聚氨酯載樣管硬度與軟木襯摩擦系數對滾箱法起球性能的影響

何軍+路正輝

摘要：

聚氨酯載樣管在恒溫恒濕的環境下長期使用，管體逐漸老化變質，硬度發生改變，彈性明顯下降，對滾箱起球性能有重要影響。試驗表明：新管和舊管硬度平均差9.25度，綜合評級平均值差1.5級，個人評級極差為2.13級。軟木襯摩擦系數tanβ越大，試樣起球越嚴重，不同箱號間tanβ差異越大，試樣起球評級結果極差越大。Tanβ差0.09時，對應評級極差約為0.5級。

關鍵詞：載樣管硬度;軟木襯摩擦系數;起球;評級

1 ? ?引言

評價織物表面的起毛起球性能，常用的檢測方法有圓軌跡法、馬丁代爾法、滾箱法（ICI法）和亂翻法。滾箱法起毛起球常用于檢測毛針織或仿毛針織產品的起球性能，測試標準有ISO 12945-1：2000和GB/T 4802.3—2008。聚氨酯載樣管是滾箱測試儀安裝試樣的載體。大量試驗發現，載樣管經過長期頻繁使用后，管面形態基本不會發生變化，但是管體彈性卻開始下降，相比新管有手感發硬、硬度偏高上升的現象。根據GB/T 4802.3—2008附錄A，滾箱軟木襯是一種需要定期更換的摩擦介質，由于針織物試樣在生產中大量使用了有機硅，軟木襯與其長期接觸過程中變得光滑，導致摩擦系數下降，會降低試樣的起球性能[1]。而且GB/T 4802.3—2008刪掉了97版舊標準附錄“橡膠軟木摩擦系數下降至原始數值的1/2以下時，即需要換新的橡膠軟木”與“橡膠軟木襯表面摩擦性能測定方法”的規定，也沒有對載樣管彈性與硬度作出具體要求。實際檢驗中，受到樣品狀態與測試條件的影響，滾箱法起球測試結果偏差大的問題一直是檢測領域研究重點，±0.5級意味著檢驗結論“合格”或“不合格”。

關于研究滾箱法起毛起球性能影響因素的文獻有很多，主要集中在纖維原料構成、紗線與組織結構和抗起球后整理工藝等。戴婉君[2]等從探討測試標準和試驗條件出發，對摩擦系數介于0.4～1.0之間軟木襯起球性能做了研究，指出摩擦系數對滾箱起球性能影響很大。朱紅梅[3]等通過配重載樣管來分析對起球結果的影響。本文通過試驗測試，嘗試探討載樣管硬度對滾箱起球性能的影響，并對實驗室中摩擦系數介于0.45～0.65之間的軟木襯起球性能進行再分析研究。

2 ? ?試驗

2.1 ?試樣準備

試樣選用比較容易起球的純羊毛針織織物，起球等級在2～4級左右，深色，起球明顯，評級直觀，減少主觀誤差。具體規格參數如表1。

2.2 ?儀器與試驗材料

起毛起球儀：SDL ATLAS M227B 4箱、大榮YG（B）511-Ⅲ 3箱，轉速（60±2）r/min;激光測距儀D3，精度±0.3°;邵氏硬度計LX-A，范圍0～100 Shore A;滑塊;聚氨酯載樣管新管一組4個，管齡半年，舊管一組4個，管齡6年。

2.3 ?試驗環境

試樣調濕、試驗用環境在恒溫恒濕環境中進行，溫度（20±2）℃，濕度（65±4）%。

2.4 ?試驗方案

（1）測量軟木襯摩擦系數tanβ值（以下摩擦系數均用tanβ值表示）：用激光測距儀測量滑塊勻速下滑時的水平角度β，tanβ值即為軟木襯摩擦系數。ATLAS和大榮箱子分別用箱n、箱n#表示。

