緊纖維塞密度之比為1∶2。在測(cè)量松纖維塞的流阻RL時(shí)流量QL固定在較大值，測(cè)量試樣兩端壓力差△PL。在測(cè)量緊纖維塞的流阻RH時(shí)流量固定在較小值QH，測(cè)量試樣兩端的壓力差△PH。
為本發(fā)明所述的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的專用試驗(yàn)儀器有

圖1所示的結(jié)構(gòu)。它主要由以下部分組成A-試樣圓筒及壓縮活塞，它們的端面都由多孔板構(gòu)成，可通氣流。壓縮活塞插入試樣圓筒，二者配合起來把試樣壓縮至兩種指定的長度，壓縮活塞插入試樣圓筒后的位置固定，試樣圓筒則由裝在手動(dòng)控制軸上的壓縮凸輪控制升降及定位;或由氣動(dòng)氣缸控制升降及定位。
B-由透明的外殼和金屬篩網(wǎng)組成的空氣過濾器，氣流通過試樣圓筒后，經(jīng)空氣過濾器過濾，再進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計(jì)，防止轉(zhuǎn)子上積灰塵。
C-錐形玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)，棉型和毛型采用不同的規(guī)格。
D-流量控制裝置，氣流通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)后，通過三通及與三通相連接的兩個(gè)并聯(lián)的針形調(diào)節(jié)閥之一，再通過二位三通換向閥，進(jìn)入抽氣泵，兩個(gè)調(diào)節(jié)閥中的一個(gè)把流量控制在QL，另一個(gè)把流量控制在QH，可由凸輪或電磁閥控制換向。流量的微小偏差則由針形調(diào)節(jié)閥微調(diào)。
E-液體壓力計(jì)和擋水瓶，液體壓力計(jì)經(jīng)擋水瓶與試樣筒底座相連，測(cè)量氣流通過纖維塞的壓力差，一旦壓力差超過最高值，水被吸出，并不進(jìn)入試樣筒底座，而是停留在擋水瓶中。
F-壓力傳感器，與液體壓力計(jì)并聯(lián)，在測(cè)量前以液體壓力計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，精密校準(zhǔn)壓力傳感器的若干點(diǎn)，分段調(diào)整各段的斜率，試驗(yàn)時(shí)由壓力傳感器將測(cè)量結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)。
除了上述部件外，還有計(jì)算機(jī)，校準(zhǔn)壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果，按人工輸入的大氣溫度和壓力進(jìn)行修正，再根據(jù)纖維類型選擇適用的計(jì)算式，結(jié)合輸入的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并打印輸出;以及抽氣泵。
IIC-Shirly細(xì)度/成熟度試驗(yàn)儀用恒流調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制流量，用壓力傳感器自動(dòng)測(cè)量壓力差，但實(shí)踐表明恒流調(diào)節(jié)閥并不能精密地控制流量在指定值，而壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度(包括線性度)也比液體壓力計(jì)差，致使臺(tái)與臺(tái)之間的差異較大。
為使用本發(fā)明而設(shè)計(jì)的專用試驗(yàn)儀器，將壓力傳感器與液體壓力計(jì)并聯(lián)，以液體壓力計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)精密校準(zhǔn)壓力傳感器試驗(yàn)時(shí)電壓力傳感器自動(dòng)測(cè)量，二者結(jié)合，取長補(bǔ)短，既可以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度，又可以自動(dòng)測(cè)量，并輸入計(jì)算機(jī)。
現(xiàn)有的采用液體壓力計(jì)的氣流式纖維細(xì)度儀都沒有擋水瓶，如果操作不小心把調(diào)節(jié)閥開得太大，將使壓力差超過最高值，水被吸出液體壓力計(jì)，進(jìn)入試樣筒底座，甚至進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計(jì)中。本發(fā)明設(shè)計(jì)的專用試驗(yàn)儀器，加個(gè)擋水瓶，一旦水被吸出，將停留在擋水瓶中。
由比表面積可以得到下列數(shù)據(jù)
d2(1+cv2)2= 16/(So2)ao= (4 π)/(θoSo2)H = (4 πρo)/(θoSo2)式中θo為纖維外接流線型體的圓度，定義為纖維外接流線型體截面積ao對(duì)圓周長與外接流線型體的周長Po相等的圓面積P2o/4π之比;
ao為纖維外接流線型體的截面積，可稱為纖維表觀截面積;
H為纖維線密度;
d為纖維平均直徑;
cv為纖維直徑變異系數(shù)。
圓形截面的θo＝1，非圓形截面的θo＜1，θo可由測(cè)量纖維截面的外接流線型體的截面積和周長，再用公式θo＝4πao/p2算出，或者通過兩次壓縮氣流法，切斷稱重法對(duì)比試驗(yàn)確定。θ等于兩次壓縮氣流法設(shè)θo＝1的線密度與切斷稱重法線密度之比。
上述方程中已經(jīng)消去了纖維塞空隙率或纖維表現(xiàn)密度這變量，困此可以計(jì)算纖維表現(xiàn)密度末知的各種纖維，如有髓毛，中空纖維及其他異形纖維的細(xì)度。
一次壓縮氣流法只能測(cè)定棉花的micronaire值及已經(jīng)標(biāo)定的具有確定的纖維密度，普通截面形狀的纖維;不能測(cè)定纖維密度較小、有明顯毛髓的羊毛;也不能測(cè)定末經(jīng)標(biāo)定的其他纖維以及異形纖維。
