CN109341762B - 纤维储水芯性能检测及快速判断方法、通水量检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纤维储水芯通水量检测仪和纤维储水芯性能检测方法，并提供了一种纤维储水芯性能的快速判断方法，该纤维储水芯通水量检测仪，包括标准测试液储存装置、固定装置、压力泵、流量计及控制系统；该纤维储水芯性能检测方法包括空隙率检测、引水速度检测及采用上述通水量检测仪检测纤维储水芯的通水量。本发明的纤维储水芯检测方法具有快速、全面、科学、易操作等优势，此外通过建立纤维储水芯性能检测数据库，可快速检索样品属性与目标产品关联度较高的纤维储水芯及其相关信息，从而快速判断样品纤维储水芯的性能，对于产品研发、设计、质量控制与评价等方面均具有较大的帮助作用。

Description

纤维储水芯性能检测及快速判断方法、通水量检测仪

技术领域

本发明涉及书写笔性能的检测领域，具体涉及一种纤维储水芯通水量检测仪、纤维储水芯性能检测方法及纤维储水芯性能的快速判断方法。

背景技术

纤维储水芯是由纤维丝束组成圆柱状物体，依靠纤维丝之间形成的毛细管的毛细作用，纤维储水芯可以将液体吸入储存，并根据需要予以释放。由于纤维种类繁多，有天然纤维和化学纤维；纤维丝有粗细及不同截面形状，还有长丝与短丝之分；纤维丝组合可以采用胶粘剂粘合、加热融合以及不加任何其他东西的自然组合等不同方式。因此，纤维储水芯广泛应用于书写工具、化妆品、家居用品和医疗器材等各方面。

书写工具的纤维储水芯最早采用天然纤维粘合的毛毡，或者类似多股棉条缠绕外面用线捆绑后形成圆柱状物体(例如US 2640216A)，吸入墨水后放入笔杆内，通过毛毡笔头或纤维笔头将纤维储水芯中的墨水引出用以书写或标记。由于均为短纤维，纤维储水芯中的毛细管的走向是杂乱无序或者断断续续的，使得纤维储水芯中吸入的墨水最终被释放的比例偏低，墨水残留量比较大。

化学纤维被普遍使用后，纤维储水芯亦开始采用化学纤维，例如醋酸纤维素纤维等。随着书写工具功能与用途的扩展，墨水的种类越来越多，不仅有染料型，还有颜料型，以及金属粉末颜色；不仅有水性的，还有油性的，包括醇基和溶剂型等等，不得不使用各种热塑性纤维，特别是聚酯纤维代替醋酸纤维素纤维(例如US 3400998A)。聚酯纤维的综合性能在化学纤维中较为优异，其强度、弹性模量、弹性及弹性恢复、耐光性、耐溶剂性都较好，应用广泛，产量已在所有化学纤维总量中占据绝对比例。

目前，书写工具的纤维储水芯主要采用聚酯纤维，通常是常规纤度的低弹长丝，外部包覆一层聚丙烯薄膜(例如US 3767520A)。书写工具的纤维储水芯的主要功能是储存墨水，希望在相同体积的情况下尽可能多储存，通常是通过减少纤维量来增加纤维丝束内毛细管直径，从而增加墨水的储存量，但是，由于纤维丝束内毛细管直径增大而使得毛细力有所减弱，在耐冲击性试验时有可能会产生漏墨现象；同时，各种笔头从纤维储水芯中吸取墨水时要容易并且能持续，纤维储水芯中墨水残留量越少越好。此外，书写工具的笔头向上垂直长时间存放，纤维储水芯中墨水可能因重力作用而下沉，严重的甚至会使得笔头附近的纤维中没有墨水而无法书写。如果希望纤维储水芯中的墨水尽可能保持稳定，需要减小纤维丝束内毛细管直径，增强毛细力，或者通过改变纤维丝表面性能，使其与墨水的吸附力增强，而这一切正好与前述要求背道而驰。

现有的QB/T 4165-2011《纤维储水芯》标准仅有一项性能指标，即吸水率75±5％，以表征储水能力。各相关企业内控检测还会增加一些检测项目，诸如引水时间、纤维丝重量等，以表征该纤维储水芯的毛细引力大小。成品制造企业则会用实际使用的墨水来组装产品，进行成品笔的性能检测，以确定该纤维储水芯是否适用。这样的检测方法与流程不仅时间周期长，而且会受到蒸馏水与实际使用墨水的差异，以及笔头、墨水、其他零部件与组装等诸多因素的影响，很难判断究竟是纤维储水芯的问题，还是其他方面的影响，即使认为是纤维储水芯的问题，也难以找出原因及解决方案。

因此，本领域需要一种能克服上述技术问题的快速、全面、科学的书写工具纤维储水芯性能的检测方法。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维储水芯通水量检测仪及利用该纤维储水芯通水量检测仪进行纤维储水芯性能检测的方法，同时还提供了一种快速判断纤维储水芯性能的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种纤维储水芯通水量检测仪，包括：