（2）測量新管和舊管硬度：手持邵氏硬度計平壓于載樣管表面直至觸點下端面完全與管面相切，讀取讀數HA值。新管和舊管分別用管n、管n#表示（n為1，2，3…）。

（3）測試不同tanβ值軟木襯的起球性能：相同人員制樣，用新管，設置轉速（60±2）r/min，14400轉，試樣用同一樣品，試驗結果采用雙人評級。

（4）測試不同硬度的新管和舊管起球性能：相同人員制樣，用相同tanβ值的同一個箱子，設置轉速（60±2）r/min，14400轉，試驗結果采用多人評級。

3 ? ?結果與分析

3.1 ?不同滾箱間軟木襯tanβ值的差異

基于不用拆卸直接在箱內用激光測量滑塊角度算出軟木襯tanβ值這種方法，可以減少拆卸與安裝軟木襯帶來的繁瑣工作，比較適合于實驗室滾箱的期間核查與日常校準。表2的測試結果表示，在ATLAS 與大榮之間以及同臺不同箱號之間的tanβ值均存在差異，測試結果最大0.63，最小0.48。由此可知，日常實驗室中，不同滾箱間軟木襯tanβ值存在差異，但這種差異又都符合方法標準GB/T 4802—2008要求。

3.2 ?聚氨酯橡膠新管與舊管硬度的差異

對比表3新舊管硬度測試的數據，管齡為半年的4個新管硬度平均值為52、52、52、49度，管齡為6年的4個舊管硬度為64、61、60、57。兩組載樣管由于使用年限不同，管體彈性的硬度值出現了明顯差異。有研究表明[4]，玻璃態高分子材料多數處于熱力學的非平衡態，在其玻璃化轉變溫度以下會逐漸向穩定的平衡態轉變，從而導致高分子材料物性的改變。本試驗證明，屬于聚氨酯高分子復合材料的聚氨酯載樣管，在恒溫恒濕環境中經過長期頻繁的使用，管體的橡膠材質逐漸老化，硬度發生改變，彈性出現明顯下降。這方面有學者做過相關研究，比如在鄒德榮[5]在驗證聚氨酯彈性材料配方試驗中可知，伴隨聚氨酯彈性材料的老化過程，邵氏硬度與時間表現出明顯的正相關性。

3.3 ?不同tanβ值軟木襯對滾箱起球結果的影響

分析表4數據可知，試樣1#、2#和3#起球比較嚴重，兩位評級人員綜合評級為2～2.75級。對比箱1#與箱1、箱3#與箱4的評級結果可發現，軟木襯tanβ值越大，試樣起球越嚴重。不同箱號間軟木襯tanβ值差異越大，試樣起球評級的極差越大，如tanβ值差0.09，對應綜合評級的極差差0.5級。同時，當軟木襯tanβ值差異較小時，即使試樣起球嚴重，這種差異對起球結果的影響也并不顯著，甚至相反，如試樣2#。但是，我們分析試樣4#，兩位評級人員的綜合評級是3.625～4級，表示試樣本身抗起球性較好，雖存在軟木襯tanβ值差異的影響，但tanβ值帶來的差異對試樣起球性能的影響并不顯著。

3.4 ?不同硬度的聚氨酯橡膠管對滾箱起球結果的影響

由表5，對試樣1#、3#、4#和5#的試驗結果分析，硬度較小的新管比硬度較大的舊管起球嚴重，新管和舊管硬度平均差9.25度。相同的試樣、相同的軟木襯tanβ值和相同的轉速與轉數，起球結果有明顯差異，伴隨樣品的不同，這種差異對起球結果的影響程度也不一樣。

圖1 ? ?新管與舊管起球評級極差

圖1的極差結果顯示了差異最大發生在試樣1#上，7位評級人員對新管的綜合評級為1.96級，舊管是3.64級，按0.5級修約，起球結果平均差1.5級，個人評級最大差2.13級，如評級人員C評級的試樣1#。其余3#、4#和5#試樣平均差約0.5級。試樣2#的試驗結果至少可以說明，載樣管硬度差異會導致滾箱起球結果有差異的結論在少部分樣品中并不顯著。

