AFIS 和HVI 棉花測試指標(biāo)比對及應(yīng)用分析

韋京艷，孟俊婷，魏守軍，張璠，唐淑榮

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國家重點實驗室，河南安陽455000）

目前，利用HVI（High Volume Instrument）大容量棉纖維測試儀檢測棉花纖維物理性能指標(biāo)已趨成熟，廣泛應(yīng)用到科研、生產(chǎn)、公檢、流通中，特別是在棉花品種區(qū)域?qū)彾ㄖ酗@得尤為重要[1]。但是隨著棉紡技術(shù)提高以及對棉花纖維品質(zhì)的重視，對棉花纖維品質(zhì)有了更高的要求，HVI 測試指標(biāo)已不能完全滿足要求，AFIS （The Advanced Fiber Information System） 單纖維測試儀能夠進行更精細的纖維品質(zhì)檢測， 現(xiàn)已開始運用到科研及生產(chǎn)中，對這兩類儀器測試指標(biāo)進行比對和分析，有利于儀器的推廣應(yīng)用及棉花纖維品質(zhì)研究， 推動棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 HVI 與AFIS 測試原理比較

HVI 大容量棉纖維測試儀由4 個獨立的模塊組成，即長度/強力模塊[2]、馬克隆模塊[3]、顏色/雜質(zhì)模塊。 AFIS 單纖維檢測儀也由4 個獨立的基本組件組成，包括棉結(jié)模塊、長度/ 細度模塊、雜質(zhì)模塊和自動送樣模塊[4]，是對棉花纖維進行單根測試[5]。在測試原理方面，AFIS 與HVI 最本質(zhì)的區(qū)別是HVI 測試的是一束棉纖維的指標(biāo)， 而AFIS 是一定數(shù)量的單根纖維的綜合指標(biāo)， 可以理解為HVI 是對棉花纖維的物理性能進行面的分析，AFIS 是對棉花纖維物理性能進行點的分析。 另外，如棉花試樣在HVI 設(shè)備上進行測試， 棉花試樣質(zhì)量至少10 g，在AFIS 設(shè)備上進行測試，棉花試樣達到50 mg就可制備一根棉條試樣，故AFIS 設(shè)備可以對少量、稀有材料等進行測試。

2 儀器測試指標(biāo)解析

HVI 與AFIS 儀器在測試指標(biāo)方面，2 類儀器測得指標(biāo)不盡相同，為方便分析，將同一批次的棉花樣品在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心分別用HVI 棉花大容量測試儀和AFIS 單纖維檢測儀測試，測試結(jié)果見表1、表2。

2.1 儀器長度指標(biāo)分析

從表1、 表2 可以看出：HVI 測出的長度指標(biāo)為上半部平均長度，是羅拉隔距調(diào)整參考的重要指標(biāo)，為棉紡工藝調(diào)整提供依據(jù)，合理調(diào)整羅拉隔距能夠減少紡紗過程中紗線斷頭率，保證紗線質(zhì)量穩(wěn)定和紡紗生產(chǎn)的連續(xù)性；AFIS 長度指標(biāo)包括平均長度和上四分位長度，其中平均長度是為了和美國農(nóng)業(yè)部國家區(qū)域試驗保持同步，但在實際生產(chǎn)和應(yīng)用研究中常用的是上四分位長度。張勝男等研究表明上半部平均長度和上四分位長度有很好的相關(guān)性[6]，但是表達意義卻不同，上半部平均長度是從纖維長度累計分布與透光曲線中得出的，上四分位長度是從拜氏圖中得出的[7-11]。 目前在國家公檢以及國家棉花區(qū)域試驗中對棉纖維長度的檢測采用的是上半部平均長度，而在棉紡加工工藝中上四分位長度應(yīng)用更多。

