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        棉花短絨率快速檢測方法的研究

        2013-09-16 14:22:48茅曄輝馬力軍張孜晰
        關(guān)鍵詞:短絨纖維長度棉纖維

        鄭 曄,茅曄輝,趙 潔,馬力軍,張孜晰

        (1.上海出入境檢驗檢疫局,上海 200135;2.上海康信光電儀器有限公司,上海 200233)

        近年來,由于國內(nèi)用棉量的缺口逐年遞增,2011年進口棉花的數(shù)量已經(jīng)達到300多萬t.但是隨著進口棉花數(shù)量的大幅提高,棉花品質(zhì)出現(xiàn)魚目混珠的情況也大大增加,2011年上??诎栋l(fā)現(xiàn)幾十批進口印度棉花存在摻有短絨的現(xiàn)象.

        以往出入境檢驗檢疫局的棉花實驗室一般都比較關(guān)注進口棉花的等級、長度、馬克隆值和斷裂強度,對于進口棉花的短絨率不夠重視,但是現(xiàn)在摻短絨現(xiàn)象越來越嚴重,且現(xiàn)有的方法和儀器都存在著或多或少的問題,如何快速有效地檢測短絨率也成為進口棉花檢驗的一大難題.短絨率是指棉纖維長度低于一定數(shù)值(進口原棉為12.7mm,國棉為16 mm)的百分數(shù).

        1 國內(nèi)外現(xiàn)有測試棉花短絨率的儀器和方法

        1.1 國外情況

        國外測試棉花短絨率的儀器主要是USTER公司的 HVI(high volume instrument,大容量測 試儀)和 AFIS(advanced fiber information system,單纖維快速測試系統(tǒng)).

        HVI是通過用梳夾隨機抓取一定量的纖維,并對它進行光電掃描,得到照影曲線,再通過對照影曲線的數(shù)學(xué)處理,得到一系列的長度指標(biāo)值.該方法的優(yōu)點是試樣準(zhǔn)備方便,測試速度比較快,但因得到的照影曲線是已經(jīng)走樣的二次累積頻率曲線,從理論上講通過一次微分和二次微分不可能準(zhǔn)確求得短絨率,所以USTER公司明確指出HVI測得的棉花短纖維指數(shù)只能作為參考指標(biāo).

        由于HVI測量速度快,且操作簡單,目前國外的棉花短絨率快速測試研究都是基于HVI的二次開發(fā),即通過回歸方程進行數(shù)理統(tǒng)計,得到經(jīng)驗公式.雖然一些學(xué)者得到了一系列的回歸方程,并且也通過試驗驗證了這些方程[1-6].但是文獻[7]基本上否定了回歸方法在HVI上測得短絨率的可能性.HVI最大問題還是理論基礎(chǔ)不清晰,不能從原理上證明該方法測試短絨率的可行性.

        AFIS利用紅外光束可快速檢測單根棉纖維的長度和直徑.雖然AFIS也能測試原棉的纖維長度,但是由于制作棉條比較費時費力,所以它主要用于工廠控制后道工藝,一般不建議作為原棉纖維長度的測試手段.

        1.2 國內(nèi)情況

        Y111型羅拉式纖維長度分析儀是我國紡織行業(yè)用于測量棉纖維短絨率的主要儀器,它主要是將纖維由短到長按一定組距分組后稱重,得到纖維長度質(zhì)量分布,進而得到纖維長度的各項指標(biāo).盡管Y111測試原理還不是十分完善,但優(yōu)點是測試原理表達清楚[8].該方法的缺點是手工操作,在整理試樣時纖維容易丟失,測試結(jié)果因人而異,從而影響了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性,且勞動強度非常大,一個熟練的測試人員測試一個試樣至少需要90min.

        2 自制棉花短絨率快速測試儀

        棉纖維有不同的長度分布,如果對它取樣,并假定取樣服從統(tǒng)計分布規(guī)律,顯然取樣得到的纖維長度分布與原試樣存在一個數(shù)學(xué)關(guān)系.利用這個數(shù)學(xué)關(guān)系,只要知道了取樣得到的纖維長度分布,就能計算出原試樣的長度分布.

        這里對測試棉樣和梳夾棉樣做一個嚴格的定義,即

        測試棉樣:棉包中的棉纖維或者制成的棉條等;

        梳夾棉樣:從測試棉樣中稱取一定棉纖維,通過某種方法放在梳夾上.

        2.1 長度偏倚取樣

        長度偏倚取樣又稱為 Hertel取樣,其假設(shè):待測棉樣中的任意一個長度組纖維被梳夾握持的概率,與該長度組纖維的根數(shù)頻率和長度成正比;纖維的夾持點沿纖維長度方向是隨機的.當(dāng)纖維的線密度為常量時,可以得到梳夾棉樣的長度根數(shù)分布等于待測棉樣的長度質(zhì)量分布.

        2.2 實際取樣

        為了盡可能使實際取得的梳夾棉樣為Hertel取樣,應(yīng)該使梳夾上的纖維盡量一端整齊,同向伸直,棉纖維在梳夾上盡量均勻鋪開.

        如果待測纖維均勻地散落在取樣平面上,且所有纖維伸直,并向同一個方向延伸,這時梳夾夾取纖維是長度偏倚取樣.

        2.3 測試原理

        本文自制棉花短絨率快速測試儀(如圖1所示),用光電法來掃描梳夾上的纖維分布.

