纤维长度的测定

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在打浆过程中，随著打浆设备的不同、打浆方式的不同，纤维长度的下降程度也有所不同。纸张的许多性质均与成浆的纤维长度有关，因此，在纤维基本性质的测定中，这是一项重要的测定项目。

纤维长度的测定方法很多，较常用的是显微镜法、投影法、筛分法、湿重法等。

1．显微镜法

本方法是将纤维染色后，在显微镜下进行测量，然后求其平均长度。

(1)主要仪器设备

❶ 显微镜：放大倍数40～400倍。

❷ 载片测微尺：载片测微尺形状似载玻片，玻片中部有长1mm分成100格的刻尺，每一刻度等于0．01mm。

❸ 接目测微尺：接目测微尺系一块可自由装卸在接目镜筒中的圆形玻片，其中部有一般划分为50或100格的刻尺。

(2)接目测微尺的校正

将接目测微尺置于显微镜载物台上，将目镜上部卸下，装入接目测微尺，再将卸下部分装上旋紧。固定焦点后，调整两个刻度尺的开始刻度相重合，分别记下接目测微尺和载片测微尺的刻度值，按下式求出接目测微尺的刻度值K：

此值求出后，将载片测微尺取下，保存好。

但必须注意，显微镜的各套镜头系统，其大小是不同的，因此当各种系统改变时，必须再进行测定，计算出比例。

(3)试片的制备

将浆料稀释至约0．05%的浓度，用吸液管取数滴，置于载玻片上，待稍干后加入2滴氯化锌碘液进行染色，用解剖针在载玻片上将纤维尽量理直并使其分布均匀。随后盖上盖玻片，用滤纸吸去多余染色剂，然后将玻片置显微镜载物台上观察。

(4)纤维观查和计算

测量纤维的长度选用显微镜放大倍数为40～100倍，如测纤维宽度时则用300～400倍。

在测量纤维长度时，将一根纤维的一端对准目镜测微尺刻度零点，使纤维与刻度尺平行重合，量到纤维的另一端，记下刻度上的数值，即为纤维的长度。

在选择视野时应尽量把一个视野的全部纤维都进行测量，测量总数不少于200根纤维，求其算术平均值。

纤维平均长度按下列公式计算：

1—接电源 2—金属圆筒 3—照明灯泡 4—凸透镜(短焦距) 5—可转动的套筒 6—支架 7—镜夹 8—平面反射镜

这是一种用普通显微镜改装成的投影显微镜。在载物台下装有一个聚光灯筒，使灯光聚集于载物片中心。目镜上方装有一个反射镜即可将目镜中的虚像投射到一个平面上成为实像，随后可进行观察和测量。

❷ 显微镜和投影两用仪：一种显微镜和投影两用仪如图10—1—28所示。

1—光源 2—反射镜 3—载玻片 4—物镜 5—反射镜 6—目镜 7—反射镜 8—屏幕

反射镜5是可转动的，如转至上方的位置，则可用肉眼在目镜处直接进行显微镜观察。反射镜5如转至下方位置，则图象通过目镜反射至反射镜7再投射到屏幕上。屏幕是可转动的，其上刻有带刻度的标尺，可转动屏幕来直接测量纤维的长度和宽度。

❸ 台式投影仪：一种台式投影仪如图10—1—29所示。

1—光源 2—聚光镜 3—试片 4—样品台 5—放大镜 6—反射镜 7—毛玻璃(屏幕)

这是一种简单的投影仪示意图。测纤维长度时，投影仪放大率用20～60倍。投影仪主要是由光源、聚光镜、样品台、放大镜、测量台等部分组成。

样品台可在光源与放大镜之间平行移动以调节焦距。配备不同倍率的放大镜2～3个，以便于变更放大倍数，适应试验的需要。

测量台由反射镜、毛玻璃(屏幕)、台架等组成。

❹ 水平投影仪：按Tappi标准T232—68所示的一种水平投影仪如图10—1—30所示。

1—放大镜或幻影机 2—放取试片的开口 3—平台 4—三棱镜 5—镀铬抛光板 6—磨砂玻璃(屏幕)

