CN110006777A - 一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纤维含量分析技术领域，涉及一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法。包括：S1.在待测剑麻叶片上，选择横向中段约15cm～25cm部位，在横向中段约15cm～25cm部位上切除侧边，获得一段长方体剑麻叶片段，以此为试样；S2.通过CCD图像采集和利用光电面积法，测量所述试样的纵向面积与横向长度；S3.通过拉力试验机测量所述试样的拉力与伸长量，获得试样的杨氏模量；S4.利用所述试样的杨氏模量与其纤维含量之间的函数关系，以所述试样的纤维含量代表全叶纤维含量，从而实现对所述待测剑麻叶片的纤维含量的测定。本方法研究所述叶片中代表性部位杨氏模量与其纤维含量之间的关系，通过杨氏模量法判断出所述待测剑麻叶片的纤维含量，测定方法简单、快速、环保。
Description
技术领域
本发明涉及纤维含量分析技术领域，更具体地，涉及一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法。
背景技术
剑麻纤维是取自剑麻叶片中的维管束纤维，是一种天然硬质纤维。具有纤维长，色泽洁白，质地坚韧、拉力强、耐酸碱、耐摩擦、耐海水腐蚀等多种特性，其主要用于制造绳索、麻布、地毯、抛光轮等产品，是国防、渔捞、航海业、工业、森林等部门的重要物资，属于可再生资源。科学、准确、稳定、快速、环保的剑麻叶片纤维含量测定方法，既能规范剑麻叶片的生产管理，又能为剑麻产业的生产、科研提供有效的参考依据。通过剑麻叶片纤维含量测定技术应用，科学地制定剑麻叶片收购方案，实行叶片按质论价公平交易，指导剑麻科学管理，提高叶片纤维含量具有重要的指导意义。
目前国内外测定剑麻叶片纤维主要采用碱煮脱胶法、微波辅助加热高压脱胶法、超声法和蒸汽爆破法等。但通过这些方法获取剑麻叶片纤维含量的过程中，有些会产生污水、对环境有一定的影响，有些操作复杂、周期长，均不适合实时获取麻田中剑麻叶片的纤维含量和收购现场对剑麻叶片的快速定价。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，该方法可以通过杨氏模量法判断出待测剑麻叶片的纤维含量，流程简单，测定速度快。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，包括以下步骤：
S1.在待测剑麻叶片上，选择横向中段约15cm～25cm部位，在所述的横向中段约15cm～25cm部位上切除侧边，获得一段长方体剑麻叶片段，作为叶片中代表性部位，以此为试样；
S2.通过CCD图像采集和利用光电面积法，测量所述试样的纵向面积与横向长度；
S3.通过拉力试验机测量所述试样的拉力与伸长量，获得试样的杨氏模量；
S4.利用所述试样的杨氏模量与其纤维含量之间的函数关系，以所述试样的纤维含量代表全叶纤维含量，从而实现对所述待测剑麻叶片的纤维含量的测定。
进一步的，所述的S2步骤具体包括：通过CCD图像采集所述试样的纵向与横向图像；采集图像时，要求将所述试样的纵向面与所述试样的横向面，分别与标准面积参照物同时采集；通过对比标准参照物(1cm×1cm)与所述试样的纵向面的面积像素数比，从而获得所述试样的纵向面积；通过对比标准参照物与所述试样的横向面的长度像素数比，从而获得所述试样的长度。
进一步的，所述的S3步骤具体包括：通过拉力试验机来拉伸所述试样，获得多组对应的伸长量与拉力；通过最小二乘法法，得到所述试样的伸长量与拉力的函数关系；根据所测得所述试样的纵向面积及长度，计算所述试样的杨氏模量。
进一步的，所述的S4步骤还包括：通过高温高压蒸煮脱胶法来测量所述试样的纤维含量，结合不同品种、刀次和麻龄等因素，建立其杨氏模量与纤维含量之间的函数关系；之后利用所述函数关系，通过测量所述试样的杨氏模量，进而计算得到所述试样的纤维含量，并以此代表所述待测样品的全叶纤维含量。
与现有技术相比，有益效果是：本发明针对现有剑麻叶片纤维含量测定方法无法快速实时测量，利用剑麻叶片代表性部分作为试样，测量其纤维含量并以此代表待测样品的全叶纤维含量，降低试样量，从而快速测定剑麻叶片纤维含量，提高了工作效率。此外，本发明通过分析剑麻叶片的所述试样对其杨氏模量的影响，建立剑麻叶片杨氏模量与叶片纤维含量的内在函数关系，实现剑麻叶片纤维含量的测定，避免了传统测量方法对环境的污染。综上所述，本方法通过杨氏模量法判断出剑麻叶片的纤维含量，具有便捷、快速、环保的特点，大大提高了剑麻叶片的纤维含量测定的工作效率和避免使用化学试剂对环境造成污染。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
