Lyocell/棉纵向切段制样方法及最佳切段长度的确定

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摘 要:探索了两种lyocell/棉纵向切段制样方法:干燥条件和无水酒精条件制样,比较分析了这两种方法在纤维识别有效性、制样方法对纤维纵向形态的影响、纤维分散均匀程度的差异。研究表明,无水酒精制样较干燥条件有操作简单、易于解捻和分散纤维、基本保持纱线和织物中纤维纵向原始形态的优点,适宜于纱线和织物中纤维纵向切段制样。本研究还从纤维分散均匀程度和系统对纤维的识别准确性方面比较分析了不同切段长度对系统识别的影响,确定了系统最佳切段长度。

关键词:无水酒精;分散;切段长度;识别

Abstract: In this study, we searched and comparatively analyzed two sample-making methods in drying condition and ethanol condition, depending on the differences: the validity of Fiber identification, the impact of these two methods to fibers’ longitudinal morphology and uniformly dispersed degree to fibers. It is showed that the ethanol sample-making is more simple, more easily untwist and disperse fibers, and maximum retent original characteristics of the longitudinal fibers in yarns and fabric, which is suitable to make samples. There also is a comparative analysis of the impact of the yarn cut segments length to fiber identification and decide optimum segment length, which are based on the uniformity of fiber dispersion and fiber recognition accuracy.

Keywords: ethanol;disperse; segment-length; recognition.

1前言

“纤维图像自动采集和识别系统”(以下简称系统)实现了纤维细度测量、棉/苎麻、棉/Lyocell散纤维的自动识别。考虑到实际检测目标主要是纱线和织物,原散纤维制样方法[1] 不能满足制片需要。这是因为纱线和织物中纤维相互抱合且纤维状态复杂多样,无法通过简单的梳理解捻等分散纤维;此外原有纤维定长切断器的切段长度也不适合纱线和织物的切片制作。本研究旨在寻求一种快速、易切段、易分散、基本保持纤维纵向原始形态的制片技术,为识别纱线和织物中纤维提供良好的纵向切段试样片。

对系统来说,如果纤维切段长度长,系统自动识别时有效识别片段就长,有利于识别准确性的提高,但切段过长,纤维段分散就困难,会造成试样片中大量纤维交叉并列纠缠,导致系统纤维根数自动计数的错误,降低系统识别准确性;反之,纤维段过短,纤维解捻和分散容易,但会造成有效识别片段过短,降低系统识别准确性。切段长度不仅影响系统的识别准确率,同时与载玻片上单位面积内的有效纤维数量有关,从而影响系统对纤维进行采集识别的时间长短。因此,确定系统最佳切段长度也非常重要。

2制样方法

系统对棉和Lyocell纤维的识别依据是纤维纵向形态特征差异,棉纤维存在明显的天然转曲,Lyocell纤维表面光滑。Lyocell纤维的吸水膨润度(即吸湿后直径的变化)为65%,棉纤维为20%~30%,为了避免水对Lyocell和棉纤维纵向形态特征的影响,首先设定一种制样方法,即在恒温恒湿、无任何液体参与条件下完成切段解捻、分散;我们比较了四种制样方法:AATCC Test Method20A―2007[2]、FZ/T 30003―2000[3]、SN/T 0756―1999[4]、超声波高频振荡技术制样方法[5](见表1),因为无水甘油、液体石蜡不能挥发,造成纤维显微图像不清晰,不利于系统有效自动识别,所以初步选择无水酒精,其优点是既可以分散纤维又有良好的挥发性。

比较得出两种制样方法可行:干燥条件制样、无水酒精制样。

1)干燥条件制样:恒温恒湿条件下,切段两端受力而完成纱线(包括筒子纱和织物中纱线)解捻和初步分散,然后借助于镊子、纤维和载玻片间静电作用,完成布样,整个制样过程无液体参与。

2)无水酒精条件制样:恒温恒湿条件下,将2~3个切段直接放置在载玻片上,滴1~2滴无水酒精,然后用分析针轻轻搅拌,使其自然解捻和分散,完成布样。

3制样方法的确定

3.1纤维识别有效性比较

统计不同制样方法、相同样本来源、相同切段长度的各10个试样片上纤维识别准确率,得出不同试样片上纤维识别准确率误差线(见图1)。

从图1中可以看出:干燥条件下的纤维识别准确率误差线长度差别较大,而无水酒精条件下的相近,这说明无水酒精条件制样较干燥条件更有利于纤维有效识别。

3.2制样方法对纤维纵向形态的影响

制样方法对纤维纵向形态的影响主要发生在纤维表面及纤维间,制样过程中对纤维表面受到作用力大小及分散程度直接影响系统获取的纤维形态,如图2所示。

由图2看出,与(a)相比,(b)中纤维形态没有明显差异,(c)、(d)中纤维纵向形态发生明显变化。 有代表性选取三种织物样本,统计不同制样方法下各10个试样片上Lyocell纤维并列纠缠和表面损坏(即表面不再光滑)根数,见表2。

由表2看出,与干燥条件制样相比,无水酒精条件的试样片上纤维并列和损坏根数较小。

由表2、图2得出,干燥条件制样过程中纤维受到的物理机械作用力较大,所以纤维形态特征受到损坏严重,且并列、纠缠纤维多;无水酒精制样过程中纤维受到的物理机械作用力较干燥条件小,有效降低了制样对纱线和织物中纤维原始形态的破坏,并列、纠缠纤维相对较少,这都有利于提高系统的识别准确率。

