CN109751963A - 一种电子纱单纤维直径及其均匀性的测定方法 - Google Patents

Abstract

一种电子级玻璃纤维纱线中单根纤维直径及其均匀性的高效测定方法，该方法无须制作切片，只须取纱样或布样，经过简单的制备，直接用激光显微镜扫描纱线横截面获取激光影像，通过图像分析一次性自动测定一根电子纱上绝大多数纤维的直径，有效分析纤维直径的差异及其均匀性的分布规律，解决了传统玻璃纤维直径测定中加工切片操作复杂，效率低、成本高，且只能得到少量纤维直径数据和平均值的问题，帮助企业及时监控纤维直径差异，提高电子纱及后道产品质量和稳定性。

Description

一种电子纱单纤维直径及其均匀性的测定方法

技术领域

本发明涉及一种纤维直径的测定方法，特别是一种电子级玻璃纤维纱线中单根纤维直径的测定方法。

背景技术

电子纱通常指电子级玻璃纤维纱，一般由数十或数百根玻璃纤维组成，这些纤维的直径是否均匀对电子纱的性能影响很大，而纤维直径的测定和及时反馈对电子纱及后道产品的质量非常重要。在纺织领域中，测量纤维直径的方法有多种，包括显微投影仪法、扫描电镜测量法等，这些方法一般都需要制作纤维横截面切片，通常使用哈氏切片器或超薄切片机，切片操作需要熟练的技巧，制作过程时间较长，且成功率不高，有时需反复加工多个试样。此外还有一些不基于纤维横截面切片的方法，包括气流仪法、声学测量法、激光干涉纤维细度测量法等，同样操作繁琐、费时费力，而且均无法得到纱线中每根纤维直径的完整数据。

在玻璃纤维行业中，对纤维直径的测量一般按照GB/T 7690.5-2013/ISO 1888：2006《增强材料 纱线试验方法 第5部分：玻璃纤维纤维直径的测定》标准中的方法进行。该标准规定了两种玻璃纤维直径的测定方法，纵向法和横截面法。纵向法是将一束纤维浸渍在苄醇、或水杨酸甲酯、或1：2的甘油和水的混合物等液体中，使用400-1000倍的显微镜，随机测量25个位置的纤维纵向直径，然后取算术平均值作为测量结果。如果纤维束在液体中不能分散，还需要使用625℃的马弗炉烧掉纤维表面的浸润剂后才能测量。横截面法是使用环氧树脂或快速固化的聚酯，注入模具中对纤维束进行固化，并用抛光装置将模塑体的表面抛光，再截取一个厚度约为4mm的薄盘状试样，同样是在400-1000倍的显微镜下，选取25个位置，测量纤维横截面的直径，取其算术平均值作为测量结果。这两种方法仅是对纤维直径平均值的估算，得到的25个数据也是纱线局部的纤维束在显微镜下随机测得的，部分数据则可能是对同一根纤维的反复测量。即使按此方法继续测量出更多的数据，也并非一根纱线中所有纤维直径的数据，作为纤维直径差异的对比不具有代表性，更不能表征纤维直径均匀性的分布规律。

发明内容

本发明的目的是要提供一种快速、便捷测定一根电子纱中绝大多数单纤维直径的有效方法，同时实现纤维直径差异的对比、并得到纤维直径均匀性的分布规律，解决传统玻璃纤维直径测定中切片加工等准备工作复杂、操作难度大，效率低、成本高，且只能得到少量纤维直径数据和平均值的问题。

本发明的目的是这样实现的，该方法包括纱样制备方法、布样制备方法、图像获取方法、直径测定方法。

所述的纱样制备方法包括，从原丝丝饼或管纱上取下一段尚未织造的单纱样品，将纱线平直地贴到双面胶上，然后用陶瓷剪刀将双面胶沿垂直纱线方向整齐地剪下一小块，如图2所示，再用两块载玻片将双面胶竖直夹住，使双面胶被剪处的电子纱横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下。

所述的布样制备方法包括，使用陶瓷剪刀剪取一小块已完成织造的电子布样品，根据测试经纱还是纬纱的需求，拆掉1-2根经纱或纬纱，与上述纱样制备方法中对双面胶的操作类似，用两块载玻片将布样未拆纱的一头竖直夹住，将拆纱一头的纱线横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下，如图3所示。由于布样中的纱线，尤其是经纱，经过了上浆等织前准备工序，同时在织物中受到了张力约束，因此使用布样制备方法、即把织物中的纱线样品作为测试对象时，可以获得更好的测定结果。如不具备测试布样中纱线的条件，仍可采用管纱或原丝丝饼上的纱样进行测试。

