国外羊毛试验方法标准综述之九_毛绒纤维鉴别_扫描电子显微镜法_张保国

羊毛和特种纤维!山羊绒、马海毛、羊驼毛、驼绒、安哥拉兔毛等"是毛纺工业的重要原料，尤其是山羊绒纤维，由于它具有轻、暖、柔、滑等其他纤维所不及的特性，被誉为“纤维宝石”。我国是山羊绒重要生产国之一，产量占世界总产量的#$%左右，是重要的出口创汇产品，但是近几年来，在纤维流通领域中，一些不法分子将细羊毛或脱鳞羊毛混为山羊绒，以牟取暴利，破坏了宝贵的山羊绒资源。在纺织成品领域，根据国家标准严格对纺织产品标识的强制要求，制造商必须要标明其产品中的纤维类型，还要注明其产品中各纤维组分的重量百分率。虽然受到标识法规的约束，但由于羊毛和特种动物纤维!尤其是山羊绒"之间存在的价差很大，许多不法商人依然在其产品上标注虚假含量信息，借以谋求暴利。羊毛长期以来都是在珍稀动物纤维如马海毛和山羊绒中掺杂使假的主要材料。因此，准确地鉴别绵羊毛与山羊绒纤维等特种动物纤维，对于充分利用纤维资源，保证正常市场秩序是非常必要的。

羊毛和特种纤维!山羊绒、马海毛、羊驼毛、驼绒、安哥拉兔毛等"在物理和化学性能上非常接近，所以它们的混合物无法用机械或化学的方法分离开。最传统的纤维鉴别和混合物成分分析方法是采用光学显微镜，美国&’()*#+,-,.《纺织品定量测试方法》和&&(//+$&《纤维分析：定量法》都包括使用光学显微镜进行定量分析的内容。在欧洲，使用光学显微镜进行羊毛和特种动物纤维成分分析的标准化工作一直未能进行，主要是欧共体认为该方法受测试人员目光、经验影响较大，存在测试结果不稳定的问题，并且在多次混纺产品含量巡回测试中未能取得良好成绩。为弥补光学显微镜测试方法的不足，德国羊毛研究院!*01"在2$年代和,$年代开发了一项使用电子扫描显微镜!’3)"来区分羊毛和其他特种动物纤维的技术，这种技术主要基于纤维鳞片厚度来评判。基于该技术10(4于+$$$年发布了10(4-.2-$$《利用扫描电子显微镜对特种动物纤维和绵羊毛及其混合物含量进行分析》的方法标准。通过10(4、1)&、//)1组织的由欧洲认可纺织实验室参加的多次循环比对测试，在欧洲现在’3)方法已被认为可以在一定程度上代替5)方法，并得到了客户的广泛接受。

以德国羊毛研究院所作的利用扫描电子显微镜分析羊毛和特种纤维混纺产品的可行性研究为基础，6,2#年该方法草案首次提交给10(4标准委员会。随后在6,2786,22年间给技术委员会的报告中对该方法进行了详细的讨论并认为该方法是可行的。由于当时采用该方法的实验室数量很少以及考虑到它应用的特殊领域，没有进一步将该方法采纳为正式测试方法。随着羊绒市场的扩大，毛绒纤维鉴别方法标准越来越重要。因此6,,#年在奈斯市!91/3"该方法再一次被提交给标准和技术委员会，并在6,,7年奈斯会议上被批准为测试方法草案。6,,,年通过奈斯会议讨论，将该方法适用范围从双组分成分鉴别扩展到毛绒纤维含绒率测试。+$$$年该方法批准为正式方法。

二、扫描电子显微镜

6:原理

扫描电子显微镜的原理如图6所示，从阴极/发出并经加速的电子束相继通过电子透镜5

6

、5

+

、5

;

而聚焦于试样’的表面，这些透镜把电子束聚得很细，其直径可能小到$:$6!<，甚至更小些。电子束在样品表面激发出二次电子，这些二次电子为探测器所接受并送到放大器&。放大器的输出决定了显示管调制极的电位。因此显示管荧光屏上的亮度决定于到达探测器=的束流。

国外羊毛试验方法标准

综述之九

——

—毛绒纤维鉴别!扫描电子显微镜法"

中国纤维检验局张保国

马海毛

羊毛

从锯齿波发生器!发出的电流，分别通过偏转线圈"#"#和"$"$，使显微镜镜筒中的一次电子束和显示管荧光屏上的亮点偏移，用两个这样的系统产生相互垂直的偏移，因此，聚焦在试样%上的电子束和显示管上的亮点将进行之字形同步扫描，分别形成一个长方形光栅。当电子束在试样%表面扫描时，

