CN101915709A - 一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法，该检测方法包括以下步骤：1.制备试样，依据国家标准制备金属镀膜织物磨损试样；并测定试样未镀膜之前其经纬纱交织点处的标准相对亮度；2.磨损试验，把试样放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩损实验，磨料采用毛织物，并记录摩擦次数；3.采集图像，将试样在背光源照射下，由显微镜将其图像放大，再由CCD采集试样图像，并送计算机存储；4.计算相对亮度，用图像处理软件处理采集的试样图像，计算试样图像的相对亮度大小，以试样的标准相对亮度为依据，判定出金属镀膜织物被磨损的程度。本发明同时设计了适用于本发明所述的检测方法的检测装置。

Description

一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及功能织物的检测方法，具体为一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法及装置。

背景技术

磁控溅射镀膜是一种在基材上高效沉积薄膜的技术，具有成膜均匀性好，镀膜与基材的结合力大，向基材入射的能量低，无污染，易于工业化生产等优点。采用织物作基材，在织物上镀制各种金属薄膜，可赋予织物各种新的性能，如抗菌、导电、拒水、抗紫外线等。

磁控溅射在织物上沉积的金属膜很薄，为纳米级，薄膜呈不连续状态，仅能覆盖在纤维表面，且一般不会完全覆盖织物的表面。图1是在涤纶长丝织物镀膜前、后的对比照片图。其中，图1(a)是原织物的外观照片图；图1(b)是镀制钛金属薄膜后的外观照片图。从图1中可清晰看出，金属薄膜仅覆盖在织物的表面纱线上，呈不连续分布状态，纱线与纱线之间的空隙得到保留，甚至纤维与纤维之间的沟痕也依然存在。

耐磨性是纺织品的一项重要性能指标，它反映了纺织品在使用过程中被磨损破坏的难易程度。对于磁控溅射镀膜织物的耐磨性，它衡量的是镀膜与织物的结合牢度，反映了织物在使用过程中镀膜的磨损或脱落情况。为了实验模拟纺织品的耐磨性，国内外已有多种纺织品耐磨性的测试标准，如中华人民共和国国家标准《GB/T 21196-2007纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定》、国际标准《ISO 12947-1998 Textiles-Determination of theabrasion resistance of fabrics by Martindale method》等，但这些耐磨性标准针对的是传统纺织品，如机织物、针织物和非织造布等，尽管也可用于涂层织物的测量，但要求涂层在纺织品表面能形成连续的膜，因此所述的标准不适合织物磁控溅射织物镀膜不连续的实际情况。纺织行业标准《FZ/T60012一93金属化纺织品镀层耐磨牢度的测定》(该标准已于2004年被废止)，采用马丁代尔法摩擦金属化纺织品的表面，待镀层被磨损到一定程度时，记录下摩擦的次数，摩擦次数多的耐磨性好。但这种方法对镀膜磨损程度的评判需要人工进行观察，在定性衡量镀膜的磨损程度时，不同观测人员之间必然会存在误差，使测得的摩擦次数存在较大的误差，因而影响测试结果的准确。总而言之，在申请人检索的范围内，尚未见到与金属镀膜织物耐磨性的检测(评价)方法及装置相关的文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法及装置，该检测方法以定量的方式反映织物镀膜的磨损破坏程度，方法简单，操作方便，结果准确，适于实际应用。该检测装置具有结构简单，制造成本低等特点。

本发明解决所述检测方法技术问题的技术方案是，设计一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

(1).制备试样，依据《GB/T 21196-2007纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定》国家标准制备金属镀膜织物磨损试样；并测定试样未镀膜之前其经纬纱交织点处的标准相对亮度；所述的相对亮度是指在背光照射下，织物经纬纱交织点处的亮度与经纬纱交织缝隙处的亮度的百分比；

(2).磨损试验，把试样放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩损实验，磨料采用毛织物，并由该实验机上的计数器记录摩擦次数；

