毛巾吸水性能检测专用仪器的研究*

李娟娟 丁 帅

(1.山东省纺织科学研究院，青岛，266032;2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室，青岛，266032)

毛巾作为产业用纺织品在医疗卫生、产业研发和材料应用等领域应用非常广泛。毛巾的主要功能在于吸水，不同用途对吸水性有不同要求，所以对吸水性能的检测是毛巾质量检测关键技术。目前我国陆续颁布了一系列国家及行业质量标准，并逐步接近ISO标准，使毛巾材料的产业化应用逐步细化和标准化。在相同测试条件下，不同毛巾产品的吸水能力和容水能力是评判其质量优劣的重要指标。通过专门的测试设备评估织物成分、组织结构和制造方法等不同因素对吸水性能的影响，对于促进毛巾产品的产业化发展具有重要意义。

不同的吸水性测试方法虽然能够从不同侧面反映材料的吸水性能，但是不同的测试方法所呈现出的结果是不一样的。我国毛巾的吸水性能测试标准为GB/T22799—2009《毛巾产品吸水性测试方法》。目前国内市场上只有手动检测的毛巾吸水性能测试仪器，还没有电脑控制自动化程度高的专用测试仪器。为此，山东省纺织科学研究院、山东省特种纺织品加工技术重点实验室研制了医用非织造布及毛巾产品吸水性能检测专用仪器。

常见的毛巾吸水性测试方法有沉降法和吸收法两种。新研制的吸水性能测试仪是集沉降法、水流试验法、毛细效应试验法、可湿性和吸收性法于一体，可以研究和比较不同的测试方法所得到的结果，在测试成本、测试效率、测试精度和技术先进性方面达到国内领先水平，对于促进毛巾产业化发展具有重要意义［1-3］。

1 仪器结构

新研制的吸水性能测试仪具有使用效率高、范围广，操作简便，安装和拆卸方便等特点。测试仪主要由机身、水箱、冷水机，以及芯吸速率、液体吸水性和毛巾吸水性测试装置组成。产品外观效果见图1。

2 关键技术

新研制的吸水性能测试仪的关键技术为恒容量、恒流量和可稳定控温的恒温水浴系统的设计，结构示于图2。

2.1 恒容量

采用虹吸溢流原理实现恒容量。将虹吸装置固定在玻璃漏斗的上方，调整虹吸管的位置，当量筒中流出的溶液量刚好为50 mL时，将管口固定牢。每次往漏斗中输送试液时，多余的试液将通过溢流管流走，确保通过量筒流出的试液量恰好就是50 mL。将漏斗容器置于恒温水浴中的设计确保了试验过程中试验用水的恒定温度，该设计为本仪器首次应用，属于国内首创。

图1 毛巾吸水性能测试仪产品外观

图2 毛巾产品吸水性能测试仪结构示意

2.2 恒流量

通过调整节流阀旋钮来实现恒流量。改变节流阀开口度的大小，调节试液的流量达到标准要求。节流阀结构示于图3。

2.3 可稳定控温的恒温水浴系统的设计

图3 节流阀结构示意

由于水温对试样吸水性能有重要影响，所以吸水性测试的相关标准都要求试验水温保持在(20±2)℃。为此，将恒温水浴控制系统设计成由特定加热功率的加热管和可为系统提供冷水的循环水系统组成，水温控制范围为18～35℃。采用具有PID运算调节功能的温控器来对水浴进行精确的控温。整个系统可以实现试验前水浴温度的预设和试验过程中的精确控温两项功能。温控器的工作原理是：温度传感器将测得的水浴温度转换成电信号传给温控器，温控器把电信号转换成数字显示或模拟并显示出来;与设定值进行比较(或PID运算)，将操作指令传输给操控器(接触器、固态继电器或功率控制器);操控器再对加热管和冷水供水系统进行控制。具体控制原理示于图4。