到达探测器&上的束流随着各点的构造、组织或形貌的不同而改变，因而，从某种意义上说，荧光屏上形成了一个试样%的图像。

选择各个偏转线圈的匝数，或者在显微镜中偏转电子束的线圈上并接一电阻，就可使试样%上扫描光

栅的尺寸远小于显示管上的光栅。因此，终像乃是物体的放大像。放大率可以从$’倍变化到#’万倍。

$(电镜结构

电镜系统主要由电子光学系统、真空系统、控制显示系统、电源系统组成。

电子光学系统主要包括电子、电磁透镜。其功能主要是产生直径很细的电子束，到达试样表面的光斑

一般在#’)*以下。

真空系统一般由机械泵或扩散泵+分子泵,两级组成。机械泵作为扩散泵+分子泵,的预抽泵。主要是为电镜系统提供高真空环境。

控制显示系统主要负责电镜系统各功能参数的调整，现一般由计算机控制。主要分成如下部分：计算机控制部分、扫描部分、检测部分、透镜控制部分、观察部分、拍照部分。

电源部分可分为交流电源箱、直流电源箱及电子高压部件。

-(特点

扫描电镜的特点有：

+#,分辨率高：能观察到试样表面几纳米的细节形貌。

+$,扫描电镜放大倍数、调节范围宽。

+-,图像视野大，景深长，成像富有立体感，可以直接观察凹凸不平的细微结构。此点尤其方便纤维样品观察。

+.,试样制备较透射电镜简单，非导电样品只需蒸镀一层导电层即可观察。

三、测试原理

按照/01234规定的采样方法，从待测材料中取得短纤维片断。组成测试样品的纤维片断被均匀分布到适当的样品台上，经用金镀膜后放入%56。在约

#’’’倍的适当放大倍数下，

通过%56的监控器判断每根纤维片段的类型并得到每个类型纤维的数量。

羊毛纤维可以用鳞片厚度来同其他所有特种动物纤维区分开。羊毛鳞片厚度可达’(7!*及以上，而其他特种动物纤维鳞片厚度在’(.!*及以下。主要与鳞片厚度有关的纤维表面视觉粗糙程度通常也是判定依据之一。其他特征如鳞片形状、鳞片密度和直径对于难

图!

扫描电子显微镜原理图

图$

马海毛和羊毛鳞片高度的比较+羊毛鳞片厚度一般都等于或大于’(7!*8纺织用特种纤维则为’(.!*及以下,

图!典型的美利奴羊毛"上#和中国山羊绒纤维"下#

"由于羊毛鳞片较厚且密度较大，相对羊绒来说其表面较粗糙#

图!美利奴羊毛纤维

图"中国山羊绒的典型形态

图#克什米尔与安哥拉山羊杂交得到的纤维

图$马海毛%鳞片大都是状&

图’牦牛绒%大部分纤维鳞片密度较大，

鳞片翘角受到了磨损&

图()藏羚羊纤维%纤维外观特征非常明显，纤维鳞片密度较

低，())!*长纤维上只有!片+"片，有明显的轴向翘角&

图(,骆马毛%鳞片密度较高有典型的轴向沟纹&

图((骆驼毛%细纤维的鳞片一般较长，

边缘基本与纤维轴平行，具有典型的翘角和子鳞片&图-克什米尔山羊和野生山羊杂交得到的杂交山羊绒

图!"美洲驼#羊驼纤维$鳞片大部分是圆柱状，鳞片边缘较窄呈波纹圆齿形，并几乎与纤维轴垂直%

图!&安哥拉兔毛$其鳞片形状非常独特%

以判断的纤维也是非常有用的。实际测试显示，试验人员所具有的动物纤维鉴别实际经验对获得可靠的分析结果是至关重要的。图’(图!&列出了一系列相关动物纤维的)*+显微照片，这些照片反映了各类型纤维的典型外观。

对于双组分定量分析，为计算每种纤维组分的重量百分率，各组分纤维的平均直径和标准差与纤维根数应同时测出。对于安哥拉兔毛，由于存在连续髓腔，计算时应采用降低后的平均纤维密度。

四、设备材料和试剂

!,溅射$蒸镀%金膜的镀膜机。

’,扫描电子显微镜$)*+%：工作条件：加速电压：!-./(’0./

束流："0012(-0012

样品室压力：3!456$!07-4869%成像方式：二次电子成像放大倍数：!0倍(!0000倍斜度：0:

