采用薄膜圖像進行纖維定性鑒別技術(shù)探討

刁永輝+徐小方+陳春梅

摘要：

通過在玻璃上黏合一種熱溶膠材料制作纖維印痕圖的方法，可得到一個更清晰的纖維表面形態(tài)結(jié)構(gòu)的圖像，該方法一般不需要做其他的預(yù)處理，不受染料的影響，在顯微鏡下可放大至理想的倍數(shù)。

關(guān)鍵詞：纖維鑒別；熱塑薄膜；顯微鏡

1 引言

我國對纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的檢測主要是用哈氏切片器或雙刀片將纖維切成0.4mm左右的長度制成玻璃片，在顯微鏡下進行觀測。但在實際顯微鏡檢驗中，紡織纖維通常被浸在光學中性液體中（如甘油/水、石蠟油等），用透射光進行檢驗，由于紡織材料幾乎都具有透光性，從纖維下方透出的光線經(jīng)常使纖維表面的檢驗復雜化，尤其是對動物的毛發(fā)等有明顯的表面結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（毛髓結(jié)構(gòu)）的纖維而言，其影響更為嚴重。另外，由于染料、纖維細胞間和纖維細胞內(nèi)含有空氣，因此用透射光觀察纖維的表面是黑色的。而染成深色（或黑色）的纖維，在透射纖維鏡下觀察其表面是不清晰的[1]。

本文旨在建立一種薄膜印痕的圖像鑒別方法，將纖維、紗線、紡織品鋪在薄膜上，然后將其放在上下兩塊表面光滑的金屬塊中間，施加一定的溫度、壓力，快速冷卻后，用手或者鑷子把紡織材料取下，將得到的印痕圖放在顯微鏡下進行觀察，它一般不需要做其他的預(yù)處理，不受染料的影響，在顯微鏡下可放大至理想的倍數(shù)，可適用于各種纖維、紗線、紡織品成分的鑒別及微觀質(zhì)量因素分析。

2 儀器設(shè)備及試驗材料

2.1 薄膜材料

樹脂和蠟的混合物、明膠、聚苯乙烯或者聚丙烯等材料。

2.2 載樣玻璃片

尺寸：26 mm×76 mm×1.2mm。作為薄膜的載體使用，便于顯微鏡下觀察印痕效果。

2.3 紡織品熱塑薄膜法纖維鑒別分析儀參數(shù)

壓力，1N～500N；溫度：室溫～150℃；計時，帶提醒功能。

2.4 生物顯微鏡

放大倍數(shù)100～500倍，底部透射或45度角側(cè)射照明。

3 試驗參數(shù)研究和確定

3.1 薄膜材料選取

以聚苯乙烯和聚丙烯為材料制作的熱塑薄膜比其他的薄膜形成介質(zhì)更適合于各種耐高溫（105℃～120℃）的紡織品，因為這些薄膜本身就是厚薄均勻的，并且能用十分簡單和快捷的方法制作印痕圖，供在透光顯微鏡下進行檢驗。對于松散的纖維或者紗線，用薄的聚丙烯薄膜（30μm ～35μm）更合適，厚的聚苯乙烯薄膜（100μm～200μm）更適用于面料或織物。

3.2 壓力、溫度和時間

一般，壓力越大、溫度越高，獲得同等薄膜效果所需的時間越短，根據(jù)紡織用纖維的物理和化學性能，我們設(shè)計了兩種試驗參數(shù)方案，并選取4種不同機織面料進行了預(yù)試驗，具體見表1。

表1 預(yù)試驗方案

試驗結(jié)果顯示，對于含有亞麻的樣品，方法2與方法1相比，可能存在亞麻纖維制樣印痕淺（如3號樣品），亞麻纖維表面似乎被破壞（如4號樣品）的情況；對于再生纖維素纖維，基本無較大差異，形態(tài)明顯；對于含有羊毛的樣品，兩種方法都可以較為清楚地制取羊毛的纖維形態(tài)。因此，使用方法1和方法2對纖維的辨識度基本無太大差異，但方法2的制樣時間為25min，同時可能對纖維造成破壞，考慮到使用熱塑薄膜法進行檢測的適用性、快速性，因此，確定此次試驗方案選擇方法1：280N，120℃，600s的條件進行。