图2是本发明实施例中剑麻叶片纤维含量快速测定仪示意图。
图3是本发明实施例中麻叶片横向部位分段示意图。
图4是本发明实施例中剑麻叶片纵向分切示意图。
图5是本发明实施例1中幼龄麻(3刀)试样的杨氏模量。
图6是本发明实施例1中中龄麻(5刀)试样的杨氏模量。
图7是本发明实施例1中老龄麻(7刀)试样的杨氏模量。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明针对现有剑麻叶片纤维含量测定方法无法快速实时测量且污染环境的问题，通过杨氏模量法判断出待测剑麻叶片的纤维含量，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1.在待测剑麻叶片上，选择横向中段大约20cm部位，在所述的横向中段大约20cm部位上切除侧边，获得一段长方体剑麻叶片段，作为试样。
步骤2.通过CCD图像采集和利用光电面积法，测量所述试样的纵向面积与横向长度；通过CCD图像采集所述试样的纵向与横向图像；采集图像时，要求将所述试样的纵向面与所述试样的横向面，分别与标准面积参照物(1cm×1cm)同时采集；通过对比标准参照物与所述试样的纵向面的面积像素数比，从而获得所述试样的纵向面积；通过对比标准参照物与所述试样的横向面的长度像素数比，从而获得所述试样的长度。
步骤3.通过拉力试验机测量所述试样的拉力与伸长量；进而获得所述试样的杨氏模量；通过拉力试验机来拉伸所述试样，获得6-10组对应的伸长量与拉力；通过最小二乘法，得到所述试样的伸长量与拉力的函数关系；根据所测得所述试样的纵向面积及长度，计算所述试样的杨氏模量。
步骤4.利用所述试样的杨氏模量与剑麻叶片纤维含量之间的函数关系，以所述试样的纤维含量代表全叶纤维含量，从而实现对所述待测剑麻叶片的纤维含量的测定；即，通过高温高压蒸煮脱胶法来测量所述试样的纤维含量，结合不同品种、刀次和麻龄等因素，建立其杨氏模量与纤维含量之间的函数关系；之后利用所述函数关系，通过测量所述试样的杨氏模量，进而计算得到所述试样的纤维含量，并以此代表所述待测样品的全叶纤维含量。
实施例1
1.试验材料
剑麻叶片(取于广东国营金星农场、广东东方红农场、广东五星农场等)
2.仪器
电子分析天平(上海恒平电子天平，FB124)；拉力计(智取机密仪器有限公司，ZQ-21B-1)；叶片面积测量仪(浙江托普，YMJ-B)。
3.实验方法
3.1剑麻叶片最具代表全叶纤维含量的部位选取
3.1.1剑麻叶片的预处理
(1)代表性测试样的选取：沿剑麻叶片横向取中部一段(中段)，长度h约为15-25cm，见图3所示；以横向面的中心为基点，去掉叶片纵向的两个侧边，留下L/2的中部，位于中心为之纵中，宽为L/4；次中与纵中相连分居两侧，总宽度约为L/4，具体如图4所示。选取次中部位作为测试样，经过大量的实验证实该部分的叶片纤维含量最接近全叶片的纤维含量。
3.1.2试样的纤维含量测量
(1)纤维含量计算
根据公式(1)计算得到剑麻叶片的纤维含量
其中W为纤维含量，M为待测剑麻叶片的质量，m为脱胶后静纤维的质量。
(2)高温高压蒸煮脱胶法
高温高压蒸煮脱胶法流程如下：先称叶片的质量M，接着用榨甘蔗机对叶片进行榨水，然后将叶片放进锥形瓶中，倒入一定量的脱胶剂氢氧化钠水溶液，氢氧化钠的量为榨干叶片质量的8-15％之间；把装有叶片和氢氧化钠水溶液的锥形瓶置于立式压力蒸汽灭菌器中，温度设定为115-140℃之间，反应0.5-1h进行脱胶，待反应器的压力降到常压时，取样水洗去麻渣，烘干后称重为m；根据(1)式便算的叶片的纤维含量。本实施例中试样的纤维含量如此测试。
(3)不同麻龄的剑麻叶片试样纤维含量对比
选取不同农场、不同麻龄的剑麻通过高温高压蒸煮脱胶法分别测量测试样的纤维含量和对应的全叶片的纤维含量，如表1所示。可见，不同农场、不同刀次剑麻的试样部位纤维含量与全叶片的纤维含量相当接近。因此，用选取叶片中部试样部分的纤维含量代表全叶片的纤维含量是可行的。
表1叶片试样纤维与全叶片纤维含量测试结果
3.2剑麻叶片中段20cm部位试样的杨氏模量测量
3.2.1剑麻叶片的预处理
按3.1.1所述剑麻叶片的预处理方法，取剑麻叶片中段部位作为试样，长度为h。
3.2.2试样的相关参数测量
(1)通过CCD图像采集和利用光电面积法，测量所述试样的纵向面积S与横向长度h；
(2)通过拉力试验机对剑麻试样进行拉伸，测量所述试样的拉力F与横向伸长量h；如表2所示。
