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纺织测试仪器


 fangzhi ceshi yiqi
 纺织测试仪器
 textile instrument
      测试纺织纤维、纱线和纺织品物理性质、机械性质以及工艺性质的仪器。纺织测试仪器是纺织生产发展的手段,由简单测试工具逐渐发展成为手动的机械式测试仪器,进而发展成为机电结合的现代化测试仪器。中国在春秋战国时期除用人的感官评定丝织物质量外,还用五色雉的羽毛作为评定织品染色的色泽标准。从周代起开始用尺测量织物的长度和宽度,并制订出公定标准。随着纺织技术的发展,要求有专门的仪器对产品进行检验,保证产品质量稳定。20世纪以来,纺织企业采用手动机械式仪器测试半制品和成品,一方面检验质量,另一方面成为控制纺织工艺生产正常化和标准化的工具。化学纤维出现以后,要求有更多的测试项目和仪器来反映产品的质量和特性。随着近代电子技术和计算机技术的迅速发展,现代纺织仪器有的采用直接数字显示,有的附有微处理计算系统,直接打印出测试结果的平均数和离散性指标,提高了试验效率,减少了人为误差。纺织测试仪器的种类很多,有机械性质测试仪器、外观质量测试仪器、织物风格测试仪器、物理性质测试仪器和工艺性质测试仪器等类。
  机械性质测试仪器 测试纺织材料在机械外力作用下的各种性质,有拉伸性质测试仪器和耐磨性质测试仪器。
  拉伸性质测试仪器 共有三种类型:①等速伸长型(CRE):试样在受拉过程中单位时间的变形率保持一定; ②等加负荷型(CRL):试样受拉伸时的负荷增加率基本保持一定;③等速牵引型(CRT):试样受下铗牵引时,上铗按材料的应力-应变特性同时有一不规则的位移。等速牵引型仪器出现早应用广,属于机械式类型,常称为摆锤式强力机(图1 摆锤式强力机)。利用适当的夹具和自动记录装置,可测试多项拉伸性能。但因摆锤惯性与单位时间的应变率随材料的应力-应变特性而变,仪器的精度较低,可比性较差。等加负荷型仪器中有代表性的是斜面式强力机,可用以测定纤维和纱线的拉伸性能。其中机电结合的斜面式强力机,能对10个管纱按规定的试验次数连续自动拉伸并调换管纱,同时还能画出断裂强力和断裂伸长的曲线图。仪器附有数据处理系统,能直接打印出试验结果。70年代末又研制出等速伸长型电子式全自动单纱强力仪,采用应变式传感测力,精度和自动化程度较高,惯性小,功能全。按容量不同分通用型和专用型两种。通用型仪器通过调换不同容量的传感器,可测定纤维、纱线、织物的各项拉伸性能、弹性和压缩性等。若配以适当附件还可进行剪切、弯曲和摩擦性能试验。这种仪器有时称为万能强力试验仪,能数字显示、自动数据处理和打印出试验结果。有的型号仪器还附有高低温试验装置。中国研制成功的台式单纤维电子强力仪(图2台式单纤维电子强力仪)属专用型,仪器最大容量为100克力,能数字显示和自动记录,有的还能打印出拉伸性能的平均数和变异系数。80年代又制成全自动短纤维强力仪。   用拉伸性质试验仪测试可获得多种测试结果,如断裂强力、断裂伸长、多次拉伸疲劳度、定负荷或定伸长弹性,以及织物的撕破强力、顶破强力、缝纫强力等。此外,利用记录图纸计算还可求得初始模量、断裂功等指标(见纱线强度)。


  耐磨性质测试仪器 耐磨试验可预示纺织材料在纺纱、织造等各加工工序中的耐磨损性能和服用中的耐穿程度。耐磨仪有用于长丝和短纤纱线的,也有用于织物的,而织物耐磨仪种类较多,有平磨(回转式、充气式、往复平面式、往复滚筒式)、曲磨、折边磨和加速磨等。图3 回转式织物平磨仪是回转式织物平磨仪。耐磨仪的磨损运动方式和磨料多是模仿实际使用情况设计的。表示纺织材料耐磨性能的指标一般用磨损至断裂时的次数、受一定磨损后某些性质(强度、重量等)的变化表示,或用织物磨损出现破洞时的耐磨次数表示。


