红外光谱分析技术在纺织品检测中的应用

2022年,我国纺织品服装出口总额达3409.5亿美元,同比增长2.5%,连续三年超过3000亿美元,稳稳占据世界纺织品第一大国位置。

目前,我国已经形成了完整且规模巨大的纺织品产业链系统。随着我国加入WTO时间的增长,我国出口纺织品的壁垒将会被逐步打破,出口量必将上升。同时对纺织品质量的要求也在不断提高,所以我国的纺织品检测技术也必须要达到国际标准。

一.我国纺织品检测技术的发展现状

自上世纪80年代起,我国政府部门关于纺织品的相关标准制定进入快速发展期,截止到2015年初,我国关于纺织品的相关标准制定已达1116条,这些标准的制定对保证我国纺织业的快速发展有着深远影响。

随着我国科学技术的发展,纺织品生产技术和检测水平也得到很大幅度的提高,很多检测仪器也达到国际先进水平,例如:电容式纤维长度检测仪、全自动单纱强力仪等。随着信息科技的发展,计算机等先进技术也被应用到纺织品制作和检测上来,这对提高产品生产效率和质量有着很大的影响。我国也在这方面做了大量的研究,发明出了以计算机为基础的框架测长仪和纱线捻度仪等,这些都是我国独有的“高精尖”技术设备。

我国纺织企业具有数量多、工厂规模和产品质量参差不齐等特点,在对纺织品进行检测上,与欧美等发达国家还存在一些差距。例如:检测仪器的可靠性和稳定性较差,但很多企业又没有多余资金更换更加先进的仪器;而且很多仪器生产厂家的产品其核心技术都是引进国外的,得到的利润较少,就没有很多资金发展自己的研究团队,这些因素都限制了我国纺织品的检测水平。

目前,我国在纺织品检测中,纤维组分的检测依旧按照先定性后定量的传统方法。纤维定性主要依靠人的经验:通过显微镜来辨别纤维形态、燃烧纤维观察燃烧性状并闻其气味,再通过化学试剂综合得出纤维的种类。而定量的过程,包括试剂的浓度、试验温度、反应时间、设备性能、操作者的经验等都有较高要求。因此,纤维组分检测的过程比较繁琐,检测的结果不确定性比较大。

二.红外光谱定量分析技术在纺织品检测中的应用

对纺织品检测的定量分析技术主要依靠的是红外光谱仪。定量分析技术对纺织品检测的主要指标包括纤维的组分、结晶度、取向度以及纺织品的回潮率等。

1.纤维组分的检测

检测纤维的组分主要是通过定量测量分析特征吸收谱带来确定的。组分不同,纤维对红外吸收的强度也有明显差异。这种方法的关键点有如下几个:1.现有组分中,要保证没有相同的特征吸收谱带;2.各组分的吸光度需要用基线法进行测量;3.被检测物质的浓度和对谱带的吸收强度之间存在着某种线性关系;4.应选择吸收系数较大的谱带,且周围无其他吸收谱带,避免互相干扰。

这种定量分析法在上世纪中期被学者应用到高分子聚合物的研究领域,此外,这种分析法主要适用于两种组分混合的情况。

2.棉和尼龙混纺的定量检测分析

在上世纪70年代,有关学者采用反射法测出了棉和尼龙混纺时的红外光谱校准曲线,其本质为将两者的混纺物放置在折射率较高的透明介质上,多次测量界面上的反射光,并记录最终的光谱走势曲线。通过测定,最终确定棉和尼龙混纺物中,尼龙含量对应着其在1625cm^-1处和棉在1095cm^-1处对谱带的吸收强度特征。

3.聚酯纤维和棉混纺的定量检测分析

对于聚酯纤维和棉混纺物的定量检测,也是在上世纪70年代开始的。但是相关学者发现如果直接进行测量,得出的曲线没有什么不同,这样也就没有意义了。之后采取了研磨、压片和透射法,经过分析发现,聚酯纤维含量越多,需要研磨的时间也就越长,否则曲线变化不明显,而且发现聚酯纤维的含量与它的特征峰值并不存在一定的线性关系,经过反复试验和比较才得出原来聚酯纤维的含量和其对光谱的吸收强度与峰宽存在一定的线性关系。最终确定出聚酯纤维的特征峰值为1725cm^-1。

4.毛和棉混纺的定量检测分析

对毛和棉混纺物中棉含量的检测采用的也是研磨、压片加透射法进行的,但不同的是混合物被研磨的颗粒大小应保证均匀。经过大量检测发现混合物中棉的含量和它的特征峰值(1160cm^-1)宽度没必然联系。在实际应用中,为了保证结果的准确度性,可以改变研磨时间或样品质量,最后求出几次较为相近的值作为最终结果。

5.纤维结晶度和取向度的定量分析

在红外光谱图中,各谱带会由于纤维结构的不同而产生不同变化。有些谱带会和结晶度呈正比关系,有的则呈反比关系,有的谱带不会发生明显变化。我们可以根据谱带的这些特性将其分为三类:结晶谱带、非结晶谱带和参考谱带。这是确定纤维结晶度最简单最有效的办法。

如果将偏振器加入到红外光谱仪中,便可得到经过偏振后的光谱,利用得到的偏振光谱图可以得出纤维取向度,需要测出的数据有偏振光的电矢量方向、谱带吸光度,将两者相除就得出了谱带的二向色性比,进而求出取向度的大小。

6.纺织品回潮率的定量分析检测

对纺织品回潮率来说,为湿重与干重差值与干重百分率。在检测纺织品回潮率的过程中,一般选择烘燥法,在适当温度下放置检测样品一段时间。如表1所示,为烘箱温度范围的相关参考。在运用红外光谱仪法的过程中,在红外波长达到1928nm后,将表现出较强水吸收作用,这样能够将水分情况准确判断出来。

三.结语

总之,在纺织品检测中红外光谱技术发挥着重要作用,应用也越来越广泛,但是在检测中仍然有很多地方需要改善。在红外光谱仪普及过程中,各项性能也得到了提升,在未来发展中要综合数学、统计学方法对红外光谱图进行分析,并注重红外光谱技术与其他检测技术的配合使用,才能进一步发挥红外光谱技术的作用,保证纺织品检测结果的准确性与可靠性。