非織造布孔隙率的圖像分析法及其與透氣性的關(guān)系

許曙亮 王中珍 丁 帥 李勝凱 楊 琳 李 政

1. 山東省紡織科學研究院(中國) 2. 山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室(中國)

圖像分析技術(shù)自20世紀80年代起就在計算機領(lǐng)域廣泛應用，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)勢而在應業(yè)用紡織品中應用較多。在表征非織造布結(jié)構(gòu)的眾多指標中，孔隙是一個重要的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。它影響非織造布的彈性﹑熱傳導和電介質(zhì)等性能，對織物彎曲性和多孔網(wǎng)絡(luò)擴散性的影響也很大[1-2]，且對織物的合理化量產(chǎn)和成本控制有重要意義。

1 試驗材料和方法

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。通過測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測試，不同試樣的GSM測試結(jié)果如表1所示。

1.2 厚度

參照EN ISO 5084-1999，采用織物厚度儀測量。

1.3 透氣性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，用單位時間內(nèi)流過試樣單位面積的空氣體積表征。測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個不同位置處隨機檢測，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)，自動改變拍攝范圍，隨機拍攝試樣圖片，每種試樣拍10次。

圖像捕捉完成后，將圖像分析技術(shù)與時間系數(shù)相配合對圖像進行校準。

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，讀取像素間的長度。通過標尺測量并讀取孔隙的最大值和最小值。統(tǒng)計孔隙直徑，進一步計算孔隙率。

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)與透氣性測試結(jié)果如表1所示。

表1 非織造布試樣的性能測試結(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)過程中，針刺密度可促進纖維間的混合，使得織物更加密實，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

本文采用圖像分析法測量丙綸水刺非織造布的孔隙率和孔徑。試驗結(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)也會影響其透氣性。

采用圖像分析法測定非織造布孔隙尺寸的優(yōu)點是數(shù)據(jù)準確，操作簡單，給科研人員帶來極大的便利，解決了套用公式理論計算的局限性。不足之處是試樣孔隙的形狀和分布具有隨機性，采樣有一定難度。