繊維種テラヘルツスペクトルの定量分析法と繊維中の欠陥評価に関する研究

纤维类型太赫兹光谱定量分析及纤维缺陷评价研究

基本信息

批准号：
22K02154
负责人：
倉林徹
金额：
$ 2.5万
依托单位：
The Open University of Japan
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究はテラヘルツ分光分析法を用い，コットンに代表されるセルロース系繊維種について，繊維中に内在する分子間結合によるテラヘルツ波帯固有振動を見出し，セルロース系繊維に機械的損傷や熱的損傷を与えた試料を分析し，損傷度合に応じて繊維中に生じる欠陥密度の定量的識別法を実現することを目的とする。今年度は，まず本研究の核となるテラヘルツ分光分析における定量分析手法を確立するため，これまで試験的に行ってきた試料作製方法，測定データ処理と多変量解析の最適化を試みた。具体的には，繊維種テラヘルツスペクトルの定量分析手法をセルロース系繊維（コットン）に適用し，コットンに含有されるセルロース結晶固有のテラヘルツスペクトルを同定し，このスペクトルの誤差関数を最小化しするための試料濃度の最適化と，スペクトルデータの隣接平均および一次微分処理条件の最適化を行い，定量分析に適した各種パラメータを見出した。得られた分析パラメータを適用し，コットン繊維に機械的，および熱的損傷を加えた時に生じる，繊維中の欠陥密度の定量識別を試みた。機械的損傷に関しては熱的な効果を排除するため，ボールミルによる凍結粉砕時間をパラメータとし，熱的損傷については昇温制御可能な電気炉を用い大気圧下にて一定時間（60分）加熱したときの処理温度をパラメータとし，それぞれの損傷に対するコットン中に含有されるセルロース結晶の損傷度合いを計測した。この研究により，機械的，および熱的損傷を受けたコットン中のセルロース結晶の残留度合いを定量化できることが実験により示され，繊維中の欠陥評価が可能となった。

这项研究使用了Terahertz光谱分析方法，发现由于纤维中分子结合而导致的Terahertz波带固有的振动，并具有机械损伤和对纤维素纤维的热损伤。根据损伤程度以纤维产生的密度。今年，为了在Terahertz光谱分析中建立一种定量分析方法，这是本研究的核心，我们试图优化制作样品，测量数据和多次分析的方法。具体而言，将纤维物种谱的定量光谱方法应用于纤维素纤维（棉花），识别棉花中包含的纤维素晶体特异性谱系光谱，并最小化该光谱的误差函数。发现了相邻平均和初级衍生化处理条件的优化，并发现了适合定量分析的各种参数。应用了所获得的分析参数，当机械和热损伤对棉纤维时，我们试图确定纤维中的有缺陷密度。为了消除机械损伤的热效应，球磨机的冷冻粉碎时间已被加热为参数，对于热损伤，热量升高的电炉在一段时间内加热了一段时间（60分钟）。将时间的加工温度用作参数，并测量棉花中纤维素晶体的损伤程度。实验表明，这项研究可以量化机械和热损伤中纤维素晶体的残余程度，并能够评估纤维中的缺陷。