紅麻纖維線密度快速檢測方法研究

楊喜愛+肖愛平+冷鵑+程毅+廖麗萍+孫向平

摘要：

通過傳統(tǒng)中段法獲得紅麻纖維線密度（ρl），直徑顯微圖像儀測出纖維直徑（d），統(tǒng)計軟件擬合出6個回歸相關(guān)模型。其中最優(yōu)回歸方程為ρl紅麻=17.82+0.005d2（r紅麻=0.778），紅麻纖維直徑和纖維線密度間具有較好的相關(guān)性。因此通過顯微圖像儀測試纖維直徑，存儲在主機上的回歸方程可同步換算出紅麻纖維線密度，實現(xiàn)自動化快速檢測。

關(guān)鍵詞：紅麻線密度;纖維直徑;顯微圖像儀;回歸模型;優(yōu)化與驗證

纖維線密度是衡量纖維質(zhì)量的重要指標之一，是決定紡紗質(zhì)量的一個至關(guān)重要的指標[1]?，F(xiàn)行的紅麻纖維線密度的測定采用GB/T 12411—2006《黃、紅麻纖維試驗方法》，即上個世紀80年代初建立的“中段稱重法” [2]。該方法整個過程全部依賴人工一根根計數(shù)完成，由于紅麻纖維分離不好，容易引起檢驗人員視疲勞，一個熟練的檢驗人員一個工作日僅檢一個樣品，效率極低，不同檢驗人員之間的檢驗結(jié)果差別很大。該方法操作繁瑣、效率低、誤差大，極不適應(yīng)現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，亟須一個能快速自動檢測的新方法。

本研究采用傳統(tǒng)中段稱重法獲得紅麻纖維線密度，纖維直徑分析儀測定纖維直徑，SPSS 13.0統(tǒng)計軟件計算分析，建立纖維線密度與直徑之間相關(guān)性的回歸模型，實現(xiàn)紅麻纖維線密度的快速檢測[3]。

1 ? ?中段法測定纖維線密度

1.1 ?材料

雨露脫膠完全的紅麻樣。除去雜質(zhì)、整理，按中段稱重法的要求梳理分散纖維，供試驗用。

1.2 ?設(shè)備

電子恒溫干燥箱（MOV-112，SANYO公司），纖維直徑顯微圖像儀（CU系列，北京合眾視野有限公司），2.0mm纖維切割器，2mm纖維散播器，8針和10針鋼梳，0.1 mg量程電子天平。

1.3 ?試驗環(huán)境

標準大氣環(huán)境，溫度：（20±2）℃，濕度：（65±3）%。

1.4 ?測試過程

根據(jù)GB/T 12411—2006《黃、紅麻纖維試驗方法》的相關(guān)規(guī)定進行。

2 ? ?纖維直徑分析儀測定纖維直徑

2.1 ?制片纖維長度

紅麻纖維為束纖維，2 mm左右長的纖維片段分散性好并呈單纖維狀態(tài)，大于2 mm時纖維碎屑在散播時容易相互糾結(jié)而不能均勻分散在載玻片上，影響掃描效果，因此本試驗中的纖維長度定為1 mm ～2 mm。

2.2 ?制片纖維根數(shù)

制片時纖維樣品應(yīng)均勻分散在載玻片上，重疊纖維少，才能獲得理想的掃描結(jié)果。根據(jù)長期的檢測經(jīng)驗，紅麻纖維的纖維根數(shù)控制在1000根～2000根范圍之間能取得最好的掃描結(jié)果。

2.3 ?測試過程

用國際羊毛標準校正纖維直徑分析儀。為保證兩種試驗方法測定的是相同纖維樣品，將上述“中段法”測過纖維線密度后的纖維樣品制成樣片，置于儀器的載物臺上，用校正過的纖維直徑分析儀掃描測定纖維直徑。

3 ? ?模型擬合與驗證

3.1 ?模型回歸方程設(shè)計

為了便于分析纖維線密度與纖維直徑的相關(guān)性，共設(shè)計了以纖維線密度（ρl/tex）為因變量，纖維直徑d（mm）為自變量的6種常用函數(shù)，即倒數(shù)、對數(shù)、一次、冪、平方倒數(shù)和平方等函數(shù)。采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件分別對紅麻的100組試驗數(shù)據(jù)（纖維線密度與直徑）進行統(tǒng)計分析和模型擬合，得到紅麻纖維線密度（ρl）與纖維直徑（d）相關(guān)關(guān)系的各種模型參數(shù)、相關(guān)系數(shù)和回歸方程。

3.2 ?方法驗證[4]

3.2.1 ?顯著性檢驗

另取20個紅麻樣品分別用中段法測定纖維線密度，同時用校正過的纖維直徑分析儀掃描測定纖維直徑，再通過回歸模型換算為纖維線密度，進行顯著性檢驗（F檢驗和t檢驗），檢驗中段法和儀器法兩種測定方法是否有差異。

