聚氨酯载样管硬度与软木衬摩擦系数对滚箱法起球性能的影响

何军+路正辉

摘要：

聚氨酯载样管在恒温恒湿的环境下长期使用，管体逐渐老化变质，硬度发生改变，弹性明显下降，对滚箱起球性能有重要影响。试验表明：新管和旧管硬度平均差9.25度，综合评级平均值差1.5级，个人评级极差为2.13级。软木衬摩擦系数tanβ越大，试样起球越严重，不同箱号间tanβ差异越大，试样起球评级结果极差越大。Tanβ差0.09时，对应评级极差约为0.5级。

关键词：载样管硬度;软木衬摩擦系数;起球;评级

1    引言

评价织物表面的起毛起球性能，常用的检测方法有圆轨迹法、马丁代尔法、滚箱法（ICI法）和乱翻法。滚箱法起毛起球常用于检测毛针织或仿毛针织产品的起球性能，测试标准有ISO 12945-1：2000和GB/T 4802.3—2008。聚氨酯载样管是滚箱测试仪安装试样的载体。大量试验发现，载样管经过长期频繁使用后，管面形态基本不会发生变化，但是管体弹性却开始下降，相比新管有手感发硬、硬度偏高上升的现象。根据GB/T 4802.3—2008附录A，滚箱软木衬是一种需要定期更换的摩擦介质，由于针织物试样在生产中大量使用了有机硅，软木衬与其长期接触过程中变得光滑，导致摩擦系数下降，会降低试样的起球性能[1]。而且GB/T 4802.3—2008删掉了97版旧标准附录“橡胶软木摩擦系数下降至原始数值的1/2以下时，即需要换新的橡胶软木”与“橡胶软木衬表面摩擦性能测定方法”的规定，也没有对载样管弹性与硬度作出具体要求。实际检验中，受到样品状态与测试条件的影响，滚箱法起球测试结果偏差大的问题一直是检测领域研究重点，±0.5级意味着检验结论“合格”或“不合格”。

关于研究滚箱法起毛起球性能影响因素的文献有很多，主要集中在纤维原料构成、纱线与组织结构和抗起球后整理工艺等。戴婉君[2]等从探讨测试标准和试验条件出发，对摩擦系数介于0.4～1.0之间软木衬起球性能做了研究，指出摩擦系数对滚箱起球性能影响很大。朱红梅[3]等通过配重载样管来分析对起球结果的影响。本文通过试验测试，尝试探讨载样管硬度对滚箱起球性能的影响，并对实验室中摩擦系数介于0.45～0.65之间的软木衬起球性能进行再分析研究。

2    试验

2.1  试样准备

试样选用比较容易起球的纯羊毛针织织物，起球等级在2～4级左右，深色，起球明显，评级直观，减少主观误差。具体规格参数如表1。

2.2  仪器与试验材料

起毛起球仪：SDL ATLAS M227B 4箱、大荣YG（B）511-Ⅲ 3箱，转速（60±2）r/min;激光测距仪D3，精度±0.3°;邵氏硬度计LX-A，范围0～100 Shore A;滑块;聚氨酯载样管新管一组4个，管龄半年，旧管一组4个，管龄6年。

2.3  试验环境

试样调湿、试验用环境在恒温恒湿环境中进行，温度（20±2）℃，湿度（65±4）%。

2.4  试验方案

（1）测量软木衬摩擦系数tanβ值（以下摩擦系数均用tanβ值表示）：用激光测距仪测量滑块匀速下滑时的水平角度β，tanβ值即为软木衬摩擦系数。ATLAS和大荣箱子分别用箱n、箱n#表示。

