专利名称：基于质量分级对纱线毛细孔径分布的测定装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种纱线毛细孔径分布的测定方法。
背景技术：
织物的润湿性对于其湿加工和热湿舒适性都是至关重要的。作为两端开口、部分有序的毛细孔集合体，织物的润湿性通常与其毛细孔分布密切相关，因为无论是湿加工或者服用过程中，水分、有机溶剂及汗液的输运都主要是在毛细孔中进行，其中涉及的吸附、 扩散、渗透、蒸发等过程都依赖于毛细孔的构造(形状、粗糙度、大小、分布等)。鉴于织物结构的复杂性，长期以来测量织物润湿性的方法都是在较毛细孔更大尺度上的度量，主要包括毛细芯吸法、液滴法、沉降法等，由于没能与织物的毛细孔结构直接关联，制约了深入研究织物润湿行为的本质和进一步定量化测定。国内外都是根据织物几何结构参数由公式计算织物毛细孔半径，或简化为平均孔径及最大、最小孔径的处理，难以满足定量表征种类纷繁的织物结构导致的润湿行为的差异，制约了对染色、后整理加工工艺甚至织物的热湿舒适性等性能的控制。齐宏进等已经申报了基于质量分级法的沿织物平面的孔径分布测试方法的发明专利(申请号200910194353.9)但迄今还没见有关测定沿纱线轴线毛细孔经分布的报道。众所周知，纱线与织物的构型极大地不同，纱线是织物的主要组成部分，纱线的孔结构很大程度上决定了织物的孔结构。但是我们的研究发现，织物的孔径分布并不等于纱线孔径分布的简单加和。因此测定纱微米级线孔结构对深入了解织物孔结构进一步精确控制湿加工和织物热湿性能很有必要。尽管本发明提出的质量分级法测定沿纱线轴线毛细孔经分布的原理与前期提出的申请号为200910194353. 9的织物孔径分布测定基本相同，但由于纱线的特殊线状构型和更小的尺寸，基于这种原理对纱线的测定方法和装置明显不同。而且，对差减计算公式进行改进，提出了新的含液量百分数计算公式
r —爪 - m
C" - mi-mn+1提高了计算和测试精度。本发明叙述了质量分级原理并着重提出了一
种新的测定方法和设计了相应的新装置，可以采用不同级分数测定的棉纱线毛细孔径分布的直方图、微分曲线图。这并非是根据几何结构计算得到的，而是通过毛细升高测量得到的直接与纱线甚至织物润湿行为关联的孔径分布。依据这两类图，可以定量地分析对比纱线孔径分布及数据的精度和重现性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用质量分级法对柔性的纱线毛细孔径分布的电测方法，快速、简便和准确测定沿织物平面毛细孔径的分布。为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于质量分级法测量纱线毛细孔径分布的装置和方法。其装置包括纱线悬挂矩形框架装置，液体槽和纱线切割板，其中矩形框架装置用于悬挂纱线进行芯吸，该装置由上下两个矩形刚性板和四个支撑立柱组成，两个板上有多条平行通透沟槽，槽宽度大于纱线直径，槽之间距离尽量紧密但不能发生毛细作用，槽的长度和数目依据测定需要决定，槽越多、越长，悬挂的纱线数目越多， 求平均值得到的含液量数据测量精度越高；液体槽置于矩形纱线框架悬挂装置正下方，用于承接悬垂的纱线，使之浸入液体中；纱线切割板用于对作为统计级分的各段含液纱线的切割，切割板由衬板和模板组成，衬板为矩形刚性板，其长度大于纱线内液体的极限上升高度，其宽度等于或大于模板的长度；模板为矩形刚性板，并列固定在衬板上面，其长度方向与衬板的长度方向垂直，模板宽度即需要切割的各段纱线的长度，模板宽度d乘以模板数η就等于纱线内液体的极限上升高度h，宽度d越大，一次黏附的纱线数目越多。