❺ 垂直投影仪：按Tappi标准T232—68所示的一种垂直投影仪如图10—1—31所示。

(2)测量方法

投影法测量纤维长度的方法各有不同，现列举以下几种：

1)直接测量法；

❶ 试片的制备：直接测量法的试片的制备大体与显微镜法的相同。

❷ 纤维的测量和计算：从成像屏幕的左上方开始，用尺子对每一根纤维进行测量，按纤维长度分成若干等级，记录下每一等级的根数，然后求其纤维平均长度和长度分布频率。

测量的纤维数不应少于200根。

2)格网测量法：这种方法是在投影仪的投影屏幕上有由若干线条组成的网格，每对线条间的距离代表试片上一定的长度，

对于针叶木浆或长纤维浆为1毫米，对于阔叶木浆或短纤维浆为0．5毫米。

测量纤维长度的格网如图10—1—32(Tappi标准T232)所示。

❶ 试片的制备：对浆料应首先进行筛分，分离出细料，或者预先知道细料的百分数。一种试片的制备方法是将少量纸浆悬浮液滴至载玻片上；干后加上几滴染色液，用解剖针在载玻片上将纤维尽最理直并使其分布均匀。随后盖上盖玻片，用滤纸吸去多余的染色剂，然后进行观察。

❷ 纤维的测量：将试片放在投影仪上，使图象清晰地投射在带有网格的屏幕上。

从屏幕的中央位置选择一基本面积(9或16个1平方英寸的方格，或者是36或64个0．5平方英寸的方格)，自这一面积的左上方的网格开始依次记录每一根纤维以任何方向交叉格线的数目，小于0．1mm长的纤维忽略不计。

如果纤维的长度超过0．1mm，但并未与格线相交，那么由于在一个网格内存有纤维的两端，则在表10—1—23中的第一排(0排)的B项内记录两次。又如观察到的任何纤维的两端存在于一个网格内，并且成环形相交于一条或几条格线，那么记录的数字也应是两倍。当一根纤维的一端位于一个网格内，则记录下继续向右相交的格线的数目。

表10—1—23

1—托盘 2—底玻片 3—盖玻片 4—钢圈

底玻片上用氟化氢刻有七个区间，作为测量的标记。

钢圈的外径为49mm，内径为22mm，厚度为2．63mm，两面磨光，面上有三圈沟纹，以增加钢圈与玻片间的摩擦力并保持试样不易干燥。钢圈夹在盖玻片与底玻片之间，形成容积为1m1的空间，用以放置试样。托盘可由塑料板制成，用以承托试样进行测量。

b．测量轮：测量轮如图10—1—34所示，用以测量投影在屏幕上的纤维长度，可用有机玻璃制成。测量轮的直径与投影仪的放大倍数及纤维分组距离有关，可按下式计算：

刻度数为测量轮圆周上的等分格数，一般分为6或12格。假如投影仪的放大倍数为40倍，纤维分组距离为0．25mm，圆周分为12个等分时，则测量轮的直径为：

1—漏斗进料 2—搅拌器 3—隔板 4—筛板 5—排水管 6—带有过滤布的容器 7—溢流

❷ 筛分槽的长度为320mm，宽度为127mm，高度为355mm。

❸ 筛分槽的一侧有一块可以拆卸的正方形筛板，其面积约为335cm2。

❹ 四个筛分槽的安放位置是逐渐降低的，成阶梯形排列，纸料从第一槽通过筛板后流入第二槽，再由第二槽流到第三槽，余类推。

❺ 每一筛分槽内有一直立搅拌，其转数为580r／min。搅拌结合著中央隔板的作用使流体在隔板与筛板之间产生很高的速度。并且由于横向流动而穿过筛板的筛缝的速度较低，这就可以让细小纤维通过筛孔，而粗大纤维又不致堵塞筛缝。

