文/劉宇

1 引言

近年，由于生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，我國逐漸成為全球化學(xué)纖維的生產(chǎn)、出口大國[1]，滌綸纖維更是憑借自身的優(yōu)異性能成為國內(nèi)外紡織行業(yè)的重要原料之一，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷得到拓寬?；瘜W(xué)短纖維的拉伸性能是表征短化纖物理機(jī)械性能的重要性能，是評定后續(xù)纖維成紗的質(zhì)量及成紗等級的重要品質(zhì)之一，更直接影響到最終織造物的相關(guān)性能，如尺寸穩(wěn)定性、抗皺性等[2]。

目前，國內(nèi)關(guān)于短化纖拉伸性能的測試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》[3]，該方法采用等速伸長型拉伸儀，使單纖維在規(guī)定條件下達(dá)到拉伸至斷裂的過程，并在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)端得到斷裂強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率等強(qiáng)伸度測試指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)要求單個樣品的測試量為50根纖維，目前由于該測試過程尚未達(dá)到全自動化水平，前期制樣和取樣等步驟較為精細(xì)，對人工的依賴程度較大，故而較多的測試量使得整個試驗(yàn)過程相當(dāng)費(fèi)時費(fèi)力，在一定程度上降低了測試效率。本文以滌綸短纖維為例，對其拉伸性能測試中的最佳取樣量問題進(jìn)行了研究，以確定合適的取樣量，提高檢測效率，滿足當(dāng)下節(jié)能增效的需求。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

所用測試材料均為滌綸短纖維，本文共選取了5組不同細(xì)度的樣品進(jìn)行拉伸性能測試，試樣參數(shù)如表1所示。

表1 試樣參數(shù)

2.2 拉伸性能測試

（1）試驗(yàn)儀器：XQ-1A纖維強(qiáng)伸度儀。

（2）試驗(yàn)條件：拉伸隔距/mm：20（名義長度≥38mm）或10（名義長度＜38mm）；拉伸速度/（mm/min）：100%夾距（8%≤伸長率＜50%）或50%夾距（伸長率＜8%）；預(yù)加張力0.15cN/dtex，測試次數(shù)：50次。

（3）試驗(yàn)方法：拉伸性能試驗(yàn)依照檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，用儀器測得50組已剔除異常的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇能代表短纖維拉伸性能的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率兩個強(qiáng)伸度指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)取樣量分析。

2.3 取樣量方案設(shè)計(jì)

每個樣品均按照標(biāo)準(zhǔn)要求測得50組斷裂強(qiáng)度、伸長率數(shù)據(jù)，隨后按照取樣量方案進(jìn)行抽取得到不同取樣量下的相應(yīng)指標(biāo)數(shù)值，共對5組樣本進(jìn)行分析。本文的取樣量設(shè)計(jì)參照了GB/T 3916—2013[4]等標(biāo)準(zhǔn)，具體方案如表2所示。

表2 取樣量方案

2.4 評價(jià)指標(biāo)

以樣品1為例，對測得的強(qiáng)度和伸長率數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，可得到取樣量為N時的強(qiáng)度-根數(shù)頻率分布直方圖（折線圖），再與取樣量為50根的總體分布圖進(jìn)行比較。當(dāng)N為15時，強(qiáng)度-根數(shù)頻率分布對比圖如圖1所示。伸長率數(shù)據(jù)可作相同處理，此處不作贅述。

圖1 強(qiáng)度根數(shù)-頻率分布圖

從圖1可以看出，取樣量為15根的強(qiáng)度-根數(shù)頻率分布直方圖（折線圖）與總體分布一致，但是僅從圖中較難直觀得出樣本分布與總體分布的擬合程度。為了使結(jié)果得以量化，本文借鑒了常用的頻率曲線擬合度的定量評價(jià)方法，選取了相關(guān)系數(shù)、測定系數(shù)（擬合優(yōu)度）、殘差平方和、剩余均方差作為評價(jià)準(zhǔn)則[5-8]。下面將對本試驗(yàn)得到的頻率分布折線圖進(jìn)行分析，分析方法參照頻率曲線分布圖的擬合分析原理進(jìn)行。利用Excel數(shù)據(jù)分析模塊，以總體（50根）頻率分布折線作為觀測線，將不同取樣量下的頻率分布折線圖作為擬合線進(jìn)行分析，評價(jià)指標(biāo)的說明如表3所示。

表3 評價(jià)指標(biāo)

