王芷若 王海仙 闫 朋 杨丽飞 郝红叶 孙书军 潘宏伟 闫 婧

纺织品纤维的成分和含量一直是纺织产品鉴别的重点，大部分国家都有其相对应的技术指标和鉴别标准^[1]。我国纺织纤维成分和含量检测依据的标准主要是FZ/T 01057-2007《纺织纤维鉴别试验方法》和GB/T 2910-2009《纺织品定量化学分析》系列标准，其主要的方法是显微镜法、燃烧法、化学拆分溶解法等^[2]。显微镜法是根据观察纺织纤维横、纵截面的形态特征鉴别纤维种类的一种方法，其弊端是只能进行纺织纤维成分的定性分析，且主要运用于植物纤维、动物纤维等，对于某些化学纤维、异形纤维等无法进行鉴别，后续需要运用其他鉴别方法进行辅助鉴别^[3]。燃烧法是根据观察不同纤维燃烧现象和特征鉴别纤维种类的一种方法，其弊端同显微镜法一样，只能进行纺织纤维成分的定性分析，且主要针对的是单一纤维成分，对于多纤维成分无法鉴别。溶解法是根据不同纤维在不同化学试剂中的溶解性来鉴别纤维成分含量的一种方法，不仅可以进行纤维成分的定性分析，也可以进行定量分析，是目前纤维成分含量分析使用最普遍的鉴别方法。但该方法的针对性不强，操作相对烦琐，且在操作过程中大部分使用有机试剂或强酸，有一定危险性，操作难度大，检测流程长，人为因素影响较大。在溶解法提供的检测标准中，各种试剂有30多种，其中有机试剂约20种，还包括浓硫酸等强酸类试剂，整个实验操作烦琐，操作者需要有丰富的经验^[4]。除上述传统纤维鉴别检测方法外，近年来利用近红外法鉴别纤维种类也成为比较热门的检测方法。近红外法是根据不同的纤维含有不同的基团，不同的基团能级不同，其红外吸收波长也不同这一纤维特性进行纺织品纤维成分鉴别的方法^[5]。该方法在多组分纤维定量分析上，由于纺织产品原料和组织构成形成种类繁多，纱线构成复杂，其在采集光谱的过程中存在一定限制，容易造成检测结果的误差，因此该方法主要用于单一组分纤维的定性分析。针对上述传统检测方法的不足，本文拟利用热分析法对纺织品纤维含量进行快速定性定量研究^[6]。

1 热分析法概述

热重分析法（Thermogravimetry，TG）是指在程序控温的条件下，测量待测样品的质量和温度变化关系的一种热分析技术，通过分析热失重曲线，可以知道待测样品的热稳定性以及分解过程，准确测量待测样品的质量变化和变化速率。

差示扫描量热法（Differential scanning calorimetry，DSC）是指在程序控制温度条件下，测量待测样品与参比物的功率差与温度关系的一种热分析技术，通过待测样品热力学性质的变化分析其质量变化。

热重分析所用的基本原理是热天平，通过样品的重量变化所引起的天平位移量转化成电磁量，微小的电量经过放大器放大后，传入记录仪记录，电量的大小则反应样品的重量变化。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化，这时就会伴随热重曲线的改变。通过分析热重曲线，就可得知被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质。差热分析的原理是物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随有焓的改变，因而产生热效应，其表现为样品与参比物之间有温度差，记录两者温度差与温度或者时间之间的关系则可得到差热曲线。由于不同纺织纤维对应的纤维结构不同，不同纤维结构在加热过程中产生的热反应变化也不同，因此可以运用热分析的方法进行纺织纤维的快速鉴别和定量检测^[7]。热分析法整个检测过程采用的是仪器对于待测样品纯物相的变化分析，摒弃了传统化学方法，全程不需要使用试剂，无污染，无危害，更加绿色、环保。检测流程相较传统化学方法更加快速、高效，操作简便、快捷，可以大大缩短检测流程，提高检测效率。利用精密仪器分析检测数据，规避了人为操作处理的误差风险，检测数据更加精准有效^[8]。