注：由于分析在真空中进行，所以制样不需要特殊气体。

的设备。

&,)*+试样台：

用于)*+的载样装置，铝制，直径!"44。

-,试剂：乙酸乙酯，用于将纤维片段均匀分布到玻璃板上。

@,消耗材料：

单面和双面胶带；约"0A4B "0A4玻璃板；0,-44直径不锈钢棒；刀片；

!044直径玻璃管，

大约"-44高。五、适用范围

此方法适用于测定由羊毛或特种动物纤维制成的纯纺制品的含量，适用于检测某种纯纤维样品中的微量组分以及双组分混纺制品的定量分析。此方法适用于从原材料到最终消费产品各加工阶段的材料。

六、测试过程

!,制样

从待测材料中抽取测试样品的基本要求是样品要有代表性。根据大样的形态$散纤维混合物、纱线、毛条或织物%不同，测试样品的制备方法也不一样。由于采

样产品差异太大，这里不再给出制备样品的过程。关于制备样品的有关规定参见;<=>7?。

作为参考，在其他;<=>标准中的制样方法在适当情况下也是适用的。

对于织物，从待测批样不同部分沿经纬方向裁取"块"A4B "A4的小样，将"块小样的经纬纱分开并排列整齐，然后准备放入切断器中。

’,样品准备

$!%纤维片段的制备

样品不论纤维直径大小，应使用在;<=>7?中描述的切断器，按规定的过程，切成0,&44长纤维片段。推荐纤维片段的量应在!0C 左右。

注：实际操作显示0,@44(0,?44长度片段不适于)*+技术。又细又曲的纤维在随后的准备步骤中易于粘附在一起。因此推荐0,&44片段长度。

$’%准备)*+样品台

将纤维片段收集在!044直径的试管中，放入!4D (’4D 乙酸乙酯，

用0,-44不锈钢棒搅动混合物。不待纤维片段沉淀，尽快将混合物倒在玻璃板上。在乙酸乙酯挥发后，纤维片段会均匀地分布开，并在玻璃板上形成直径约!0044的纤维片段分布区。

注：如果在乙酸乙酯挥发后纤维片段依然集聚在一起，应使用刀

片将它们从玻璃板上刮下并收集起来，然后重复上述准备过程。

在纤维片段分布区上平行粘贴"条单面胶条，然

!!

"#$

"!%根数&’

()$$*%)&

后在单面胶条的背面粘贴+条双面胶条。

按照图)#所示将,个-./样品台粘在胶条上。从玻璃板上扯开胶条，用刀片沿样品台边缘将胶条去除。这样就可制得,个纤维片段样品台。

使用镀膜机将每个样品台蒸镀金膜，金膜厚度约)#01。

+2测试过程

%)&各试样台的扫描观察

将一个试样台放入-./，在最低放大倍数下%)$倍&，将试样台的左上角部分调整到显示器上，设定放大倍数为)$$$倍并调整到合适焦距。沿水平或垂直方向扫描试样台。扫描过程中，使用%3&中的方法鉴别出现在显示器中的每根纤维的类型，并累计每种类型纤维的纤维根数。如果必要，可以在较高放大倍数下%+$$$倍4)$$$$倍&进行定性鉴别。

如果需要定量分析%见%+&，第三种情况&，应同时测定各类型纤维的直径%见%"&&。

如果纤维破坏严重，应观测整个纤维片段帮助进行类型鉴别。为避免重复鉴别，在继续测试前观测点应移回原位置并将放大倍数调回)$$$倍。当扫描到试样台边缘，扫描观测区应从原位置移开两倍纤维片段长度%$2511&以上，然后按67:5要求开始反方向扫描观测。

%3&纤维鉴别

鳞片厚度是纤维的定性特征值。在合适的放大倍数下，测试纤维表面的翘角高度是否超过$2##!1，

&$2##!1判定为羊毛，

否则为特种动物纤维。对于不易判断的纤维，应在较高放大倍数%+$$$

倍4)$$$$倍&下测试多个鳞片厚度直至能够确定为止。核对纤维表面更多特征，如鳞片密度，鳞片形状等，这些特征对于纤维定性鉴别是非常有用的，尤其对于

低等级羊毛。在这些情况下要得到精确的判断结果，试验人员需要有较多的测试经验。即使很强的化学处理对纤维定性鉴别结果的影响很有限，但必须加以考虑。图34图)"显示了不同类型纤维的-./外观特征。其他组分，如蚕丝，合成纤维，分析过程中可忽略，待随后单独用化学方法分析。