标准测试液储存装置，用于存放标准测试液；

固定装置，用于固定储水芯样品，所述固定装置包括多组双侧固定接头，每组所述双侧固定接头设有进液接头及相应的进液开关、出液接头及相应的出液开关，所述进液接头和出液接头位于同一水平线且相隔距离小于所述储水芯样品的长度；所述多组双侧固定接头沿竖直方向平行排列，并在所述进液接头一侧设有进液汇总管路，在所述出液接头一侧设有出液汇总管路，所述标准测试液储存装置的一端通过所述进液汇总管路与所述固定装置连接，另一端通过所述出液汇总管路与所述固定装置连接，形成循环通路；

压力泵，位于所述进液汇总管路上；

流量计，位于所述出液汇总管路上；

控制系统，通过控制线路与所述压力泵相连，用于控制压力泵的开闭及调节压力大小。

根据本发明的一个实施方式，所述压力泵上设有压力计。

根据本发明的一个实施方式，所述流量计与所述控制系统相连。

本发明还提供一种纤维储水芯性能检测方法，包括：

空隙率检测：使待测纤维储水芯样品吸入饱和量的标准测试液，分别记录所述样品吸入所述标准测试液前后的质量，以体积法计算所述空隙率；

引水速度检测：将待测纤维储水芯样品垂直置于标准测试液中，记录所述标准测试液从所述样品的一端吸引到达另一端的时间，以所述样品的长度除以所述时间即得所述引水速度；

通水量检测：采用上述纤维储水芯通水量检测仪检测所述通水量，包括：

将待测纤维储水芯样品的两端分别固定于所述双侧固定接头的进液接头及出液接头，在所述标准测试液储存装置中放入标准测试液，开启所述进液开关、出液开关及压力泵，所述标准测试液在预设压力作用下经进液汇总管路流入所述样品中，并经出液汇总管路流出循环至所述标准测试液储存装置中，保持所述预设压力不变，当所述流量计显示稳定的流量值时，所述稳定的流量值即为所述通水量。

根据本发明的一个实施方式，所述纤维储水芯由纤维丝和包覆于所述纤维丝外围的包膜组成，所述以体积法计算空隙率包括：

记录所述纤维储水芯的质量为m₁，所述纤维丝的质量为m₃，所述包膜的质量为m₄；

使待测纤维储水芯样品吸入饱和量的标准测试液，记录所述样品吸入所述标准测试液后的质量为m₂；

以下式计算所述空隙率S：

其中，ρ_y为所述标准测试液的密度，ρ_s为所述纤维丝的密度，ρ_b为所述包膜的密度。

根据本发明的一个实施方式，所述通水量检测时，所述预设压力为0.05～0.2MPa，优选为0.1MPa。

根据本发明的一个实施方式，所述标准测试液选自水性标准测试液、油性标准测试液和醇类标准测试液中的一种。

根据本发明的一个实施方式，所述水性标准测试液包括：1～5份的染料、1～5份的表面活性剂、80～90份的去离子水、1～3份的pH调节剂。

根据本发明的一个实施方式，所述染料包括但不限于酸性红1、酸性红8(上海乙基化工有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于吐温系统T-20、T-40、T-60、T-80(江苏省海安石油化工厂)，FS0437(上海复申生物科技有限公司)等；所述pH调节剂包括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。

根据本发明的一个实施方式，所述水性标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为43～47mN/m，密度为0.95～1.05g/cm³，pH值为3～9。

根据本发明的一个实施方式，所述油性标准测试液包括：3～10份的颜料、3～7份的表面活性剂、70～90份的有机溶剂、1～5份的树脂、2～5份的pH调节剂。

根据本发明的一个实施方式，所述染料包括但不限于碳黑(科莱恩)、铝粉(上海颜钛电子商务有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于PEG-2000(上海倍科化工有限公司)，BKY系列(东莞市溢彩化工有限公司)等；所述有机溶剂包括但不限于DEB(上海漫彩实业有限公司)等；所述树脂包括但不限于酮类树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂等(烟台飞腾化工有限公司)等；所述pH调节剂包括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。

根据本发明的一个实施方式，所述油性标准测试液的粘度为23～27mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为1.05～1.15g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为2～4μm。

根据本发明的一个实施方式，所述醇类标准测试液包括：1～5份的颜料料、1～5份的表面活性剂、1～5份树脂、80～90份的乙醇、1～3份的pH调节剂。

根据本发明的一个实施方式，所述颜料料包括但不限于酞青蓝、钴蓝、普鲁士蓝(上海贝青利实业发展有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于FS0437(上海复申生物科技有限公司)等；所述树脂包括但不限于纤维素类、缩醛类、醇酸树脂(上海北陆化工科技有限公司)等；所述pH调节剂包括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。

根据本发明的一个实施方式，所述醇类标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为0.85～0.95g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为0.1～0.3μm。

本发明又提供一种纤维储水芯性能的快速判断方法，包括：

收集一系列标准纤维储水芯性能数据，所述系列标准纤维储水芯性能采用上述方法进行检测；

将所述系列标准纤维储水芯匹配相应的笔头与墨水，组装成相应的一系列标准成品笔，对所述系列标准成品笔性能进行检测；

将所述系列标准纤维储水芯性能、系列标准成品笔性能及相应的笔头与墨水的信息资料进行统计，形成纤维储水芯性能检测数据库；

测试待测纤维储水芯所组装成的样品成品笔性能，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述数据库的信息进行比对，得到与所述样品成品笔关联度最大的标准纤维储水芯性能；