根據(jù)表1、表2 數(shù)據(jù)分析上半部平均長度和上四分位長度指標(biāo)變化趨勢，見圖1。 可以看出，上半部平均長度與上四分位長度變化趨勢相似，但兩者數(shù)值存在一定的差異。 相關(guān)研究表明，上半部平均長度和上四分位長度有較好的相關(guān)性[2,6]。美國農(nóng)業(yè)部通過大量研究得出，上四分位長度根據(jù)每級長度差異作修正可等同于手扯長度，這給上四分位長度實際應(yīng)用提供了依據(jù)[10]。 此外，AFIS 是對單根纖維進行測試，長度指標(biāo)是累計3 000 根棉花纖維的數(shù)據(jù)，從而有纖維長度分布。 使用者據(jù)此能夠準(zhǔn)確了解棉花纖維長度指標(biāo)、棉花短纖維含量、軋花水平和棉紡生產(chǎn)過程中短纖維含量變化，有利于棉紡工藝的控制和管理。

表1 HVI 大容量棉纖維測試儀檢驗結(jié)果報告

表2 AFIS 單纖維測試儀檢驗結(jié)果報告

圖1 不同長度指標(biāo)變化趨勢

2.2 其他指標(biāo)分析

在細度和成熟度方面，HVI 能夠提供棉花纖維馬克隆值指標(biāo)，是細度和成熟度的綜合反映，但其高低不能準(zhǔn)確反映棉花粗細程度。從表1 和表2 可以看出，第3 個和第7 個棉樣的馬克隆值同樣都是5.7，但是細度值分別是183 mtex、192 mtex，相差了9 個單位。Abid 等研究也表明棉花纖維的馬克隆值與成熟度和細度不是線性關(guān)系，需要綜合考慮3 個指標(biāo)[12]。 所以，如希望深入研究棉花纖維成熟度和細度品質(zhì)，則須將HVI 測得的馬克隆值和AFIS 提供的細度和成熟度指標(biāo)結(jié)合。

HVI 還能夠測試棉纖維的斷裂比強度、 長度整齊度指數(shù)、斷裂伸長率、反射率和黃度等指標(biāo)，但不能提供AFIS 測試的棉結(jié)含量、棉結(jié)大小、長度分布、細度、未成熟纖維含量等指標(biāo)。 不同指標(biāo)會影響棉紡的不同方面，其中棉纖維斷裂比強度會直接影響成紗的強力，顏色差異會產(chǎn)生布面橫檔，棉結(jié)和成熟纖維會產(chǎn)生布面白星。 故2 類儀器各有優(yōu)缺點，可根據(jù)實際研究需要進行選擇性測試。

3 儀器的應(yīng)用

HVI 大容量棉纖維測試儀比較適合測試原棉，是棉花分級測試的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，是我國國家標(biāo)準(zhǔn)制定以及國家棉花品種區(qū)試審定的指定儀器，同時該設(shè)備可以與計算機配棉軟件共同控制原棉質(zhì)量，通過包包檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)合理配棉，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)，防止紗線質(zhì)量的過大波動并能預(yù)測成紗質(zhì)量。 特別是在顏色指標(biāo)測試方面，因是電子系統(tǒng)測試，不受人為因素影響，比感官檢驗更準(zhǔn)確更穩(wěn)定。目前在棉紡工藝中配棉參考的指標(biāo)主要是馬克隆值、上半部平均長度、顏色等HVI 測試指標(biāo)；因此，HVI 測試結(jié)果對于配棉有很好的指導(dǎo)作用。

AFIS 單纖維檢測儀最初是為棉紡工業(yè)設(shè)計的， 在棉紡工藝中從棉包開始到粗紗的各個階段，都可自動對棉結(jié)含量及大小、短纖含量、成熟度等進行測試， 能夠?qū)崟r檢測棉紡過程中產(chǎn)品質(zhì)量，以便查找棉紡質(zhì)量弱環(huán)、監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、優(yōu)化棉紡工藝，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。 目前還可將AFIS 作為科研儀器， 因該設(shè)備可以利用少量棉花進行測試，獲得棉花纖維的長度、成熟度、細度等科研、育種關(guān)注的指標(biāo)，能夠滿足科研單位對品質(zhì)指標(biāo)精細分析的需求，對于科研、特別是育種工作者是很好的選擇。此外， 基于棉結(jié)含量相關(guān)指標(biāo)分析棉花采摘方式、棉花軋花水平等，可為機采棉的推廣以及軋花水平監(jiān)測提供支撐。