СПОСОБ ОЦЕНКИ ТОНИНЫ ЛУБЯНОГО ВОЛОКНА
METHOD FOR ESTIMATING THE FINENESS OF BAST FIBRES

Изобретение относится к методам контроля параметров качества волокнистых материалов и может быть использовано при анализе их свойств в процессе реализации этапов заготовки и переработки, а также при решении задач квалиметрии.
Известен способ определения тонины волокон шерсти по ГОСТ 17514-93 [1], по которому из анализируемой массы волокон случайным образом отбирают точечные штапельные пробы и формируют контрольную пробу из 10 точечных проб. Их промывают, прочесывают и нарезают контрольные волокна длиной не более 2 мм и массой 0,2 г. Нарезанные волокна помещают в бюксу, добавляют несколько капель глицерина и на предметное стекло наносят 1-2 капли смеси, устанавливают на предметном столике микроскопа либо ланометра и измеряют тонину в мкм не менее 300 отрезков волокон. Далее их разделяют на классы тонины и общую тонину определяют как среднее арифметическое всех результатов измерений.
Однако применяемый стандартный способ очень длителен, трудоемок и принципиально не может быть применен к оперативному контролю и оценке свойств волокон во время заготовки и переработки волокон.
Известен способ определения тонины волокон хлопка, основанный на учете сопротивления прохождению потока воздуха через волокнистый образец. Поместив пробу определенной массы и плотности в пространство постоянного объема, хлопковое волокно с меньшей линейной плотностью, то есть более тонкое, сильнее сопротивляется прохождению воздушного потока по сравнению с волокном большей линейной плотности. Это определяется тем, что при равной массе образца, число волокон в нем будет тем больше, чем меньше линейная плотность волокна. В этом случае поверхность образца будет большей и будет оказывать большее сопротивление прохождению воздушного потока [2].
Недостатком этого технического решения является низкая точность контроля, вызванная изменением объемной плотности волокнистой массы от активного воздействия на нее проходящего воздуха.
Известен способ определения тонины хлопковых волокон, заключающийся в том, что образец из хлопковых волокон подвергают сжимающей нагрузке, прозвучивают его, измеряют амплитуду прошедших колебаний и ее учитывают при расчете зрелости хлопковых волокон. Нагрузку прикладывают вдоль направления прозвучивания, а зрелость волокон определяют из отношения излученного и принятого акустических сигналов [3].
Недостатком известного способа является то, что различная средняя длина и тонина волокон, вызванная различием климатическим и биолого-почвенным, обуславливают низкую точность контроля.
Известен также способ определения тонины волокон, включающий формирование волокнистой пробы, ее анализ посредством оптической микроскопии и обработку цифрового изображения с последующей оценкой тонины волокна [4]. Однако при его применении для анализа лубяных волокон, состоящих из комплекса элементарных волокон затруднительно спрогнозировать тонину волокна, получаемую в результате утонения лубяных волокон при формировании растягивающих напряжений при доминирующем на практике одноосном растяжении.
Известный способ [4] по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.
Технической задачей изобретения является повышение точности контроля и информативности анализа за счет прогнозирования тонины после утонения волокон при одноосном растяжении.
Указанная задача достигается тем, что в способе определения тонины лубяных волокон, включающем формирование волокнистой пробы, ее анализ посредством оптической микроскопии и обработку цифрового изображения с последующей оценкой тонины волокна, согласно изобретению, формирование пробы осуществляют путем одноосного разрыва исходной навески определенной длины и массы, состоящей их параллельно расположенных друг относительно друга волокнистых комплексов, анализируют разорванные участки навески при их подсветке снизу, а тонину волокна оценивают на основе анализа черно-белого изображения в виде среднего арифметического значения ширины изображений волокон, рассчитанного на основе всей совокупности величин их ширины в разных участках по длине.
Формирование пробы посредством одноосного разрыва исходной навески определенной длины и массы, состоящей их параллельно расположенных друг относительно друга волокнистых комплексов позволяет обеспечить проявление в результатах анализа способности относительного смещения лубяных волокон. Величина таких смещений определяется степенью разрушения в процессе получения тресты пектино-лигнинового комплекса, склеющего элементарные волокна между собой. При значительных связях между волокнами такие смещения будут малыми и разрыв волокнистых комплексов произойдет в условиях, когда их толщина будет повышенная. При малых связях между волокнами они будет смещаться, что в конечном итоге будет приводить к утонению участков волокон, которые будут образовываться при одноосном растяжении волокнистой пробы. Таким образом, предлагаемая подготовка пробы позволяет прогнозировать способность лубяного волокна к утонению при доминирующем на практике взаимодействии волокон при их переработке -одноосном растяжении, что повышает информативность анализа.