表2东方红农场11队剑麻试样的拉力F与横向伸长增量△h的关系
3.2.3剑麻试样的杨氏模量计算
根据剑麻试样的拉力F与横向伸长增量△h的数据，代入下式，便可算得剑麻试样的杨氏模量；
式中F为拉力，h为对应的试样长度，△h＝hi-h0(i＝1,2,…)为不同拉力下对应的伸长量，S为试样的横截面积。把(2)式变换为
根据最小二乘法便可求得待测剑麻试样的E值。由前面所述的东方红农场11队剑麻试样数据求得E值，如图5-7所示。
3.2.4剑麻试样的纤维含量计算
根据大量的统计数据，得到一条关于剑麻叶片杨氏模量与其剑麻纤维含量的经验公式：
W＝3.681-6.47×10-5×E+1.38×10-9×E2 (4)
式中E为所测的剑麻叶片的杨氏模量，W为剑麻叶片的纤维含量。通过测量剑麻叶片代表性部位的杨氏模量来反演纤维含量的方法，大大缩短了测试时间，同时避免传统测量剑麻纤维含量所产生废水对环境的污染。该方法测定剑麻纤维含量是一种快速省时、绿色环保的测量方法。
实施例2
1.试验材料
剑麻叶片(取于广东国营金星农场、广东东方红农场、广东五星农场等)。
2.仪器
拉力计(智取机密仪器有限公司，ZQ-21B-1)；叶片面积测量仪(浙江托普，YMJ-B)。
3.实验方法
基于本发明的剑麻叶片纤维含量快速测定方法，具体见是实例(1)。将上述试样，按照3.1.2所述的高温高压蒸煮脱胶法测量剑麻全叶片纤维含量，其结果为表3所示，以此结果作为本试样的纤维含量参考值。
表3高温高压蒸煮脱胶法与本发明测定的结果比较
注：脱胶法指高温高压蒸煮脱胶法；模量法指本发明所述的杨氏模量法。
结果表明，以本发明所述的杨氏模量法测定待测剑麻叶片的纤维含量，算得最大相对误差为7.4％。
对比两种方法，本发明所述杨氏模量法测定待测剑麻叶片的纤维含量，通过选择代表性部位降低样品量；通过测量代表性部位的杨氏模量获得剑麻叶片的纤维含量，达到了快速测定剑麻叶片纤维含量的目的，而且避免使用化学试剂对环境造成污染。
本发明通过对剑麻叶片各个部位的纤维含量测定可知，剑麻叶片的横向中段大约20cm，纵向中部总宽度为L/2部位的纤维含量可代表全叶的纤维含量。在实际生产应用中，选择代表性部位降低样品量；通过测量剑麻叶片中段20cm部位试样的杨氏模量与其纤维含量对比分析，得到纤维含量与其杨氏模量函数关系，在实际生产应用中，直接利用纤维含量与其杨氏模量函数关系，通过测量剑麻叶片中段20cm部位试样的杨氏模量即可获得剑麻叶片的纤维含量，达到了快速测定剑麻叶片纤维含量的目的，而且避免使用化学试剂对环境造成污染。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在待测剑麻叶片上，选择横向中段约15cm～25cm部位，在所述的横向中段约15cm～25cm部位上切除侧边，获得一段长方体剑麻叶片段，作为叶片中代表性部位，以此为试样；
S2.通过CCD图像采集和利用光电面积法，测量所述试样的纵向面积与横向长度；
S3.通过拉力试验机测量所述试样的拉力与伸长量，获得试样的杨氏模量；
S4.利用所述试样的杨氏模量与其纤维含量之间的函数关系，以所述试样的纤维含量代表全叶纤维含量，从而实现对所述待测剑麻叶片的纤维含量的测定。
2.根据权利要求1所述的一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，其特征在于，所述的S2步骤具体包括：通过CCD图像采集所述试样的纵向与横向图像；采集图像时，要求将所述试样的纵向面与所述试样的横向面，分别与标准面积参照物同时采集；通过对比标准参照物与所述试样的纵向面的面积像素数比，从而获得所述试样的纵向面积；通过对比标准参照物与所述试样的横向面的长度像素数比，从而获得所述试样的长度。
3.根据权利要求1所述的一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，其特征在于，所述的S3步骤具体包括：通过拉力试验机来拉伸所述试样，获得多组对应的伸长量与拉力；通过最小二乘法，得到所述试样的伸长量与拉力的函数关系；根据所测得所述试样的纵向面积及长度，计算所述试样的杨氏模量。
4.根据权利要求2或3所述的一种剑麻叶片纤维含量快速测定方法，其特征在于，所述的S4步骤还包括：通过高温高压蒸煮脱胶法来测量所述试样的纤维含量，结合不同品种、刀次和麻龄因素，建立其杨氏模量与纤维含量之间的函数关系；之后利用所述函数关系，通过测量所述试样的杨氏模量，进而计算得到所述试样的纤维含量，并以此代表所述待测样品的全叶纤维含量。
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