棉結(jié)的研究現(xiàn)狀與展望

張雪瑩 崔玉梅

摘 要：棉結(jié)是國家棉花成紗質(zhì)量考核中的主要指標(biāo)。對棉結(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對于保證原棉質(zhì)量和棉制成品質(zhì)量具有重要意義。本文系統(tǒng)地介紹了棉結(jié)的分類及檢測方法，分析了國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究現(xiàn)狀及各檢測方法的優(yōu)缺點。通過各種檢測方法在速度、效率、準(zhǔn)確性等方面的對比，指出梳棉網(wǎng)棉結(jié)計數(shù)法與目測法相結(jié)合，是實現(xiàn)客觀檢測初加工過程中棉結(jié)的演變規(guī)律及性狀變化的有效途徑。

關(guān)鍵詞：棉結(jié)；定義與分類；檢測方法；研究現(xiàn)狀

中圖分類號：TS 101.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）03-0023-05

Research Status and Prospect for Cotton Nep

ZHANG Xueying， CUI Yumei

（College of Textile and Clothing， Xinjiang University， Urumqi， 830049）

Abstract：The cotton nep is the main index for assessment of cotton yarn quality. Systematical research on the nep has important significance for guaranteeing original cotton quality and the quality of cotton products. This paper systematically introduces nep classification and detection methods， and analyzes research status of domestic and overseas scholars as well as advantages and disadvantages of each detection method. Through comparing the speed， efficiency and accuracy of each detection method， this paper indicates that the method of combining the nep notation in the cotton web with the Ocular estimation is an effective way to objectively detect nep change rules and trait changes in the preliminary process.

Key words：cotton nep； the definition and classification； detection method； research status

眾所周知，新疆是植棉大省，棉花產(chǎn)量占據(jù)全國棉花產(chǎn)量的三分之一，有力地推動了中國綜合實力的提升，且新疆棉花目前也已成為了新疆國民的重要經(jīng)濟支柱。自中國加入WTO以來，中國的棉花逐漸走出國門與國際接軌，然而在面對重大發(fā)展機遇的同時，棉制成品質(zhì)量也面臨著極大的挑戰(zhàn)[1]。而棉結(jié)作為棉制成品質(zhì)量的重要考核目標(biāo)，對于保證原棉質(zhì)量和棉制成品質(zhì)量具有重要意義。關(guān)于棉結(jié)如何更好地去除，一直是困擾棉紡織企業(yè)的難題。棉結(jié)是由纖維、未成熟棉或僵棉因軋花或紡紗過程中處理不善集結(jié)而成的纖維結(jié)[2]。一般來說，無論纖維受到碰撞、摩擦搓揉和打擊、喂入作用，還是進(jìn)行翻曬、成包、搬運等，都會造成纖維彎曲扭結(jié)而產(chǎn)生棉結(jié)。而棉結(jié)含量的多少嚴(yán)重影響著棉制成品的質(zhì)量及其經(jīng)濟效益，且影響著紗線和織物的外觀質(zhì)量與成紗結(jié)構(gòu)、條干均勻度以及細(xì)紗斷頭率等[3]。因此，對棉結(jié)的研究現(xiàn)狀及其檢測方法的綜合分析，對于棉紡企業(yè)提高棉制成品制成率及其經(jīng)濟效益，具有十分重要的意義。本文系統(tǒng)地介紹了棉結(jié)的分類及其檢測方法，并分析了各檢測方法的優(yōu)缺點及國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上將梳棉網(wǎng)棉結(jié)計數(shù)與目測法相結(jié)合能很好的檢測出初加工過程中棉結(jié)的演變規(guī)律，并對棉結(jié)的種類進(jìn)行分類。

