許曙亮 王中珍 丁 帥 李勝凱 楊 琳 李 政

1. 山東省紡織科學(xué)研究院(中國(guó)) 2. 山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó))

圖像分析技術(shù)自20世紀(jì)80年代起就在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括傳感系統(tǒng)(輸入數(shù)據(jù))、數(shù)字化(將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像)、算術(shù)邏輯單元(處理單元)、軟件(計(jì)算數(shù)值)和顯示系統(tǒng)。

非織造布因其制備工藝和性能方面的優(yōu)勢(shì)而在應(yīng)業(yè)用紡織品中應(yīng)用較多。在表征非織造布結(jié)構(gòu)的眾多指標(biāo)中，孔隙是一個(gè)重要的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。它影響非織造布的彈性﹑熱傳導(dǎo)和電介質(zhì)等性能，對(duì)織物彎曲性和多孔網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散性的影響也很大[1-2]，且對(duì)織物的合理化量產(chǎn)和成本控制有重要意義。

1 試驗(yàn)材料和方法

本文以3種不同面密度(GSM)的丙綸水刺非織造布1#、2#和3#為試樣。通過(guò)測(cè)試分析建立非織造布試樣孔隙大小與透氣性的關(guān)系。

1.1 面密度

采用織物克重儀并參照ASTM D 3776—2018測(cè)試，不同試樣的GSM測(cè)試結(jié)果如表1所示。

1.2 厚度

參照EN ISO 5084-1999，采用織物厚度儀測(cè)量。

1.3 透氣性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，用單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)試樣單位面積的空氣體積表征。測(cè)試儀器中試樣正反面所受的空氣壓差為98 Pa水柱，在各試樣的10個(gè)不同位置處隨機(jī)檢測(cè)，結(jié)果取平均值并記錄。

1.4 孔隙率

孔隙的體積與試樣體積之比表征織物孔隙的數(shù)量?？紫堵视绊懣椢锏耐笟庑?、透濕性及抗紫外線等性能。試驗(yàn)先采用立體顯微鏡捕捉非織造布試樣的孔隙直徑和孔隙率圖像，然后采用圖像處理技術(shù)測(cè)量孔徑和孔隙率，具體方法如下所述。

立體顯微鏡捕捉試樣圖像(放大倍數(shù)為12倍，景深為16 mm)，自動(dòng)改變拍攝范圍，隨機(jī)拍攝試樣圖片，每種試樣拍10次。

圖像捕捉完成后，將圖像分析技術(shù)與時(shí)間系數(shù)相配合對(duì)圖像進(jìn)行校準(zhǔn)。

采用分析軟件將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，如圖1所示。然后設(shè)置比例尺，讀取像素間的長(zhǎng)度。通過(guò)標(biāo)尺測(cè)量并讀取孔隙的最大值和最小值。統(tǒng)計(jì)孔隙直徑，進(jìn)一步計(jì)算孔隙率。

圖1 試樣二值圖像

2 結(jié)果與討論

3種非織造布試樣的規(guī)格參數(shù)與透氣性測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 非織造布試樣的性能測(cè)試結(jié)果

通常，織物的透氣性隨著其厚度和面密度的增加而減少[3-4]。非織造布的透氣性與其面密度、厚度和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。透氣性隨著非織造布試樣的厚度和面密度的增加呈非線性下降?？椢锿笟庑耘c孔隙直徑有關(guān)，孔隙直徑越大，透氣性越好。

對(duì)于丙綸水刺非織造布，其透氣性與平均孔徑參數(shù)較為密切。研究發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)過(guò)程中，針刺密度可促進(jìn)纖維間的混合，使得織物更加密實(shí)，孔隙率減少，因此，針刺密度較大的水刺非織造布的透氣性較差。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用圖像分析法測(cè)量丙綸水刺非織造布的孔隙率和孔徑。試驗(yàn)結(jié)果表明，非織造布的透氣性與其孔隙結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，孔隙尺寸越大，透氣性越好。非織造布的面密度、厚度和結(jié)構(gòu)也會(huì)影響其透氣性。

采用圖像分析法測(cè)定非織造布孔隙尺寸的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，給科研人員帶來(lái)極大的便利，解決了套用公式理論計(jì)算的局限性。不足之處是試樣孔隙的形狀和分布具有隨機(jī)性，采樣有一定難度。