所述的图像获取方法包括，首先使用激光显微镜的低倍率镜头对样品进行定位，通过调节激光显微镜的X-Y载物台，将视野对准纱线中心，同时调节焦距，使大多数纤维的截面图像尽量清晰可见，然后依次切换更高倍率的镜头直至1000倍。此时光学图像上已经无法保证纤维截面的清晰程度，只能勉强使部分纤维截面的局部清晰，但这并不影响激光扫描的效果，只要确保纱线中每一根纤维都在视野范围内即可。然后需要确定激光扫描的上下位范围，自动对焦功能此时已失效，需要手动进行焦距微调，找到使每一根纤维截面都可见的景深范围的最高和最低位置，同时设置好扫描节距、图像分辨率、精度和亮度等参数，再进行激光扫描，扫描完成后即可得到清晰的纱线横截面图片，如图4所示。

所述的直径测定方法包括，用图像分析软件将上述激光扫描的图片打开，使用测量功能，将测量对象设定为Diameter(max)即最大直径选项，以测定单个轮廓范围内的最大直径。可进行必要的设置，如轮廓线样式、对象编号、标记颜色等。由于激光扫描的图像是黑色背景，而纤维截面是白色，因此选择自动测量明亮的对象，即可得到软件识别之后的图像。然后还需进行必要的修正工作，包括使用去除孔洞功能去除大轮廓中的小轮廓，以及图像的自动分割。当两根或多根纤维相邻时，这些纤维的横截面图像会被识别成一个大的轮廓区域，因此需要使用自动分割功能将其分开成各自独立的轮廓区域，以确保最大直径测量的准确性。然后可打开测量数据的结果页面，如图1所示，将数据由大到小排序，在此可对数据进行检查和最大值最小值范围的锁定。如果有明显过大的直径数据，说明仍存在相邻的轮廓区域，可以手动将其分割，当最大的一个直径数据已是单根纤维独立的轮廓区域时，说明已不存在相邻的轮廓，由此向下的直径数据真实可靠。需要注意的是，某根纤维的横截面图像并不一定要是完整的圆形，因为使用最大直径作为测量对象时，只要横截面图像超过半个圆时，所得的直径数据都是有效的。同样，小于一定数值的最大直径数据，也是无效的测量数据，是图像识别中产生的冗余数据。当某个最大直径数据已经小于纤维横截面最大直径的一半时，则可将此后更小的数据全部删去，剩余的数据即为有效的单根纤维直径数据。将这些数据导入数据分析软件后，可方便地得到纤维直径的差异及其均匀性的分布规律，如图5所示。

有益效果：由于采用了上述方案，不仅高效地实现了对纤维直径平均值的测定，更实现了对一根电子纱上绝大多数纤维直径一次性快速测定，从而可以得到电子纱纤维直径均匀性的分布规律，因此可以帮助企业在生产中及时监控和反馈，通过工艺调整有效地控制单纤维直径的均匀性，以改善电子纱及后道产品的质量和稳定性。通过上述方案，解决了传统玻璃纤维直径测定中切片加工等准备工作复杂、操作难度大，效率低、成本高，且只能得到少量纤维直径数据和平均值的问题，达到本发明的目的。

优点：本发明实现了试样制备的简便化、快捷化，无需制作切片，直接扫描电子纱的横截面获取激光影像，还可以通过图像分析快速自动测定一根电子纱上绝大多数纤维的直径数据。相对于传统玻璃纤维直径测试仅获得25个数据的方法，本方法可获得95%以上纤维直径的数据，且具有相当理想的信度和效度，可基本完整地呈现绝大多数纤维直径的差异和纤维直径均匀性的分布规律。