3.2.2 ?并行精度

由本檢測室同一檢測人員分別各取一個紅麻樣品，按本方法進行前處理獲得試樣后連續(xù)進行10次測定，分析方法的并行精度。

3.2.3 ?精密度

取紅麻樣品一個，采用本方法分別在4個實驗室進行檢測。采用Cochran法分析相同水平下的單元方差。采用Grubbs法分析單元平均值，以檢驗單元差異是否在允許范圍內(nèi)，據(jù)此評價判斷該方法的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性。

4 ? ?結(jié)果與分析

4.1 ?回歸方程模型

紅麻纖維線密度（ρl）與纖維直徑（d）的各種模型參數(shù)、相關(guān)系數(shù)及各種回歸方程見表 1，倒數(shù)平方函數(shù)和平方函數(shù)的相關(guān)系數(shù)較高，然而根據(jù)函數(shù)曲線和散點分布圖（圖1）可以看出，當(dāng)纖維直徑在0～55 mm 區(qū)間時，平方倒數(shù)函數(shù)曲線呈上升趨勢，大于55 mm以上區(qū)間時呈下降趨勢。實際上紅麻纖維線密度是隨著纖維直徑的增大一直呈上升趨勢，并且纖維直徑范圍在15mm～80 mm之間。因此平方倒數(shù)函數(shù)不能覆蓋所有的纖維直徑，而平方函數(shù)在整個遞增區(qū)間d?（0，∞）呈上升趨勢，并且相關(guān)系數(shù)（r紅麻=0.778）與平方倒數(shù)函數(shù)的相關(guān)系數(shù)（r紅麻=0.779）非常接近，平方函數(shù)模型更適用于計算紅麻纖維線密度。因此可以認為紅麻纖維線密度與纖維直徑的最佳模型為平方模型，為ρl紅麻=17.82+0.005d2（r紅麻=0.778）。

表1 ? ?紅麻纖維線密度與直徑相關(guān)回歸模型與相關(guān)系數(shù)

圖1 ? ?紅麻纖維線密度與直徑相關(guān)性回歸曲線和散點圖

4.2 ?顯著性檢驗

所選的20個樣品采用中段法與儀器法的測試結(jié)果見表2。

F檢驗：F紅麻=——=——=1.20 ?在選用顯著水平α=0.05情況下F紅麻=1.20

t檢驗：t紅麻= ? ? ? ? ?=——————=1.37 即在顯著水平α=0.05情況下，t紅麻=1.37

4.3 ?方法精密度

4.3.1 ?并行精度

檢測室內(nèi)部檢測結(jié)果見表3，其變異系數(shù)為3.70%<5%，在可接受的范圍內(nèi)。

4.3.2 ?再現(xiàn)性精密度

4個實驗室的檢測結(jié)果和統(tǒng)計分析分別見表4和表5。在本次驗證試驗中測量次數(shù)n=6，實驗室數(shù)P=3，顯著水平α=1%，C臨界值為0.520;α=5%，C臨界值為0.445，通過查科克倫檢驗臨界值表，無異常單元。顯著水平α=1%，G臨界值為1.496;α=5%，G臨界值為1.481，通過查格拉布斯臨界值表，無異常單元。

4.3.3 ?實驗室間結(jié)果

表5 ? ?實驗室間結(jié)果統(tǒng)計

5 ? ?結(jié)論

紅麻為束纖維，纖維呈不規(guī)則圓形，現(xiàn)行的紅麻纖維線密度檢測方法存在一些弊端，并沒有一個精準的測試方法。盡管本儀器法的相關(guān)性在整個直徑區(qū)間沒有達到極顯著水平，但相對于傳統(tǒng)手工法來說，時間快，勞動強度小，除了樣品前處理外，測試過程完全自動化，具有精密度高、穩(wěn)定性好、簡單、快速實用等特點。本方法的檢測限為0.01 mm，檢測適用范圍為10 mm～100 mm。是一種自動測定紅麻纖維線密度的快速實用的新方法，可以在實驗室范圍內(nèi)代替?zhèn)鹘y(tǒng)中段稱重法測定紅麻纖維線密度。

參考文獻：

[1]朱虹，王翠芳，張玲娥，等.不同方法測試纖維直徑的結(jié)果分析[J].中國纖檢，2012，（2）：70-72.

[2] GB/T 12411—2006 黃、紅麻纖維試驗方法[S].

[3] 肖愛平.苧麻纖維支數(shù)與直徑的相關(guān)性研究 [J].紡織學(xué)報，2002，23（3）：9-10.

[4] GB/T 6379.1—2004 測試方法與結(jié)果的準確度（正確度與精密度）[S].

（作者單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所）