根据所述标准纤维储水芯性能判断所述待测纤维储水芯性能。

根据本发明的一个实施方式，所述系列标准成品笔性能包括划线长度、平均出墨量、墨水残留率、存放稳定性和耐冲击性。

根据本发明的一个实施方式，还包括对所述数据库的信息进行相关性分

析，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述相关性分析结果关联，合成待测纤维储水芯性能数据报告，以判断所述待测纤维储水芯性能。

根据上述技术方案的描述可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种系统的用于检测书写笔的纤维储水芯性能的方法，该方法改进了现有空隙率和引水速度的检测方法，并提供了一种新的纤维储水芯通水量检测仪用于检测纤维储水芯的通水量。本发明的纤维储水芯检测方法具有快速、全面、科学、易操作等优势，解决了业内对于纤维储水芯性能检测难、变量多、可靠性低等问题。

此外，本发明还提供了一种纤维储水芯性能的快速判断方法，该方法通过建立纤维储水芯性能检测数据库，以容纳纤维储水芯性能检测数据及其相应的笔头、墨水、成品笔的性能检测数据，通过将上述数据相互匹配关联，可通过样品属性快速检索与目标产品关联度较高的纤维储水芯及其相关信息；此外，该数据库还可记录存储样品检测项目及检测数据并不断更新扩充数据库内容、合成数据报告，对于产品研发、设计、质量控制与评价等方面均具有较大的帮助作用。

附图说明

为了让本发明实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，且仅用于图示说明的目的。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。

图1为本发明一个实施方式的纤维储水芯通水量检测仪的结构示意图；

图2为本发明一个实施方式的纤维储水芯性能检测数据库架构示意图；

图3为实施例1的纤维储水芯的纤维丝显微照片；

图4为实施例2的纤维储水芯的纤维丝显微照片；

图5为实施例3的纤维储水芯的纤维丝显微照片。

其中，附图标记说明如下：

1：标准测试液储存装置

2：固定装置

3：进液汇总管路

4：出液汇总管路

5：压力泵

5’：压力计

6：流量计

7：控制系统

8：控制线路

I、II、III、IV：双侧固定接头

2A：进液接头

2A’：进液开关

2B：出液接头

2B’：出液开关

具体实施方式

以下内容提供了许多不同实施例或范例，以实现本发明实施例的不同部件。以下描述组件和配置方式的具体范例，以简化本发明实施例。当然，这些仅仅是范例，而非意图限制本发明实施例。本发明实施例可在各个范例中重复参考标号和/或字母。此重复是为了简化和清楚的目的，其本身并非用于指定所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

现有的QB/T 4165-2011《纤维储水芯》标准仅有一项性能指标，即吸水率75±5％，以表征储水能力。各相关企业内控检测还会增加一些检测项目，诸如引水时间、纤维丝重量等，以表征该纤维储水芯的毛细引力大小。成品制造企业则会用实际使用的墨水来组装产品，进行成品笔的性能检测，以确定该纤维储水芯是否适用。此外，书写工具的纤维储水芯的功能不仅是储存墨水，还要能够平稳的、持续的释放墨水，并且能够释放得越多越好，即墨水残留量越低越好。目前的方法是通过组装成品，在书写划线仪上划线检测出墨量以及墨水残留量，且由于受到墨水、笔头以及组装等多种因素影响，如果有问题也无法准确判断究竟是纤维储水芯的问题，还是其他方面的影响，即使认为是纤维储水芯的问题，也只是通过增减纤维丝含量来作一些调节。

为此，本发明设计了纤维储水芯通水量检测项目，所述“通水量”是指在规定的压力和时间下，墨水通过待测纤维储水芯的流量。不同直径与长度的纤维储水芯会有不同的流量，反映了该纤维储水芯内部阻力的大小，通过与标杆样品的对比，以及与成品性能的关联，可以找到该流量的一定范围，流量大了说明阻力小了，在受到冲击时可能会产生泄漏，划线出墨量会偏大；流量小了说明阻力大了，划线出墨量会偏小，墨水残留量会偏大。

为了检测上述通水量，本发明的第一个方面是提供一种纤维储水芯通水量检测仪，图1为本发明一个实施方式的纤维储水芯通水量检测仪的结构示意图，该纤维储水芯通水量检测仪包括：

标准测试液储存装置1，用于存放标准测试液；

固定装置2，用于固定储水芯样品，所述固定装置2包括多组双侧固定接头I、II、III、IV，每组所述双侧固定接头设有进液接头2A及相应的进液开关2B、出液接头2A’及相应的出液开关2B’，所述进液接头2A和出液接头2A’位于同一水平线且相隔距离小于所述储水芯样品的长度；所述多组双侧固定接头I、II、III、IV沿竖直方向平行排列，并在所述进液接头一侧设有进液汇总管路3，在所述出液接头一侧设有出液汇总管路4，所述标准测试液储存装置1的一端通过所述进液汇总管路3与所述固定装置2连接，另一端通过所述出液汇总管路3与所述固定装置2连接，形成循环通路；

压力泵5，位于所述进液汇总管路3上；其中该压力泵5优选为小型压力泵。

流量计6，位于所述出液汇总管路4上；其中该流量计6优选为精密流量计，检测时以流量计达到的稳定值为通水量结果，同批次样品可以抽样5～10个，检测结果取平均值，或者以最大值和最小值作为上下偏差。