1 棉結(jié)定義與分類概述

對棉花加工中的棉結(jié)研究早在19世紀(jì)初的相關(guān)文獻(xiàn)中就有記載，然而對于棉結(jié)的定義和分類卻始終沒能達(dá)成一致。國外學(xué)者對于棉結(jié)的研究始于19世紀(jì)初，對于棉結(jié)的定義與分類也是眾說紛紜。高永勃[4]翻譯的外文文獻(xiàn)記載，美國材料試驗學(xué)會對棉結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)定義是：“棉結(jié)為一根或多根纖維呈糾纏和不規(guī)則的團狀物?！绷硗膺€提到，“有纖維或短絨附著在一起的籽殼和塵屑，則不是棉結(jié)。且將棉結(jié)分為附于籽屑上的纏結(jié)棉結(jié)、纖維纏結(jié)于顆粒雜質(zhì)（葉片或莖碎片）周圍、不帶有非纖維狀物質(zhì)的纏結(jié)纖維等3類?！睆埛糩5]在研究棉結(jié)成因指出J.J.Hebert等將棉結(jié)分為三類：生物棉結(jié)、機械棉結(jié)和帶籽屑棉結(jié)三類，其中帶籽屑棉結(jié)為單有籽殼不認(rèn)為是棉結(jié)，如果它們出現(xiàn)在棉結(jié)的核中，就歸于棉結(jié)稱帶籽屑棉結(jié)。機械棉結(jié)定義為僅含有纖維性材料的棉結(jié)，主要由棉花收獲或加工過程中由于機械操作不慎造成的。生物棉結(jié)定義為由外源性材料所產(chǎn)生的棉結(jié)。Gad Alon等[6]對棉結(jié)進(jìn)行研究時將同樣品質(zhì)的棉花經(jīng)手采和機采后對棉結(jié)進(jìn)行計數(shù)實驗，而棉結(jié)的分類則是以棉結(jié)的尺寸大小為依據(jù)進(jìn)行的分類。并指出，每個棉結(jié)都有一個密集中心，纖維圍繞著密集中心抱成一個團，團的外形復(fù)雜，有時可見一個真正的結(jié)點。Cantu等[7]在研究中根據(jù)棉結(jié)內(nèi)部的纖維類型將棉結(jié)分為厚壁纖維棉結(jié)、中等厚壁纖維棉結(jié)、薄壁纖維棉結(jié)和絨毛纖維棉結(jié)，而Pealson等在其4種纖維類型的基礎(chǔ)上將棉結(jié)分為由厚壁纖維、中等厚壁纖維、薄壁纖維、絨毛纖維及由上述4種纖維中的2種或3種或4種構(gòu)成的15種棉結(jié)。Jacobsen等[8]在研究棉花加工過程中產(chǎn)生的棉結(jié)、籽屑以及雜質(zhì)時，比較分析了顯微鏡觀察法和AFIS儀器檢測法在棉結(jié)檢測時的差異，結(jié)果表明顯微鏡下可以很明顯的區(qū)分出棉結(jié)的外觀形態(tài)和尺寸大小，而AFIS儀器檢測則不能區(qū)分出尺寸大小。由此將顯微鏡下觀察到的棉結(jié)分為了兩大類，即機械棉結(jié)與生物棉結(jié)，并分別進(jìn)行了分級討論。

國內(nèi)對棉結(jié)的研究大都集中在紡紗過程中，對于棉花初加工過程產(chǎn)生的棉結(jié)卻略顯忽視，至今沒有一套完整的檢測方法用于監(jiān)測并控制棉花初加工過程中的棉結(jié)。但對于棉結(jié)的定義與分類國內(nèi)研究已初見雛形。李繼生[9]在研究棉結(jié)測試機理的探討中，將棉結(jié)按性質(zhì)分為籽屑型棉結(jié)和纖維型棉結(jié)兩大類，其中籽屑型棉結(jié)又可稱為雜質(zhì)。并根據(jù)棉結(jié)尺寸的大小，將兩類棉結(jié)分為了3個等級。歐懷林[10]在研究棉結(jié)的成因與控制時，得出造成棉結(jié)產(chǎn)生的原因有四點可能，其一，棉籽皮上附著纖維；其二，棉蠟粘著形成棉結(jié)；其三，未成熟的纖維經(jīng)軋花和清梳處理時造成的短絨集聚糾纏形成棉結(jié)；其四，雜質(zhì)過多，造成纖維與雜質(zhì)相互纏繞形成棉結(jié)。