❻ 四个筛分槽的筛板眼孔大小按顺序逐渐减少，一般筛分仪的筛板有三套规格，如表10—1—25所示。

表10—1—25

1—电机 2—进水管 3—开关 4—外筒 5—管式搅拌器 6—筛板 ?—排泄口 8—排泄管 9—底座

❷ 筛分仪的外筒的下部是可拆卸的，当拆开时可以进行更换筛网。外筒的一侧有溢流管。

❸ 内筒的底部是空的，可将不同网目的筛网交替地安放在内筒底部的框架上。

❹ 筛网的网目为18目、40目、60目、80目和100目等五种。

❺ 搅拌器是管式的，其内可通入高压水，并且在搅拌器下部的横管上开有无数孔眼，这样一面搅拌，一面即可喷下高压水。

2)操作方法：

❶ 称取约5g绝干纸浆试样，用打散器充分疏解开以后，加进水，调节纸料悬浮液的浓度约1%。

❷ 先全面检查仪器零件是否齐全，检查搅拌喷水管的孔眼是否有堵塞情况。拆开外筒的下部，将选好网目的筛网安放在内筒的框架上，随后再装好外筒的下部。

❸ 打开进水阀，待筒内水位达到一定程度时，开动搅拌器，并准确控制水压为98kPa(1kg／cm²)。

❹ 当水开始从外筒溢流时，立即将已准备好的试样倒入内筒中，并开始记时，准确运转10min。

❺ 待达到规定时间后，首先关闭进水阀，然后停止搅拌器，并将筒底的排泄口打开。

❻ 用水冲下粘附在筒壁或搅拌器上的纤维，使之全部积于筛网上。

❼ 待水滤干后将筛网卸下，细心收集留在筛网上的全部纤维，并用绸布拧干后撕散，置于已称重的称瓶中，于105±2℃下干燥至恒重。

❽ 将同样的纸浆试样用另一筛目的筛网进行另一试样的试验。

3)计算：

筛网上纤维百分数(X)可按下式计算：

1—玻璃圆筒 2—搅拌器 3—齿轮 4—手柄 5—可拆卸的漏斗 6—筛网 7—三通活塞

❷ 玻璃圆筒的容积为1．2L，圆筒内有搅拌器，它借助于装在筒盖上的齿轮来转动，并由人工转动手柄来调节搅拌器的转速约为250r／min。

❸ 圆筒内壁有刻度，从底部到达这一刻度的圆筒容积恰为1L。

❹ 在圆筒下部有可拆卸的漏斗，其容积为0．1L。

❺ 在圆筒和漏斗之间可安放筛网，筛网框直径为115mm，筛网直径为100mm，筛网的网目有25、50、100目三种。

❻ 在漏斗的下部有三通活塞，其两端一个是进水管，一个是排水管。

2)操作方法

❶ 用螺栓调节仪器使其保持在水平的位置，在圆筒与漏斗之间装上25目的筛网，扣上有橡皮衬垫的漏斗部分使其不漏水。

❷ 转动三通活塞通入清水至可拆卸的漏斗中，当清水刚刚超过网面，关闭清水节门。

❸ 取相当于2g绝干纸浆的浆样在打散器中打散，随后倒入圆筒内，再通入清水直至液位刚好达到刻度。

❹ 关好圆筒的顶盖，转动手柄开动搅拌器，保持其转数约为250r／min，搅拌1min后，转动三通活塞，将液体排至容积为6L的容器内。

❺ 当圆筒内液体流完时，转开三通活塞，再次向圆筒内注入清水至刻度处，开动搅拌器0．5min，再将圆筒内液体排至一6L的容器内。以上是第一次洗涤，随后用同样方法进行第二次洗涤，液体同样排至—6L的容器内。

❻ 待水滤干后将筛网卸下，细心收集留在筛网上的全部纤维，在烘箱内烘至恒重，并称重。

❼ 在圆筒和漏斗之间更换上50目筛网，先通清水充满漏斗，并刚好超出筛网，随后倒入收集到的液体，操作方法同前。待全部收集到的液体通过筛网后，再进行一次洗涤。

❽ 待水滤干后将筛网卸下，细心收集留在筛网上的全部纤维，在烘箱内烘至恒重，并称重。

❾ 再在圆筒和漏斗之间更换上100目筛网，操作方法同前，使收集到的液体全部通过筛网。待水滤干后将筛网卸下，细心收集留在筛网上的全部纤维，在烘箱内烘至恒重，并称重。