控制系统7，通过控制线路8与所述压力泵5相连，用于控制压力泵5的开闭及调节压力大小。具体地，该控制系统可采用现有计算机数据模拟分析系统，通过感知压力泵传送的压力值大小，调节管路压力以维持其稳定值。

在一些实施例中，所述压力泵上设有压力计5’。通过该压力计5’可直接观测实时压力大小。

在一些实施例中，所述流量计6与所述控制系统7相连。

本发明的第二个方面是提供一种纤维储水芯性能检测方法。该纤维储水芯性能检测方法包括：空隙率检测、引水速度检测及通水量检测，其中该通水量检测采用上述通水量检测仪进行检测。下面具体说明：

1)空隙率检测：

纤维储水芯由纤维丝和包覆于所述纤维丝外围的包膜组成。理论上可以通过计算纤维储水芯的体积，减去纤维丝和包膜的体积，从而得到纤维储水芯空隙率。然而，考虑到纤维储水芯并非是完全刚性的固体，直接计算体积会有一定的误差，尤其是考虑到纤维丝表面性能与不同液体的粘度、表面张力、密度等的关系，无法保证墨水会100％充满纤维储水芯的所有空隙。因此，通过纤维储水芯吸入墨水的质量来推算出纤维储水芯空隙率是一种合理的方法。现有的QB/T 4165-2011《纤维储水芯》标准中吸水率的检测方法通过公式(1)计算：

式中：

A——吸水率，用百分比表示(％)；

m₂——吸水后的纤维储水芯质量，单位为克(g)；

m₁——未吸水的纤维储水芯质量，单位为克(g)。

以聚酯纤维丝和聚丙烯作为包膜为例，由于聚酯纤维丝的密度为1.2～1.37g/cm³，聚丙烯薄膜的密度约为0.9g/cm³，液体(蒸馏水)的密度约为1.0g/cm³，墨水的密度在0.85～1.25g/cm³，简单的质量法计算与考虑密度的体积法计算相差是比较大的。

因此，本发明采用体积法计算所述空隙率，具体的纤维储水芯空隙率检测方法为，使待测纤维储水芯样品吸入饱和量的标准测试液，分别记录所述样品吸入所述标准测试液前后的质量，然后以公式(2)计算所述空隙率：

式中：

S——空隙率，用百分比表示(％)；

m₂——吸入标准测试液后的纤维储水芯质量，单位为克(g)；

m₁——未吸入标准测试液的纤维储水芯质量，单位为克(g)；

ρ_y——标准测试液密度，单位为克/立方厘米(g/cm³)；

m₃——纤维丝质量，单位为克(g)；

ρ_s——纤维丝密度，单位为克/立方厘米(g/cm³)；

m₄——包膜质量，单位为克(g)；

ρ_b——包膜密度，单位为克/立方厘米(g/cm³)。

显然，采用本发明的上述方法计算纤维储水芯的孔隙率，较现有标准计算方式结果更准确可靠。

2)引水速度检测

纤维储水芯引水速度由毛细引力大小决定，毛细引力则由纤维储水芯中纤维丝束所形成的毛细管当量半径大小决定。由于纤维储水芯中纤维丝束所形成的毛细管当量半径大小并不一致，分布亦不均匀，而且毛细管的走向也不会是完全直的，有相对直的，也有弯曲的，更有分叉的等等。因此，本发明采用的引水速度检测的方法是将待测纤维储水芯样品垂直置于标准测试液中，记录所述标准测试液从所述样品的一端吸引到达另一端的时间，以所述样品的长度除以所述时间即得所述引水速度，从而体现纤维储水芯的最大毛细引力。

3)通水量检测

上述计算纤维储水芯空隙率时储水芯吸入液体均达到饱和状态，同样体积的储水芯饱和吸入量越大越好，但是，在实际使用中则只能是安全吸入量，即在保证不会产生泄漏前提下的最大吸入量。此外，纤维储水芯的功能也不仅是储存墨水，还需要能够平稳持续的释放墨水，并且能够释放得越多越好，即墨水残留量越低越好。通水量的检测即是衡量规定的压力和时间的条件下，墨水通过该纤维储水芯的流量。以此来反映纤维储水芯内部阻力的大小。

本发明的通水量检测采用上述纤维储水芯通水量检测仪检测所述通水量，包括：

将待测纤维储水芯样品的两端分别固定于如图1所示的双侧固定接头的进液接头2A及出液接头2A’，在标准测试液储存装置1中放入标准测试液，开启所述进液开关2B、出液开关2B’及压力泵5，标准测试液在预设压力作用下经进液汇总管路3流入所述样品中，并经出液汇总管路4流出循环至所述标准测试液储存装置1中，保持所述预设压力不变，当所述流量计显示稳定的流量值时，所述稳定的流量值即为所述通水量。