  外观质量测试仪器 用以测试纱条和印染织物的外观质量。外观质量通常指纱条条干、纱疵、印染织物的布面染色牢度等。检验纱条的条干均匀度和纱疵的方法有目光评比法、称重法和仪器法三种。目光评比法只需要简单的摇黑板仪。称重法使用半自动电子支数天平,能快速称出定长绞纱的支数,并打印出平均支数和支数不匀率。仪器法主要使用乌斯特条干均匀度仪。


  乌斯特(Uster)条干均匀度仪 用以测定棉条、粗纱和细纱的条干均匀度(图4 乌斯特条干均匀度仪)。仪器是根据纱条通过电容极板间时电容量随纱条线密度变化而改变的原理设计的。这种仪器是40年代瑞士乌斯特公司研制成功的,后来逐步发展出各种型号。其中B型适用于棉、毛、人造棉和麻纱等短纤维纱条,C型适用于化学纤维长丝和合成纤维纱条。早期的仪器能自动记录不匀率曲线,并能积分出纱条的平均差系数。70年代问世的仪器,测试效率较高,并能自动校正零点。80年代的仪器能自动调换管纱,自动调节平均值和自动打印出均方差系数或平均差系数。这种仪器还配有波谱仪,可画出纱条不匀波谱图,借以分析纱条不匀性质和不匀产生的原因;棉结、杂质仪可测定一定长度纱条内按规定大小决定的棉、毛纱线的棉结、杂质数。


  印染织物染色牢度仪 用以测试印染织物经日晒、摩擦等作用后褪色的程度。大多是模仿印染织物实际使用情况设计的,有日晒牢度仪、皂洗牢度仪、摩擦牢度仪、升华牢度仪等。染色牢度试验方法随仪器种类而不同。


  织物风格测试仪器 测试织物某些物理机械性质来综合评定织物风格的仪器。织物风格广义上指织物在人的触觉和视觉官能上的反应;狭义仅指触觉而言,即通常所称的手感。织物风格也分价值风格和特性风格,价值风格是指服装的美学性和舒适性;特性风格又可分为单因素特性风格(如光滑、丰满、挺括等)和复因素特性风格(如毛型感、丝性感、麻型感等)。织物风格历来都靠手感和目测评定,这种方法现在仍占主要地位。1930 年出现用悬臂梁法测定织物试样的弯曲长度和弯曲刚度,以此来表示织物的手感性质。到50年代,美国学者提出用圆形试样通过环圈时的最大牵引力来表示织物手感,从而出现了早期的手感测试仪。这种仪器在试验中试样同时受到弯曲、压缩和表面摩擦的作用,所以测定结果带有综合性质。70年代初日本学者川端季雄提出用织物的纯弯曲性、表面特性(摩擦系数和粗糙度)、拉伸性(包括剪切)、压缩性等综合反映织物风格,并由测试这些性质的仪器组成KES-F系列织物风格仪。用这一系列四种仪器测得16个指标,按织物的不同用途评定挺(刮)、滑(爽)、丰(满)等基本风格值,再输入计算机求出综合风格值。中国已研制出织物风格仪和相应的测试方法,仪器结构简单,性能良好。


  织物在实际使用过程中经常受到各种不同外力作用,因而产生折皱、表面疵点和尺寸变化等,这些都同服装形态保持性和表面均一性有密切的关系,属于织物风格范围。测试这些性质的仪器有折皱回复角测定仪、表面均一性测定仪、缩水率测定仪等。
  织物折皱回复角测定仪 把织物试样对折施以接近人体重量的压力(150~300克/厘米2),使试样形成折痕,待作用一定时间后去压,使折痕回复。回复角越大,织物抗皱性越好。中国已使用半自动织物折皱弹性测定仪(图5织物折皱弹性测定仪)。