在現(xiàn)行的棉結(jié)測試中瑞士的AFIS、印度的aQura將棉結(jié)分為了纖維棉結(jié)和帶籽屑棉結(jié)兩大類[11-14]。且AFIS單纖維測試系統(tǒng)定義的棉結(jié)為，非單根纖維的即為棉結(jié)[15]。劉國亮等[16]在探討紡紗過程中提到國內(nèi)的部分學(xué)者將棉結(jié)分為機械棉結(jié)、生物棉結(jié)和起絨性棉結(jié)3種，其中起絨性棉結(jié)主要分布于染過色的織物表面。熊軍[11]在分析棉結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了假性棉結(jié)的概念，假性棉結(jié)是由松散性纖維扭結(jié)成團形成的棉結(jié)，一部分棉結(jié)經(jīng)過并條、粗紗和細(xì)紗工序后會被扯散分離，但仍有一大部分會形成死棉結(jié)，且假性棉結(jié)呈現(xiàn)滴狀，與棉結(jié)的球狀不同。而王家祿等[17]通過檢測梳棉生條中的棉結(jié)時提出，假性棉結(jié)與常規(guī)棉結(jié)的不同在于假性棉結(jié)陰影較淺且體積較大，將假性棉結(jié)與死棉結(jié)放置于30倍的顯微鏡觀察后發(fā)現(xiàn)，假性棉結(jié)中的松散纖維很容易分辨，且用鑷子就可揀出，而假性棉結(jié)也很容易被清除。王文國[18]在研究成紗棉結(jié)時介紹了棉結(jié)的定義，指出棉結(jié)是由聚集的纖維、雜質(zhì)和微塵等組成，可以將其分為兩類進(jìn)行討論，即紗線棉結(jié)和半制成品棉結(jié)。也就是說，半制成品中檢測到的棉結(jié)即為半制成品棉結(jié)。

通過對梳棉網(wǎng)棉結(jié)外觀形態(tài)的試驗觀察和對棉結(jié)種類的分析，結(jié)合前人研究基礎(chǔ)，本研究將棉花初加工過程的棉結(jié)分為兩大類：機械棉結(jié)、生物棉結(jié)。其中機械棉結(jié)是僅由纖維構(gòu)成，纖維扭結(jié)在一起經(jīng)手扯后無法分解，且具有明顯的核心；生物棉結(jié)是由纖維與外源物質(zhì)糾結(jié)而成，并以外源物質(zhì)為核心的棉結(jié)，包括不孕籽、僵瓣棉經(jīng)機械加工后轉(zhuǎn)化成的棉結(jié)，以及形成于枯葉和碎棉籽殼雜質(zhì)周圍的纖維結(jié)，或者以雜質(zhì)為核心的纖維結(jié)，帶籽屑棉結(jié)形成于帶纖維軟籽表皮和帶纖維籽屑[2]。

2 棉結(jié)檢測方法

2.1 棉結(jié)檢測方法研究現(xiàn)狀

棉結(jié)檢測方法研究現(xiàn)狀如圖1所示。

2.2 各檢測方法簡介

2.2.1 目測法

目測法適用于原棉或棉卷中的棉結(jié)檢測，依據(jù)GB/T 6103—2006《原棉疵點檢測方法 手工法》以目測計數(shù)法為測試標(biāo)準(zhǔn)。采用該方法進(jìn)行檢測時，需先將試樣中的破籽、不孕籽、僵瓣棉、索絲等挑揀出去，經(jīng)過手工扯散纖維后，仔細(xì)挑出試樣中的緊棉結(jié)和雜質(zhì)等，并分別進(jìn)行計數(shù)。值得注意的是在扯松試樣進(jìn)行挑揀時，需保持棉結(jié)和雜質(zhì)的原形。該方法所測結(jié)果中的棉結(jié)為肉眼可視到的纖維結(jié)，直徑一般偏大[19]。且棉纖維紡紗過程中在各工序的制成品上進(jìn)行棉結(jié)與雜質(zhì)的檢測受到很大的局限性，其可比性也較差[15]。

2.2.2 燈光檢驗法

燈光檢驗法適用于棉條中棉結(jié)的測試，采用該方法進(jìn)行測試時，需人工將棉條松散成棉網(wǎng)狀，然后將棉網(wǎng)放置于檢驗器的黑色玻璃上，透過上方射來的光，辨別棉網(wǎng)中的棉結(jié)。該法的測試結(jié)果分纖維結(jié)和帶纖維籽屑兩類，且測得的纖維結(jié)數(shù)量大，直徑也較小[19]。

2.2.3 黑板結(jié)雜檢測法

黑板結(jié)雜檢測法是一項傳統(tǒng)的測試法，依靠目光分辨力計數(shù)，靈敏度較高，且可做到棉結(jié)、雜質(zhì)分類計數(shù)。但因其取樣量較少，因此代表性較差[20]。

2.2.4 梳棉機棉網(wǎng)棉結(jié)計數(shù)法

在運用梳棉網(wǎng)棉結(jié)計數(shù)法進(jìn)行計數(shù)時，需要有經(jīng)驗的技術(shù)人員進(jìn)行統(tǒng)計并計數(shù)，且棉網(wǎng)的梳理過程是在saco-Lowell的梳棉機上在工作條件良好的情況下進(jìn)行的，在計數(shù)時要選用標(biāo)準(zhǔn)的黑絨板，以便計數(shù)準(zhǔn)確[21]。