模板数就是质量分级的级分数，模板间缝隙宽度为0. 01-0. 5毫米，仅能容下切割刀或波束伸进去切割，切割板的长度大于纱线内液体的极限上升高度，宽度根据要切割的纱线根数确定，一次切割的纱线越多，切割板宽度越大；采用质量分级法对纱线毛细孔径分布的测定方法包括a.准备用于测定的纱线，该纱线可由天然和/或化学纤维构成，将纱线由织物中拆出，根据材质不同进行前处理，用洗涤剂和/或有机溶剂将纱线上污物去除，冲洗、干燥b.准备用于测定的液体，包括所有对纱线润湿的液体，即液体对纱线的接触角小于90度；c.观测极限毛细上升高度和静置时间，用以确定切割的级分数。将液体加入不与纤维产生吸附和反应的甲基橙等惰性染料，纱线挂装在悬挂装置上，样片保持伸直和垂直， 其下端正好埋入液面，将其置于10-60°C、相对湿度为5-100%和0. 7-1. 2大气压的恒温恒湿和气压环境中，静置直至纱线内液面不再上升；d.用矩形框架装置悬挂纱线，将10-300根纱线固定在上板沟槽中，然后穿过底板的沟槽，每根下端系上一小重物浸入液体中，保持垂直悬吊并不与沟槽接触，底板和液面之间保留一段l_2cm间隔，这是纱线浮水区；e.将装置放入10_60°C、相对湿度为5-100%和0. 7_1. 2大气压的恒温恒湿和气压环境中，静置达到c所述时间，可确定纱线中液面不再上升，可以进行切割；f.在步骤f的恒温恒湿和气压条件下，将切割板靠近所要切割的悬垂着的一组纱线，每个模板上贴有双面胶，将宽度与切割板匹配的一组纱线粘贴在个个模板上，用小刀将纱线黏住的下端和上端割断，先割上端再割下端，再移动切割板靠近另一组纱线，进行粘贴和切割，逐次进行同样操作，直至将所有悬挂纱线切割完毕；g.沿切割板各模板间缝隙将纱线割成η个小段，将各含液段纱线连同模板和双面胶分别称重得到湿重，干燥除去液体后在步骤f的恒温恒湿条件下放置至达到平衡，再称重得到干重；h.所得的纱线级分，从下往上测试小条序号递增，共n+1个测试小条，通过将各测试小条的湿重减去干重，得到测试小条所含液体重量分别为Hi1, m2. . . mn, mn+1，通过本发明提
出的新公式
权利要求
1.根据权利要求1所述的基于质量分级法测量纱线毛孔经分布的装置，其特征是，所述的液体槽置于矩形纱线框架悬挂装置正下方，用于承接悬垂的纱线，使之浸入液体中；
2.根据权利要求1所述的基于质量分级法测量纱线毛细孔经分布的装置，其特征是 所述的纱线切割板用于对作为统计级分的各段含液纱线的切割。切割板由衬板和模板组成，衬板为矩形刚性板，其长度大于纱线内液体的极限上升高度，其宽度等于或大于模板的长度；
3.根据权利要求1所述的基于质量分级法测量纱线毛细孔经分布的装置，其特征是 所述的切割板为矩形刚性板，并列固定在衬板上面，其长度方向与衬板的长度方向垂直，模板宽度即需要切割的各段纱线的长度，模板宽度d乘以模板数η就等于纱线内液体的极限上升高度h，宽度d越大，一次黏附的纱线数目越多。模板数就是质量分级的级分数，模板间缝隙宽度为0. 01-0. 5毫米，仅能容下切割刀或波束伸进去切割，切割板的长度大于纱线内液体的极限上升高度，宽度根据要切割的纱线根数确定，一次切割的纱线越多，切割板宽度越大；