检测时以流量计达到稳定值为结果，同批次样品可以抽样5～10个，检测结果取平均值，或者以最大值和最小值作为上下偏差。

在一些实施例中，所述通水量检测时，所述预设压力为0.05～0.2MPa，优选为0.1MPa。

进一步地，在上述检测过程中，所述的“标准测试液”是指用于检测本发明纤维储水芯性能的所配置的标准墨水溶液。针对目前采用纤维储水芯的书写工具所使用的三种基本类型墨水，该标准测试液的类型包括油性标准测试液、水性标准测试液和醇类标准测试液。其中，水性标准测试液主要以水为溶剂，此类墨水粘度低，表面张力较高，密度接近水，采用染料为着色剂；醇类标准测试液是以乙醇等醇类为主要溶剂的醇基墨水，该墨水采用染料或颜料为着色剂，粘度低，表面张力较低，密度比水低；油性标准测试液是以油性溶剂为主要溶剂，其采用颜料或金属粉末为着色剂，墨水粘度稍高，表面张力较低，密度比水高。

具体地，在一些实施例中，水性标准测试液包括：1～5份的染料、1～5份的表面活性剂、80～90份的去离子水、1～3份的pH调节剂。所述染料包括但不限于酸性红1、酸性红8(上海乙基化工有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于吐温系统T-20、T-40、T-60、T-80(江苏省海安石油化工厂)，FS0437(上海复申生物科技有限公司)等；所述pH调节剂包括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。所述水性标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为43～47mN/m，密度为0.95～1.05g/cm³，pH值为3～9。该水性标准测试液主要用于检测彩色水笔、荧光笔等水性记号笔及其纤维储水芯。

在一些实施例中，所述油性标准测试液包括：3～10份的颜料、3～7份的表面活性剂、70～90份的有机溶剂、1～5份的树脂、2～5份的pH调节剂。所述染料包括但不限于碳黑(科莱恩)、铝粉(上海颜钛电子商务有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于PEG-2000(上海倍科化工有限公司)，BKY系列(东莞市溢彩化工有限公司)等；所述有机溶剂包括但不限于DEB(上海漫彩实业有限公司)等；所述树脂包括但不限于酮类树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂(烟台飞腾化工有限公司)等；所述pH调节剂包括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。所述油性标准测试液的粘度为23～27mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为1.05～1.15g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为2～4μm。该油性标准测试液主要用于检测永久性记号笔、油漆笔等及其纤维储水芯。

在一些实施例中，所述醇类标准测试液包括：1～5份的颜料、1～5份的表面活性剂、1～5份的树脂、70～90份的乙醇、1～3份的pH调节剂。所述颜料括但不限于酞青蓝、钴蓝、普鲁士蓝(上海贝青利实业发展有限公司)等；所述表面活性剂包括但不限于FS0437(上海复申生物科技有限公司)等；所述树脂括但不限于纤维素类、缩醛类、醇酸树脂(上海北陆化工科技有限公司)等；所述pH调节剂括但不限于AMP95(广州恒宇化工有限公司)等。所述醇类标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为0.85～0.95g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为0.1～0.3μm。该醇类标准测试液主要用于检测白板笔等醇类记号笔及其纤维储水芯。

本发明的第三个方面，是提供一种纤维储水芯性能的快速判断方法。

由于在实际生产检测过程中，纤维储水芯的性能检测较书写笔的性能检测来说相对较困难，尤其是在该具有纤维储水芯的书写笔灌注墨水或已经书写一段时间后，更难以还原并检测原始纤维储水芯的性能，故本发明又提供一种纤维储水芯性能的快速判断方法，包括：

收集一系列标准纤维储水芯性能数据，所述系列标准纤维储水芯性能采用上述方法进行检测；

将所述系列标准纤维储水芯匹配相应的笔头与墨水，组装成相应的一系列标准成品笔，对所述系列标准成品笔性能进行检测；其中，所述系列标准成品笔性能包括但不限于划线长度、平均出墨量、墨水残留率、存放稳定性和耐冲击性等。

将所述系列标准纤维储水芯性能、系列标准成品笔性能及相应的笔头与墨水的信息资料进行统计，形成纤维储水芯性能检测数据库；

测试待测纤维储水芯所组装成的样品成品笔性能，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述数据库的信息进行比对，得到与所述样品成品笔关联度最大的标准纤维储水芯性能；

根据所述标准纤维储水芯性能判断所述待测纤维储水芯性能。

在一些实施例中，还包括对所述数据库的信息进行相关性分析，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述相关性分析结果关联，合成待测纤维储水芯性能数据报告，以判断所述待测纤维储水芯性能。

具体地，图2为本发明一个实施方式的纤维储水芯性能检测数据库架构示意图。如图2所示，该纤维储水芯性能检测数据库基于现有的BEX5架构平台，通过myeclipse开发工具，采用oracle数据关联技术，实现样品从基础信息编辑、测试数据录入，到数据结果存储、检索、合成及导出功能。主要由3大模块构成：包括样品管理模块、检测管理模块、数据合成模块。

样品管理模块主要功能是样品类别、检测项目、样品类别对应检测项目基础资料维护；样品的所有属性信息记录存储，并可通过样品属性快速检索样品。检测管理模块主要功能是记录存储样品检测项目及检测数据，同样可以通过样品属性快速检索样品所有测试数据，并可直接合成数据报告。数据合成模块主要功能是检测报告合成及可根据样品属性对检测结果进行检索并导出EXCEL数据列表。

本发明的所有实施方案及其结果均输入上述纤维储水芯性能检测数据库，包括样品类别、检测项目、样品类别对应检测项目基础资料及相关的笔头、墨水、成品等信息资料，由于数据库内存储了所有样品属性信息记录，因此，可通过样品属性快速检索样品及其相关信息资料。

