1前言 近年来，随着麻作为增强体的绿色环保复合材料的兴起以及麻纺织品的推广，麻纤维的测量在工业界中变得普遍。然而，用于麻纤维测量的方法、仪器及标准远不如棉、毛等纤维成熟，测量中，往往套用棉，毛等的测量实验方法与标准，由于麻纤维在结构性能方面的特点，要得到准确客观的结果，需要针对麻纤维做相应的调整和改进。在麻纤维的各项属性中，强度是一项非常重要的指标，本文针对斯特洛仪在测量麻束纤维强力时应关注的问题进行实验和讨论，以求麻纤维强力测量的准确与客观。 2基础理论与仪器 研究表明，束纤维拉伸性能与单纤维拉伸性能是相互关联的。Peirce的束纤维强力表达为：
式中， 实际操作中可以选用简单的方法计算：
式中，P为束纤维强力（cN），n为束纤维中所包含的纤维根数，p为单纤维的绝对强力（cN），k为修正系数，取值按情况而定（棉1.412~1.481，苎麻1.582，蚕丝1.274）。 有了理论基础，制样方便、速度快、数据离散小的束纤维强力机便有了广泛应用，主要分为CRT（constantrateoftraverse）、CRE（constantrateofextension）、CRL（constantrateofloading）三种类型。与单纤维测量法相比，束纤维测量法更适用于商业、工业化的测量，尤其适合测量像麻纤维这样伸直度好、高强高模的纤维。 斯特洛仪，即Stelometer(STrength-ELOngqtion-METER)，是束强仪中较经典的一款仪器。在国内也叫YG011型束纤维强力仪，属于等加负荷（CRL）型仪器，最早由美国的Hetel所设计，早在20世纪四五十年代就在棉纤维检测领域广泛使用，由于其结构紧凑，能同时测量平束棉纤维的强度和断裂伸长两个指标，所以是ASTMD1445-2005和IWTO-32-2004的首选仪器，一直沿用至今。 本实验使用的斯特洛仪型号为SPINLABstelometer154。其机械原理比较复杂，主要是采用力矩平衡原理，给纤维束加上稳步增大的负荷，直到其被拉断，强度可按以下公式计算：
式中，T表示强度，m为所测纤维束质量，L为试样长度，取1.18cm（当隔距为0时）或1.5cm（当隔距为1/8inch时），F为修正过后的断裂强力。 除了斯特洛仪外，本文还使用了一台纤维梳理机，带有7把梳密不同且可单独拆装的钢梳，用来梳理麻纤维束。 3麻束纤维试样准备方法 试样准备方法是十分重要的，即使是同种试样，准备方法不同，也可能造成不同的测量结果。Stelometer主要是为测量棉束纤维强度而设计的，标准的试样准备方法为手扯4~5次，之后用仪器配套的钢梳（16针/cm）梳理2~3次。由于麻纤维在结构性能等方面与棉纤维有较大的差异，而且除苎麻外，一般而言麻束纤维是由工艺纤维组成的，并不像棉一样由单纤维组成，所以必须找到一种适合于麻的试样准备方法。 3.1手扯整理 本人以亚麻（flax）、大麻（hemp）和未沤大麻（hempnoretting）为研究对象，研究不同手扯次数对试样质量损失的影响，进而确定最佳手扯次数。试验方法为取试样2g，用手扯法整理，共手扯10次，每次手扯后使用电子天平称得剩余质量。多次测量取平均值后，得到图1(a)，其中手扯次数为横坐标，每次手扯后纤维束失去的质量为纵坐标。从图中可以看到对于三种不同的材料，试样的质量损失大体上随着手扯次数的增加而减少。因为开始几次手扯时，会掉落比较多的麻结、杂质。随着手扯次数的增多，纤维逐渐伸直平行，麻结杂质逐渐减少。由图可见经过4~6次手扯后纤维束的质量损失已趋于平稳。故得到结论，为了保证手扯效果并兼顾效率，应该进行4-6次手扯梳理。此外，相对于大麻而言，亚麻试样更快趋于平稳，说明亚麻纤维束中的麻结杂质更易除去，纤维更易梳理。
图1不同手扯次数对试样质量损失的影响 3.2梳针梳理 采用梳针梳理的方式，研究不同钢梳梳针密度及梳理次数对试样质量损失的影响，进而确定最佳针密及钢梳梳理次数。试样手扯5次后，取单个试样2g，用纤维梳理机装上2号钢梳梳理10次，每次梳理过后称重。 换上3~7号钢梳对新的试样采取同样操作。其中2~7号钢梳的梳针密度分别为7，9，12，14.5，18，22针/cm。实验结果表明，对于不同梳号的钢梳而言，梳理效果相差并不明显，没有显著规律可循。可见钢梳梳号并不显著影响试样的质量丢失。将同一种纤维各钢梳梳理数据整理，取平均值，得图1（b），可见为了兼顾梳理效果和效率，钢梳梳理次数应为4~6次。 4不同量程范围对测量结果的影响 实测结果表明，即使是相同的试样，由于测量时束纤维强力落在斯特洛仪的不同量程段内，得到的结果也不同，但有一定规律可循。本实验同样以3种麻为研究对象，研究不同量程范围对测量结果的影响。试验方法为取麻适量，适当手扯后，使用纤维梳理机对其进行充分梳理，以使纤维充分伸直平行，尽量去除麻结杂质。