E.Lord建立的纖維塞空隙率與流阻的經(jīng)驗(yàn)方程對(duì)不同截面形狀的纖維有不同的α值。應(yīng)用時(shí)必須知道與該纖維的截面形狀相應(yīng)的α值，這往往是有困難的。
本發(fā)明建立在下述基礎(chǔ)上把截面形狀不同的表面無鱗片層的各種纖維的纖維塞的流阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合成一普遍適用的一般方程;在上述一般方程和羊毛方程的基礎(chǔ)上建立了一組表面粗糙度不同的各種獸毛的纖維塞的流阻方程。這樣就使得本發(fā)明的試驗(yàn)方法的適用范圍幾乎包括了所有的紡織纖維。
然后在上述方程的基礎(chǔ)上，建立了用軸向兩次壓縮氣流法測(cè)各種纖維的表觀密度，比表面積，表觀截面積，平均直徑線密度的方程，對(duì)軸向兩次壓縮氣流法建立了一套完整的測(cè)定方法。
本發(fā)明的軸向兩次壓縮氣流法具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)，表現(xiàn)在把空隙率由未知變成已知，因而可以用來測(cè)定纖維密度末知的各種紡織纖維的細(xì)度。不僅可以測(cè)定無髓羊毛，而且可以測(cè)定有髓羊毛及其他各種獸毛和短麻;不但可以測(cè)定普通截面形狀的化纖，而且在已知截面圓度的條件下還可以測(cè)定異形纖維?？梢姳景l(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著進(jìn)步，有突出的技術(shù)效果，克服了上面指出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足。
權(quán)利要求
1.一種用軸向兩次壓縮氣流法測(cè)定紡織纖維細(xì)度的試驗(yàn)方法，其特征在于將纖維處理成松散、清潔、無規(guī)則取向的試驗(yàn)樣品，調(diào)濕后稱取指定質(zhì)量的試樣，放入試樣圓筒中，插入壓縮活塞，把試樣軸向壓縮到指定長度LL形成松纖維塞，測(cè)定松纖維塞的流阻(RL=△PL/QL)；把試樣再進(jìn)一步軸向壓縮到指定長度LH，形成緊纖維塞，測(cè)定緊纖維塞的流阻(RH=△PH/QH)，兩次測(cè)定的流阻RL和RH由計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維表觀密度，纖維的比表面積，纖維的平均直徑，纖維的線密度和纖維的表觀截面積。
2.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于當(dāng)纖維的表面密度大于1g/cm3時(shí)，試樣質(zhì)量為4g。
3.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于當(dāng)表觀密度小于1g/cm3時(shí)試樣質(zhì)量為3g。
4.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于本發(fā)明所述的兩次壓縮氣流法測(cè)定纖維細(xì)度的試驗(yàn)條件是溫度20℃，相對(duì)濕度65%。
5.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于將壓力傳感器與液體壓力計(jì)并聯(lián)，以液體壓力計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)精密校準(zhǔn)壓力傳感器，試驗(yàn)時(shí)電壓力傳感器自動(dòng)測(cè)量，并將結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)。
6.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維表觀密度，所述的特定方式為P0=mALL·[(LLLH)-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b[1-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b]]]>
7.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維的比表面積，所述的特定方式為1S02=cμLLARL·[(LLLH)-1]-b[1-(LLLH)(a-1)/b(RLRH)1/b]a]]>·[(LLLH)-(LLLH)(a-1)/b](b-a)]]>
8.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維的平均直徑，所述的特定方式為d2( 1 + c v2)2=16SO2]]>
9.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維的表觀截面積，所述的特定方式為H=4πρ0θ0S02]]>
10.權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于計(jì)算機(jī)按特定方式給出纖維的線密度，所述的特定方式為H =4 π ρOθOSO2]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及的是紡織材料試驗(yàn)方法，具體的講，它是一種紡織纖維細(xì)度的試驗(yàn)方法，本發(fā)明的目的是用兩次壓縮氣流法測(cè)定纖維密度未知的各種纖維(包括無髓羊毛，有髓羊毛及其他各種獸毛、短麻和各種化纖)，用氣流法測(cè)定有髓毛的細(xì)度以及密度未知的其它各種纖維的細(xì)度是紡織試驗(yàn)中長期以來渴望解決的問題，本發(fā)明解決了這個(gè)長期以來渴望解決的問題。
文檔編號(hào)G01B21/00GK1084638SQ9211070
公開日1994年3月30日 申請(qǐng)日期1992年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月22日
發(fā)明者張樹深 申請(qǐng)人:紡織部紡織科學(xué)研究院