%+&定量分析%含绒量检验&和基于根数的双组分分析

从第一个样品台鉴别)#$根纤维：

第一种情况：如果只发现一种纤维类型，在随后两

个试样台上再检查+$$根纤维片段。如果还没有第二种类型纤维发现%总计"#$根纤维中&，可以认定样品是纯的。

第二种情况：如果发现两种纤维类型并且一种类型纤维的根数百分比低于+*%)#$根纤维中不足#根&，这种类型纤维可认为是微量组分。从随后两个试样台上再多检测+$$根纤维，计算羊毛的根数百分率"!，

根据式%)&：式中：!!——

—羊毛纤维根数。相应的特种纤维如羊绒、马海毛的根数百分率";

根据式%3&计算：

";’)$$*:"!

%3&第三种情况：如果发现了两种纤维类型并两种类型的根数百分率都高于+*%)#$根中超过#根&，纤维混合物可被认定为混纺品。按照%"&进行定量分析。

%"&双组分混纺品定量分析

如果样品认定为混纺物%见%+&，第三种情况&，余下<个样品台的每个样品台都应至少检测)#$根纤维，并且测量每种组分被鉴别出的前3$根纤维的直径%如果不足3$根则测量该种纤维的所有纤维&。这样每个样品至少有)$#$根纤维进行了鉴别，每种组分至少测得了)3$根纤维直径。

)&纤维直径测量

利用现代-./的配套计算机软件，在每根待测纤维的两边设置两个十字光标，读出并记录显示器显示的它们之间的最短距离%也就是纤维直径&。须注意的是由于显微镜内为真空，这些纤维直径均为干燥状态的值。

如果没有适用的测试软件，纤维的目测直径可以由游标卡尺获得。由于卡尺读数和真实纤维直径间的校准因子同样影响两个组分，卡尺读数可以直接用于

图!"

样品台在纤维片段分布区上的安排示意图

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.!组分重量百分率的计算。如果需要测量真空中各组分的真正直径，就必须使用称为标尺网格的校准标准。

$&重量百分率的计算

根据/01.234给出的公式，可计算羊毛的重量百分率$!，

羊毛由下标!表示。式中：!!——

—羊毛纤维根数；!"——

—特种纤维根数；"!——

—羊毛纤维平均直径；""——

—特种纤维平均直径；#!——

—"!的标准差；#"——

—""的标准差；!!——

—羊毛纤维的平均密度#*5-*6782-&；!"——

—特种纤维的平均密度#除安哥拉兔毛密度为*5*96782-外，

其他特种纤维均为*5-*6782-&。

特种纤维#如羊绒、马海毛&的重量百分率为：$"(*++,:$!

#;&

注：公式#-&使用的前提是以成分纤维的横截面为原型。

七、精密度

重量百分率的置信区间+是精密度的衡量指标。在<9,的置信水平上，对公式#-&进行高斯误差分析得出两组分的置信区间+是相等的。在<9,的可能性下样品的实际组成落在测得的$!=+范围内。

根据式#9&计算各组分重量百分率的置信区间+：

+(*5<>#,%-%.&)*+:;)*++,#9&根据公式#?&@#*?&计算,、-、.。

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#?&&("$%#$#A &’(!!%%!"&#>&/(!!%!"

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#*$&((#:%&1"!)*+:;#*-&,(/01)9)*+:-#*;&-(#*9&.(#*?&

式中：!.!——

—测量过直径的羊毛纤维根数；!."——

—测量过直径的特种纤维根数。表*和表$给出了羊毛与特种动物纤维各种混纺比例产品的置信范围，这些混纺产品的各组分都覆盖了相应材料实际使用的极限情况。

各处调查和循环试验都已表明分析结果始终稳定在本方法的置信极限内。未观察到偏差。<9,置信极限因此可以认为覆盖了非系统以及较小的、不确定的系统误差，因此可以代表该实验方法的精密度及准确性。

值得指出的是这一结论仅适用于纤维混纺样品。这一条件适用于纱线。这也是由从少量松散纤维手工取样样品中准备测试样品的过程决定的。实践中也经常是提供此类样品用于分析。

对于从大包原材料中抽取的样品间的差异没有具体数据。

参考文献

*毛绒纤绒标准与检验5--$

$

扫描电子显微镜第一册仪器5*@$