（2）测量新管和旧管硬度：手持邵氏硬度计平压于载样管表面直至触点下端面完全与管面相切，读取读数HA值。新管和旧管分别用管n、管n#表示（n为1，2，3…）。

（3）测试不同tanβ值软木衬的起球性能：相同人员制样，用新管，设置转速（60±2）r/min，14400转，试样用同一样品，试验结果采用双人评级。

（4）测试不同硬度的新管和旧管起球性能：相同人员制样，用相同tanβ值的同一个箱子，设置转速（60±2）r/min，14400转，试验结果采用多人评级。

3    结果与分析

3.1  不同滚箱间软木衬tanβ值的差异

基于不用拆卸直接在箱内用激光测量滑块角度算出软木衬tanβ值这种方法，可以减少拆卸与安装软木衬带来的繁琐工作，比较适合于实验室滚箱的期间核查与日常校准。表2的测试结果表示，在ATLAS 与大荣之间以及同台不同箱号之间的tanβ值均存在差异，测试结果最大0.63，最小0.48。由此可知，日常实验室中，不同滚箱间软木衬tanβ值存在差异，但这种差异又都符合方法标准GB/T 4802—2008要求。

3.2  聚氨酯橡胶新管与旧管硬度的差异

对比表3新旧管硬度测试的数据，管龄为半年的4个新管硬度平均值为52、52、52、49度，管龄为6年的4个旧管硬度为64、61、60、57。两组载样管由于使用年限不同，管体弹性的硬度值出现了明显差异。有研究表明[4]，玻璃态高分子材料多数处于热力学的非平衡态，在其玻璃化转变温度以下会逐渐向稳定的平衡态转变，从而导致高分子材料物性的改变。本试验证明，属于聚氨酯高分子复合材料的聚氨酯载样管，在恒温恒湿环境中经过长期频繁的使用，管体的橡胶材质逐渐老化，硬度发生改变，弹性出现明显下降。这方面有学者做过相关研究，比如在邹德荣[5]在验证聚氨酯弹性材料配方试验中可知，伴随聚氨酯弹性材料的老化过程，邵氏硬度与时间表现出明显的正相关性。

3.3  不同tanβ值软木衬对滚箱起球结果的影响

分析表4数据可知，试样1#、2#和3#起球比较严重，两位评级人员综合评级为2～2.75级。对比箱1#与箱1、箱3#与箱4的评级结果可发现，软木衬tanβ值越大，试样起球越严重。不同箱号间软木衬tanβ值差异越大，试样起球评级的极差越大，如tanβ值差0.09，对应综合评级的极差差0.5级。同时，当软木衬tanβ值差异较小时，即使试样起球严重，这种差异对起球结果的影响也并不显著，甚至相反，如试样2#。但是，我们分析试样4#，两位评级人员的综合评级是3.625～4级，表示试样本身抗起球性较好，虽存在软木衬tanβ值差异的影响，但tanβ值带来的差异对试样起球性能的影响并不显著。

3.4  不同硬度的聚氨酯橡胶管对滚箱起球结果的影响

由表5，对试样1#、3#、4#和5#的试验结果分析，硬度较小的新管比硬度较大的旧管起球严重，新管和旧管硬度平均差9.25度。相同的试样、相同的软木衬tanβ值和相同的转速与转数，起球结果有明显差异，伴随样品的不同，这种差异对起球结果的影响程度也不一样。

图1    新管与旧管起球评级极差

图1的极差结果显示了差异最大发生在试样1#上，7位评级人员对新管的综合评级为1.96级，旧管是3.64级，按0.5级修约，起球结果平均差1.5级，个人评级最大差2.13级，如评级人员C评级的试样1#。其余3#、4#和5#试样平均差约0.5级。试样2#的试验结果至少可以说明，载样管硬度差异会导致滚箱起球结果有差异的结论在少部分样品中并不显著。