Анализ сверху разорванных участков навески посредством оптической микроскопии при подсветке волокон снизу позволяет повысить точность результатов анализа, так как в этом случае исключается искажение линии контуров волокон по причине возникновения теней вблизи этих линий. Кроме этого, минимизируется влияние внешних источников света на получаемый результат. Это обстоятельство повышает точность анализа.
Оценивание тонины волокна на основе анализа черно-белого изображения в виде среднего арифметического значения ширины изображений волокон, рассчитанного на основе всей совокупности величин их ширины в разных участках по длине, позволяет получить следующие положительные эффекты. Анализ оцифрованного черно-белого изображения исключает формирование погрешностей из-за проявления разных оттенков цвета волокон, что повышает точность анализа. Использование в качестве тонины волокна среднего арифметического значения ширины волокон, рассчитанного на основе совокупности величин ширины в разных участках по их длине у всей их совокупности, обеспечивает повышение точности анализа, так как анализируются все волокна на изображении по их длине. При этом получаемое среднее арифметическое значение ширины минимизирует ошибку измерений.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Для анализа готовят пробу льняного волокна в виде навески длиной 27 см и массой 0,42 г (по требованиям ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. ТУ» с изменением №4). Далее ее разрывают на разрывной машине, например, РМП-1 (по требованиям ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. ТУ» с изменением №4). Полученные разорванные участки освобождают из зажимов и от них отрезают участки навески, которые были в зажимах на определенную длину. Оставшиеся участки раскладывают тонким слоем в виде единичных волокон на освещенный снизу стол микроскопа с прозрачной поверхностью. Разложенные волокна накрывают покровным стеклом. Включают цифровой оптический микроскоп и проводят анализ оцифрованного черно-белого изображения волокон. Программа ЭВМ фиксирует ширину всех волокон в разных зонах их длины. После этого программа рассчитывает среднее арифметическое из всей совокупности значений ширины. По величине полученного среднего арифметического значения ширины судят о тонине волокон.
Пример реализации способа.
Для проверки способа подготовили две партии льняного волокна, полученного из стеблей льна разной степени биологической спелости и тресты разной степени вылежки. В итоге получено грубое и тонкое волокно.
Каждая партия была проанализирована путем микроскопии с применением микроскопа Levenhuk DTX 90. Этот микроскоп в паре с ЭВМ позволяет вручную рассчитывать размеры объектов. В частности, измеряли ширину волокон в разных местах их длины. Чем меньше ширина, тем тоньше волокна, а значит больше тонина.
Параллельно этому анализу провели оценку тонины волокна по предлагаемому способу. Для анализа готовили пробу льняного волокна в виде навески длиной 27 см и массой 0,42 г. (по требованиям ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. ТУ» с изменением №4). Далее осуществляли ее разрыв на разрывной машине РМП-1 (по требованиям ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. ТУ» с изменением №4). Полученные разорванные участки освобождали из зажимов и от них отрезали (как не учетные) участки навески, которые были в зажимах на длину 65 мм от концов. Оставшиеся участки раскладывали тонким слоем в виде единичных волокон на освещенный снизу предметный стол микроскопа с прозрачной поверхностью. Разложенные волокна накрывали покровным стеклом. Включали цифровой оптический микроскоп, специальную программу на ЭВМ, с помощью которой проводился анализ оцифрованного изображения волокон. ЭВМ посредством специальной программы преобразовывала изображение в черно-белый вид и с использованием алгоритмов технического зрения фиксировала ширину всех волокон в разных зонах их длины. После этого программа рассчитывала среднее арифметическое из всей совокупности значений ширины. По величине полученного среднего арифметического значения ширины ЭВМ посредством реализации регрессионного анализа оценивала тонину волокон. Чем меньше ширина, тем тоньше волокно, а значит больше тонина.
Данные испытания представлены на фиг. 1 в виде диаграммы. Из полученного результата следует хорошее сходство итоговых значений ширины волокна и его тонины, определяемой по предлагаемому способу.
Предлагаемый способ определения тонины лубяных волокон не требует значительных затрат на реализацию, а его использование возможно при проведении материаловедческих испытаний в рамках решения задач стандартизации и квалиметрии.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 17514-93 "Шерсть натуральная. Методы определения тонины".
2. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53235-2008 «Волокно хлопковое. Методы определения линейной плотности и показателя микронейр».
3. Авторское свидетельство SU 1013842 А1 Способ определения зрелости хлопковых волокон. Дата публикации: 1983-04-23.
4. Система анализа тонины и состава волокна. Оборудование фирмы «Оллен лаб»: https://ollenlab.ru/onas.html / (дата просмотра: 28 апреля 2021 г.).