(3).采集图像，将试样在背光源照射下，由显微镜将其图像放大，再由CCD采集图像，并送计算机存储；

(4).计算相对亮度，用图像处理软件处理采集的磨损试样图像，计算织物磨损试样图像的相对亮度大小，以织物试样的标准相对亮度为依据，判定出金属镀膜织物被磨损的程度。

本发明解决所述检测装置技术问题的技术方案是，设计一种金属镀膜织物耐磨性的检测装置，适用于本发明所述的金属镀膜织物耐磨性的检测方法，其特征在于该检测装置主要包括显微镜、密闭箱、光源、光源箱、CCD、计算机及软件；所述光源安装在光源箱的底部，光源箱的上表面镶嵌有放置试样的磨砂玻璃，光源箱安装在密闭箱的底部，显微镜安装在密闭箱的上部，CCD安装在显微镜上，并与计算机连接，构成电脑显微成像系统；所述的软件包括数据采集系统和图像处理系统。

与现有技术相比，本发明检测方法以亮度的变化反映织物镀膜的磨损破坏程度，设计巧妙，方法简单，操作方便，结果准确，适于实际检测使用。本发明检测装置结构简单，操作方便，制造成本低，便于应用。

附图说明

图1为本发明检测方法使用的磨损试样钛金属镀膜涤纶长丝织物前后的外观照片图；其中(a)为镀膜前外观照片图，(b)为镀膜后外观照片图。

图2为本发明检测方法使用的磨损试样钛金属镀膜涤纶长丝织物磨损前、磨损后的织物图像。

图3适用于本发明检测方法(采集织物图像)的检测装置整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明：实施例仅用于进一步描述本发明，并不限制本发明申请的权利要求保护范围。

本发明设计的金属镀膜织物耐磨性的检测方法(简称检测方法，参见图1-3)，该检测方法包括以下步骤：

1.制备试样，依据《GB/T 21196-2007纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定》国家标准制备金属镀膜织物磨损试样；并测定试样未镀膜之前其经纬纱交织点处的原始相对亮度；

2.磨损试验，把试样放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩损实验，磨料采用毛织物，并由该实验机上的计数器记录摩擦次数；

本发明检测方法使用的磨料不是常规磨损检测方法使用的No.600水砂纸，而是毛织物。这是因为磁控溅射的镀膜厚度只有纳米级，No.600的水砂纸极易造成织物镀膜的磨损。研究表明，即使采用No.1200的水砂纸，织物镀膜所经历的摩擦次数也仅有数十次，难以区分不同织物镀膜工艺质量对镀膜耐磨性的影响。所述的毛织物需符合《GB/T 21196-2007纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定》对羊毛磨料织物的性能要求，实施例采用的毛织物为平纹组织，经、纬纱的密度分别为166和128根/10cm，经、纬纱线密度分别为65和73tex。

3.采集图像，将试样在背光源照射下，由显微镜将其图像放大，再由CCD采集试样图像，并送计算机存储；

4.计算相对亮度，用图像处理软件处理采集的试样图像，计算织物磨损试样图像的相对亮度大小，以试样的标准相对亮度为依据，判定出金属镀膜织物被磨损的程度。

无论是磨前还是磨后的织物图像上，亮度并非均匀分布。织物在经纬纱交织点处的厚度大，透过的光少，亮度小；在经纬纱的缝隙处，透过的光最多，亮度值最大。

在磨损过程中，经纬纱交织点因处于织物的最高位置而首先受到摩擦，该处的镀膜率先变薄或脱落，透过的光会增大，因而亮度值会增加。而经纬纱缝隙处的亮度值，并不随织物磨损而变化。因此，通过测量经纬纱交织点处的亮度变化，就能够反映镀膜受磨损的程度。

为了避免光源老化或更换光源等造成的影响，本发明检测方法使用相对亮度概念。相对亮度是指在背光照射下，织物经纬纱交织点处的亮度与经纬纱交织缝隙处的亮度的百分比。相对亮度指标R记为：

