纖維異形度測(cè)試探討

劉成志

（東麗纖維研究所，江蘇 南通 226009）

1 異形度分析現(xiàn)狀

纖維異形度是指纖維截面形態(tài)相對(duì)于圓形截面的差異程度，該指標(biāo)對(duì)考察異形纖維的改性程度具有至關(guān)重要的作用[1]。

纖維的異形度測(cè)試方法有兩大類：一類是直接法，也就是顯微鏡法[2]。業(yè)界一般根據(jù)《化學(xué)纖維異形度試驗(yàn)方法》（FZ/T 50002—1991）中提及的測(cè)試原理，運(yùn)用顯微鏡獲取纖維截面，測(cè)量若干纖維截面的內(nèi)、外圓半徑或特征形態(tài)參數(shù)，由此計(jì)算出纖維的異形度及其變異系數(shù)[3]。但此方法對(duì)纖維的規(guī)整度要求比較高，截面大多是內(nèi)外切圓且必須為同心圓或多葉中的葉片大小形狀一致等，這類纖維基本都是通過直接紡絲而成。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，規(guī)整異形纖維僅有預(yù)取向絲（Preoriented Yarn，POY）和拉伸絲（Draw Texturing Yarn，DTY），大部分服用纖維在織造之前都經(jīng)過了二次熱處理形成DTY，而DTY形狀大多不規(guī)整，此類纖維一般稱為非規(guī)整截面纖維。另一類是間接法，一般是利用纖維截面不同而導(dǎo)致的力學(xué)、光學(xué)和表現(xiàn)特性的差異來間接測(cè)量。由于間接法對(duì)設(shè)備要求高、操作復(fù)雜、花費(fèi)時(shí)間長、使用范圍小，一般不使用。

筆者經(jīng)過多年的實(shí)踐，參照行業(yè)方法（FZ/T 50002—1991），通過顯微鏡圖片獲得了非規(guī)整纖維異形度的測(cè)試方法。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的徑向相對(duì)異形度為DR（%）、平均截面異形度為SM（%）、理論截面異形度為ST（%）。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)切圓半徑需要手動(dòng)測(cè)量，且標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了內(nèi)切圓和外切圓必須為同心圓，這對(duì)異形度圖片中圖形的對(duì)稱性和規(guī)整性要求極高。一般纖維或多或少都會(huì)有一些變形，這樣異形度的適用范圍便過于狹隘。為了擴(kuò)大異形度測(cè)試的適用范圍以及減少人工測(cè)試的誤差，根據(jù)數(shù)碼顯微鏡中的色塊自動(dòng)計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行公式換算，得出截面面積異形度SS（%）：

式中：D為設(shè)備測(cè)得的最大直徑，S為設(shè)備計(jì)算的面積。

2 異形度計(jì)算

2.1 規(guī)整異形纖維的計(jì)算

本研究選擇了4種實(shí)心結(jié)構(gòu)的纖維以及相對(duì)規(guī)整的異形纖維（FDY）作為異形度分析對(duì)象，分別是75-36 F-FDY（圓形）、75-36 F-FDY（扁平）和75-36 F-FDY（三角）、40-24 F-FDY（五角），利用包埋技術(shù)和切片機(jī)法制作圖片（圖1），通過圖像明度抽取和去噪處理形成可以計(jì)算的色塊。

圖1 異形度測(cè)試樣品

2.2 截面面積異形度SS與其他異形度計(jì)算方法比較

為了綜合考察異形度計(jì)算指標(biāo)間的差異，本研究分別通過數(shù)碼顯微鏡的計(jì)算系統(tǒng)，計(jì)算出相對(duì)異形度DR、平均截面異形度SM、理論截面異形度ST、圓度OM（%）和截面面積異形度SS進(jìn)行相關(guān)性分析比較（表1）。

2.3 規(guī)整纖維異形度測(cè)試結(jié)果

為了便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本研究將表1中的計(jì)算結(jié)果稍作調(diào)整，分別將所有數(shù)值的最終計(jì)算結(jié)果都在0~1的區(qū)間里改變，且趨勢(shì)統(tǒng)一為異形度越高數(shù)值越大，將測(cè)試數(shù)據(jù)換成DR、|SM|、ST和SS，并將其作為指標(biāo)，比較結(jié)果如表2所示。

表1 4種異形斷面異形度測(cè)試計(jì)算值

從表2中的異形度計(jì)算結(jié)果來看，SS的結(jié)果與FZ/T 50002—1991中3個(gè)指標(biāo)的一致性較高，與實(shí)際人眼判斷結(jié)果一致，所以截面面積異形度SS可作為規(guī)整纖維截面異形度的評(píng)價(jià)方法。

表2 異形度結(jié)果比較

2.4 非規(guī)整纖維截面異形度測(cè)試

本研究比較發(fā)現(xiàn)非規(guī)整截面的異形度SS與人眼評(píng)價(jià)結(jié)果具有一致性，選取了3組12個(gè)品種不同截面的DTY異形纖維進(jìn)行測(cè)試。第一組如表3所示，1#~4#為梅花形截面纖維；第二組如表4所示，5#~8#為十字形纖維截面；第三組如表5所示，9#~12#為三葉形截面纖維。

表3 梅花形截面的纖維異形度測(cè)試結(jié)果

表4 十字形截面的纖維異形度測(cè)試結(jié)果

表5 三葉形截面的纖維異形度測(cè)試結(jié)果

表3、4、5分別分析了3種不同截面的纖維斷面，每一行從左往右按照測(cè)試的截面面積異形度SS由大到小進(jìn)行排序。從圖形上看，所有排序與人眼的認(rèn)知是相符的，特別是第二行“十”字?jǐn)嗝?#、6#、7#、8#，8#明顯比5#的腳細(xì)長，兩腳連接部分也凹陷許多。形狀的方向性越明顯，其截面面積異形度指標(biāo)越大，這些數(shù)據(jù)證明截面面積異形度SS的指標(biāo)有效。

本研究先對(duì)4種規(guī)整截面的纖維（FDY）進(jìn)行異形度測(cè)試，截面面積異形度SS的結(jié)果與FZ/T 50002—1991中3個(gè)指標(biāo)DR、|SM|、ST的一致性較高，且與實(shí)際目測(cè)判斷結(jié)果一致；再對(duì)3組12個(gè)品種的非規(guī)整截面纖維（DTY）進(jìn)行異形度測(cè)試，截面面積異形度SS的測(cè)試結(jié)果與人眼的認(rèn)知一致。因此，截面面積異形度SS作為異形度評(píng)價(jià)指標(biāo)有效。

3 結(jié)語

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)內(nèi)通用的異形度指標(biāo)進(jìn)行分析探討發(fā)現(xiàn)，非規(guī)整截面的測(cè)試方法目前處于空白狀態(tài)，纖維截面面積異形度SS應(yīng)運(yùn)而生，這個(gè)指標(biāo)既可以測(cè)試規(guī)整截面纖維的異形度，還可以測(cè)試非規(guī)整截面纖維的異形度，最終通過標(biāo)準(zhǔn)方法驗(yàn)證和目光驗(yàn)證證明該異形度評(píng)價(jià)指標(biāo)有效。