棉紗表面直徑數(shù)據(jù)庫建立及規(guī)律研究

蔡彩虹，胡海霞，王金芳，張才前

(1.西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710048;2.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 鑒湖學(xué)院，浙江 紹興312000;3.紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院，浙江 紹興312000)

棉纖維具有纖細(xì)、抗彎剛度低、吸濕性好、蓬松、柔軟、無刺癢、無毒無害、生產(chǎn)成本較低、產(chǎn)量高、品種適應(yīng)廣等優(yōu)點[1]，是最常見和應(yīng)用最為廣泛的紡織原料之一。棉紗線作為紡織品中的半成品，紗線直徑是棉紗線性能的主要指標(biāo)，紗線直徑不同，紡紗所用原料的規(guī)格和質(zhì)量就不同，紡紗工藝的設(shè)計要求需要相應(yīng)改變，紗線物理機(jī)械性能也不同，且棉紗線直徑影響織物的強(qiáng)力、厚度、硬挺度、服用性能、織物手感、風(fēng)格以及紗線的實際使用價值[2]。

紗線是柔性體，截面并非圓形，在不同的外力作用下可能呈橢圓形、跑道形、透鏡型等形狀[3-4]。棉紗或棉型紗線曾使用英制支數(shù)制定，即用每磅紗具有多少個840碼數(shù)來表示，目前紗線直徑的測量方法主要有測長稱重法、投影法、普通生物顯微鏡法和視頻顯微鏡法等[5-8]。其中測長稱重法受環(huán)境濕度影響較大，需要烘干并進(jìn)行公定重量換算，投影法和顯微鏡法測試方便、精準(zhǔn)度高，但需要相應(yīng)的儀器設(shè)備，無法快速便捷地獲得紗線的直徑數(shù)據(jù)(本文因研究需要，棉紗細(xì)度仍采用英制支數(shù))。

將12種不同規(guī)格的棉紗進(jìn)行系列化數(shù)據(jù)采集，采用視頻顯微鏡精準(zhǔn)測試紗線的直徑，通過探究紗線直徑與紗線捻度之間的規(guī)律，建立棉紗線表面直徑數(shù)據(jù)庫，分析紗線的捻度與其直徑的關(guān)系，探討不同支數(shù)紗線細(xì)度大小的變化趨勢。此外，通過本次試驗所測得的數(shù)據(jù)，只對紗線捻度和直徑進(jìn)行測定，從建立的數(shù)據(jù)庫中尋找所匹配的紗線，就能準(zhǔn)確地得出這種紗線的支數(shù)，從而加快了對紗線的辨別，提高工作效率。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

選用不同線密度的棉紗線作為試驗材料，具體試樣支數(shù)為8、10、15、16、18、21、26、30、32、40、50、60 s，并對棉紗線進(jìn)行預(yù)處理。按照測試標(biāo)準(zhǔn)，采用捻度儀測量出所取紗線樣品的捻度;將伸直不伸長狀態(tài)下的紗線固定在捻度儀的夾頭上，設(shè)定捻向，將捻度按一定比例增加4次，分別將4次加捻的棉紗線進(jìn)行燒毛處理，然后分別固定于4個載玻片上，做上記號標(biāo)明支數(shù)和捻度。

1.2 棉紗直徑測量

使用E100型尼康數(shù)碼顯微鏡，先將焦距調(diào)整后，用一刻度尺1 c m處進(jìn)行測量確定其在顯微鏡圖像下的長度，然后左右調(diào)整找到合適的刻度位置，如圖1(a)所示。在確定顯微鏡的數(shù)值比例后先將原始捻度的紗線輕輕放入載物臺上固定后打開圖像，再移動載玻片。棉紗線雖然經(jīng)過燒毛處理，但仍會有毛羽存在，找測量段的時候，要找直徑均勻毛羽較少的部分，如圖1(b)，若找不到，就重新取樣，直到找到合適的紗線試樣為止。找到后將此段的5個不同部分進(jìn)行測量，如圖1(c)所示，5次測量誤差控制在5%以內(nèi)，對于誤差較大的，則需重新取樣。將5次的數(shù)據(jù)取平均值，然后將比例尺所測得的數(shù)據(jù)之比乘以實際測量的長度，就可以得出這個紗線的實際細(xì)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線直徑數(shù)據(jù)

