紅外光譜定量分析技術在紡織品檢測中的應用

丁杰等

摘要：

本文介紹了我國紡織品檢測技術的發展現狀，又對紅外光譜定量分析技術進行了重點說明，對以后類似的檢測工具具有一定的參考價值。

關鍵詞：紅外光譜儀；定量分析；紡織品；檢測

1 引言

2014年，我國紡織品出口貿易額為2984.26億美元，同比增長5.09%，穩穩占據世界紡織品第一大國位置。目前，我國已經形成了完整且規模巨大的紡織品產業鏈系統。隨著我國加入WTO時間的增長，我國出口紡織品的壁壘將會被逐步打破，出口量必將上升。同時對紡織品質量的要求也在不斷提高，所以我國的紡織品檢測技術也必須要達到國際標準。

2 我國紡織品檢測技術的發展現狀

自上世紀80年代起，我國政府部門關于紡織品的相關標準制定進入快速發展期，截止到2015年初，我國關于紡織品的相關標準制定已達1116條，這些標準的制定對保證我國紡織業的快速發展有著深遠影響。

隨著我國科學技術的發展，紡織品生產技術和檢測水平也得到很大幅度的提高，很多檢測儀器也達到國際先進水平，例如：電容式纖維長度檢測儀、全自動單紗強力儀等。隨著信息科技的發展，計算機等先進技術也被應用到紡織品制作和檢測上來，這對提高產品生產效率和質量有著很大的影響。我國也在這方面做了大量的研究，發明出了以計算機為基礎的框架測長儀和紗線捻度儀等，這些都是我國獨有的“高精尖”技術設備。

我國紡織企業具有數量多、工廠規模和產品質量參差不齊等特點，在對紡織品進行檢測上，與歐美等發達國家還存在一些差距。例如：檢測儀器的可靠性和穩定性較差，但很多企業又沒有多余資金更換更加先進的儀器；而且很多儀器生產廠家的產品其核心技術都是引進國外的，得到的利潤較少，就沒有很多資金發展自己的研究團隊，這些因素都限制了我國紡織品的檢測水平[1]。

目前，我國在紡織品檢測中，纖維組分的檢測依舊按照先定性后定量的傳統方法。纖維定性主要依靠人的經驗：通過顯微鏡來辨別纖維形態、燃燒纖維觀察燃燒性狀并聞其氣味，再通過化學試劑綜合得出纖維的種類。而定量的過程，包括試劑的濃度、試驗溫度、反應時間、設備性能、操作者的經驗等都有較高要求。因此，纖維組分檢測的過程比較繁瑣，檢測的結果不確定性比較大。

3 紅外光譜定量分析技術在紡織品檢測中的應用

對紡織品檢測的定量分析技術主要依靠的是紅外光譜儀，其工作原理如圖1所示。定量分析技術對紡織品檢測的主要指標包括纖維的組分、結晶度、取向度以及紡織品的回潮率等。

3.1 纖維組分的檢測

檢測纖維的組分主要是通過定量測量分析特征吸收譜帶來確定的。組分不同，纖維對紅外吸收的強度也有明顯差異。這種方法的關鍵點有如下幾個：1.現有組分中，要保證沒有相同的特征吸收譜帶；2.各組分的吸光度需要用基線法進行測量；3.被檢測物質的濃度和對譜帶的吸收強度之間存在著某種線性關系；4.應選擇吸收系數較大的譜帶，且周圍無其他吸收譜帶，避免互相干擾。

這種定量分析法在上世紀中期被學者應用到高分子聚合物的研究領域，此外，這種分析法主要適用于兩種組分混合的情況，下面進行詳細說明。

（1）棉和尼龍混紡的定量檢測分析

在上世紀70年代，有關學者采用反射法測出了棉和尼龍混紡時的紅外光譜校準曲線，其本質為將兩者的混紡物放置在折射率較高的透明介質上，多次測量界面上的反射光，并記錄最終的光譜走勢曲線。通過測定，最終確定棉和尼龍混紡物中，尼龍含量對應著其在1625cm-1處和棉在1095cm-1處對譜帶的吸收強度特征[2]。

（2）聚酯纖維和棉混紡的定量檢測分析

對于聚酯纖維和棉混紡物的定量檢測，也是在上世紀70年代開始的。但是相關學者發現如果直接進行測量，得出的曲線沒有什么不同，這樣也就沒有意義了。之后采取了研磨、壓片和透射法，經過分析發現，聚酯纖維含量越多，需要研磨的時間也就越長，否則曲線變化不明顯，而且發現聚酯纖維的含量與它的特征峰值并不存在一定的線性關系，經過反復試驗和比較才得出原來聚酯纖維的含量和其對光譜的吸收強度與峰寬存在一定的線性關系。最終確定出聚酯纖維的特征峰值為1725cm-1。目前。我國學者發明了一種利用溴化鉀壓片配合光聲法來測定聚酯纖維和棉混紡物中聚酯纖維的含量[3]。

（3）毛和棉混紡的定量檢測分析

對毛和棉混紡物中棉含量的檢測采用的也是研磨、壓片加透射法進行的，但不同的是混合物被研磨的顆粒大小應保證均勻。經過大量檢測發現混合物中棉的含量和它的特征峰值（1160cm-1）寬度沒必然聯系。在實際應用中，為了保證結果的準確度性，可以改變研磨時間或樣品質量，最后求出幾次較為相近的值作為最終結果。

3.2 纖維結晶度和取向度的定量分析

在紅外光譜圖中，各譜帶會由于纖維結構的不同而產生不同變化。有些譜帶會和結晶度呈正比關系，有的則呈反比關系，有的譜帶不會發生明顯變化。我們可以根據譜帶的這些特性將其分為三類：結晶譜帶、非結晶譜帶和參考譜帶。這是確定纖維結晶度最簡單最有效的辦法。

如果將偏振器加入到紅外光譜儀中，便可得到經過偏振后的光譜，利用得到的偏振光譜圖可以得出纖維取向度，需要測出的數據有偏振光的電矢量方向、譜帶吸光度，將兩者相除就得出了譜帶的二向色性比，進而求出取向度的大小[4]。

3.3 紡織品回潮率的定量分析檢測

樣品回潮率指的是紡織品的濕重與干重的差值和干重的百分率。對紡織品回潮率的檢測，最原始的辦法為烘燥法，即將樣品放置在一定溫度下一定時間，烘燥溫度的選取可按照表1作為參考依據。

4 結束語

紡織品檢測對保證質量、確保我國紡織品第一大國的地位意義深遠，利用紅外光譜技術對紡織品進行定量分析目前應用得較為廣泛其測量結果也滿足日常需求。本文介紹了對紡織品纖維組分、結晶度和取向度、回潮率等方面的檢測，可對某些紡織企業的檢測工作起到一定的指導作用。

參考文獻：

[1]陳肖南，劉寶榮.我國紡織品檢測技術的現狀與發展[J].四川紡織科技，2012，（6）：45-46.

[2]梁治齊.紅外光譜在紡織纖維鑒別上的應用[J].北京聯合大學學報，2000，（14）：13-15.

[3]沈振.傅里葉紅外光譜分析測定尼龍材料中玻纖含量[J].中國測試技術，2004，30： 86-88.

[4]熊磊，于偉東.紅外光譜法測定纖維的結晶度與取向度[J].2003，31（6）：55-56，62.

（作者單位：杭州市余杭區質量計量監測中心）endprint