$R=\frac{B}{B_{\max }}\×100\%---\left(1\right)$

(1)式中：B为经纬纱交织点处的亮度，B_max为经纬纱交织缝隙处的亮度。

在镀膜织物被磨损前(原始状态)，经纬纱交织点的亮度最小，记为B_min，则最小相对亮度R_min可表达为：

$R_{\min }=\frac{B_{\min }}{B_{\max }}\×100\%---\left(2\right)$

如果镀膜织物被磨损后，经纬纱交织点的亮度达到最大，记为B_max，则最大相对亮度R_max可表达为：

$R_{\max }=\frac{B_{\max }}{B_{\max }}\×100\%=100\%---\left(3\right)$

由(1)～(3)可知，镀膜织物的相对亮度值应介于R_min～100％之间。其中，R_min表示织物镀膜未受到磨损的相对亮度(原始相对亮度)；100％则表示不仅经纬纱交织点处的镀膜被磨损，而且经纬纱(包括经纬纱线本身及其镀膜)也被磨破，织物已被完全破坏时的相对亮度。

若把织物在镀膜之前其经纬纱交织点处图像的亮度记为B₀，其相对亮度定义为标准相对亮度，则标准相对亮度R₀可记为：

$R_0=\frac{B_0}{B_{\max }}\×100\%---\left(4\right)$

R₀反映的是背光光线透过未镀膜织物经纬纱交织点处的程度。对于镀膜织物，其磨损过程中，若仅仅是交织点的镀膜被磨破，则测试的亮度和计算的相对亮度，反映的也是光线透过经纬纱的情况，因此，当被测试的镀膜织物相对亮度增大到R₀时，可以认为镀膜已被磨透，而纱线还未受到磨损。

为了更好地实现本发明的检测方法，本发明同时设计了适用于本发明金属镀膜织物耐磨性的检测方法的检测装置(简称检测装置，参见图3)，其特征在于该检测装置主要包括显微镜1、密闭箱2、光源5、光源箱6、CCD8、计算机7及数据采集系统；光源5安装在光源箱6的底部，光源箱6的上表面镶嵌有放置试样3的磨砂玻璃4，光源箱6安装在密闭箱2的底部，显微镜1安装在密闭箱2的上部，CCD8安装在显微镜1上，并与计算机7及数据采集系统连接，构成电脑显微成像系统；所述的软件包括数据采集系统和图像处理系统。所述的数据采集系统和图像处理软件都是现有技术，可在市场上获得。

本发明检测方法和检测装置的工作原理和过程如下：在采集织物图像时，织物磨损试样3平放在磨砂玻璃4上，试样在光源5的照射下，其图像经显微镜1放大，被CCD 8采集，送与计算机7储存。光源5为一个8w日光灯，放置在光源箱6的底部，光线只能通过磨砂玻璃4自下向上投射。磨砂玻璃4的作用是使光线产生漫射，照射到织物试样3上的光线分布均匀。密闭箱2的作用是防止周围的环境光线照射到试样3上，避免环境光源的变化对织物图像亮度的影响。

将采集的织物图像用图像处理软件(如光影魔术手)打开(参见图2)，其中右上角的镀膜没被磨损，左下角的镀膜经过6000次磨损，图中的亮暗反映了光线透过织物的程度。在屏幕下方的显示窗(区域A)内可以看到：光标的位置坐标x、y和亮度值等信息，随着光标在图像上的移动，亮度值也会随着光标所在位置的明暗变化跟着变化。将光标移动到经纬纱的缝隙处(例如区域B，参见图2)，因透过的光线多，光强度大，测得的亮度值也大；而在经纬纱的交织点处(例如区域C，参见图2)，光线因受到经纱、纬纱和金属镀膜的阻挡，能够透过的光线少，测得的亮度值也小。根据图像处理软件使用的字节数，亮度值被限定在一定范围内，例如使用8字节，亮度值在0～255，0表示最暗，255表示最亮。

为减小测试误差，可测试多个经纬纱交织点和缝隙处的亮度，然后再计算其平均值。

镀膜织物受到摩擦时，经纬纱的交织点首先与磨料接触，镀膜的磨损也首先是从经纬纱的交织点开始的。因此，镀膜织物受到磨损后，在经纬纱交织点处的镀膜磨损最为显著，而其他位置的镀膜，所受磨损的程度较低或根本没有受到磨损，所以，测量镀膜的磨损情况，只需测量经纬纱交织点处亮度的变化即可。