4 ? ?結論

4.1 ?用激光測距儀測量軟木襯tanβ值和用手持式邵氏硬度計測量載樣管硬度，方法原理簡單，操作便捷，便于實驗室儀器的日常維護與檢測校準。

4.2 ?軟木襯tanβ值測量證明，不同儀器、不同箱號之間存在差異，但符合現行標準要求。

4.3 ?tanβ值的差異對起球結果有重要影響，tanβ值越大起球越嚴重，tanβ值差異越大起球評級極差越大。但對于抗起球性能較好的針織物影響并不顯著。

4.3 ?載樣管作為摩擦載體在長期頻繁使用過程中逐漸老化變質，管體彈性與硬度等物性會產生變化，導致摩擦性能的改變。

4.4 ?對大多數純毛針織物而言，聚氨酯載樣管的硬度越大起球越嚴重。

5 ? ?建議

依據現行箱式起球法的標準規定與標準要求尺度，軟木襯摩擦系數tanβ值與聚氨酯載樣管硬度是容易被忽視但又存在對起球結果有重要影響的兩個因素，從某種程度上講，這也是造成當前滾箱法起毛起球結果實驗室間比對差異大的重要原因。因此建議相關部門：

一是盡快將軟木襯定性為標準物質，對生產與使用作出統一規定;

二是在方法標準中應增加對聚氨酯載樣管硬度要求，縮小軟木襯摩擦系數tanβ值適用范圍;

三是對滾箱法校準織物規格進行統一明確。

參考文獻：

[1] GB/T 4802.3—2008 紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法[S].

[2] 戴婉君，李紅英.關于起球箱法測試標準中軟木襯問題的探討[J].中國纖檢，2014，（9）：70-73.

[3] 朱紅梅，李偉松，沈錦玉. GB/T 4802.3—2008 《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法》標準的解析[J].中國纖檢，2014，（1）：46-48.

[4] 高曉敏，劉永華，楊雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模擬研究進展[J].高分子材料科學與工程，2005，（9）：33-36.

[5] 鄒德榮.聚醚聚氨酯彈性體及其老化性能研究[J].合成材料老化與應用，2002，（2）：13-17.

（作者單位：福建省纖維檢驗局）

3.4 ?不同硬度的聚氨酯橡膠管對滾箱起球結果的影響

由表5，對試樣1#、3#、4#和5#的試驗結果分析，硬度較小的新管比硬度較大的舊管起球嚴重，新管和舊管硬度平均差9.25度。相同的試樣、相同的軟木襯tanβ值和相同的轉速與轉數，起球結果有明顯差異，伴隨樣品的不同，這種差異對起球結果的影響程度也不一樣。

圖1 ? ?新管與舊管起球評級極差

圖1的極差結果顯示了差異最大發生在試樣1#上，7位評級人員對新管的綜合評級為1.96級，舊管是3.64級，按0.5級修約，起球結果平均差1.5級，個人評級最大差2.13級，如評級人員C評級的試樣1#。其余3#、4#和5#試樣平均差約0.5級。試樣2#的試驗結果至少可以說明，載樣管硬度差異會導致滾箱起球結果有差異的結論在少部分樣品中并不顯著。

4 ? ?結論

4.1 ?用激光測距儀測量軟木襯tanβ值和用手持式邵氏硬度計測量載樣管硬度，方法原理簡單，操作便捷，便于實驗室儀器的日常維護與檢測校準。

4.2 ?軟木襯tanβ值測量證明，不同儀器、不同箱號之間存在差異，但符合現行標準要求。

4.3 ?tanβ值的差異對起球結果有重要影響，tanβ值越大起球越嚴重，tanβ值差異越大起球評級極差越大。但對于抗起球性能較好的針織物影響并不顯著。

4.3 ?載樣管作為摩擦載體在長期頻繁使用過程中逐漸老化變質，管體彈性與硬度等物性會產生變化，導致摩擦性能的改變。

4.4 ?對大多數純毛針織物而言，聚氨酯載樣管的硬度越大起球越嚴重。

5 ? ?建議

依據現行箱式起球法的標準規定與標準要求尺度，軟木襯摩擦系數tanβ值與聚氨酯載樣管硬度是容易被忽視但又存在對起球結果有重要影響的兩個因素，從某種程度上講，這也是造成當前滾箱法起毛起球結果實驗室間比對差異大的重要原因。因此建議相關部門：

一是盡快將軟木襯定性為標準物質，對生產與使用作出統一規定;

二是在方法標準中應增加對聚氨酯載樣管硬度要求，縮小軟木襯摩擦系數tanβ值適用范圍;

三是對滾箱法校準織物規格進行統一明確。

參考文獻：

[1] GB/T 4802.3—2008 紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法[S].