        圖1 自制棉花短絨率快速測試儀Fig.1 The machine for short fiber content of cotton

        從測試棉樣中隨機稱取200mg左右的棉纖維,用儀器配備的梳夾反復(fù)梳取,使得梳夾上的纖維均勻分布,并且保持纖維一端整齊.通過記錄整個梳夾上的纖維光透量,求得棉纖維的長度根數(shù)分布(如圖2所示),即測試棉樣的長度質(zhì)量分布.

        圖2 棉纖維長度排列圖Fig.2 The curve for cotton fiber length distribution

        圖2中陰影面積占總面積(曲線與坐標(biāo)圍成的面積)的百分比就是測試棉樣的短絨率.

        3 試驗驗證

        為了驗證自制棉花短絨率快速測試儀測試結(jié)果的正確性和精密度,與Y111羅拉式纖維長度分析儀進行比對試驗.

        棉花試樣由德州纖維檢驗所提供,共10個標(biāo)準(zhǔn)樣品做了黑箱編號,每個試樣由4位棉檢師分別測試10次,盡可能減少系統(tǒng)誤差.兩種測試方法的比對試驗結(jié)果如表1所示.

        表1 比對試驗結(jié)果Table 1 The results of comparative experiment

        3.1 棉花快速測試儀測試結(jié)果的準(zhǔn)確度分析

        根據(jù)ISO 5725-1~6《測試方法與結(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度和精密度)》的系列標(biāo)準(zhǔn),任何的測試方法能否有代表性,即是否有可靠的準(zhǔn)確度,需要考量兩個方面:正確度和精密度.在本文中精密度是指兩種測試方法的方差是否有顯著性差異,可以用F檢驗法檢驗;正確度是指兩種測試方法的均值是否存在顯著的偏倚,可以用t檢驗法檢驗[9].

        3.2 F檢驗法檢驗結(jié)果方差

        表2 10種規(guī)格棉花的F值Table 2 Fvalues of 10kinds of cottons

        取顯著性水平α=0.05,當(dāng)自由度f1=n1-1=40-1=39,f2=n2-1=9時,查得臨界值F0.975=3.51,F(xiàn)0.025=0.41,而0.41<Fi<3.51,其中1≤i≤10.

        計算結(jié)果顯示兩組測試結(jié)果方差無顯著性差異.即自制快速測試儀與Y111羅拉式纖維長度分析儀的測試精度相同,快速測試法滿足測試精密度要求.

        3.3 t檢驗法檢驗結(jié)果均值

        10種規(guī)格棉花的t值如表3所示.

        表3 10種規(guī)格棉花的t值Table 3 t values of 10kinds of cottons

        取顯著性水平α=0.05,當(dāng)自由度f=n1+n2-2=40+10-2=48時,查得臨界值t0.975=2.01,而ti<2.01,其中1≤i≤10.

        計算結(jié)果顯示兩組測試結(jié)果均值不存在顯著偏倚,即自制快速測試儀與Y111羅拉式纖維長度分析儀的測試均值相等,快速測試法測試棉花短絨率的正確度可滿足要求.

        4 結(jié) 語

        本文提出的棉花短絨率快速測試方法,不但保留了Y111羅拉式纖維長度分析儀的測試原理清晰的優(yōu)點,而且改進了Y111羅拉式纖維長度分析儀的系統(tǒng)誤差大和測試時間長的缺點,在10min內(nèi)完成一個試樣的測試,且操作簡便.此外由于該測量方法的離散性小、重現(xiàn)性高,能夠把多臺儀器校準(zhǔn)在一個水平上.根據(jù)此測試方法設(shè)計出的棉花快速測試儀通過與Y111纖維長度分析儀的大量比對試驗,證明了該方法的精密度可靠,且與Y111羅拉式纖維長度分析儀不存在顯著偏倚.

        參 考 文 獻

        [1]ZEIDAN M,BATRA S K,SASSER P E.Determining short fiber content in cotton part II:Measures of SFC from HVI data-statistical models[J].Textile Research Journal,1991,61(1):106-113.

        [2]BARGERON J D,SASSER E. Cotton short fiber from fibrogram and regression analysis[C]// Proceedings of the Beltwide Cotton Conferences.New Orleans,LA:National Cotton Council of America,1993:1142-1145.

        [3]BARGERON C K,BARGERON J D,GRIFFITH S R.Use of mean length as an indicator of short fiber content[C]//Proceedings of the Beltwide Cotton Conferences.New Orleans,LA:National Cotton Council of America,1993:1150-1153.

        [4]SCHREINER M K.Fiber processing research reports[C]//Proceedings of the 14th Annual EFS System Conference.Greenville,SC:Cotton Incorperated,2000:169-195.

        [5]KNOWLTON J L.HVI Measurements of Short Fiber[C]//Proceedings of the Beltwide Cotton Conferences.Anaheim,CA:National Cotton Council of America,2001:1245-1248.

        [6]RILEY R.Status report on short fiber index and elongation measurements on the high volume instruments [C]//Proceedings of the Beltwide Cotton Conference. Memphis,TN:National Cotton Council of America,1998:1524-1530.

        [7]ROWLAND J D.Cotton short-fiber testing[C]//12th Annual Engineered Fiber Selection System Conference.Greenville,SC:Cotton Incorporated,1999.

        [8]于修業(yè),王先,張喜昌,等.AFIS的性能研究[J].紡織學(xué)報,1997,18(4):57-59.

        [9]蔣子剛,顧雪梅.分析檢驗的質(zhì)量保證和計量認證[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,1998.

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