3)计算

❶ 留在25目筛网上的粗纤维K的百分率如下式所示：

1—定位槽 2—混合槽 3—第一转鼓 4—第二转鼓 5—电机 6—清水管 7—排泄管 8—溢流管

❶ 这种筛分仪主要是由直径为30．5cm的上下两个转鼓组成，转鼓内装有青铜筛板，上一转鼓的筛板是20或28目，下一转鼓的筛板是48或100目。

❷ 两个转鼓由同一电机带动，转鼓的转数均为48r／min。

❸ 取4～6g浆样，先在打散器内打散，稀释至每克浆样的容积为15L，然后使其流入第一转鼓进行筛分，而穿过筛板的纸浆悬浮液再流进第二转鼓进行筛分。

❹ 筛分的时间为5min。

❺ 再现性保持在1%的范围内。

此外尚有一种四鼓式克拉克筛分仪。

(5)回转式筛分仪

这种筛分仪类似于一种回转式筛选机，如图10—1—39所示，短纤维穿过筛孔，而长纤维保留在筛网上被水冲至贮存槽。

4．湿重法

生产中采用的湿重法并不直接测定纤维的长度，而是用一特制的框架，使稀释了的纸料在一定条件下流过框架，在框架上挂住部分纤维。称取这部分湿纤维的重量(湿重)，即代表纤维的平均长度。因为纤维的平均长度为湿重的函数，纸浆中纤维越长，框架上挂住的纤维越多，湿重也越大。

这种方法仅是近似的测定法，因为纤维在框架上挂著的数量与许多因素有关，如纸料的性质、纸料的浓度及操作条件等。

一种我国常用的纤维框架如图10—1—40所示。

❶ 结构：框架为圆形，是用截面2mm的铜丝制成，直径125mm，框架一边有直到中心的凹口，以便放置在肖氏打浆度测定仪的升降轴上。框架共有筋条25根，每根厚0．3mm，宽2mm，长度不等，筋条与筋条之间相距5mm。框架边缘有四根20mm长的支腿支在仪器盖上。框架上部有一活环，以便放在象限秤上或在天平上称量。

另外一种同一型式的框架的规格直径120mm．筋条16根，宽1mm，厚0．5mm，重量40g。

❷ 操作方法：测定时，将框架置于肖氏打浆度测定仪的锥形盖上，框架即随著锥形盖一道落到容器中，然后按一般的操作方法，进行打浆度测定。当锥形盖提起时，部分纤维就悬挂在框架上。将框架取出，静置2min，称取框架增加的重量，即为纸料纤维的湿重。

❸ 换算和表示方法：湿重是一种快速测定纤维平均长度的方法，在生产实际中，可以直接运用湿重，例如以5．9g、4．8g等来间接表示纸料的纤维长度，而不进行换算。另外也可以进行换算。

不同浆种，不同配比，即是打浆度相同，但其湿重是不同的。在相同条件下，湿重与纤维平均长度有一换算系数，即纤维平均长度=湿重×系数。

每个框架由于制作的不一致，换算系数不相同。另外，不同浆种、不同配比，其系数也不相同。所以在生产上，在固定浆种、固定配比的条件下，每更换一次框架均要重新确定系数。

一种确定系数的方法是，在更换框架或改变浆种和配比后，由每个生产班组对打至一定打浆度的成浆进行留样，并至少10个以上。随后对每一试样作出湿重，并用显微镜法或投影法测量出其纤维平均长度。将所测得的湿重和纤维平均长度值代入系数后，则计算出各各试样的系数，弃去其中数字相差悬殊的，再取平均值就可作为这一框架对于某一纸料的系数。这样在生产实际上从测得的湿重值，乘以系数则可大体得知该纸料的纤维平均长度。