附图说明

图1是电子纱单纤维直径测定示意图。

图2是纱样制备方法示意图。

图3是布样制备完成后进行激光扫描的示意图。

图4是电子纱横截面的激光扫描图。

图5是电子纱单纤维直径均匀性统计图。

具体实施方式

实施例1：首先从管纱上取得一小段尚未织造的C1200型电子纱样品，将纱样平直地贴到双面胶上，然后用陶瓷剪刀将双面胶沿垂直纱线方向整齐地剪下一小块，再用两块载玻片将双面胶竖直夹住，使双面胶被剪处的电子纱横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下，使用200倍的镜头对样品定位，调节X-Y载物台，将视野对准纱线中心，同时调节焦距，保持大多数纤维截面清晰可见，再依次切换到400倍的镜头和1000倍的镜头，始终确保纱线中的所有纤维都在视野范围内。手动微调焦距，确定激光扫描的上下位范围，同时设置Z向节距为0.13μ、图像分辨率为2048*1536、亮度值8000和高精度扫描等参数，然后进行激光扫描得到清晰的C1200型电子纱横截面图片。用图像分析软件将图片打开，使用测量功能，将测量对象设定为最大直径选项，选择自动测量明亮的对象进行测量。然后使用去除孔洞功能去除大轮廓中的小轮廓，同时使用自动分割功能将连接在一起的纤维轮廓分开成各自独立的轮廓。对测量结果数据进行由大到小的排序，如有明显过大的直径数据，检查其是否仍是相邻轮廓的连接后可再进行手动分割，当最大一个直径数据已是单根纤维独立轮廓区域时，保留由此向下的直径数据，直至发现某个最大直径数据已小于对应图像中纤维横截面最大直径的一半时，则将此后更小的数据全部删去，剩余数据即为有效的C1200型电子纱单根纤维直径数据。将这些数据导入数据分析软件，比较纤维直径的差异，同时得到纤维直径均匀性的分布规律。

实施例2：首先用陶瓷剪刀剪取一小块已完成织造的106型电子布样品，拆掉最外围的1根纬纱，再用两块载玻片将布样未拆纬纱的一头竖直夹住，将拆掉纬纱处的经纱横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下，使用200倍的镜头对样品定位，调节X-Y载物台，将视野对准纱线中心，同时调节焦距，保持大多数纤维截面清晰可见，再依次切换到400倍的镜头和1000倍的镜头，始终确保纱线中的所有纤维都在视野范围内。手动微调焦距，确定激光扫描的上下位范围，同时设置Z向节距为0.13μ、图像分辨率为2048*1536、亮度值8000和高精度扫描等参数，然后进行激光扫描得到清晰的D900型电子纱横截面图片。用图像分析软件将图片打开，使用测量功能，将测量对象设定为最大直径选项，选择自动测量明亮的对象进行测量。然后使用去除孔洞功能去除大轮廓中的小轮廓，同时使用自动分割功能将连接在一起的纤维轮廓分开成各自独立的轮廓。对测量结果数据进行由大到小的排序，如有明显过大的直径数据，检查其是否仍是相邻轮廓的连接后可再进行手动分割，当最大一个直径数据已是单根纤维独立轮廓区域时，保留由此向下的直径数据，直至发现某个最大直径数据已小于对应图像中纤维横截面最大直径的一半时，则将此后更小的数据全部删去，剩余数据即为有效的D900型电子纱单根纤维直径数据。将这些数据导入数据分析软件，比较纤维直径的差异，同时得到纤维直径均匀性的分布规律。

Claims (5)

1.一种电子级玻璃纤维纱线中单根纤维直径及其均匀性的测定方法，其特征是该方法包括纱样制备方法、布样制备方法、图像获取方法、直径测定方法。

2.根据权利要求1所述的一种电子纱纤维直径的测定方法，其特征是所述的纱样制备方法包括，从原丝丝饼或管纱上取得一段尚未织造的单纱样品，将纱线平直地贴到双面胶上，然后用陶瓷剪刀将双面胶沿垂直纱线方向整齐地剪下一小块，再用两块载玻片将双面胶竖直夹住，使双面胶被剪处的电子纱横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下。

3.根据权利要求1所述的一种电子纱纤维直径的测定方法，其特征是所述的布样制备方法包括，使用陶瓷剪刀剪取一小块已完成织造的电子布样品，根据测试经纱还是纬纱的需求，拆掉数根经纱或纬纱，再用两块载玻片将布样未拆纬纱的一头竖直夹住，将拆掉纬纱处的经纱横截面稳定地置于激光显微镜的镜头之下。

4.根据权利要求1所述的一种电子纱纤维直径的测定方法，其特征是所述的图像获取方法包括，使用激光显微镜的低倍率镜头对权利要求2或权力要求3所述的纱样或布样定位，同时调节焦距使多数纤维截面清晰可见，再切换到高倍率镜头，保持纱线中的所有纤维都在视野范围内，然后手动微调焦距以确定激光扫描的上下位范围，扫描完成后得到清晰的纱线横截面激光图像。

5.根据权利要求1所述的一种电子纱纤维直径的测定方法，其特征是所述的直径测定方法包括，用图像分析软件测量权利要求4中所述的激光图像，测量对象为最大直径，自动测量明亮的对象，然后自动去除纤维轮廓中的孔洞，同时将连接在一起的纤维轮廓自动分割成各自独立的轮廓，再将测量结果数据由大到小排序，最大直径为单根纤维独立轮廓区域、直至最大直径小于对应图像中纤维横截面最大直径的一半时，中间这部分数据即为有效数据，并以此得到纤维直径均匀性的分布规律。