紡織纖維長度分布與指標
各種纖維在自然伸展狀態下都有不同程度的彎曲或蜷縮,它的投影長度為自然長度。纖維在充分伸直狀態下兩端之間的距離稱為伸直長度,即纖維伸直但不伸長時的長度,也即一般所指的纖維長度。纖維自然長度與纖維伸直長度之比,稱為纖維的伸直度。天然短纖維及部分拉斷化學纖維的長短不齊形成一定的長度分布,纖維長度因纖維種類的不同和各自測量方法的不同而不同。在實用中,根據統計或物理意義有許多不同的纖維長度指標,但根據纖維長度指標的共性表達意義,可歸納為纖維長度的集中性指標和離散性指標兩類。集中性指標表示纖維長度的平均性質,離散性指標表示纖維長度的不勻情況。長度分布圖有三種形式,即長度頻率分布、長度一次累積頻率分布和長度二次累積頻率分布,三者之間存在一定數學關係。頻率分布又可分為兩大類,一類以根數為單位進行計量的,稱為纖維長度計數頻率分布和纖維長度計數累積頻率分布;另一類以質量為單位進行計量的,稱為纖維長度計重頻率分布和纖維長度計重累積頻率分布。相應的長度指標為計數平均長度、計數長度變異係數和計重平均長度、計重長度變異係數。
纖維長度分布
紡織纖維長度短纖維的纖維長度都按一定規律分布,分布曲線通常為偏態的近高斯分布或泊松分布。常規手排法纖維長度實驗是在黑絨板上將纖維試樣整理成一端平齊、密度均勻並由長到短順次排列的纖維束,如右圖所示。
纖維長度的集中性指標
(1)纖維加權平均長度。紡織纖維長度的集中性指標,指一束纖維試樣中長度的平均值。根據測試方法不同,可分為計數加權平均長度、計重加權平均長度和調和平均長度等。主要用於毛、麻、絹和化學短纖維。
(2)主體長度(L)。主體長度是常用的紡織纖維長度指標之一,指一束纖維試樣中根數最多或質量最大的一組纖維的長度,稱計數或計重主體長度。
(3)品質長度(L)。品質長度是用來確定紡紗工藝參數的紡織纖維長度指標,又稱右半部平均長度或上半部平均長度,採用不同測試方法得出的品質長度不同,目前主要指可見光掃描式長度分析儀測得的比平均長度長的那一部分纖維的計數加權平均長度。計重(羅拉式儀器法)主體長度以上的平均長度亦稱右半部平均長度。
(4)跨距長度( Span Length)。跨距長度是使用HVI系列數字式照影儀測得的纖維長度指標。該指標的測定是利用伸出梳子的纖維的透光量與纖維層遮光量即纖維相對根數成函式關係的特性來快速測定纖維長度及長度整齊度。跨距長度是指採用梳子隨機夾持取樣(纖維須叢),纖維由夾持點伸出的長度。所形成的分布是纖維長度計數的二次積分函式,可在照影儀上自動快速測出,並且已成為重要的長度指標。棉纖維常採用2.5%的跨距長度。
(5)手扯長度( Staple Length)。手扯長度是在手感目測的檢驗方法中,用手扯尺量法測得的棉纖維長度。測定時用手批的方法整理纖維,並除去絲團、雜質使其成為伸直平行端平齊的纖維束,在黑絨板上量取平齊端到另一端不露黑絨板處的長度即為手扯長度,其度量單位為毫米(mm),以組距1mm的單數值表示,如28mm、29mm等。各國的手扯長度值是不同的,這是根據使用的儀器長度來定義的。
纖維長度的離散性指標
(1)纖維長度的均方差和變異係數。包括計數分布的均方差和變異係數及計重分布的均方差和變異係數。
(2)短絨率。計數和計重纖維長度分布曲線中短於一定界限長度的纖維量與總量的百分數稱為短絨率,分別稱為計數短絨率和計重短絨率。界限長度按纖維品種不同而有不同規定,如細絨棉為16mm,長絨棉為20mm,綿羊毛為30mm等。
(3)超長纖維與倍長纖維。切斷化學短纖維中因設備故障夾入的切斷不完全,長度超過切斷長度的纖維稱為超長纖維;長度為其名義長度兩倍及以上的化學短纖維稱為倍長纖維。超長纖維和倍長纖維的質量占總質量的百分數分別稱為超長纖維率和倍長纖維率。這些纖維在紡紗牽伸中無法正常運動,會造成疵點,影響纖維的可紡性和成品質量。
(4)纖維長度整齊度。一般指計數平均長度與計數平均長度以上平均長度(上半部平均長度)的比值。
紡織纖維長度測量方法
近一個半世紀以來,紡織纖維長度測量方法和儀器已發展了40多類10餘種,但常規使的基本上有以下幾類。
(1)長絲纖維一般採用測長的方法,包括測化纖長絲的長度和蠶繭的可解舒絲長等。但對於成筒的長絲,一般按筒重和絲的線密度計算長度。
(2)天然短纖維和化學纖維的切銜纖維或牽切拉銜纖維。
①逐根測量法:有人工或螺桿儀器協助逐根伸直測量、鋪纖器鋪於逆向黑色鼠皮絨布上人工測量、分散平面上投影放大測曲線軌跡長度、氣流輸送中測遮光時間等。積累一定數據量後用數理統計方法計算計數平均長度、計數長度標準差、計數長度變異係數、短絨率、倍長纖維率以及其他指標(主體長度、長度整齊度、交又長度等)。
②成束一端排齊測量法:將纖維樣品用人工或儀器運用梳片梳理等方法排成伸直、平行、一端平齊的纖維束後利用壓縮測截面面積,或利用電容介電係數法測截面面積,或利用遮光法測截面面積,測出計數一次累積(積分)曲線,經電子計算機微分後,求出各種集中性指標和離散性指標。
③平行排列測量法:對已整理成伸直、平行、一端平齊的纖維束,從不整齊的一端逐步抽拔出纖維,在黑絨板上依次排列成纖維長度排列圖,利用作圖法計算各種長度集中性指標和離散性指標。
④分組稱重測量法:對已整理成伸直、平行、一端平齊的纖維東,從不整齊的一端,按長度逐步抽取出不同長度的組(利用梳片式儀器、羅拉式儀器或滾車式儀器等),再分別用稱重法或反光強度法測量各組的質量,得到計重頻率分布曲線,然後用數理統計方法計算各種集中性指標和離散性指標。
⑤計數二次累積曲線測量法:從纖維樣塊中或均勻4維條中用梳夾拔取纖維束,使纖維伸直平行後,採用遮光法或切斷稱重法獲得計數二次累積曲線,用數理統計方法計算集中性指標和離散性指標。
