HVI AFIS和梳片法測試原棉短纖維含量的分析

孔繁榮(， )

1 前言

原棉短纖維率(Short Fiber Content，SFC)是指棉纖維中長度短于一定界限的纖維重量占纖維總重量的百分率。SFC是與長度相關(guān)的重要指標，目前并沒有直接測量短纖維含量的儀器，一般都是基于原棉長度的測量方法得出長度之后，再經(jīng)過一定的數(shù)學方法計算出短纖維含量。常見的應用于棉纖維長度的測試方法有AFIS(Advanced Fiber Information System 單纖維快速測試系統(tǒng))、梳片法、羅拉法和HVI(High Volume Instrument 大容量測試儀)。本文選取了HVI、AFIS和梳片式纖維長度分析儀三種儀器作為比較對象，并以梳片式纖維長度分析儀所得到的短纖維含量作為對比值。

這三種儀器代表了三種不同的取樣方式，其原理和實際使用都不相同：

(1)測試原理不同：HVI是梳夾隨機抓取纖維整體測量，通過纖維照影儀得到纖維長度指標，再計算出短纖維指數(shù)(SFI)[1]；AFIS是通過分梳及氣流把扯松的棉叢分離成單根纖維，再用紅外光束快速檢測單根棉纖維的長度、直徑并借助計算機得到它們的長度分布、短纖維重量百分含量和根數(shù)百分含量[2]；梳片式長度分析儀(韋氏長度分析儀)是棉纖維長度分組測定法的一種主要測試儀器，是用一組鋼針梳片將試樣整理成一端平齊的棉束，而后自長至短地將棉束中的纖維按長度分為若干組，分別稱取各組重量，從而求得長度分布的各項數(shù)據(jù)。

(2)所需試樣量不同：三種方法測試試樣差異較大，AFIS需要450 mg左右， HVI需要150 mg左右，對所夾取到的試樣量并無明確規(guī)定，梳片法需要50 mg左右，直接從棉條中取樣，通常一根棉條要至少取兩次，使結(jié)果更具有代表性。

(3)在我國棉檢體制改革中大量引進HVI儀器用于檢驗機構(gòu)的配備，而HVI對短纖維含量測試的準確性及可靠性值得進一步深入的研究。梳片式儀器是所有使用方法中相對準確的方法，其得到的長度指標也經(jīng)常作為長度測量中的對比數(shù)據(jù)[3]，因此本文中也選用此方法作為其他兩種的對比方法。

2 試驗部分

2.1 試樣來源

新疆129、229、329，江蘇229、329、429，山東229、329、429，河南329以及美棉四級、西班牙四級棉作為原料。

2.2 試驗儀器和方法

2.2.1試驗儀器

HVI Spectrum，USTER AFIS，Y121型梳片式纖維長度分析儀。

2.2.2試驗方法

將原棉放在恒溫恒濕室里平衡24 h，然后分別用三種方法分別做如下試驗：

(1)HVI原棉的短纖維含量測試：其中短纖維是指纖維短于12.7 mm的纖維重量百分含量。

(2)使用AFIS得到棉花的各種指標，求得的是長度短于12.7 mm的纖維重量百分含量。

(3)按照《GB/T6097—2006 棉纖維試樣取樣方法》進行取樣，按照《GB/T13779—2008 棉纖維長度試驗方法 梳片法》使用Y121梳片式纖維長度分析儀求得棉纖維的長度指標。求得的是長度短于13mm的纖維重量百分含量。

2.3 試驗結(jié)果與分析

本試驗選用了1～4級棉樣共20種，每個試樣使用梳片式纖維長度分析儀分別做五次，三種方法所得平均值和相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 梳片法所測結(jié)果的CV和SD值

注：M為五次試驗的SFC平均值。

從表1中可以看出，三級和四級的原棉得到的短纖維含量普遍高于一級和二級的棉花，尤其是四級棉中的三個外棉試樣，要比品級高的短纖維含量大得多，因此品級越高原棉品質(zhì)高，長度偏長，所得短纖維含量偏低；由梳片法得到的CV值都在12%以內(nèi)，最大的是11.60%，說明此方法得到的結(jié)果波動小，數(shù)值穩(wěn)定，可靠性、準確性比較高，而梳片式目前又是長度測量中較為準確的一種方法[4]，所以在本文中把梳片法得到的測試結(jié)果作為其他兩種測試儀器的對比方法。

各個品級原棉使用HVI所得的短纖維指數(shù)和AFIS、梳片式分析儀所得的短纖維含量分別如表2、表3、表4和表5所示。

表2 一級棉的三種方法測試結(jié)果 (單位：%)

表3 二級棉的三種方法測試結(jié)果 (單位：%)

表4 三級棉的三種方法測試結(jié)果 (單位：%)

表5 四級棉的三種方法測試結(jié)果 (單位：%)

從表2、表3、表4和表5中可以看出：梳片法所得短纖維含量要比其他兩種方法大得多，而HVI和AFIS之間也有所差異，其中由AFIS所得值最?。籋VI和AFIS所得到的值從一級到四級波動不大，而梳片法所得的短纖維含量到在四級棉時明顯比其它品級的高，四級中的前兩個試樣和三級所得值相差不大，而最后三個外棉所得值非常大。外棉評級標準和國棉有所不同，從HVI測量指標的葉屑個數(shù)和雜質(zhì)面積分級標準進行評定得到的美棉是六級，雜質(zhì)較多的原棉在測試前需要徹底清除葉屑，在此過程中就會使纖維產(chǎn)生斷裂，AFIS測試時未被除凈的雜質(zhì)會被計為短纖維，HVI則會使所得纖維長度變短，從而影響短纖維指數(shù)的計算，具體分析如下：