3.3 觀察倍數(shù)和鏡頭

根據(jù)FZ/T 01057.3—2007 《紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法》，使用生物顯微鏡在放大倍數(shù)100～500倍條件下觀察纖維形態(tài)；根據(jù)GB/T 16988—2013 《特種動物纖維與綿羊毛混合物含量的測定》、GB/T 10685—2007 《羊毛纖維直徑試驗方法 投影顯微鏡法》，使用投影顯微鏡在放大倍數(shù)500倍條件下觀察纖維形態(tài)。實驗室用于該項目試驗的生物顯微鏡物鏡和目鏡實際像素可調(diào)整至500倍，但在480倍條件下觀察纖維形態(tài)較清楚。另外，彩色鏡頭有利于區(qū)分樣片上的浮毛。對于部分深色面料，黑白鏡頭可能更為清楚，可根據(jù)實際的清晰度選擇黑白鏡頭或彩色鏡頭檢測。

4 試驗樣品采集

試驗共有60個樣品，纖維含量組分是較為常見的1組分、2組分、3組分、4組分和5組分，涉及纖維包括棉、亞麻、桑蠶絲、羊毛、羊絨、再生纖維素纖維、錦綸、聚酯纖維、腈綸、兔毛、特種動物毛等。考慮到不同面料的組織結(jié)構(gòu)，正反面浮出的纖維可能不同，因此，試驗中每個樣品均分為正面、反面進行制樣，以便全面觀察樣品纖維成分，同時分別按照纖維切片法、熱塑薄膜法分別制樣，在纖維鏡下觀察、比對纖維的形態(tài)和圖像效果。

5 結(jié)果分析評述

本試驗方法一般不需要做其他的預(yù)處理，沒有染料的影響，也不會損傷纖維材料，適用于紡織品的纖維成分定性初判。綜合試驗過程，我們發(fā)現(xiàn)對于天然纖維的觀察效果較為清晰（如圖1），尤其是動物纖維，可清楚地觀察纖維表面形態(tài)，鱗片立體感強，圖像清晰，且不受表面顏色干擾（如圖2）?；瘜W纖維仍需借助化學等試驗方法進行綜合評判（如圖3）。

織物的組織結(jié)構(gòu)、特殊表面特征會影響薄膜圖像的采集效果。像粗厚的毛呢織物，浮現(xiàn)在織物表面的毛絨纖維容易觀察，但是隱藏在織物內(nèi)部的化學纖維不易發(fā)現(xiàn)，如圖4的面料成分為43.3%兔毛、34.4%特種動物毛、22.3%錦綸，兔毛及特種動物毛清晰可辨，但化纖幾乎觀察不到。像繡花布之類的織物，因其為復合結(jié)構(gòu)，表面不平整，只能獲取凸出的繡花線纖維形態(tài)。如圖5面料的基布為桑蠶絲、繡花為聚酯纖維，但如果直接用薄膜壓覆取樣，則采集不到基布纖維的薄膜圖像，需要進行分離處理。

6 后期發(fā)展研究方向

6.1 紡織材料復合發(fā)展需要

近代紡織加工方式日益發(fā)展，原料不斷變化，新產(chǎn)品層出不窮。采用各種纖維復合體，混纖、混紡、混捻、混織以及不同類型織物的復合，還加入各種粘合物、化合物和涂料，使紡織品的結(jié)構(gòu)變化更趨復雜。因此，分析織物的組織結(jié)構(gòu)、表面特征對薄膜成像效果的影響，分類提出應(yīng)對和處理試驗方案是下一步亟待解決的課題。

6.2 紡織品快速、無痕檢測

目前，無論是委托檢驗，還是監(jiān)督抽查，對紡織服裝的纖維成分檢驗大多數(shù)是破壞性檢驗，這些損失都是無法挽回的。如果開發(fā)設(shè)計簡易、便攜的裝置，把取樣裝置和成像設(shè)備構(gòu)建在一起，可在面料不受損傷的溫度、壓力條件下對樣品實行快速無痕取樣和纖維鑒別，有利于紡織品監(jiān)督檢驗工作的開展。

6.3 紡織品質(zhì)量缺陷成因分析

在紡織品的生產(chǎn)和使用過程中，如果技術(shù)處理不適當，可能會對其產(chǎn)生化學、機械或者熱損傷，也可能產(chǎn)生由微生物引起的損傷。本試驗方法亦可發(fā)展用于紡織品在紡紗、織造、印染等過程中產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷成因分析，為改進生產(chǎn)工藝提供參考依據(jù)。

參考文獻：

[1]卡·馬哈爾.張嘉紅譯.紡織品質(zhì)量缺陷及成因分析——纖維技術(shù)法[M].北京：中國紡織出版社，2008.

（作者單位：湖北省纖維檢驗局）