李娟娟 丁 帥

(1.山東省紡織科學(xué)研究院，青島，266032;2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室，青島，266032)

毛巾作為產(chǎn)業(yè)用紡織品在醫(yī)療衛(wèi)生、產(chǎn)業(yè)研發(fā)和材料應(yīng)用等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。毛巾的主要功能在于吸水，不同用途對吸水性有不同要求，所以對吸水性能的檢測是毛巾質(zhì)量檢測關(guān)鍵技術(shù)。目前我國陸續(xù)頒布了一系列國家及行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并逐步接近ISO標(biāo)準(zhǔn)，使毛巾材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用逐步細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化。在相同測試條件下，不同毛巾產(chǎn)品的吸水能力和容水能力是評判其質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。通過專門的測試設(shè)備評估織物成分、組織結(jié)構(gòu)和制造方法等不同因素對吸水性能的影響，對于促進(jìn)毛巾產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

不同的吸水性測試方法雖然能夠從不同側(cè)面反映材料的吸水性能，但是不同的測試方法所呈現(xiàn)出的結(jié)果是不一樣的。我國毛巾的吸水性能測試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T22799—2009《毛巾產(chǎn)品吸水性測試方法》。目前國內(nèi)市場上只有手動檢測的毛巾吸水性能測試儀器，還沒有電腦控制自動化程度高的專用測試儀器。為此，山東省紡織科學(xué)研究院、山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室研制了醫(yī)用非織造布及毛巾產(chǎn)品吸水性能檢測專用儀器。

常見的毛巾吸水性測試方法有沉降法和吸收法兩種。新研制的吸水性能測試儀是集沉降法、水流試驗法、毛細(xì)效應(yīng)試驗法、可濕性和吸收性法于一體，可以研究和比較不同的測試方法所得到的結(jié)果，在測試成本、測試效率、測試精度和技術(shù)先進(jìn)性方面達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，對于促進(jìn)毛巾產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義［1-3］。

1 儀器結(jié)構(gòu)

新研制的吸水性能測試儀具有使用效率高、范圍廣，操作簡便，安裝和拆卸方便等特點。測試儀主要由機身、水箱、冷水機，以及芯吸速率、液體吸水性和毛巾吸水性測試裝置組成。產(chǎn)品外觀效果見圖1。

2 關(guān)鍵技術(shù)

新研制的吸水性能測試儀的關(guān)鍵技術(shù)為恒容量、恒流量和可穩(wěn)定控溫的恒溫水浴系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)構(gòu)示于圖2。

2.1 恒容量

采用虹吸溢流原理實現(xiàn)恒容量。將虹吸裝置固定在玻璃漏斗的上方，調(diào)整虹吸管的位置，當(dāng)量筒中流出的溶液量剛好為50 mL時，將管口固定牢。每次往漏斗中輸送試液時，多余的試液將通過溢流管流走，確保通過量筒流出的試液量恰好就是50 mL。將漏斗容器置于恒溫水浴中的設(shè)計確保了試驗過程中試驗用水的恒定溫度，該設(shè)計為本儀器首次應(yīng)用，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。

圖1 毛巾吸水性能測試儀產(chǎn)品外觀

圖2 毛巾產(chǎn)品吸水性能測試儀結(jié)構(gòu)示意

2.2 恒流量

通過調(diào)整節(jié)流閥旋鈕來實現(xiàn)恒流量。改變節(jié)流閥開口度的大小，調(diào)節(jié)試液的流量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。節(jié)流閥結(jié)構(gòu)示于圖3。

2.3 可穩(wěn)定控溫的恒溫水浴系統(tǒng)的設(shè)計

圖3 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)示意

由于水溫對試樣吸水性能有重要影響，所以吸水性測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都要求試驗水溫保持在(20±2)℃。為此，將恒溫水浴控制系統(tǒng)設(shè)計成由特定加熱功率的加熱管和可為系統(tǒng)提供冷水的循環(huán)水系統(tǒng)組成，水溫控制范圍為18～35℃。采用具有PID運算調(diào)節(jié)功能的溫控器來對水浴進(jìn)行精確的控溫。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)試驗前水浴溫度的預(yù)設(shè)和試驗過程中的精確控溫兩項功能。溫控器的工作原理是：溫度傳感器將測得的水浴溫度轉(zhuǎn)換成電信號傳給溫控器，溫控器把電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示或模擬并顯示出來;與設(shè)定值進(jìn)行比較(或PID運算)，將操作指令傳輸給操控器(接觸器、固態(tài)繼電器或功率控制器);操控器再對加熱管和冷水供水系統(tǒng)進(jìn)行控制。具體控制原理示于圖4。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