2 热分析法实验研究

2.1 热重分析法实验研究

2.1.1 仪器

梅特勒同步热分析仪 TGA/DSC 2。

2.1.2 实验条件

起始温度30℃，30℃/min速率升至600℃，通氮气50 mL/min。

2.1.3 实验

（1）分别取涤、棉标准贴衬布，按照实验条件进行热重分析，见图1、2。

由图1、2可知：涤纤维起始降解温度约为400℃，失重速率较大，且有明显的降解台阶，在500℃左右降解结束；棉纤维起始降解温度约为310℃，失重速率较大，伴有明显的降解台阶，在400℃左右降解结束。

（2）取不同比例涤棉混纺标准贴衬布，按照实验条件进行热重分析，测试结果见图3～8。

通过不同比例下涤棉纤维含量失重图计算失重比例，如表1所示。

表1 涤棉纤维含量比与失重比关系图

Table 1 Relationship between Polyester-cotton fiber content ratio and weight loss ratio

由表1可知：在相同实验条件下，涤棉混纺纤维的纤维失重比与纤维含量比大致相同。

2.2 差示扫描分析法实验研究

2.2.1 仪器

沃特世差示扫描量热仪DSC25。

2.2.2 实验条件

初始温度50℃，以10℃/min的升温速率升温至300℃。

2.2.3 实验

取涤棉混纺标准贴衬布比例分别为1:2、1:3、1:4、1:5，按照实验条件进行测试，测试结果见图9～12。

通过不同比例下涤棉纤维含量与熔融焓值计算其对应熔融热，如表2所示。

以棉涤纤维质量比为横坐标，其相对应的熔融热比值为纵坐标，进行线性拟合，如图13所示。

由图13可知：棉涤纤维质量比与熔融热比值成线性关系，相关系数为0.99。通过拟合公式，测量未知涤棉混纺样品的熔融热值比，可以计算涤棉纤维的含量比。

图13 棉涤纤维质量比与熔融热比值关系图

Fig.13 Relationship between Polyester-cotton fiber mass ratio and melting heat ratio

2.3 化学法验证

取5份涤棉混纺织物为验证对象，分别进行化学溶解法，热重分析法和差示扫描量热法分析组分含量，计算对应的涤纤维含量，测试结果见表3。

表3 未知涤棉混纺织物样品验证结果

Table 3 Verification results of unknown polyester-cotton blended fabric samples

由表3可知：运用热分析法测试涤棉混纺织物的方法是可行的，最大偏差为2.6%。

3 结语

采用热分析法进行涤棉混纺纤维的定量分析是一种更加快捷、高效、绿色、安全的检测方法，其检测结果符合FZ/T 01053-2007《纺织品纤维含量的标识》^[9]的要求，可用于涤棉混纺织物的快速鉴别及定量分析。

参考文献

[1]赵健.关于FZ/T01057纺织纤维鉴别试验方法的讨论[J]. 四川纺织科技, 2001(3): 46-48.

[2] GB/T 2910.1-2009纺织品定量化学分析 第一部分: 试验通则[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[3]刘常威,李青山. 显微镜法鉴别纤维的评述[J]. 上海纺织科技, 2020(4): 61-62.

[4]胡美桂.国内外纤维成分标准及法规的对比分析[J]. 中国纤检, 2020(1): 96-99.

[5]刘文莉,赵乐,史可扬,等.红外光谱和热裂解气相色谱质谱联用技术鉴别芳香族聚酯纤维[J]. 中国纤检, 2010(5): 59-61.

[6]廖帼英,罗峻,梁斯韵,等.浅谈纺织品纤维成分定性鉴别的非标方法[J].中国纤检, 2015(12): 72-75.

[7]诸亦成, 朱婕. 纺织纤维热失重定量分析方法的初探[J]. 上海毛麻科技, 2012(3): 31-34.

[8] Matthias Wagner.热分析应用基础[M].上海: 东华大学出版社, 2011: 45-98.

[9] FZ/T 01053—2007纺织品纤维含量的标识[S].北京: 中国标准出版社, 2007.

第一作者：王芷若（1991—），女，汉族，甘肃陇南人，工程师，本科，主要从事涉税商品检验，E-mail: wodeyouxiang622@163.com

1. 天津海关化矿金属材料检测中心 天津 300450

1. Minerals and Metallic Materials Inspection Centre of Tianjin Customs, Tianjin 300450