2.2.5 模板法

模板法是將梳棉機上梳好的棉網(wǎng)放置于事先備好的黑色紙上，用材質(zhì)為醋酸纖維素的透明紙進(jìn)行包裹，然后用配套的有孔的模板進(jìn)行觀察區(qū)域的限制及計數(shù)[22]。

2.2.6 AMS棉結(jié)試驗機測試法

AMS棉結(jié)試驗機類似于一臺小型的梳棉機，將3 g試樣在棉結(jié)試驗機上做成10 cm（4英寸）寬的均勻棉網(wǎng)，然后將棉網(wǎng)放置在標(biāo)準(zhǔn)的黑絨板上，最后由計數(shù)人員對棉網(wǎng)上的棉結(jié)進(jìn)行統(tǒng)計，并計算出每645 cm2的平均粒數(shù)[21]。

經(jīng)實踐研究表明，傳統(tǒng)的棉結(jié)檢測法共同之處在于，需要人工進(jìn)行棉結(jié)的計數(shù)，依靠的是技術(shù)人員的經(jīng)驗和目光分辨率，因此傳統(tǒng)的棉結(jié)檢測法靈敏度較高，但因為是人工進(jìn)行計數(shù)，所以取樣量一般較少，很難起到很好的代表性。測試結(jié)果也受到很多客觀因素的限制，諸如光線亮度、測試人員視力及技術(shù)人員的操作經(jīng)驗等。此外，由于所測棉結(jié)之間形狀和尺寸大小差異很大，使得實際存在的小棉結(jié)在計數(shù)時被遺漏，以致測試的結(jié)果人盡不同，很難全面的反映出棉結(jié)的實際情況[20-23]。

2.2.7 千米棉結(jié)測試法

千米棉結(jié)測試法采用的是電容式計數(shù)，對棉結(jié)的統(tǒng)計不進(jìn)行分類。該方法的優(yōu)點在于，取樣量較大，所以其測試結(jié)果也具有代表性。但不足之處在于，對棉結(jié)和雜質(zhì)的粒數(shù)混計，使得檢測人員無法對紗線中的雜質(zhì)和棉結(jié)進(jìn)行分類討論。加之該方法的計數(shù)方式為電容式計數(shù)，當(dāng)不規(guī)則的紗條進(jìn)入測量槽時很容易引起電容量的差異，從而使得測試結(jié)果出現(xiàn)偏差[20]。

2.2.8 AFIS PRO2型棉纖維性質(zhì)檢測儀

AFIS PRO2型棉纖維性質(zhì)檢測儀測試對象為開松后的棉條，測試原理為光電檢測原理和近紅外光束掃描單纖維和棉結(jié)，可以測試出棉結(jié)的數(shù)量和棉結(jié)的尺寸大小。同時將棉結(jié)分為纖維棉結(jié)和籽皮棉結(jié)兩種類型。棉結(jié)的尺寸分級為：以100 μm分檔，從100 μm到2 000 μm。該檢測儀實現(xiàn)了棉結(jié)雜質(zhì)的自動檢測，且快速準(zhǔn)確成為一大亮點[24]。研究發(fā)現(xiàn)，AFIS PRO2型棉纖維測試系統(tǒng)能很好的避免傳統(tǒng)檢測方法中的眾多不一致的因素，從而使得測試結(jié)果具備一定的可比性[15]。

2.2.9 USTER 720棉結(jié)測試儀

USTER 720棉結(jié)測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理同AFIS測試原理相同，測試的結(jié)果是棉結(jié)數(shù)量，不能得到棉結(jié)的尺寸大小和棉結(jié)類型。研究指出，USTER 720棉結(jié)測試儀可供軋花廠和棉紡廠使用[22]。

2.2.10 USTER MN100棉結(jié)測量儀

USTER MN100棉結(jié)測量儀測試對象為棉包、筵棉、生條、熟條、精梳條和粗紗等。其測試原理與AFIS相同，結(jié)果可得出棉結(jié)的數(shù)量和大小，但不能檢測出棉結(jié)類型。檢測速度較快，操作簡便。

2.2.11 aQura棉結(jié)和短纖維測試儀

aQura棉結(jié)和短纖維測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理為光電檢測原理和激光光束掃描纖維薄層和棉結(jié)，測試結(jié)果可得到棉結(jié)數(shù)量和棉結(jié)尺寸大小。

