纖維異形度測試探討

劉成志

（東麗纖維研究所，江蘇 南通 226009）

1 異形度分析現狀

纖維異形度是指纖維截面形態相對于圓形截面的差異程度，該指標對考察異形纖維的改性程度具有至關重要的作用[1]。

纖維的異形度測試方法有兩大類：一類是直接法，也就是顯微鏡法[2]。業界一般根據《化學纖維異形度試驗方法》（FZ/T 50002—1991）中提及的測試原理，運用顯微鏡獲取纖維截面，測量若干纖維截面的內、外圓半徑或特征形態參數，由此計算出纖維的異形度及其變異系數[3]。但此方法對纖維的規整度要求比較高，截面大多是內外切圓且必須為同心圓或多葉中的葉片大小形狀一致等，這類纖維基本都是通過直接紡絲而成。在實際生產過程中，規整異形纖維僅有預取向絲（Preoriented Yarn，POY）和拉伸絲（Draw Texturing Yarn，DTY），大部分服用纖維在織造之前都經過了二次熱處理形成DTY，而DTY形狀大多不規整，此類纖維一般稱為非規整截面纖維。另一類是間接法，一般是利用纖維截面不同而導致的力學、光學和表現特性的差異來間接測量。由于間接法對設備要求高、操作復雜、花費時間長、使用范圍小，一般不使用。

筆者經過多年的實踐，參照行業方法（FZ/T 50002—1991），通過顯微鏡圖片獲得了非規整纖維異形度的測試方法。

標準中規定的徑向相對異形度為DR（%）、平均截面異形度為SM（%）、理論截面異形度為ST（%）。標準中規定的內切圓半徑需要手動測量，且標準中規定了內切圓和外切圓必須為同心圓，這對異形度圖片中圖形的對稱性和規整性要求極高。一般纖維或多或少都會有一些變形，這樣異形度的適用范圍便過于狹隘。為了擴大異形度測試的適用范圍以及減少人工測試的誤差，根據數碼顯微鏡中的色塊自動計算結果并進行公式換算，得出截面面積異形度SS（%）：

式中：D為設備測得的最大直徑，S為設備計算的面積。

2 異形度計算

2.1 規整異形纖維的計算

本研究選擇了4種實心結構的纖維以及相對規整的異形纖維（FDY）作為異形度分析對象，分別是75-36 F-FDY（圓形）、75-36 F-FDY（扁平）和75-36 F-FDY（三角）、40-24 F-FDY（五角），利用包埋技術和切片機法制作圖片（圖1），通過圖像明度抽取和去噪處理形成可以計算的色塊。

圖1 異形度測試樣品

2.2 截面面積異形度SS與其他異形度計算方法比較

為了綜合考察異形度計算指標間的差異，本研究分別通過數碼顯微鏡的計算系統，計算出相對異形度DR、平均截面異形度SM、理論截面異形度ST、圓度OM（%）和截面面積異形度SS進行相關性分析比較（表1）。

2.3 規整纖維異形度測試結果

為了便于數據統計，本研究將表1中的計算結果稍作調整，分別將所有數值的最終計算結果都在0~1的區間里改變，且趨勢統一為異形度越高數值越大，將測試數據換成DR、|SM|、ST和SS，并將其作為指標，比較結果如表2所示。

表1 4種異形斷面異形度測試計算值

從表2中的異形度計算結果來看，SS的結果與FZ/T 50002—1991中3個指標的一致性較高，與實際人眼判斷結果一致，所以截面面積異形度SS可作為規整纖維截面異形度的評價方法。

表2 異形度結果比較

2.4 非規整纖維截面異形度測試

本研究比較發現非規整截面的異形度SS與人眼評價結果具有一致性，選取了3組12個品種不同截面的DTY異形纖維進行測試。第一組如表3所示，1#~4#為梅花形截面纖維；第二組如表4所示，5#~8#為十字形纖維截面；第三組如表5所示，9#~12#為三葉形截面纖維。

表3 梅花形截面的纖維異形度測試結果

表4 十字形截面的纖維異形度測試結果

表5 三葉形截面的纖維異形度測試結果

表3、4、5分別分析了3種不同截面的纖維斷面，每一行從左往右按照測試的截面面積異形度SS由大到小進行排序。從圖形上看，所有排序與人眼的認知是相符的，特別是第二行“十”字斷面5#、6#、7#、8#，8#明顯比5#的腳細長，兩腳連接部分也凹陷許多。形狀的方向性越明顯，其截面面積異形度指標越大，這些數據證明截面面積異形度SS的指標有效。

本研究先對4種規整截面的纖維（FDY）進行異形度測試，截面面積異形度SS的結果與FZ/T 50002—1991中3個指標DR、|SM|、ST的一致性較高，且與實際目測判斷結果一致；再對3組12個品種的非規整截面纖維（DTY）進行異形度測試，截面面積異形度SS的測試結果與人眼的認知一致。因此，截面面積異形度SS作為異形度評價指標有效。

3 結語

通過對標準和業內通用的異形度指標進行分析探討發現，非規整截面的測試方法目前處于空白狀態，纖維截面面積異形度SS應運而生，這個指標既可以測試規整截面纖維的異形度，還可以測試非規整截面纖維的異形度，最終通過標準方法驗證和目光驗證證明該異形度評價指標有效。