圖4 水浴溫度控制原理

軟件系統(tǒng)主要由試驗系統(tǒng)控制模塊、稱重模塊和電磁閥控制模塊三大模塊組成，見圖5。試驗流程示于圖6。

試驗系統(tǒng)控制模塊的作用是判斷和分析所采集的信號，將命令傳送給控制模塊，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

稱重模塊是將天平稱取的重量數(shù)值通過RS232傳輸進(jìn)入控制模塊，加工處理數(shù)據(jù)，參與運算。

電磁閥控制模塊是在測試毛巾吸水性能時，通過控制模塊對電磁閥進(jìn)行智能控制，保證恒流量自動加水系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，增強實時性能［4］。

圖5 軟件組成模塊

圖6 毛巾吸水試驗流程

4 毛巾吸水性能的測試

所有測試在恒溫恒濕室進(jìn)行。室內(nèi)環(huán)境條件為溫度(21±1)℃，相對濕度(65±2)%。選取兩種毛巾試樣，1號樣品的密度為799 kg/m3，2號樣品密度為1 114 kg/m3。按照標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸裁剪，然后將試樣放在恒溫恒濕室中24 h以上，達(dá)到調(diào)濕平衡后開始測試。

4.1 沉降法

樣品經(jīng)水洗、烘干和調(diào)濕后，測定試樣從接觸水面到完全浸濕并開始下沉所需的時間［5］。將試樣測試面在無外力條件下平行輕放在水面上，同時開始計時，當(dāng)試樣完全浸濕時，終止計時，記錄所需的時間，精確至0.1 s;若試樣超過60 s仍沒有完全浸濕，則終止試驗，試驗結(jié)果記錄為大于60 s。試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 毛巾產(chǎn)品沉降法試驗結(jié)果

4.2 吸收法

樣品經(jīng)水洗、烘干和調(diào)濕后，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下50 mL的水在規(guī)定時間內(nèi)流經(jīng)試樣，測定被試樣吸收的水量占原水量的百分比［6］。按式(1)分別計算正反面吸水率的平均值，以正反面平均值表示最終結(jié)果，修約至小數(shù)點后一位。試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

式中：P——樣品吸水率;

m0——試驗前水槽質(zhì)量(g);

m1——試驗后水槽質(zhì)量(g);

d——試驗用水的密度(g/mL)。

表2 毛巾產(chǎn)品吸收法試驗結(jié)果

4.3 試驗結(jié)果分析

從測試方法和測試結(jié)果可以看出：沉降法具有簡潔方便的特點，不需要專業(yè)的測試儀器，可操作性強;而吸收法是通過測試從一定高度落下的三級水，以一定的壓力流到測試樣品上，計算產(chǎn)品的吸水率的方法，測試程序稍顯復(fù)雜，需要專業(yè)的測試儀器，但測試結(jié)果數(shù)字量化特征明顯，能準(zhǔn)確地反映出吸水性的高低。

吸收法測試結(jié)果顯示，1號樣品和2號樣品的吸收率都是隨著水溫的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢，符合實際使用過程中的吸水性的規(guī)律。對于吸水性好的毛巾產(chǎn)品，吸水速度極快，應(yīng)用沉降法很難準(zhǔn)確分辨出其吸水性的優(yōu)劣，而采用吸收法能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。因此，吸收法可以真實地反映毛巾產(chǎn)品的吸水性能。

5 結(jié)語

毛巾行業(yè)市場發(fā)展?jié)摿薮?。作為一個穩(wěn)定的市場，消費者的需求已從基本日常需求向多層次需求細(xì)分，如現(xiàn)在出現(xiàn)的消毒毛巾、擦手巾、美容巾、兒童毛巾和廚巾等。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，健康毛巾不僅市場空間巨大，利潤空間大，而且市場競爭小，現(xiàn)代毛巾產(chǎn)品行業(yè)將會有更廣闊的發(fā)展前景，新研制的吸水性能測試儀也將會在毛巾產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中起到重要的作用。

［1］田金家，楊曉勇，閆安娥.毛巾吸水性能的測試與分析［J］.中國纖檢，2010(8)：64-66.

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［3］王長伍.超細(xì)纖維毛巾的現(xiàn)狀研究［J］.江蘇紡織，2008(9)：56-57.

［4］丁帥，許曙亮.智能紡織品在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.山東紡織科技，2012(2)：40-43.

［5］易芳.毛巾里的水——品牌、渠道還是模式?［J］.中國紡織，2013(5)：104-105.

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