毛巾吸水性能檢測專用儀器的研究*

李娟娟 丁 帥

(1.山東省紡織科學研究院，青島，266032;2.山東省特種紡織品加工技術重點實驗室，青島，266032)

毛巾作為產業用紡織品在醫療衛生、產業研發和材料應用等領域應用非常廣泛。毛巾的主要功能在于吸水，不同用途對吸水性有不同要求，所以對吸水性能的檢測是毛巾質量檢測關鍵技術。目前我國陸續頒布了一系列國家及行業質量標準，并逐步接近ISO標準，使毛巾材料的產業化應用逐步細化和標準化。在相同測試條件下，不同毛巾產品的吸水能力和容水能力是評判其質量優劣的重要指標。通過專門的測試設備評估織物成分、組織結構和制造方法等不同因素對吸水性能的影響，對于促進毛巾產品的產業化發展具有重要意義。

不同的吸水性測試方法雖然能夠從不同側面反映材料的吸水性能，但是不同的測試方法所呈現出的結果是不一樣的。我國毛巾的吸水性能測試標準為GB/T22799—2009《毛巾產品吸水性測試方法》。目前國內市場上只有手動檢測的毛巾吸水性能測試儀器，還沒有電腦控制自動化程度高的專用測試儀器。為此，山東省紡織科學研究院、山東省特種紡織品加工技術重點實驗室研制了醫用非織造布及毛巾產品吸水性能檢測專用儀器。

常見的毛巾吸水性測試方法有沉降法和吸收法兩種。新研制的吸水性能測試儀是集沉降法、水流試驗法、毛細效應試驗法、可濕性和吸收性法于一體，可以研究和比較不同的測試方法所得到的結果，在測試成本、測試效率、測試精度和技術先進性方面達到國內領先水平，對于促進毛巾產業化發展具有重要意義［1-3］。

1 儀器結構

新研制的吸水性能測試儀具有使用效率高、范圍廣，操作簡便，安裝和拆卸方便等特點。測試儀主要由機身、水箱、冷水機，以及芯吸速率、液體吸水性和毛巾吸水性測試裝置組成。產品外觀效果見圖1。

2 關鍵技術

新研制的吸水性能測試儀的關鍵技術為恒容量、恒流量和可穩定控溫的恒溫水浴系統的設計，結構示于圖2。

2.1 恒容量

采用虹吸溢流原理實現恒容量。將虹吸裝置固定在玻璃漏斗的上方，調整虹吸管的位置，當量筒中流出的溶液量剛好為50 mL時，將管口固定牢。每次往漏斗中輸送試液時，多余的試液將通過溢流管流走，確保通過量筒流出的試液量恰好就是50 mL。將漏斗容器置于恒溫水浴中的設計確保了試驗過程中試驗用水的恒定溫度，該設計為本儀器首次應用，屬于國內首創。

圖1 毛巾吸水性能測試儀產品外觀

圖2 毛巾產品吸水性能測試儀結構示意

2.2 恒流量

通過調整節流閥旋鈕來實現恒流量。改變節流閥開口度的大小，調節試液的流量達到標準要求。節流閥結構示于圖3。

2.3 可穩定控溫的恒溫水浴系統的設計

圖3 節流閥結構示意

由于水溫對試樣吸水性能有重要影響，所以吸水性測試的相關標準都要求試驗水溫保持在(20±2)℃。為此，將恒溫水浴控制系統設計成由特定加熱功率的加熱管和可為系統提供冷水的循環水系統組成，水溫控制范圍為18～35℃。采用具有PID運算調節功能的溫控器來對水浴進行精確的控溫。整個系統可以實現試驗前水浴溫度的預設和試驗過程中的精確控溫兩項功能。溫控器的工作原理是：溫度傳感器將測得的水浴溫度轉換成電信號傳給溫控器，溫控器把電信號轉換成數字顯示或模擬并顯示出來;與設定值進行比較(或PID運算)，將操作指令傳輸給操控器(接觸器、固態繼電器或功率控制器);操控器再對加熱管和冷水供水系統進行控制。具體控制原理示于圖4。

