纤维分析和流动成像显微镜

纤维颗粒的分析一直是一个挑战。在基于体积的系统(如库尔特计数器,激光衍射和动态光散射)中,仅提供了等效球直径(ESD),这显然对光纤没有用(图1中所示的示例)。

由于这个缺点,手动显微镜已经成为表征纤维宽度和长度的主要技术。通过使用以下命令可以大大加快此过程 流动成像显微镜 使用计算机算法代替人工观察者。图2展示了FlowCam的概述结果® 工业纤维的表征。

基于体积的系统如何计算光纤的ESD:290µm x 11 µm光纤的特征是直径= 64的球体µm.

图1。 基于体积的系统如何计算光纤的ESD:290µm x 11 µm光纤的特征是直径= 64的球体µ米图片提供:横河流体成像技术有限公司

FlowCam工业纤维分析的屏幕截图。

图2。 FlowCam工业纤维分析的屏幕截图。 图片提供:横河流体成像技术有限公司

在直纤维中这比较容易实现,但是在卷曲纤维中变得更具挑战性。在许多应用中,测量纤维的卷曲程度对于最终产品的性能至关重要。凭借其VisualSpreadsheet® FlowCam软件可对纤维宽度和长度进行高速测量,并表征纤维的卷曲度和直线度。

方法

使用FlowCam分析了悬浮在丙酮中的纤维素纤维样品。大多数成像粒子分析系统都使用基于Feret的宽度和长度测量技术’s diameter.

费雷特’的直径也可以称为卡尺直径,因为它由 与粒子创建的两个切线的距离’的轮廓,类似于使用游标卡尺(见图3)。

费雷特’■用于计算长度和宽度的直径。

图3。 Feret’■用于计算长度和宽度的直径。 图片提供:横河流体成像技术有限公司

可视电子表格和FlowCam超越了基本的Feret测量范围,还提供了测地线厚度和测地线长度作为对每个粒子的量化测量。图4显示了对于图3中描绘的同一纤维粒子图像(来自初始运行的粒子#523,如图2所示)的两次测量结果。

由VisualSpreadsheet计算的测地线长度和厚度。注意与图3的区别。

图4。 由VisualSpreadsheet计算的测地线长度和厚度。注意与图3的区别。 图片提供:横河流体成像技术有限公司

图5中显示了来自图2初始运行的纤维粒子#523的图像,以及通过VisualSpreadsheet计算的基于测地线的计算和基于费雷特的计算的精确测量。

如图5所示, 可视电子表格 includes two further calculations to describe the fibers: 纤维直度 and 纤维卷曲.

纤维直度 is determined by dividing the ratio of Length (Feret-based) by the Geodesic Length. A straightness value of one would describe a completely straight fiber, and as the fiber increases in complexity (non-straightness), this value is closer to zero.

纤维卷曲 is determined by dividing the ratio of Geodesic Length by Length (Feret-based) minus one. A completely straight fiber would be defined by a value of zero, and increasingly larger values describe an increasing curl.

将图5中的卷曲粒子与图6中的直纤维粒子的测量结果进行对比。‘Fiber Straightness’测量和更高“Fiber Curl”与直纤维相比测量。还要注意,在笔直的粒子中,通过两种不同技术计算出的长度和宽度非常接近。

Curved fiber particle image with length and width measured using the 费雷特 method and Geodesic method.

图5。 Curved fiber particle image with length and width measured using the 费雷特 method and Geodesic method. 图片提供:横河流体成像技术有限公司

Straight fiber particle image with length and width measured using the 费雷特 method and Geodesic method.

图6。 Straight fiber particle image with length and width measured using the 费雷特 method and Geodesic method. 图片提供:横河流体成像技术有限公司

结果与结论

In applications where fiber straightness is crucial in the final use of the fibrous materials, filters can be pre-built in 可视电子表格 to automatically report 纤维直度 or 纤维卷曲 for the complete sample when the run has been completed.

For the specific material employed here, a sample was considered to pass if more than half of the fibers have a 纤维直度 higher than 0.75。 As can be observed in the summary statistics in Figure 7, this sample would (just) pass, containing fibers with a Straightness of >0.75到计数百分比53.47。

针对图2中所有光纤数据的光纤直线度自动过滤器的结果。

图7。 针对图2中所有光纤数据的光纤直线度自动过滤器的结果。 图片提供:横河流体成像技术有限公司

最后,在图8中,符合规格的那些纤维的图像 只需双击过滤器即可将其显示出来以供审查,这将在VisualSpreadsheet中打开“查看”屏幕。

Screenshot of FlowCam analysis of fibers, with images on right representing those with 纤维直度 >0.75.

图8。 Screenshot of FlowCam analysis of fibers, with images on right representing those with 纤维直度 >0.75。图片提供:横河流体成像技术有限公司

带有VisualSpreadsheet的FlowCam 是一种创新的系统,可有效地表征纤维颗粒的形状。在此处描述的应用中,仅23秒的时间范围内即可自动对10,000根以上的光纤进行特征化,从而产生的统计置信度要比以前高得多。 


该信息已从横河流体成像技术有限公司提供的材料中获取,审查和改编。

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引文

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