3 软件系统设计

图4 水浴温度控制原理

软件系统主要由试验系统控制模块、称重模块和电磁阀控制模块三大模块组成，见图5。试验流程示于图6。

试验系统控制模块的作用是判断和分析所采集的信号，将命令传送给控制模块，保障系统的稳定运行。

称重模块是将天平称取的重量数值通过RS232传输进入控制模块，加工处理数据，参与运算。

电磁阀控制模块是在测试毛巾吸水性能时，通过控制模块对电磁阀进行智能控制，保证恒流量自动加水系统功能的实现，增强实时性能［4］。

图5 软件组成模块

图6 毛巾吸水试验流程

4 毛巾吸水性能的测试

所有测试在恒温恒湿室进行。室内环境条件为温度(21±1)℃，相对湿度(65±2)%。选取两种毛巾试样，1号样品的密度为799 kg/m3，2号样品密度为1 114 kg/m3。按照标准要求尺寸裁剪，然后将试样放在恒温恒湿室中24 h以上，达到调湿平衡后开始测试。

4.1 沉降法

样品经水洗、烘干和调湿后，测定试样从接触水面到完全浸湿并开始下沉所需的时间［5］。将试样测试面在无外力条件下平行轻放在水面上，同时开始计时，当试样完全浸湿时，终止计时，记录所需的时间，精确至0.1 s;若试样超过60 s仍没有完全浸湿，则终止试验，试验结果记录为大于60 s。试验数据如表1所示。

表1 毛巾产品沉降法试验结果

4.2 吸收法

样品经水洗、烘干和调湿后，在标准状态下50 mL的水在规定时间内流经试样，测定被试样吸收的水量占原水量的百分比［6］。按式(1)分别计算正反面吸水率的平均值，以正反面平均值表示最终结果，修约至小数点后一位。试验数据如表2所示。

式中：P——样品吸水率;

m0——试验前水槽质量(g);

m1——试验后水槽质量(g);

d——试验用水的密度(g/mL)。

表2 毛巾产品吸收法试验结果

4.3 试验结果分析

从测试方法和测试结果可以看出：沉降法具有简洁方便的特点，不需要专业的测试仪器，可操作性强;而吸收法是通过测试从一定高度落下的三级水，以一定的压力流到测试样品上，计算产品的吸水率的方法，测试程序稍显复杂，需要专业的测试仪器，但测试结果数字量化特征明显，能准确地反映出吸水性的高低。

吸收法测试结果显示，1号样品和2号样品的吸收率都是随着水温的增加而呈现上升的趋势，符合实际使用过程中的吸水性的规律。对于吸水性好的毛巾产品，吸水速度极快，应用沉降法很难准确分辨出其吸水性的优劣，而采用吸收法能得到准确的结果。因此，吸收法可以真实地反映毛巾产品的吸水性能。

5 结语

毛巾行业市场发展潜力巨大。作为一个稳定的市场，消费者的需求已从基本日常需求向多层次需求细分，如现在出现的消毒毛巾、擦手巾、美容巾、儿童毛巾和厨巾等。随着人们物质生活水平的提高，健康毛巾不仅市场空间巨大，利润空间大，而且市场竞争小，现代毛巾产品行业将会有更广阔的发展前景，新研制的吸水性能测试仪也将会在毛巾产业化的发展中起到重要的作用。

［1］田金家，杨晓勇，闫安娥.毛巾吸水性能的测试与分析［J］.中国纤检，2010(8)：64-66.

［2］陈丽华.超细纤维毛巾织物的结构和吸水性分析［J］.针织工业，2005(6)：59-60.

［3］王长伍.超细纤维毛巾的现状研究［J］.江苏纺织，2008(9)：56-57.

［4］丁帅，许曙亮.智能纺织品在医学领域的应用［J］.山东纺织科技，2012(2)：40-43.

［5］易芳.毛巾里的水——品牌、渠道还是模式?［J］.中国纺织，2013(5)：104-105.

［6］刘晨，徐秀娟，田伟.五种毛巾综合性能研究［J］.棉纺织技术，2011(6)：12-15.