之后将斯特洛仪的强力量程范围平均分成5组，分别为2 kg~3kg，3 kg~4kg，4 kg~5kg，5 kg~6kg，6 kg~7kg，每组测20个数据。 4.1对强伸性的影响 实验结果如图2所示，从图中我们能够直观的看到指标的变化趋势。首先，纤维束的质量随着断裂强力量程值的增加而增加。因为一般而言，更多的纤维，也就是更大的纤维束质量，才能提供更大的断裂强力。其次，可以发现随着断裂强力量程值的增加，纤维束的强度有下降的趋势，从这两张图可以看到，未沤大麻的强度要小于其他两种麻。再次，纤维束的断裂伸长也有下降的趋势。最后，纤维束的CV值随着断裂强力量程值的增加有下降的趋势。这是因为尽管麻工艺纤维的强度离散很大，但我们是以纤维束为整体测量强度的，工艺纤维间强度的离散会相互抵消一些，纤维束中的工艺纤维越多，这种效应越明显。 显然，5~7kg强力范围为好，拥有更小的变异系数，更稳定的测量结果，尤其是对于相对断裂强度值而言。
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图2不同量程范围对结果的影响
4.2纤维质量的影响
强力量程范围的影响，本质是纤维体质量的影响。为了找到其中规律。本人将实验中每种纤维所测得的数据分别作图，分析纤维束的断裂强力，断裂强度，断裂伸长和纤维束质量间存在的关系。图3是其中亚麻纤维图像，其他两种纤维的图形与之相近。
图3亚麻纤维束性能和质量之间的关系
依据强力和质量的关系，任何质量均可用于测量。由图3(c)可得断裂伸长与质量基本无关。所以只有强度（g/dTex）与质量的关系可以确定。由图3(b)，当质量为1.5mg~2.5mg时，强度值的离散明显减小，所以此段区域质量范围是首选，由图3(a)得此段量程范围为5 kg~7kg，与前面图2所的结论对应，正好是强力量程的最佳选择。
5卜氏夹头对测量结果的影响
束强试验时，夹头的形式也会影响测量结果。采用两个不同卜氏(Pressley)夹头测量亚麻试样。其中一个是正常夹头，一个是底座标签（label）上有明显划痕的旧夹头。对比测得的数据，得图4。
图4卜氏(Pressley)夹头对测量结果的影响
从图4(a)中，可以发现对于强度而言，旧夹头加紧纤维束能力较差，部分纤维滑移而未拉断，从而导致测得的强力偏低，继而造成强度偏低。从图4(b)中可以看到，对于断裂伸长而言，使用旧夹头时，部分纤维产生滑移而并非伸长，但是仪器无法分辨两者区别，将滑移当作伸长，进而造成断裂伸长偏大。
由此可见，划痕明显的旧Pressley夹头状态会对结果造成很大的影响。
6不同隔距对测量结果的影响
斯特洛仪可以选择两种隔距，“0隔距”相当于真实隔距1.18cm（0.462inch）；“1/8inch隔距”对应真实隔距1.5cm（0.587inch）。本实验以6种材料为研究对象，研究不同隔距对测试结果的影响。每种材料每种隔距测10个数据，取平均值后，得图5。
图5不同隔距及不同材料对结果的影响
从图中可以发现，对于强度而言，1/8inch隔距所测得的强度要比0隔距来的小。这是因为采用1/8隔距时，纤维有拉伸变形的空间，相对于0隔距来讲，有更多时间受力拉伸，相当于慢速拉断，而0隔距相当于快速拉断。不少研究表明，拉伸试验时，拉升速度过快会导致测得的强力增大。所以0隔距测得的强度值要比1/8隔距所测得的值高。此外，纤维的弱环定理也起到一定作用，此定律较早由皮尔斯于1926年研究纱线试样长度与断裂强力关系时导出，主要是指由于纤维各处截面积并不完全相同，而且各截面处纤维结构也不一样，所以同一根纤维各处强度并不相同，拉伸时总是在最薄弱处拉断并表现为断裂强度。当束纤维试样长度缩短时，最薄弱环节被拉伸到的机会也越少，从而使得测量强度提高，所以0隔距测得强度要高些。
至于CV值，从图中可以看到对于测试所用的6种材料来说，1/8inch隔距所得到的变异系数都要比0隔距来的小。这是因为采用1/8inch隔距时，相对于0隔距，纤维有拉伸变形的余地，从而使不同强度的纤维有相互适应调整的空间。而0隔距时则没有这个空间，强度较弱的纤维未来得及伸长就被拉断，造成CV值增加。
对比不同材料可以看出，强度方面，大麻>洋麻>未沤大麻>亚麻>丙纶>棉，可见麻的强度相对而言还是相当高的。这也是绿色复合材料一般选用麻作为增强体的重要原因之一。
7结束语
斯特洛仪测量麻纤维时，用手扯法和纤维梳理机制备麻束纤维试样，发现手扯4-6次，钢梳梳理4-6次，能花费较少时间获得较好的结果。Stelometer的强力量程范围应该取5-7kg，其本质是麻束的质量在1.5-2.5mg。夹头的状态和加紧效果很重要，太松会造成纤维滑移而强度下降、伸长增大；太紧会造成纤维损伤。使用不同隔距测量六种材料，发现相对于0隔距而言，1/8inch隔距更为合适，后者所测得的强度和CV值比前者小，但相对而言更为合理。
束纤维强力测量法是一种非常适合麻纤维测量的方法。作为经典仪器，斯特洛仪在测量麻束纤维强度方面仍有应用价值。