[2] 戴婉君，李紅英.關于起球箱法測試標準中軟木襯問題的探討[J].中國纖檢，2014，（9）：70-73.

[3] 朱紅梅，李偉松，沈錦玉. GB/T 4802.3—2008 《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法》標準的解析[J].中國纖檢，2014，（1）：46-48.

[4] 高曉敏，劉永華，楊雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模擬研究進展[J].高分子材料科學與工程，2005，（9）：33-36.

[5] 鄒德榮.聚醚聚氨酯彈性體及其老化性能研究[J].合成材料老化與應用，2002，（2）：13-17.

（作者單位：福建省纖維檢驗局）

3.4 ?不同硬度的聚氨酯橡膠管對滾箱起球結果的影響

由表5，對試樣1#、3#、4#和5#的試驗結果分析，硬度較小的新管比硬度較大的舊管起球嚴重，新管和舊管硬度平均差9.25度。相同的試樣、相同的軟木襯tanβ值和相同的轉速與轉數，起球結果有明顯差異，伴隨樣品的不同，這種差異對起球結果的影響程度也不一樣。

圖1 ? ?新管與舊管起球評級極差

圖1的極差結果顯示了差異最大發生在試樣1#上，7位評級人員對新管的綜合評級為1.96級，舊管是3.64級，按0.5級修約，起球結果平均差1.5級，個人評級最大差2.13級，如評級人員C評級的試樣1#。其余3#、4#和5#試樣平均差約0.5級。試樣2#的試驗結果至少可以說明，載樣管硬度差異會導致滾箱起球結果有差異的結論在少部分樣品中并不顯著。

4 ? ?結論

4.1 ?用激光測距儀測量軟木襯tanβ值和用手持式邵氏硬度計測量載樣管硬度，方法原理簡單，操作便捷，便于實驗室儀器的日常維護與檢測校準。

4.2 ?軟木襯tanβ值測量證明，不同儀器、不同箱號之間存在差異，但符合現行標準要求。

4.3 ?tanβ值的差異對起球結果有重要影響，tanβ值越大起球越嚴重，tanβ值差異越大起球評級極差越大。但對于抗起球性能較好的針織物影響并不顯著。

4.3 ?載樣管作為摩擦載體在長期頻繁使用過程中逐漸老化變質，管體彈性與硬度等物性會產生變化，導致摩擦性能的改變。

4.4 ?對大多數純毛針織物而言，聚氨酯載樣管的硬度越大起球越嚴重。

5 ? ?建議

依據現行箱式起球法的標準規定與標準要求尺度，軟木襯摩擦系數tanβ值與聚氨酯載樣管硬度是容易被忽視但又存在對起球結果有重要影響的兩個因素，從某種程度上講，這也是造成當前滾箱法起毛起球結果實驗室間比對差異大的重要原因。因此建議相關部門：

一是盡快將軟木襯定性為標準物質，對生產與使用作出統一規定;

二是在方法標準中應增加對聚氨酯載樣管硬度要求，縮小軟木襯摩擦系數tanβ值適用范圍;

三是對滾箱法校準織物規格進行統一明確。

參考文獻：

[1] GB/T 4802.3—2008 紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法[S].

[2] 戴婉君，李紅英.關于起球箱法測試標準中軟木襯問題的探討[J].中國纖檢，2014，（9）：70-73.

[3] 朱紅梅，李偉松，沈錦玉. GB/T 4802.3—2008 《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第3部分：滾箱法》標準的解析[J].中國纖檢，2014，（1）：46-48.

[4] 高曉敏，劉永華，楊雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模擬研究進展[J].高分子材料科學與工程，2005，（9）：33-36.

[5] 鄒德榮.聚醚聚氨酯彈性體及其老化性能研究[J].合成材料老化與應用，2002，（2）：13-17.

（作者單位：福建省纖維檢驗局）