数据库记录存储样品检测项目及检测数据，同样可以通过样品属性快速检索样品所有测试数据，并可直接合成数据报告。由于采用oracle数据关联技术，因此，根据样品属性还可以对检测结果进行检索并导出EXCEL数据列表。

通过数据库可以快速找到与目标产品关联度较高的纤维储水芯及其相关信息，对于产品研发、设计、质量控制与评价等方面均具有较大的帮助作用。

下面通过具体实施例说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

提供一组纤维储水芯样品，记为Y₁、Y₂、Y₃、Y₄，该组纤维储水芯样品选自同一厂家制造，其外形尺寸规格相同，纤维丝材料相同均为聚酯圆形长丝，纤度约为3.9～4.3dtex(见图3)，外部包覆的薄膜材料为聚丙烯，但纤维丝含量不同。

该纤维储水芯主要用于水性记号笔，故采用上述水性标准测试液进行检测，以前述的纤维储水芯性能检测方法，分别测量外形尺寸、未吸入水性标准测试液的纤维储水芯质量、吸入水性标准测试液后的纤维储水芯质量、纤维丝质量、包膜质量，经过计算可以得到纤维储水芯的空隙率。同时，采用前述方法检测纤维储水芯引水速度及纤维储水芯通水量，并且选择与之匹配的纤维笔头，组装为成品笔，进行成品性能检测，主要包括划线长度、出墨量、墨水残留率、墨水存放稳定性、耐冲击性等。具体过程如下：

1.空隙率检测

1)检测样品的外径与长度，采用10倍投影仪和游标卡尺；

2)检测纤维储水芯质量及其纤维丝质量和包膜质量，采用天平先检测未吸入液体的储水芯质量，然后取部分样品切开外面包覆的薄膜，将纤维丝与薄膜分开，分别用天平检测纤维丝质量和包覆薄膜质量；

3)检测吸入液体后的储水芯质量，在器皿中放入水性标准测试液，将样品放入其中直至样品达到饱和吸入量为止，将样品取出用吸水纸擦去样品外面包覆薄膜上的液体，在天平上检测吸入液体后的储水芯质量；

4)通过公式(2)计算上述样品的空隙率S，其中样品Y₁的空隙率为69.85％，样品Y₂的空隙率为72.66％，样品Y₃的空隙率为73.98％，样品Y₄的空隙率为75.35％。

2.引水速度检测

在直径为100mm的培养皿中放入水性标准测试液，液面高度为5mm，将样品垂直放入其中的同时按秒表计算水性标准测试液到达样品顶部的时间，以样品的长度除以时间即得到引水速度。

3.通水量检测

在纤维储水芯通水量检测仪的标准测试液储存装置内放入适量的水性标准测试液，选择与样品直径匹配的进液接头和出液接头，将样品的两头分别与其连接，同时打开相应的进液开关和出液开关，开启压力泵，调整压力计的表观显示值为0.1MPa，直至精密流量计显示值稳定后，即为该样品的通水量值。

4.组装成品检测成品性能

1)选择与样品匹配的纤维笔头组装为成品笔(样品内吸入水性标准测试液的量为饱和吸入量的80％)，在划线仪上检测，直至划线达不到标准时结束，可以得到该样品的划线长度；通过称重该样品划线后储水芯的质量，可以计算出该样品的平均出墨量以及墨水残留率；

2)检测墨水存放稳定性，将样品组装成的成品笔笔头向上垂直放置24小时后，在划线仪上检测前50m的出墨量，与之前正常检测的出墨量(前50m)比较，变化率越小说明越稳定；

3)检测耐冲击性，在地面上放置30mm厚的木板，将成品笔在1m高度上以水平、笔头向上、笔头向下三种姿态自由落体在木板上，检测是否有墨水泄漏。

上述检测完成后，得到具体结果见下表1。

表1

实施例2

提供一组纤维储水芯样品，记为Y₅、Y₆、Y₇，该组纤维储水芯样品选自不同厂家制造，其外形尺寸规格相同，纤度约为3.9～4.3dtex，纤维丝材料相同均为聚酯圆形长丝，外部包覆的薄膜材料为聚丙烯，但储水芯纤维丝加弹工艺不同(见图4)。

该纤维储水芯主要用于白板记号笔，故采用醇类标准测试液，以前述的纤维储水芯性能检测方法，分别测量外形尺寸、未吸入标准测试液的纤维储水芯质量、吸入标准测试液后的纤维储水芯质量、纤维丝质量、包膜质量，经过计算可以得到纤维储水芯的空隙率。同时，采用前述方法检测纤维储水芯引水速度及纤维储水芯通水量，并且选择与之匹配的纤维笔头，组装为成品笔，进行成品性能检测，主要包括划线长度、出墨量、墨水残留率、墨水存放稳定性、耐冲击性等。

具体过程如下：

1.空隙率检测

1)检测样品的外径与长度，采用10倍投影仪和游标卡尺；

2)检测纤维储水芯质量及其纤维丝质量和包膜质量，采用天平先检测未吸入液体的储水芯质量，然后取部分样品切开包膜，将纤维丝与薄膜分开，分别用天平检测纤维丝质量和包覆薄膜质量；