3 結(jié)果與分析

利用上述方法對5組樣品進(jìn)行分析。表4為每個樣品不同取樣量下強(qiáng)度和伸長率的4個擬合回歸評價(jià)指標(biāo)數(shù)值匯總表。

表4 不同取樣量下各樣品強(qiáng)度和伸長率評價(jià)指標(biāo)數(shù)值

以樣品1強(qiáng)度為例，可以看出相關(guān)系數(shù)在不同取樣量的方案下數(shù)值變化較?。◤?.92變化到1.00），說明作為判斷指標(biāo)用作評價(jià)不夠靈敏；剩余均方差和殘差平方和指標(biāo)的變化較明顯（從0變化到200.90），這種十分明顯的數(shù)值差異也與滌綸短化纖自身的不均勻性較大有關(guān)。為方便觀測，將取樣量與評價(jià)指標(biāo)的關(guān)系做相關(guān)折線圖，如圖2所示。

圖2 樣品1評價(jià)指標(biāo)折線圖

從圖2可以看出，對強(qiáng)度而言，圖（a）中取樣量在15～30根時，測定系數(shù)有一定波動，從0.85變化到0.95，當(dāng)取樣量為35～50根時，測定系數(shù)和相關(guān)系數(shù)的結(jié)果趨于穩(wěn)定，數(shù)值均在0.94及以上；圖（b）中，取樣量為0～40根時，剩余均方差和殘差平方和結(jié)果變化較大，40～50根時，結(jié)果接近總體。對于伸長率，測定系數(shù)和相關(guān)系數(shù)在5種取樣量下都很穩(wěn)定，當(dāng)取樣量為35～40根時，剩余均方差和殘差平方和這兩個評價(jià)指標(biāo)的結(jié)果基本接近總體測定系數(shù)和相關(guān)系數(shù)接近總體結(jié)果。因而，綜合評價(jià)可以認(rèn)為，取樣量在35～40根時，其根數(shù)頻率分布圖與總體趨于一致，可認(rèn)為是最佳取樣量范圍。

下面對取樣量分別為35根和40根時測得的拉伸性能指標(biāo)與總體（取樣50根）結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表5所示。

表5 樣品1拉伸性能指標(biāo)

由表5可知，取樣量為35和40根時的強(qiáng)力、伸長率、定伸長負(fù)荷、強(qiáng)度、模量和斷裂比功的平均值與總體均值均非常接近，故認(rèn)為可以作為總體拉伸強(qiáng)度指標(biāo)使用。

該最佳取樣量是對樣品1進(jìn)行分析得出的，接下來再根據(jù)表1按照相同方法對其余4個樣品進(jìn)行分析，分別得到各自最佳取樣量結(jié)果，如表6所示。

表6 樣品2～5評價(jià)指標(biāo)及最佳取樣量

表6是基于4個評價(jià)指標(biāo)，以測定系數(shù)和相關(guān)系數(shù)較大且剩余均方差和殘差平方和較小的原則進(jìn)行判斷，可得出在單個評價(jià)指標(biāo)下每個最佳取樣量，并根據(jù)4個指標(biāo)下的結(jié)果綜合得到了各樣品的綜合最佳取樣量。其中，在樣品3和樣品4的強(qiáng)度指標(biāo)下，出現(xiàn)了最佳取樣量為15根的情況，這是由于相關(guān)系數(shù)或測定系數(shù)在8個取樣方案下數(shù)值都比較均勻的結(jié)果，故而最終的評價(jià)不能只依賴單個評價(jià)指標(biāo)，而是要結(jié)合全部指標(biāo)綜合判定。

從表6可知，樣品2和5的最佳取樣量為35根，樣品3和4的最佳取樣量為35～40根，與樣品1的分析結(jié)果基本一致，且樣品線密度范圍跨度為1.41dtex～10.45dtex，故而本文的研究結(jié)論可引申為，滌綸短纖維測試?yán)煨阅艿淖罴讶恿繛?5～40根。

4 結(jié)論

滌綸短化纖拉伸性能測試方法雖使用儀器法進(jìn)行測試，但是前期制樣、取樣過程相對繁瑣，導(dǎo)致單個樣品測試時間相對較長，相對費(fèi)時費(fèi)力。本文以滌綸短化纖為例，通過對不同取樣量的研究確定了該試驗(yàn)的最佳取樣量為35～40根，在該取樣量下樣品根數(shù)-頻率分布圖與總體分布擬合程度較好，當(dāng)取樣量分別為35和40根時，各自的拉伸性能指標(biāo)數(shù)值與總體數(shù)值接近程度高，故認(rèn)為可用作總體性能指標(biāo)使用。

本文關(guān)于滌綸短化纖最佳取樣量的研究，既保證了檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性這一前提，又減輕了測試負(fù)擔(dān)，使得整個測試過程更加高效便捷，也為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)方向提供了一條基礎(chǔ)性思路，具有相當(dāng)大的參考價(jià)值。后續(xù)研究需要繼續(xù)補(bǔ)充擴(kuò)大試驗(yàn)量，并將纖維種類和細(xì)度進(jìn)行擴(kuò)大，以進(jìn)一步提高普適性。