4.一种与上述装置匹配的基于质量分级法测量纱线毛细孔经分布的方法其特征是a.准备用于测定的纱线，该纱线可由天然和/或化学纤维构成，将纱线由织物中拆出， 根据材质不同进行前处理，用洗涤剂和/或有机溶剂将纱线上污物去除，冲洗、干燥备用；b.准备用于测定的液体，包括所有对纱线润湿的液体，即液体对纱线的接触角小于90度；c.观测极限毛细上升高度和静置时间，用以确定切割的级分数。将液体加入不与纤维产生吸附和反应的甲基橙等惰性染料，纱线挂装在悬挂装置上，样片保持伸直和垂直，其下端正好埋入液面，将其置于10-60°C、相对湿度为5-100%和0. 7-1. 2大气压的恒温恒湿和气压环境中，静置直至纱线内液面不再上升；d.用矩形框架装置悬挂纱线，将10-300根纱线固定在上板沟槽中，然后穿过底板的沟槽，每根下端系上一小重物浸入液体中，保持垂直悬吊并不与沟槽接触，底板和液面之间保留一段l-2cm间隔，这是纱线浮水区，不称重和计入纱线孔尺寸；e.将装置放入10-60°C、相对湿度为5-100%和0.7-1. 2大气压的恒温恒湿和气压环境中，静置达到c所述时间，可确定纱线中液面不再上升，可以进行切割；f.在步骤f的恒温恒湿和气压条件下，将切割板靠近所要切割的悬垂着的一组纱线， 每个模板上贴有双面胶，将宽度与切割板匹配的一组纱线粘贴在个个模板上，用小刀将纱线黏住g.的下端和上端割断，先割下端再割上端，再移动切割板靠近另一组纱线，进行粘贴和切割，逐次进行同样操作，直至将所有悬挂纱线切割完毕；h.沿切割板各模板间缝隙将纱线割成η个小段，将各含液段纱线连同模板和双面胶分别称重得到湿重，干燥除去液体后在步骤f的恒温恒湿条件下放置至达到平衡，再称重得到干重；i.所得的纱线级分，从下往上测试小条序号递增，共n+1个测试小条，通过将各测试小条的湿重减去干重，得到测试小条所含液体重量分别为m” nv"mn，mn+1，通过本发明申请人jfl — ffi提出的新公式= “ m"+1进行数据处理，得到各段纱线级分内孔中液体量占整个样片总含液量的百分比Cn，式中mn、mn+1分别为相邻两段测试小条中下方和上方测试小条的含液量；j.建立孔径和测试小条对应高度间的关系式& =求出对应高度测试小条内含Pgh液体的孔的半径R，式中Y、θ、Ρ、h和g分别为液体表面张力、接触角、密度、各个测试小条在悬挂样片中的高度和重力加速度。k.根据步骤f的数据处理结果得出的布样不同高度测i.试小条含液量百分比Cn，再结合步骤i中公式求得测试相应高度小条内含液体孔的对应孔径，二者对画作图，得到样片按体积计算的毛细孔径分布直方图，并进一步得到孔径连续分布的曲线图和累积图。Π1.根据上述各组权重数据Cn和对应的孔半径数据，通过加权平均公式〃 =Σ RnCnn-\计算得到样片的平均孔径。
5.根据权利要求5所述的采用质量分级法对纱线毛细孔径分布的测定方法，其特征在于步骤f，g中切割方法为机械、化学、电热、光化学、电化学、激光、电磁波和等离子束方法。
全文摘要
一种采用质量分级法对纱线毛细孔径分布的测定方法和装置。避免了常规测孔方法加压或抽真空对柔性纱线孔尺寸测定的失真。针对纱线的柔软性和结构纤细复杂的特点，设计了框架悬挂装置和多模板组合切割板进行各段含液纱线的粘合、切割和测试，一次可测量多达数百根纱线，减少了误差。本发明根据毛细压力和重力平衡原理建立高度与孔径关系方程，在平衡芯吸时从低到高依次对相邻高度纱线级分进行含液量差减，得到较低高度纱线级分内对应尺寸孔的含液量。依据发明人提出的纱线级分含液量百分数公式计算得到数据，画出孔径分布直方图、曲线图和累计图。该方法和装置和操作简单、精度高、数据重复性好，解决了纱线孔径分布定量测定的问题。
文档编号G01N15/08GK102162783SQ201010513290
公开日2011年8月24日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者杜文琴, 狄剑锋, 齐宏进 申请人:五邑大学