3)检测吸入液体后的储水芯质量，在器皿中放入醇类标准测试液，将样品放入其中直至样品达到饱和吸入量为止，将样品取出用吸水纸擦去样品外面包覆薄膜上的液体，在天平上检测吸入液体后的储水芯质量；

4)通过公式(2)计算上述样品的空隙率S，其中样品Y₅的空隙率为81.73％，样品Y₆的空隙率为81.21％，样品Y₇的空隙率为83.54％；

2.引水速度检测

在直径为100mm的培养皿中放入醇类标准测试液，液面高度为5mm，将样品垂直放入其中的同时按秒表计算醇类标准测试液到达样品顶部的时间，以样品的长度除以时间即得到引水速度。

3.通水量检测

在纤维储水芯通水量检测仪的标准测试液储存装置内放入适量的水性标准测试液，选择与样品直径匹配的进液接头和出液接头，将样品的两头分别与其连接，同时打开相应的进液开关和出液开关，开启压力泵，调整压力计的表观显示值为0.1MPa，直至精密流量计显示值稳定后，即为该样品的通水量值。

4.组装成品检测成品性能

1)选择与样品匹配的纤维笔头组装为成品笔(样品内吸入醇类标准测试液的量为饱和吸入量的80％)，在划线仪上检测，直至划线达不到标准时结束，可以得到该样品的划线长度；通过称重该样品划线后储水芯的质量，可以计算出该样品的平均出墨量以及墨水残留率；

2)检测墨水存放稳定性，将样品组装成的成品笔笔头向上垂直放置24小时后，在划线仪上检测前50m的出墨量，与之前正常检测的出墨量(前50m)比较，变化率越小说明越稳定；

3)检测耐冲击性，在地面上放置30mm厚的木板，将成品笔在1m高度上以水平、笔头向上、笔头向下三种姿态自由落体在木板上，检测是否有墨水泄漏。

上述检测完成后，得到具体结果见表2。

表2

实施例3

提供一组纤维储水芯样品，记为Y₈、Y₉、Y₁₀，该组纤维储水芯样品选自不同厂家制造，其外形尺寸规格相同，纤度约为3.9～4.3dtex，纤维丝材料相同均为聚酯圆形长丝，外部包覆的薄膜材料为聚丙烯，但储水芯纤维丝表面性能不同(见图5)，所谓纤维丝表面性能不同主要以该纤维丝与所用标准测试液之间的接触角大小不同来区分。

该纤维储水芯永久记号笔，故采用油性标准测试液，以前述的纤维储水芯性能检测方法，分别测量外形尺寸、未吸入标准测试液的纤维储水芯质量、吸入标准测试液后的纤维储水芯质量、纤维丝质量、包膜质量，经过计算可以得到纤维储水芯的空隙率。同时，采用前述方法检测纤维储水芯引水速度及纤维储水芯通水量，并且选择与之匹配的纤维笔头，组装为成品笔，进行成品性能检测，主要包括划线长度、出墨量、墨水残留率、墨水存放稳定性、耐冲击性等。

1.空隙率检测

1)检测样品的外径与长度，采用10倍投影仪和游标卡尺；

2)检测纤维储水芯质量及其纤维丝质量和包覆薄膜质量，采用天平先检测未吸入液体的储水芯质量，然后取部分样品切开外面包覆的薄膜，将纤维丝与薄膜分开，分别用天平检测纤维丝质量和包覆薄膜质量；

3)检测吸入液体后的储水芯质量，在器皿中放入油性标准测试液，将样品放入其中直至样品达到饱和吸入量为止，将样品取出用吸水纸擦去样品外面包覆薄膜上的液体，在天平上检测吸入液体后的储水芯质量；

4)通过公式(2)计算上述样品的空隙率S，其中样品Y₈的空隙率为85.61％，样品Y₉的空隙率为83.07％，样品Y₁₀的空隙率为83.43％；

2.检测纤维储水芯引水速度

在直径为100mm的培养皿中放入油性标准测试液，液面高度为5mm，将样品垂直放入其中的同时按秒表计算油性标准测试液到达样品顶部的时间，以样品的长度除以时间即得到引水速度；

3.检测纤维储水芯通水量

在纤维储水芯通水量检测仪的标准测试液储存装置内放入适量的水性标准测试液，选择与样品直径匹配的进液接头和出液接头，将样品的两头分别与其连接，同时打开相应的进液开关和出液开关，开启压力泵，调整压力计的表观显示值为0.1MPa，直至精密流量计显示值稳定后，即为该样品的通水量值。

4.组装成品检测成品性能

1)选择与样品匹配的纤维笔头组装为成品笔(样品内吸入油性标准测试液的量为饱和吸入量的80％)，在划线仪上检测，直至划线达不到标准时结束，可以得到该样品的划线长度；通过称重该样品划线后储水芯的质量，可以计算出该样品的平均出墨量以及墨水残留率；

2)检测墨水存放稳定性，将样品组装成的成品笔笔头向上垂直放置24小时后，在划线仪上检测前50m的出墨量，与之前正常检测的出墨量(前50m)比较，变化率越小说明越稳定；为了检测油性标准测试液中颜料颗粒的稳定性，还需要对比前后划线线迹浓度的变化，变化率越小说明越稳定；

