棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料成分含量的測試方法研究
不銹鋼纖維混紡防輻射面料是一種由不銹鋼面料的成分含量測試方法。
由于不銹鋼纖維與酸及處于一定條件下的堿會發生反應,因此不能采用常規的化學酸堿溶解法。本文以棉/不銹鋼纖維混紡面料為對象,研究采用燃燒法測試這種面料的成分含量。
1 可行性試驗分析
普通的紡織纖維一般都為可燃物,而不銹鋼纖維不可燃,因此考慮用燃燒法對這種面料進行測試。取若干棉/不銹鋼纖維混紡紗進行充分燃燒,洗滌后殘余物的500倍顯微照片(三維視頻顯微鏡KH-1000)如圖1所示。
圖1 棉/不銹鋼纖維混紡紗充分燃燒后的殘余物
由圖可見,紗線經充分燃燒后,棉組分被去除,剩余不銹鋼纖維,因此可采用燃燒法來測定棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料的成分含量。
2測試影響因素分析
2.1不銹鋼纖維質量變化及修正系數的實驗研究
由于混紡紗在燃燒后不銹鋼纖維會氧化且有棉灰燼附著,因此有必要通過實驗研究不同混合比例的棉/不銹鋼纖維試樣經燃燒后不銹鋼纖維的質量變化情況,確定質量修正系數。
2.1.1試驗儀器及材料
儀器:電子天平(精度:0.01g)、烘箱、燒杯、鑷子等;
材料:單纖維直徑為6μm的牌號為316L的不銹鋼纖維組成的纖維束,棉纖維束。
2.1.2試驗方法
1) 取若干組定量的不銹鋼纖維,用電子天平稱干重M,分別與棉纖維按不同比例進行混合,制成小纖維束;
2) 充分燃燒小纖維束并輕柔洗滌、烘干,冷卻后稱燃燒后的干重M1;
3) 按公式(1)計算不銹鋼纖維的質量修正系數K;
不同棉/不銹鋼混合比例的纖維束燃燒前后質量變化及修正系數如表1所示。
表1 不同棉/不銹鋼混合比例的纖維束燃燒前后質量變化及修正系數
不銹鋼纖維含量/% |
不銹鋼纖維束燃燒前干重M/g |
不銹鋼纖維束燃燒后干重M1/g |
?M= M1-M(g) |
修正系數K |
平均修正系數`K |
10 |
4.68 |
4.72 |
0.04 |
0.991 |
0.993 |
20 |
9.73 |
9.80 |
0.07 |
0.993 |
|
30 |
8.88 |
8.95 |
0.03 |
0.992 |
|
40 |
7.69 |
7.75 |
0.06 |
0.992 |
|
50 |
3.10 |
3.12 |
0.02 |
0.993 |
|
60 |
8.92 |
8.99 |
0.07 |
0.992 |
|
70 |
5.58 |
5.63 |
0.05 |
0.991 |
|
80 |
8.16 |
8.22 |
0.06 |
0.993 |
|
90 |
6.76 |
6.83 |
0.07 |
0.990 |
|
100 |
2.99 |
3.01 |
0.02 |
0.992 |
由上表可見:不銹鋼纖維燃燒后的質量與燃燒前的質量差?M都大于0,說明在不同的棉/不銹鋼纖維混合比例情況下,燃燒后剩余不銹鋼纖維的質量與混合前相比都有增加;表中不同棉纖維混合比例情況下的10個K值都很接近,這說明不銹鋼纖維的氧化現象及不同含量棉纖維燃燒后的灰燼附著情況對實驗結果的影響程度接近,可考慮對不同混紡比例的紗都采用平均修正系數統一處理,減少修正工作量;此外,各組K值都在0.990以上,說明燃燒方法對質量變化影響很小,所以在一般測試精度要求下,可不對質量進行修正,但若需高精度測定,則可對質量進行修正,得到不銹鋼纖維修正后質量M2,用M2進行含量計算。由表知`K值為0.993,質量修正計算式如公式(2)。
2.2 不銹鋼纖維存在狀態的影響
棉/不銹鋼纖維混紡紗直接燃燒后剩余的不銹鋼纖維結構疏松,洗滌時易脫落,導致不銹鋼纖維質量減小,因此有必要研究燃燒混紡紗和混紡面料兩種情況下不銹鋼纖維質量的差異。
2.2.1試驗方法
1) 用電子天平稱取兩份5 g的棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料(14.5 tex×14.5 tex),把其中一塊面料試樣進行拆紗,另一塊不做處理;
2) 將兩份試樣分別充分燃燒,將殘余物輕柔洗滌、烘干,冷卻后分別稱重得紗線殘余物干重M3和面料殘余物干重M4;
3) 兩種試樣的試驗分別做五次,計算求平均值`M3,`M4。
兩種試樣燃燒后所得干重的平均值如圖1所示。
圖1燃燒后所得干重
由圖可見,燃燒后,紗線殘余的不銹鋼纖維的質量比面料的要小。分析認為,當直接燃燒混紡紗時,殘余的不銹鋼纖維較稀疏,洗滌時易脫落,導致不銹鋼纖維質量減小,而采用對面料燃燒的方法進行測試時,不銹鋼纖維在交織阻力的限制下脫落較少。
