密度是表征纤维高分子材料物理性能的一个重要参数。其大小取决于其自身组成物质成分、内部微观结构和形态结构。测定材料的密度，分析其变化规律，对研究纤维的结构和物理指标有着重要的意义。不同纤维的内部结晶度不同，纤维密度也不同，因此，纤维密度的测定可以提供纤维的均匀度、材料种类等信息，为评定纤维的品质提供了参考，为纤维鉴别提供依据，对于纤维的性能和结构具有实际意义。
目前，我国常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等，各种纤维密度的测定尚没有统一的国家标准，现常用的测定方法有很多，如排水法、比重瓶（计）法、液体浮力法和气体容积法等等。
但每种方法都受精度、仪器、装置、人为误差等的限制，互存利弊，大大制约了其使用范围。经过多年的实践验证，现被国际标准化组织承认，并列入相关标准的试验方法有兰种，即液体置换法、浮沉法、密度梯度柱法。现在，本文对这三种测定纤维密度的方法进行研究分析。
2    测定方法和原理分析
2.1 液体置换法测定纤维密度
液体置换法测定纤维密度是现阶段最为常用的测定方法，其原理是将结状纤维在常态下称重，然后完全浸没在已知密度小于纤维密度的液体中，将纤维再次称重，求出纤维在该液体中的浮力，从而推导出纤维的体积，得出纤维的密度。
计算公式为：

式中：
ρ-纤维的密度，单位g/cm3；
V-纤维的体积，单位cm3；
W1-试样常态下重量，单位g；
W2-试样浸润液中重量，单位g；
ρL-提润液密度，单位g/cm3。
试验的操作步骤，首先取适当长度连续完整的纤维，使其成为结状，经丙酮清洗、退浆处理后，置于烘箱内，烘燥2小时，取出后精确称重w1。取一定量已知密度小于纤维密度的液体，将纤维通过悬丝浸没在浸润液中，排除黏附在纤维表面的气泡后，再次称重（如图1所示）。

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影响试验精度的主要因素有纤维表面气泡，纤维或悬丝表面张力效应和试验温度变化等。其中，纤维来奔的气泡对密度测定的影响最大。去除气泡的方法很多，其中便于快速测试的有真空泵法、煮沸法、超声振荡法、挤压法和高速离心法（离心机）等，这些方法都是尽可能的去除纤维表面气泡，促使水分子浸人纤维单丝间的缝隙。除上述方法外，我们还可以在浸润液中加人一些微量的表面活性剂。
使用液体置换法对日本东丽碳纤维1700S纤维密度进行实测，其密度报道值为1.80g/cm3，其密度实测值见表1。

使用液体置换法对PBO(HM）有机纤维密度进行实测，其密度报道值为1.56g/cm3，其密度实测值见表2。

试验发现，经过去除气泡处理的纤维通过液体置换法测定密度数值接近报道值，比较稳定可靠，方法简单易行，适合大批量连续试验。[-page-]
2．2 浮沉法测定纤维密度
浮沉法测定纤维密度的原理是基于混合溶液中纤维达到平衡状态时的密度与溶液密度是近似一致的。
浮沉法可通过两个方法完成。方法一，选择两种浸润液混合，混合液的密度小于试样密度，将试样打个结，置于混合液中，去除气泡，滴人几滴密度较大的液体，搅拌以确保充分混合，继续添加，直至纤维处于悬浮状态。如果试样下沉，添加几滴密度较大液体，如果试样上浮，添加几滴密度较小液体，直至纤维平衡静止。过滤，使用比重计测量液体密度。方法二，制备浸润液，使其密度在估计纤维密度范围内增量为士0.2g/cm3。将密度不同的浸润液分装在若干个试管中，在每个试管中加人一定量碎纱（约l00μɡ），塞住试管摇动，静置1小时，观察纤维在管中的位置。根据混合液的密度得出纱的密度，在此混合液中，大部分的纱处于悬浮状态。（注：比重瓶可用50或100mL的容量瓶改制。）
所使用的浸润液一般为：丙酮、甲醇、乙醇、汽油、三氯乙烷、四氯化碳、二澳乙烷、三嗅甲烷等，这些溶液的混合液可以达到我们所需的密度范围。
浮沉法测定纤维蜜度是根据物理学中浮力的基本原理，在某一密度的液体中，纤维密度小于液体密度时上浮，纤维密度大于液体密度时下沉，当纤维密度近似等于液体密度时应悬浮于溶液中任意位置。
使用浮沉法对日本东丽碳纤维1700s纤维密度进行实测，其密度报道值为1.80g/cm3，使用液体比重计测定浸润液密度，由于人为因素及客观情况存在，当浸润液密度在1.78一1.82g/cm3之间时，细小的纤维均处于悬浮状态，如确定其终点状态，则需要较长的时间，终点状态亦不是十分明显，所以我们认为这样试验将存在较大误差。
对其它种类纤维进行测定亦存在这种情况。
2．3密度梯度柱法测定纤维密度
密度梯度柱法测定纤维密度的原理是将两种密度不同但能相互混溶的液体以一定比例和方法进行混合，利用分子扩散作用，使混合液的密度自上至下逐渐增大，且具有线性。而后根据悬浮原理，将纤维投人密度梯度管内，达到平衡后，平衡位置的液体密度即为该纤维的密度。
试验首先应制备密度梯度管（图2），然后小心地将纤维放人管的顶部，直至它降到平衡位置。防止细丝上升至表面，以及气泡停留在试样内部。当处于平衡状态时，根据纤维平衡状态的位置，记录下管的梯度值，根据管的刻度曲线测定相应的密度值。获得平衡状态的时间，可能是几分钟或几小时，它的决定因素主要是试样形状，管中的密度梯度，和所需的试验精度。

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密度梯度管中溶液的选择，要根据待测纤维的密度选择适当密度范围且能相互混合的液体，液体与待测纤维不能起任何反应，且所选溶液要具备较低的粘度和挥发性。反复实验发现，挥发性过大且容易渗人纤维的溶液，对纤维密度的测定有很大的影响。一般我们选用的溶液有甲醇、乙醇、甲苯、苯甲醇、异丙醇、四氯化碳、二嗅丙烷、二澳乙烷等。
使用密度梯度柱法对日本东丽碳纤维1700s纤维密度进行实测，其密度报道值为1.80g/cm3，其密度实测值见表3。

使用密度梯度柱法对PBO(HM)有机纤维密度进行实测，其密度报道值为1.56g/cm3，其密度实测值见表4。

测定纤维密度密度梯度法操作简单，具有较高的准确性，适用于纤维密度的测定。每个密度梯度管都具有一定范围的密度梯度，因此，其可以测定一定范围内不同纤维的密度。
3   数据分析和总结
针对同批号碳纤维1700S、PBO有机纤维密度测定，分别使用液体置换法、浮沉法、密度梯度柱法三种方法，数据对照见表5、表6。由于浮沉法操作中，已知密度纤维对应的配比溶液所需密度很难达到，未知密度纤维对应的配比溶液所需密度无法确定，纤维是否悬浮态很难确定，试验持续时间可能过长，以及其它客观、人为因素的存在，所以，实测数据与报告值偏差较大，我们难以确定其准确值。