3 軟件系統設計

圖4 水浴溫度控制原理

軟件系統主要由試驗系統控制模塊、稱重模塊和電磁閥控制模塊三大模塊組成，見圖5。試驗流程示于圖6。

試驗系統控制模塊的作用是判斷和分析所采集的信號，將命令傳送給控制模塊，保障系統的穩定運行。

稱重模塊是將天平稱取的重量數值通過RS232傳輸進入控制模塊，加工處理數據，參與運算。

電磁閥控制模塊是在測試毛巾吸水性能時，通過控制模塊對電磁閥進行智能控制，保證恒流量自動加水系統功能的實現，增強實時性能［4］。

圖5 軟件組成模塊

圖6 毛巾吸水試驗流程

4 毛巾吸水性能的測試

所有測試在恒溫恒濕室進行。室內環境條件為溫度(21±1)℃，相對濕度(65±2)%。選取兩種毛巾試樣，1號樣品的密度為799 kg/m3，2號樣品密度為1 114 kg/m3。按照標準要求尺寸裁剪，然后將試樣放在恒溫恒濕室中24 h以上，達到調濕平衡后開始測試。

4.1 沉降法

樣品經水洗、烘干和調濕后，測定試樣從接觸水面到完全浸濕并開始下沉所需的時間［5］。將試樣測試面在無外力條件下平行輕放在水面上，同時開始計時，當試樣完全浸濕時，終止計時，記錄所需的時間，精確至0.1 s;若試樣超過60 s仍沒有完全浸濕，則終止試驗，試驗結果記錄為大于60 s。試驗數據如表1所示。

表1 毛巾產品沉降法試驗結果

4.2 吸收法

樣品經水洗、烘干和調濕后，在標準狀態下50 mL的水在規定時間內流經試樣，測定被試樣吸收的水量占原水量的百分比［6］。按式(1)分別計算正反面吸水率的平均值，以正反面平均值表示最終結果，修約至小數點后一位。試驗數據如表2所示。

式中：P——樣品吸水率;

m0——試驗前水槽質量(g);

m1——試驗后水槽質量(g);

d——試驗用水的密度(g/mL)。

表2 毛巾產品吸收法試驗結果

4.3 試驗結果分析

從測試方法和測試結果可以看出：沉降法具有簡潔方便的特點，不需要專業的測試儀器，可操作性強;而吸收法是通過測試從一定高度落下的三級水，以一定的壓力流到測試樣品上，計算產品的吸水率的方法，測試程序稍顯復雜，需要專業的測試儀器，但測試結果數字量化特征明顯，能準確地反映出吸水性的高低。

吸收法測試結果顯示，1號樣品和2號樣品的吸收率都是隨著水溫的增加而呈現上升的趨勢，符合實際使用過程中的吸水性的規律。對于吸水性好的毛巾產品，吸水速度極快，應用沉降法很難準確分辨出其吸水性的優劣，而采用吸收法能得到準確的結果。因此，吸收法可以真實地反映毛巾產品的吸水性能。

5 結語

毛巾行業市場發展潛力巨大。作為一個穩定的市場，消費者的需求已從基本日常需求向多層次需求細分，如現在出現的消毒毛巾、擦手巾、美容巾、兒童毛巾和廚巾等。隨著人們物質生活水平的提高，健康毛巾不僅市場空間巨大，利潤空間大，而且市場競爭小，現代毛巾產品行業將會有更廣闊的發展前景，新研制的吸水性能測試儀也將會在毛巾產業化的發展中起到重要的作用。

［1］田金家，楊曉勇，閆安娥.毛巾吸水性能的測試與分析［J］.中國纖檢，2010(8)：64-66.

［2］陳麗華.超細纖維毛巾織物的結構和吸水性分析［J］.針織工業，2005(6)：59-60.

［3］王長伍.超細纖維毛巾的現狀研究［J］.江蘇紡織，2008(9)：56-57.

［4］丁帥，許曙亮.智能紡織品在醫學領域的應用［J］.山東紡織科技，2012(2)：40-43.

［5］易芳.毛巾里的水——品牌、渠道還是模式?［J］.中國紡織，2013(5)：104-105.

［6］劉晨，徐秀娟，田偉.五種毛巾綜合性能研究［J］.棉紡織技術，2011(6)：12-15.