3)检测耐冲击性，在地面上放置30mm厚的木板，将成品笔在1m高度上以水平、笔头向上、笔头向下三种姿态自由落体在木板上，检测是否有墨水泄漏。

上述检测完成后，得到具体结果见表3。

表3

将上述实施方案及结果均收集记录，形成纤维储水芯性能检测数据库，即可通过样品属性快速检索样品及其相关信息资料，判断样品纤维储水芯的性能，以进一步进行产品研发、设计、质量控制与评价等。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求书限定。

Claims (11)

1.一种纤维储水芯通水量检测仪，包括：

标准测试液储存装置，用于存放标准测试液；

固定装置，用于固定储水芯样品，所述固定装置包括多组双侧固定接头，每组所述双侧固定接头设有进液接头及相应的进液开关、出液接头及相应的出液开关，所述进液接头和出液接头位于同一水平线且相隔距离小于所述储水芯样品的长度；所述多组双侧固定接头沿竖直方向平行排列，并在所述进液接头一侧设有进液汇总管路，在所述出液接头一侧设有出液汇总管路，所述标准测试液储存装置的一端通过所述进液汇总管路与所述固定装置连接，另一端通过所述出液汇总管路与所述固定装置连接，形成循环通路；

压力泵，位于所述进液汇总管路上；

流量计，位于所述出液汇总管路上；

控制系统，通过控制线路与所述压力泵相连，用于控制压力泵的开闭及调节压力大小。

2.根据权利要求1所述的纤维储水芯通水量检测仪，其特征在于，所述压力泵上设有压力计，所述流量计与所述控制系统相连。

3.一种纤维储水芯性能检测方法，包括：

空隙率检测：使待测纤维储水芯样品吸入饱和量的标准测试液，分别记录所述样品吸入所述标准测试液前后的质量，以体积法计算所述空隙率；

引水速度检测：将待测纤维储水芯样品垂直置于标准测试液中，记录所述标准测试液从所述样品的一端吸引到达另一端的时间，以所述样品的长度除以所述时间即得所述引水速度；

通水量检测：采用权利要求1或2所述的纤维储水芯通水量检测仪检测所述通水量，包括：

将待测纤维储水芯样品的两端分别固定于所述双侧固定接头的进液接头及出液接头，在所述标准测试液储存装置中放入标准测试液，开启所述进液开关、出液开关及压力泵，所述标准测试液在预设压力作用下经进液汇总管路流入所述样品中，并经出液汇总管路流出循环至所述标准测试液储存装置中，保持所述预设压力不变，当所述流量计显示稳定的流量值时，所述稳定的流量值即为所述通水量。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述纤维储水芯由纤维丝和包覆于所述纤维丝外围的包膜组成，所述以体积法计算空隙率包括：

记录所述纤维储水芯的质量为m₁，所述纤维丝的质量为m₃，所述包膜的质量为m₄；

使待测纤维储水芯样品吸入饱和量的标准测试液，记录所述样品吸入所述标准测试液后的质量为m₂；

以下式计算所述空隙率S：

其中，ρ_y为所述标准测试液的密度，ρ_s为所述纤维丝的密度，ρ_b为所述包膜的密度。

5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述通水量检测时，所述预设压力为0.05～0.2MPa。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述预设压力为0.1MPa。

7.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述标准测试液选自油性标准测试液、水性标准测试液和醇类标准测试液中的一种。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述水性标准测试液包括：1～5份的染料、1～5份的表面活性剂、80～90份的去离子水、1～3份的pH调节剂；所述油性标准测试液包括：3～10份的颜料、3～7份的表面活性剂、70～90份的有机溶剂、1～5份的树脂、2～5份的pH调节剂；所述醇类标准测试液包括：1～5份的颜料、1～5份的表面活性剂、80～90份的乙醇、1～3份的pH调节剂。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述水性标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为43～47mN/m，密度为0.05～1.05g/cm³，pH值为3～9；所述油性标准测试液的粘度为23～27mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为1.05～1.15g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为2～4μm；所述醇类标准测试液的粘度为3～7mPa·s，表面张力为23～27mN/m，密度为0.04～0.14g/cm³，pH值为3～9，粒径D90为0.1～0.3μm。

10.一种纤维储水芯性能的快速判断方法，包括：

收集一系列标准纤维储水芯性能数据，所述系列标准纤维储水芯性能采用权利要求3～9中任一项所述的方法进行检测；

将所述系列标准纤维储水芯匹配相应的笔头与墨水，组装成相应的一系列标准成品笔，对所述系列标准成品笔性能进行检测；

将所述系列标准纤维储水芯性能、系列标准成品笔性能及相应的笔头与墨水的信息资料进行统计，形成纤维储水芯性能检测数据库；

测试待测纤维储水芯所组装成的样品成品笔性能，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述数据库的信息进行比对，得到与所述样品成品笔关联度最大的标准纤维储水芯性能；

根据所述标准纤维储水芯性能判断所述待测纤维储水芯性能。

11.根据权利要求10所述的快速判断方法，其特征在于，还包括对所述数据库的信息进行相关性分析，将所述样品成品笔性能、相应的笔头与墨水的信息资料与所述相关性分析结果关联，合成待测纤维储水芯性能数据报告，以判断所述待测纤维储水芯性能。

Images