通過對12種不同規(guī)格的棉紗線進(jìn)行檢測，測試結(jié)果見表1。

圖1 數(shù)碼顯微鏡的測量圖

表1 棉紗線直徑分布表

2.2 捻度與直徑關(guān)系

將表1中的測試數(shù)據(jù)，以捻度為X軸，以平均直徑為Y軸，建立了坐標(biāo)系如圖2所示。結(jié)果表明每一種紗線的直徑都隨著捻度的增加，呈現(xiàn)出特定變化趨勢。

圖2 捻度-直徑關(guān)系圖

同種紗線，在捻度不同的情況下它自身的直徑會隨之改變，而且，基本每一種紗線都會呈一種變化趨勢;在一定范圍的捻度內(nèi)隨著捻度的增加直徑是從先變大后減小的拋物線趨勢，當(dāng)紗線達(dá)到一個直徑最大值時也就是這種紗線的臨界捻度時，紗線的直徑達(dá)到最大值，當(dāng)然紗線的臨界捻度都隨著每一種紗線自身的規(guī)格而定。通過對圖2分析可得出各種棉紗線的臨界捻度值，見表2。

表2 紗線臨界捻度值

由圖2所示，由于21 s紗線已經(jīng)過了臨界捻度，從而只能判斷它的臨界捻度在52捻之前。

由于棉紗線本身粗細(xì)不均勻，有粗節(jié)和細(xì)節(jié)，經(jīng)過剔除，本文將18 s 86捻和21 s 52捻的數(shù)據(jù)去除。再將數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn)，在紗線直徑已知的情況下，每種紗線都可以通過直徑觀察法來區(qū)分它們的支數(shù)。

2.3 應(yīng)用實例分析

為了驗證試驗的準(zhǔn)確性，取了2種規(guī)格不明的紗線，用上述試驗過程對這2款紗線分別用捻度儀進(jìn)行了捻度測試，測試結(jié)果分別是77捻和118捻，然后取其部分裝到載玻片上，用尼康數(shù)碼顯微鏡對其細(xì)度進(jìn)行測試，測得結(jié)果平均值分別是2 788.33μm和1 732.66μm，從表1棉紗線直徑分布表中尋找可以發(fā)現(xiàn)，2個紗線規(guī)格分別是18 s和40 s。

為了進(jìn)一步驗證是否與公式推導(dǎo)結(jié)果一致：S=L/(G×840)，其中S為英制支數(shù)(s)，G為絲線的重量(磅)，L為絲線的長度(碼)。先取每種紗線91.4 m(100碼)然后對紗線進(jìn)行重量測量，得到紗線重量分別是3.01 g和1.34 g。用上述公式換算剛好是18 s和40 s，說明此試驗方法具有較高準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

紗線捻度對紗線直徑有直接的影響。利用尼康數(shù)碼顯微鏡對60種不同捻度規(guī)格的棉紗表面進(jìn)行直徑測量，得到紗線在不同捻度下的直徑，從而建立紗線表面直徑數(shù)據(jù)庫。通過研究分析發(fā)現(xiàn)同種紗線隨著捻度的增加，其直徑呈拋物線變化曲線，先增大后減小，且每種紗線都有自己的臨界捻度，當(dāng)捻度達(dá)到臨界捻度時，紗線的直徑將達(dá)到最大值。通過建立的紗線表面直徑數(shù)據(jù)可以精確、快速查找出紗線的英制支數(shù)，方便今后的紗線規(guī)格查找。