(1)HVI目前使用的梳夾取樣器采用長度偏倚取樣，被夾取到的纖維和長度有關(guān)，越長的纖維越容易被夾取到，同時纖維自身的特性使其在梳針內(nèi)的產(chǎn)生交叉、纏繞和抱合，這樣取到的纖維試樣在梳夾內(nèi)外的量不相等，分布也不對稱且所含短纖維的信息量少；在梳夾取樣過程中，纖維會在梳齒上滑移；另外在掃描試樣須叢時掃描起始點外移3.81 mm，加上被梳夾握持的纖維長度Lhold>2 mm，可知單側(cè)大于6.5 mm的纖維不能檢測，考慮對稱性則至少9.6 mm以下的纖維無法檢測，如有纖維被雙齒或多齒握持其結(jié)果可達12 mm，這些不僅會使所得測試結(jié)果偏小，而且會直接影響到SFC值的精度；

(2)AFIS儀器在測試前，要先將試樣經(jīng)過開松、梳理以便除去雜質(zhì)，并用氣流將微塵、雜質(zhì)和纖維分離，然后用紅外光束快速檢測單根棉纖維的長度、直徑，并借助計算機得到它們的長度分布，由于是對纖維進行單根測試所以準確度較高，前提是不丟失纖維，沒有纖維的損傷和斷裂，但是AFIS在之前所進行的開松梳理階段對原棉的損傷較大，且整個過程中的短纖維損失量也很大，手扯10 mm以下纖維平均損失量在2.42%～7.37%之間，高速旋轉(zhuǎn)的刺輥對棉纖維的作用力使纖維損失量更大，纖維由于受力而斷裂的幾率增加，這樣測試后得到的SFC值會偏高；

(3)梳片法在測試過程中也會受到纖維損失的影響，一次扯松后纖維會損失0.5%左右，其中短纖維占大多數(shù)，制成棉條后再對纖維進行抽拔測量[5]。因棉纖維自身存在自然卷曲，測量時使用黑絨板對纖維進行握持，每次抽拔少量纖維，分150～200組，分別稱重求得SFC。在整個過程中盡量收集散落的短纖維，盡最大可能反映原棉中短纖維的真實信息。

對不同品級的原棉用梳片法所得值和HVI、AFIS所得值作差值，所得直方圖見圖1。

從圖1中可以看出：梳片法和HVI所得差值要比和AFIS的小，二者在棉花品級為一二級時所得的數(shù)據(jù)波動比三四級的小，說明HVI和AFIS對品級高的原棉所得數(shù)據(jù)普遍穩(wěn)定一些，當品級較低時尤其是四級棉中的美棉，雜質(zhì)非常多，纖維較短，因此得到的數(shù)據(jù)更不準確。HVI是長度偏倚取樣，越長的纖維越容易被取到，所以HVI實際所得的試樣中纖維偏長，短纖維信息偏少，所得的SFI會比實際短纖維含量小，AFIS在測試前需要把棉樣扯松，在整理成一根棉條，扯松的過程中會損失部分纖維，尤其是短纖維，由試驗得10 mm以下短纖維在扯松的過程中會平均會有4.89%左右作為飛花損失掉，AFIS所得SFC如果加上這部分的損失則和梳片所得SFC差值變小。

圖1 不同品級所得的差值直方圖

3 結(jié)論

HVI目前使用的梳夾取樣器采用長度偏倚取樣，不僅會使所得測試結(jié)果偏小，而且會直接影響到SFC值的精度；AFIS儀器在測試前進行的開松梳理階段會使得纖維受力較大而斷裂的幾率增加，這樣測試后得到的SFC值會偏高；梳片法在測試過程中雖然也會受到纖維損失的影響，但在整個過程中可以盡量收集散落的短纖維，做到最大可能反映原棉中短纖維的信息。

對于測試不同品級的棉樣時，品級高的棉樣三種方法所測得的SFC之間的差值比較穩(wěn)定，而對于測試品級較低的棉樣時，HVI、AFIS和梳片法得到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性比較差，因此對于品級低的棉樣其用HVI和AFIS測試得到的SFI的準確性會降低。在我國進口的棉花中低級棉占大多數(shù)，而由上所述，不管是HVI還是AFIS對于原棉中短纖維含量的檢驗標準不僅不同而且都存在問題，SFC又是棉檢中越來越受重視的指標之一，所以盡早制定檢驗SFC的標準和開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的測量SFC的儀器顯得日益重要。

[1] Hunter L.An international survey of HVI[J]. Melliand Textilberichte，1995, 76(3): 115—119,E27—28.

[2] Hequet.EF and Ethridge.MD. Monitoring and control of the AFISR instrument[J]. Textile Topics, 2000,(FALL): 2—8.

[3] Cui X., Calamari T. A. Jr., Robert K. Q. and Watson M. D.. Short fiber content of cotton and its measurement[C].USA:Beltwide Cotton Conference, 1999.

[4] Cui X., Calamari T. A. Jr., Robert K. Q. and Watson M. D.. New Insight into the Measurement of Short Fiber Content [C].USA:Proceedings of the Beltwide Cotton Production Conference,2000.

[5] 朱吉良.短纖維含量的測量方法和機理研究[J].山東紡織科技，2010，51(6)：35—37.