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(biāo)，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(xué)方法計算出短纖維含量。常見的應(yīng)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(jī)抓取纖維整體測量，通過纖維照影儀得到纖維長度指標(biāo)，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(jī)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(jìn)HVI儀器用于檢驗機(jī)構(gòu)的配備，而HVI對短纖維含量測試的準(zhǔn)確性及可靠性值得進(jìn)一步深入的研究。梳片式儀器是所有使用方法中相對準(zhǔn)確的方法，其得到的長度指標(biāo)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(biāo)，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(jìn)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(biāo)。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(zhǔn)確性比較高，而梳片式目前又是長度測量中較為準(zhǔn)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??；HVI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(biāo)準(zhǔn)和國棉有所不同，從HVI測量指標(biāo)的葉屑個數(shù)和雜質(zhì)面積分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(dá)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(jī)得到它們的長度分布，由于是對纖維進(jìn)行單根測試所以準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)確性會降低。在我國進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)之一，所以盡早制定檢驗SFC的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理研究[J].山東紡織科技，2010，51(6)：35—37.