2.2.12 Premier ART NEP-普瑞美棉結(jié)測試儀

Premier ART NEP-普瑞美棉結(jié)測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理同aQura棉結(jié)檢測儀測試原理相同，測試結(jié)果可得到棉結(jié)數(shù)量和棉結(jié)尺寸大小。

其中aQura棉結(jié)和短纖維測試儀和Premier ART NEP-普瑞美棉結(jié)測試儀共同點是，兩者的測試結(jié)果都將棉結(jié)的類型分為纖維棉結(jié)、纖維雜質(zhì)棉結(jié)和籽皮棉結(jié)等三種的類型，同時根據(jù)棉結(jié)的大小進(jìn)行分類，分類依據(jù)均以50 μm分檔，從50 μm至30 000 μm。

2.2.13 NATI棉結(jié)測試儀

NATI棉結(jié)測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理與普瑞美公司的棉結(jié)測試儀原理相同，但得到的棉結(jié)數(shù)量為單位長度內(nèi)棉條所含的棉結(jié)數(shù)。不能 區(qū)分棉結(jié)的種類。對于棉結(jié)的大小分類則是分成小于0.5 mm、小于0.7 mm、大于1.0 mm三擋。

2.2.14 YG091型棉結(jié)雜質(zhì)測試儀

YG091型棉結(jié)雜質(zhì)測試儀檢測對象為經(jīng)棉條牽伸后制成的棉網(wǎng)，儀器內(nèi)部關(guān)鍵檢測技術(shù)是由兩路CCD攝像組成，其中一路用白色背景檢測棉網(wǎng)中的雜質(zhì)，另一路用黑色背景檢測棉網(wǎng)中的棉結(jié)，最后傳輸?shù)接嬎銠C圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行分類統(tǒng)計[22]。

3 棉結(jié)檢測方法對比分析

綜合表1和表2可知，棉結(jié)實行儀器化檢測，不僅節(jié)省了勞動力，同時有效避免了人為因素造成的誤差，大大提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性與客觀性。儀器化檢測的速度要比傳統(tǒng)的棉結(jié)檢測快很多，因此相同時間內(nèi)，檢測的試樣量也大大增加，使得測試結(jié)果更具有代表性。且儀器化檢測法問世后，各類智能化的棉結(jié)雜質(zhì)檢測儀器相繼問世，同時由于其檢測速度快，檢測的精確度高，對于棉紡工藝而言意義很大，因此長期以來都受到棉紡行業(yè)的青睞[24]。

盡管儀器化檢測比傳統(tǒng)方法檢測更加智能、方便快捷，但是卻沒有傳統(tǒng)方法檢測起來的靈敏度高。且因受到測試對象及保障檢測儀器安全運行的限制，棉花初加工過程中棉結(jié)的檢測目前還只能應(yīng)用傳統(tǒng)的棉結(jié)檢測方法。而在傳統(tǒng)的棉結(jié)檢測方法中梳棉機棉網(wǎng)棉結(jié)檢測法的檢測速度及效率比其他傳統(tǒng)方法要快很多，其效果也相對具有權(quán)威性。將梳棉網(wǎng)棉結(jié)計數(shù)法和目測法相結(jié)合，不僅能從棉結(jié)外觀形態(tài)上進(jìn)行分類并計數(shù)，而且可人工將棉結(jié)挑揀出來，測量棉結(jié)的大小，同時可以對挑揀出來的棉結(jié)做進(jìn)一步探討。

4 棉結(jié)研究展望

綜上所述，國內(nèi)對于棉結(jié)的研究大都集中在棉花的紡紗階段，但是眾所周知，棉結(jié)自棉花采摘就開始形成，在軋花過程中更是會形成大量的棉結(jié)及雜質(zhì)，且原棉含有的棉結(jié)直接影響紡紗過程中成紗的質(zhì)量。然而，對棉花初加工過程中形成的棉結(jié)卻沒能得到重視，對于棉花初加工過程中產(chǎn)生的棉結(jié)也沒有完整的實時檢測跟蹤系統(tǒng)，致使棉花初加工中棉花的質(zhì)量不能得到很好地保證。因此，棉花初加工過程中原棉的質(zhì)量提高，對于后續(xù)棉織品質(zhì)量的提升具有重要的意義。

另外，目前對棉結(jié)形成機理研究只是停留在從外圍因素來探討棉結(jié)的形成，卻沒有從棉結(jié)內(nèi)部的纖維著手分析棉結(jié)形成的原因。因此，對于棉結(jié)形成機理的探討尚不全面，急需一套完整的測試方法對棉結(jié)的形成機理進(jìn)行客觀、科學(xué)的評定。

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