4    结论

4.1  用激光测距仪测量软木衬tanβ值和用手持式邵氏硬度计测量载样管硬度，方法原理简单，操作便捷，便于实验室仪器的日常维护与检测校准。

4.2  软木衬tanβ值测量证明，不同仪器、不同箱号之间存在差异，但符合现行标准要求。

4.3  tanβ值的差异对起球结果有重要影响，tanβ值越大起球越严重，tanβ值差异越大起球评级极差越大。但对于抗起球性能较好的针织物影响并不显著。

4.3  载样管作为摩擦载体在长期频繁使用过程中逐渐老化变质，管体弹性与硬度等物性会产生变化，导致摩擦性能的改变。

4.4  对大多数纯毛针织物而言，聚氨酯载样管的硬度越大起球越严重。

5    建议

依据现行箱式起球法的标准规定与标准要求尺度，软木衬摩擦系数tanβ值与聚氨酯载样管硬度是容易被忽视但又存在对起球结果有重要影响的两个因素，从某种程度上讲，这也是造成当前滚箱法起毛起球结果实验室间比对差异大的重要原因。因此建议相关部门：

一是尽快将软木衬定性为标准物质，对生产与使用作出统一规定;

二是在方法标准中应增加对聚氨酯载样管硬度要求，缩小软木衬摩擦系数tanβ值适用范围;

三是对滚箱法校准织物规格进行统一明确。

参考文献：

[1] GB/T 4802.3—2008 纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法[S].

[2] 戴婉君，李红英.关于起球箱法测试标准中软木衬问题的探讨[J].中国纤检，2014，（9）：70-73.

[3] 朱红梅，李伟松，沈锦玉. GB/T 4802.3—2008 《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法》标准的解析[J].中国纤检，2014，（1）：46-48.

[4] 高晓敏，刘永华，杨雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模拟研究进展[J].高分子材料科学与工程，2005，（9）：33-36.

[5] 邹德荣.聚醚聚氨酯弹性体及其老化性能研究[J].合成材料老化与应用，2002，（2）：13-17.

（作者单位：福建省纤维检验局）

3.4  不同硬度的聚氨酯橡胶管对滚箱起球结果的影响

由表5，对试样1#、3#、4#和5#的试验结果分析，硬度较小的新管比硬度较大的旧管起球严重，新管和旧管硬度平均差9.25度。相同的试样、相同的软木衬tanβ值和相同的转速与转数，起球结果有明显差异，伴随样品的不同，这种差异对起球结果的影响程度也不一样。

图1    新管与旧管起球评级极差

图1的极差结果显示了差异最大发生在试样1#上，7位评级人员对新管的综合评级为1.96级，旧管是3.64级，按0.5级修约，起球结果平均差1.5级，个人评级最大差2.13级，如评级人员C评级的试样1#。其余3#、4#和5#试样平均差约0.5级。试样2#的试验结果至少可以说明，载样管硬度差异会导致滚箱起球结果有差异的结论在少部分样品中并不显著。

4    结论

4.1  用激光测距仪测量软木衬tanβ值和用手持式邵氏硬度计测量载样管硬度，方法原理简单，操作便捷，便于实验室仪器的日常维护与检测校准。

4.2  软木衬tanβ值测量证明，不同仪器、不同箱号之间存在差异，但符合现行标准要求。

4.3  tanβ值的差异对起球结果有重要影响，tanβ值越大起球越严重，tanβ值差异越大起球评级极差越大。但对于抗起球性能较好的针织物影响并不显著。

4.3  载样管作为摩擦载体在长期频繁使用过程中逐渐老化变质，管体弹性与硬度等物性会产生变化，导致摩擦性能的改变。

4.4  对大多数纯毛针织物而言，聚氨酯载样管的硬度越大起球越严重。

5    建议

依据现行箱式起球法的标准规定与标准要求尺度，软木衬摩擦系数tanβ值与聚氨酯载样管硬度是容易被忽视但又存在对起球结果有重要影响的两个因素，从某种程度上讲，这也是造成当前滚箱法起毛起球结果实验室间比对差异大的重要原因。因此建议相关部门：

一是尽快将软木衬定性为标准物质，对生产与使用作出统一规定;

二是在方法标准中应增加对聚氨酯载样管硬度要求，缩小软木衬摩擦系数tanβ值适用范围;

三是对滚箱法校准织物规格进行统一明确。

参考文献：

[1] GB/T 4802.3—2008 纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法[S].