  织物表面均一性测试仪 织物在服用中常起毛起球和勾丝,这种现象会明显地破坏织物表面的均一性,从而影响织物的表观质量。织物起毛起球仪大致分先起毛后起球和同时起毛起球两种。毛刷式起球仪是先用毛刷摩擦试样起毛,然后再用同种织物或其它标准磨料在软性状态下起球。滚筒式翻滚仪和方箱式翻滚仪是将试样放在箱(或滚筒)中不断加以翻滚并与磨料作用,起毛起球在仪器内一步完成。织物勾丝试验各国较多采用钉锤式勾丝仪,中国除钉锤式外,还有针滚式勾丝仪。
  物理性质测试仪器 测试纺织材料的透气性、透湿性和电气性质的仪器。这些性质的测试能反映服装织物在服用时的舒适性和卫生性。有透气性试验仪、透湿性试验仪、保暖性试验仪和纤维比电阻测试仪等。
     透气性试验仪 有的仪器以一定压力下单位时间通过织物单位面积的空气量来表示织物透气性;有的仪器以一定负荷条件下通过织物的定容积空气量所需要的时间来表示织物透气性。
  透湿性试验仪 有蒸发法和吸收法两种:蒸发法试验器是用织物试样覆盖在盛有水的容器上,测定容器内的水在单位时间通过一定试样面积蒸发后的重量减少量;吸收法试验器是用织物试样覆盖在盛有干燥剂的容器上,测定容器内的干燥剂单位时间通过一定试样面积吸收湿气后的重量增加量。
  保暖性试验仪 有恒温法和冷却法两种:恒温法是使试样两侧分别处于恒温源和较低温度的环境中,测定一定时间内通过试样散失的热量,以此来表示织物的保暖性。恒温源一般可采用近似人体的温度(35℃),低温环境为21℃;冷却法是将盛有温水的容器用试样包覆后置于低温环境中冷却,测定每降低一定温度所需的时间作为织物保暖性的指标。
  纤维比电阻仪 纤维比电阻仪有两种:①纤维体积比电阻仪:将一定重量的纤维放入容器内,挤压成一定体积后测出电阻值,求纤维体积比电阻值;②纤维质量比电阻仪:把适当数量的纤维夹入一定间距的两个夹持器内,用高绝缘电阻仪测出电阻值,然后称量两夹持器间的纤维重量,求出纤维质量比电阻值。
  工艺性质测试仪器 测试纤维长度、细度、卷曲性、纱线拈度、纱线毛羽和回潮率等工艺性质的仪器。有纤维长度仪、纤维细度仪、纤维卷曲仪、纱线毛羽仪、纱线拈度仪、回潮率测试仪等。
  纤维长度仪 测试纤维伸直长度的仪器。20世纪初人们是用手扯方法测定纤维束长度的,30年代初开始用排图法和梳片法测试长度,到40年代出现了光电式照影机长度仪(Fibrograph),这种仪器在50年代还是用手工调节测试,不久改为伺服电机自动跟踪。70年代美国研制出新型照影机长度仪,可测定棉纤维和化学纤维长度,最长可测到63毫米。80年代已进一步发展为数字显示,自动数据处理和打印出有关长度指标,试验效率显著提高。比利时生产的阿尔洛(Arealometer)电容式羊毛长度仪附有自动整理纤维机构,可使纤维排成一端整齐的毛束。把毛束放在塑料薄膜上通过电场时,能得到根数平均长度和重量加权平均长度。这种仪器仅适用于毛条,用于散毛时误差较大。中国测试棉纤维长度主要采用罗拉式长度测定仪,把一端整齐排列的纤维放在仪器上,按一定间距分组称重后求出重量加权平均长度和其他指标。羊毛纤维长度一般采用梳片式长度仪测定。生丝和化纤长丝的长度用一定周长的纱框测长仪测定。