分别测试织物镀膜前与镀膜后经纬纱交织点的亮度值B₀、B_min和织物缝隙处的最大亮度B_max，然后再测量镀膜织物被摩擦一定次数后，经纬纱交织点的亮度B。由公式(1)、(2)和(4)，分别计算出相对亮度R、R_min和R₀，当R增加到接近R₀时，可认为镀膜已经被磨透，此时的摩擦次数反映了镀膜织物的耐磨性。

下面给出本发明的具体实施例，

实施例1

采用本发明检测方法和装置检测钛金属镀膜的涤纶长丝织物，织物组织为平纹，经、纬纱特数分别为6.0×5.4tex，密度427×370根/10cm。将镀膜织物放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩擦实验，并分别采集镀膜前、镀膜后和摩擦一定次数时的织物图像，然后利用图象处理软件采集经纬纱交织点处的亮度，由公式(4)计算出标准相对亮度R₀＝40.62％；由公式(1)计算出的在经历不同摩擦次数后的相对亮度值(参见表1)：

表1涤纶镀膜织物摩擦次数与相对亮度的关系表

摩擦次数	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000
								相对亮度(％)	0.09	5.47	8.86	14.45	21.36	30.72	40.19

由表1可见，随着摩擦次数的增加，镀膜被磨损程度增加，相对亮度值也逐渐增加。当摩擦次数达到6000次时，在经纬纱交织点处的相对亮度值与原织物的标准相对亮度值接近，可认为织物的镀膜已经被磨透，而纱线还未受到磨损。再继续摩擦，将使纱线被磨损，相对亮度还会继续增加，直至100％，也即纱线也被磨透。

实施例2

采用本发明检测方法和装置检测钛金属镀膜的锦纶长丝织物，织物组织为平纹，经纬纱特数均为6.70tex，密度380×280根/10cm。将镀膜织物放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩擦实验，并分别采集镀膜前、镀膜后和摩擦一定次数时的织物图像，然后利用图象处理软件采集经纬纱交织点处的亮度，由公式(4)计算出标准相对亮度R₀＝65.05％；由公式(1)计算出在经历不同摩擦次数后的相对亮度值(参见表2)：

表2锦纶镀膜织物摩擦次数与相对亮度的关系表

摩擦次数	0	1000	2000	2500	3000	3500
							相对亮度(％)	38.64	41.60	50.72	53.13	61.58	65.73

由表2可见，同样，随着摩擦次数的增加，镀膜被磨损程度增加，相对亮度值也逐渐增加。当摩擦次数达到3500次时，在经纬纱交织点处的相对亮度值与原织物的标准相对亮度值接近，认为织物的镀膜已经被磨透，而纱线还未受到磨损。再继续摩擦，将使纱线被磨损，相对亮度还会继续增加，直至100％，也即纱线也被磨透。

Claims (2)

1.一种金属镀膜织物耐磨性的检测方法，该检测方法包括以下步骤：

(1).制备试样，依据《GB/T 21196-2007 纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定》国家标准制备金属镀膜织物磨损试样；并测定试样未镀膜之前其经纬纱交织点处的标准相对亮度；所述的相对亮度是指在背光照射下，织物经纬纱交织点处的亮度与经纬纱交织缝隙处的亮度的百分比；

(2).磨损试验，把试样放在马丁代尔摩擦实验机上进行摩损实验，磨料采用毛织物，并由该实验机上的计数器记录摩擦次数；

(3).采集图像，将试样在背光源照射下，由显微镜将其图像放大，再由CCD采集试样图像，并送计算机存储；

(4).计算相对亮度，用图像处理软件处理采集的试样图像，计算织物磨损试样图像的相对亮度大小，以试样的标准相对亮度为依据，判定出金属镀膜织物被磨损的程度。

2.一种金属镀膜织物耐磨性的检测装置，适用于权利要求1所述的金属镀膜织物耐磨性的检测方法，其特征在于该检测装置主要包括显微镜、密闭箱、光源、光源箱、CCD、计算机及软件；所述光源安装在光源箱的底部，光源箱的上表面镶嵌有放置试样的磨砂玻璃，光源箱安装在密闭箱的底部，显微镜安装在密闭箱的上部，CCD安装在显微镜上，并与计算机连接，构成电脑显微成像系统；所述的软件包括数据采集系统和图像处理系统。

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