3.3纤维分散均匀程度比较

纤维分散均匀程度可由相同面积内交叉、并列、纠缠的纤维根数和单位面积内纤维根数多少共同表征。由表2可以看出无水酒精制样较干燥条件纤维并列、纠缠、表面损坏根数少。有代表性选取不同制样方法、相同切段长度、相同制样区域各10个试样片,分析得到单位面积内纤维根数对比直方图(见图3)。

由图3看出,不同样本得到的单位面积内纤维根数存在差异,这可能是不同纱线和织物要求不同的纺织和染整工艺造成的;同一样本对比得出,无水酒精条件得到的试样片上的单位面积纤维根数较干燥条件多。

由表2、图3综合得出无水酒精条件制样得到的试样片上的纤维分散更均匀。

系统对制样方法的要求是满足系统识别准确率稳定的前提下,操作简单、易于解捻分散纤维,基本保持纱线和织物中纤维原始状态,故认为无水酒精条件制样基本符合要求。

4最佳切段长度的确定

4.1切段长度范围选择

考虑到实际生产中为了降低生产成本,厂家会混合不同级别棉纤维,而Lyocell纤维经过纺织和染整加工后纵向形态也会发生变化。棉纤维切段应该至少有两个天然转曲,根据常识得知,成熟的棉纤维天然转曲平均为6~10个/mm,Lyocell纤维纵向表面光滑,确定切段长度应该不小于0.5mm。

图4是系统一个视野内的最大长、宽和对角线长度。原制样方法中切段长度为1.5mm,切段图像超出一个视野,会造成同根纤维重复识别,导致系统识别结果可靠性下降,并且每个试样片上有效纤维根数少,所以试验次数多。切段长度应不大于一个视野内的最大值,即1.12mm。

综合确定切段长度L范围为:0.5mm≤L≤1.12mm。

4.2结果与分析

本研究对不同切段长度的Lyocell/棉混纺产品进行了自动采集和识别测试,统计分析了相同样本来源、相同布样区域、不同切段长度各10个试样片上表面损伤致系统误判和交叉并列纠缠纤维根数(见图5、图6),单位面积内纤维根数对比直方图(见图7),纤维识别准确率变化曲线(见图8),以研究切段长度对取制样、系统识别的影响。

由图5~图8看出,随着切段长度的减小,受损纤维、交叉并列纠缠纤维和单位面积内纤维的根数均呈现递减趋势,切段长度在0.6mm以上时不同种类根数变化不大,在0.5mm~0.6mm时减少量最大,即随着纤维切段长度的减少,取制样过程中对纤维损伤减小;随着切段长度的减小纤维识别准确率降低,开始时曲线斜率变化不大,在切段长度为0.5mm~0.6mm时曲线急剧下滑,这是因为切段包含的有效识别信息不同造成的。

4.3切段长度的确定

系统识别原理是模式识别,由数据获取、预处理、特征提取和选择、分类决策四部分构成,其中数据获取是系统识别准确的基础,只有在足够的数据信息前提下系统才会准确识别纤维。纤维切段长度越长,切段包含的数据信息就越多,越有利于系统识别准确率的提高。所以系统最佳纱线段切段长度必须能够保证纤维有效片段满足系统要求(即有足够的纵向形态识别信息),在此前提下:

1)切段要易于解捻、分散成散纤维;

2)纤维分散均匀程度好,即单位面积内纤维根数足够多且交叉、并列纠缠纤维根数少;

3)单位面积内纤维根数尽量多。

通过分析得出系统最佳切段长度范围为0.6 mm ~0.7mm。

5结论与展望

1)与干燥条件制样相比,无水酒精条件制样优点是操作简单,切段易于解捻、分散成散纤维且分散比较均匀,纤维并列、纠缠较少,基本保持纱线和织物中纤维的原始形态,系统识别准确性好,为系统识别纱线和织物中纤维提供了良好的试样片,有利于系统有效识别纤维;缺点是没有完全解决纤维的表面损坏、交叉并列纠缠问题。

2)无水酒精条件制样的系统最佳切段长度范围为0.6mm～0.7mm,既保证纤维有效识别,又有利于纱线段的解捻和分散。

无水酒精制样、最佳切段长度应用于系统,提高其自动识别准确性有待进一步研究。

参考文献:

[1] 严加亮,顾飞,王荣武,等.基于计算机图像处理技术棉与Lyocell的鉴别[J].中国纤检,2008(4):44-46.

[2] AATCC Test Method 20A-2007,FiberAnalysis:Quantitative[S].

[3] FZ/T 30003―2000,麻棉混纺产品定量分析方法显微投影法[S].

[4] SN/T 0756―1999,进出口麻/棉混纺产品定量分析方法显微镜投影法[S].

[5] 褚乃清,李丽霞.提高棉麻混纺比测定准确度的方法[J].印染,2000(9):31-32.

(作者单位:王君,王荣武:东华大学;吴雄英:东华大学,上海出入境检验检疫局; 潘伟:国家纺织品服装产品质量检验中心, 广州)