  纤维细度仪 测试纤维细度的方法有:①直接法:或称中切法,切取定长平行伸直的纤维束,经称重、计数纤维根数后计算单纤维的公制支数、旦数或特数,只需要一些简单的称重仪器。②间接法:有气流法和声压法。气流或声波通过定量团状纤维集合体时,气压、声压发生变化,变化的大小随纤维粗细而异。一般纤维越细,气压、声压降低越多。50年代初出现了按这一原理制成的各种类型气流细度仪。以后中国又研制成适用于多种纤维用的数字式微压气流细度仪。③振动法:根据纤维的单位长度质量在一定张力下与其自然频率存在一定关系的原理设计的振动法细度仪,可测定单根纤维和长丝的细度,并能得到细度变异系数。纤维宽度测定仪测试的是纤维在自然状态下径向的投影宽度。当纤维的截面为圆形时,这一宽度相当于纤维直径。羊毛纤维就是用直径作为品质评定的依据。纤维宽度或直径一般用生物显微镜或投影仪测试,但比较麻烦,效率很低。因此出现了用激光测定纤维直径的仪器。这种仪器是根据分散于液流中的纤维在通过1毫米的激光时,激光的散射量与纤维直径成正比关系设计的。用这种仪器可测定单根纤维直径及其分布。
  静电仪 有摩擦式和感应式两种。摩擦式静电仪是使试样摩擦生电后直接测定试样上的静电压;感应式静电仪是使试样在电场中感应带电后测定试样的静电压或半衰期。
     摩擦系数测定仪 测定纤维摩擦系数的方法有多种,一般用绞盘法摩擦系数测定仪测定短纤维摩擦系数,这种仪器又称为罗德(R□der)法摩擦系数测定仪。用这种仪器不仅能测试纤维与纤维之间的摩擦系数,而且也能测试纤维与金属、纤维与其他材料之间的摩擦系数(图6纤维摩擦系数测定仪)。此外,还有各种型式的纱线和长丝的摩擦系数测定仪。80年代以来国际上还制定了能自动测定和记录的动、静摩擦系数测定仪。
  卷曲性测定仪 测定纤维单位长度上卷曲数的仪器。测定卷曲性的方法一般有目测法和投影法两种。日本生产的机械式卷曲弹性仪可测定卷曲率和卷曲弹性。中国研制的用光栅法测定位移的纤维卷曲弹性仪(图7纤维卷曲弹性仪)精度较高,对测定化纤短纤维的卷曲有一定特点。
  纱线毛羽仪 测试短纤维纱线表面毛羽的仪器。这种仪器大多是采用光电计数原理设计的。日本生产的毛羽试验仪能自动统计毛羽数和毛羽长度,并能打印出结果。仪器可测定3000旦以下的短纤维纱,可测的毛羽长度为0~10毫米,纱速为30米/分。另外一种毛羽计数仪有两个传感器,可同时用于1500旦以下的短纤维纱和长丝。纱速为10~1500米/分,四位数字显示。还有采用暗视场检测毛羽的仪器,精度较高(0.2毫米),并可将毛羽长度分为 3、5、7毫米三档进行检测。中国80年代初研制出的光电式毛羽试验仪,性能较好。
  纱线拈度仪 测试纱线单位长度内的拈度数和拈缩的仪器。测试纱线拈度的方法有完全退拈法和“退拈-加拈”法两种。完全退拈法适用于粗纱和股纱。测试单纱的拈度大多采用“退拈-加拈”法,使用的仪器是电动式拈度仪。70年代末以来,拈度仪的自动化程度有明显提高,日本有单根全自动拈度仪,可连续自动测出拈度值,并能打印出结果。有的全自动拈度仪,能用一次退拈-加拈法、双重退拈-加拈法等多种方法测试拈度。 10个管纱可按规定试验次数自动换管,并打印出结果。
  回潮率测试仪 有直接烘干和间接测量两种,直接烘干除了最常用的烘箱外,还有利用红外线、高频和微波的快速烘干仪。这些快速烘干仪在纺织上应用的还不甚普及。间接测量仪主要有电阻测湿仪和电容测湿仪两种。这两种仪器是根据纺织材料的电阻、介电常数与材料所含的水分量有关的原理设计的。其中电阻测湿仪已被普遍使用。有些国家已配成系列,用来快速测定纤维、纱线、织物、甚至浆料的回潮率。有的仪器还兼有控制生产的作用。中国制造的电阻式原棉和筒子纱回潮率测试仪已广泛应用于生产,性能较好。
  此外,在纺织生产中还经常使用纱线张力仪、纱线速度仪、浆料回潮率测定仪以及罗拉压力测定仪等来测试纱线张力、喂纱量、回潮率以及罗拉压力,使生产的产品更能符合质量要求。 (赵书经 沈志耕)

 
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