[2] 戴婉君，李红英.关于起球箱法测试标准中软木衬问题的探讨[J].中国纤检，2014，（9）：70-73.

[3] 朱红梅，李伟松，沈锦玉. GB/T 4802.3—2008 《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法》标准的解析[J].中国纤检，2014，（1）：46-48.

[4] 高晓敏，刘永华，杨雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模拟研究进展[J].高分子材料科学与工程，2005，（9）：33-36.

[5] 邹德荣.聚醚聚氨酯弹性体及其老化性能研究[J].合成材料老化与应用，2002，（2）：13-17.

（作者单位：福建省纤维检验局）

3.4  不同硬度的聚氨酯橡胶管对滚箱起球结果的影响

由表5，对试样1#、3#、4#和5#的试验结果分析，硬度较小的新管比硬度较大的旧管起球严重，新管和旧管硬度平均差9.25度。相同的试样、相同的软木衬tanβ值和相同的转速与转数，起球结果有明显差异，伴随样品的不同，这种差异对起球结果的影响程度也不一样。

图1    新管与旧管起球评级极差

图1的极差结果显示了差异最大发生在试样1#上，7位评级人员对新管的综合评级为1.96级，旧管是3.64级，按0.5级修约，起球结果平均差1.5级，个人评级最大差2.13级，如评级人员C评级的试样1#。其余3#、4#和5#试样平均差约0.5级。试样2#的试验结果至少可以说明，载样管硬度差异会导致滚箱起球结果有差异的结论在少部分样品中并不显著。

4    结论

4.1  用激光测距仪测量软木衬tanβ值和用手持式邵氏硬度计测量载样管硬度，方法原理简单，操作便捷，便于实验室仪器的日常维护与检测校准。

4.2  软木衬tanβ值测量证明，不同仪器、不同箱号之间存在差异，但符合现行标准要求。

4.3  tanβ值的差异对起球结果有重要影响，tanβ值越大起球越严重，tanβ值差异越大起球评级极差越大。但对于抗起球性能较好的针织物影响并不显著。

4.3  载样管作为摩擦载体在长期频繁使用过程中逐渐老化变质，管体弹性与硬度等物性会产生变化，导致摩擦性能的改变。

4.4  对大多数纯毛针织物而言，聚氨酯载样管的硬度越大起球越严重。

5    建议

依据现行箱式起球法的标准规定与标准要求尺度，软木衬摩擦系数tanβ值与聚氨酯载样管硬度是容易被忽视但又存在对起球结果有重要影响的两个因素，从某种程度上讲，这也是造成当前滚箱法起毛起球结果实验室间比对差异大的重要原因。因此建议相关部门：

一是尽快将软木衬定性为标准物质，对生产与使用作出统一规定;

二是在方法标准中应增加对聚氨酯载样管硬度要求，缩小软木衬摩擦系数tanβ值适用范围;

三是对滚箱法校准织物规格进行统一明确。

参考文献：

[1] GB/T 4802.3—2008 纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法[S].

[2] 戴婉君，李红英.关于起球箱法测试标准中软木衬问题的探讨[J].中国纤检，2014，（9）：70-73.

[3] 朱红梅，李伟松，沈锦玉. GB/T 4802.3—2008 《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第3部分：滚箱法》标准的解析[J].中国纤检，2014，（1）：46-48.

[4] 高晓敏，刘永华，杨雪海.聚氨酯氧化及分析表征和模拟研究进展[J].高分子材料科学与工程，2005，（9）：33-36.

[5] 邹德荣.聚醚聚氨酯弹性体及其老化性能研究[J].合成材料老化与应用，2002，（2）：13-17.

（作者单位：福建省纤维检验局）