經計算得知,在上述實驗條件下用燃燒混紡紗的方法求得的不銹鋼纖維含量,產生了11%以上的平均偏差。因此,實驗應采用對面料燃燒的方法進行測定,以提高測試數據的精確性。
2.3 取樣量的研究
由于不銹鋼纖維可紡性差且密度較大,使其在面料中的混紡均勻性較差,導致測試結果離散性較大。其制成品的組分分布離散性較大,故實驗試樣量不能簡單套用標準,而有必要通過實驗分析得出。
2.3.1試驗步驟:
1)在棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料的不同位置隨機取樣,把織物剪成重量為2.1 g、4.3 g、6.1 g、8.4 g、10.2 g、12.3 g、14.4 g、16.2 g的若干試樣;
2)將試樣放入103°C烘箱內烘干并稱重,設試樣干重為m0;
3)用酒精燈將試樣分別充分燃燒,至呈現灰白柔軟金屬纖維網,將殘余的纖維網洗凈,烘干,冷卻后稱重。得到樣品燃燒后殘余物的重量m1,用質量修正系數`K對其進行質量修正,由公式(2)得出不銹鋼金屬纖維的質量為m1×`K,即為0.993 m1;
4)設不銹鋼纖維的含量百分率為P1,依據公式(3)計算。
表2 棉/不銹鋼纖維混紡面料中不銹鋼纖維的含量測定
混紡面料干重/g |
不銹鋼纖維百分含量/% |
2.1 |
18.0 |
4.3 |
12.5 |
6.1 |
17.1 |
8.4 |
16.3 |
10.2 |
15.4 |
12.3 |
15.2 |
14.4 |
15.0 |
16.2 |
15.1 |
由表2可知,當取樣量較小時,不銹鋼纖維的百分含量上下波動較大,而當樣品量取10g及其以上的值時,不銹鋼纖維的百分含量值穩定于15%附近,因此建議實驗制樣的過程中取樣量較大為好,本試樣情況下應不少于10 g。
3 棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料的成分測試
綜合以上實驗研究結果,棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料的成分測試方法可歸納如下:
實驗按2.3.1的操作步驟進行,其中步驟1)的取樣量應不少于10 g,實驗次數設為5次。經過步驟4)計算得到不銹鋼纖維的凈干重百分比P1后,再計算棉纖維的凈干重百分比 P 2,。實驗進行5次,將實驗結果平均,即可得該種棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料各組分的凈干重百分比。
按上述的操作步驟測試上海桑緯紡織科技有限公司生產的棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料(紗線密度14.5 texX 14.5 tex,織物密度460X320),測得混紡面料中各組分含量干重百分比如下表所示。
表3 棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料各組分含量
試樣編號 |
混紡面料樣品干重/g |
不銹鋼纖維凈干重百分比P1/% |
棉纖維凈干重百分比P2/% |
1 |
12.7 |
15.2 |
84.8 |
2 |
11.1 |
14.8 |
85.2 |
3 |
16.4 |
15.4 |
84.6 |
4 |
15.7 |
15.0 |
85.0 |
5 |
10.1 |
14.6 |
85.4 |
經計算知`P1="15.0%,`P2="85.0%,即這種棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料中不銹鋼纖維的凈干重百分含量為15.0%,棉成分的凈干重百分含量為85.0%。
4 結論
1)經實驗得知,利用燃燒法測定棉/不銹鋼纖維混紡面料的成分含量是可行的;
2)混紡紗在燃燒后不銹鋼纖維會氧化且有棉灰燼附著,這些因素都對測試結果有一定影響,但影響很小,一般精度要求情況下不需要修正,若要得到高精度測試結果,可計算修正系數對其質量進行修正;
3)用燃燒混紡紗的方法來測試不銹鋼纖維的含量會產生較大的誤差,實際測試時應采用燃燒面料的方法來進行;
4)棉/不銹鋼纖維混紡防輻射面料中,不銹鋼纖維的混合均勻度較差,本實驗中使用的取樣量應大于10 g,在實際工作中,對于不同情況的面料,建議按本文中的研究方法進行實際測試以確定取樣量大小;
5)測試方法為在面料上隨機取樣,充分燃燒試樣,然后輕柔洗滌、烘干,冷卻后稱重,計算得出混紡面料中的各成分含量;
6)對3種及以上混紡組分的不銹鋼纖維混紡防輻射面料的成分測試也可參考采用本文的方法進行研究。
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