魏 夢，王府梅，衡 沖，沈 華，何 良，林 平，張雪波

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620； 2.江蘇陽光集團(tuán)有限公司，江蘇 江陰 214426；3.江蘇丹毛紡織股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212300； 4.萊州市電子儀器有限公司，山東 萊州 261400)

纖維長度是評價纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是紡紗生產(chǎn)、纖維商貿(mào)等工作中的必檢內(nèi)容。實(shí)際紡紗生產(chǎn)中，纖維長度及其分布也是紡紗各工序參數(shù)設(shè)置的重要依據(jù)[1]。

現(xiàn)有毛型纖維長度的測量方法有傳統(tǒng)測試法和大容量自動測試法。傳統(tǒng)測試法有手排法和梳片法，其特點(diǎn)是硬件簡單、成本低，但速率較低、測試結(jié)果受人工技術(shù)影響等；大容量自動測試法有Almeter法(現(xiàn)一般用Almeter100長度儀(烏斯特技術(shù)有限公司))和OFDA法(現(xiàn)一般用OFDA4000測量儀(磊利亞IWG集團(tuán)))，特點(diǎn)是操作簡單，但存在硬件復(fù)雜、價格高昂、維護(hù)成本高等問題。我國新研發(fā)的大容量自動化纖維測長法——雙端隨機(jī)須叢光電測試法[2-4](簡稱雙須光電法或隨機(jī)須叢影像法)，具有快速、準(zhǔn)確、低成本等優(yōu)勢，采用該方法的標(biāo)準(zhǔn)《毛型纖維長度測試法 隨機(jī)須叢影像法》(計(jì)劃號20193338-T-424)已完成報(bào)批，等待發(fā)布。今后毛型纖維長度測量可選用該新設(shè)備。

前人已經(jīng)采集不同規(guī)格、不同羊種、不同產(chǎn)地的綿羊毛的毛條，批量驗(yàn)證了雙須光電法在綿羊毛領(lǐng)域的適用性，證明其與現(xiàn)有方法有良好的一致性[5]。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，主要圍繞雙須光電法對綿羊毛以外的毛型纖維的適用性展開實(shí)驗(yàn)研究，并選用更大范圍的棉型纖維以考核儀器的適用性。

1 雙須光電法毛型纖維測長儀

基于雙須光電法研制的毛型纖維測長儀由制樣裝置、光電檢測器和控制分析電腦3部分組成。測試原理及步驟如下。

① 制樣。使用制樣夾持器(見圖1)隨機(jī)夾持毛型纖維條的任意橫截面，梳理并清除夾鉗兩側(cè)未被夾持的浮游纖維，得到圖2所示的雙端隨機(jī)須叢，該須叢與紡紗羅拉握持的纖維等價。

圖1 制樣夾持器

圖2 雙端隨機(jī)須叢

② 光電檢測。用移樣器將須叢送入如圖3所示的光電檢測器，光電檢測原理如圖4所示。電腦控制須叢下方的CCD傳感器獲得須叢的透光圖像，須叢上方的均勻光場經(jīng)過纖維反射、折射、吸收后，在須叢下方形成不均勻光場，纖維越厚的位置光線越弱，故須叢透光圖像反映須叢中纖維的質(zhì)量分布?；谏鲜鎏卣髟摐y試法也被稱作雙須光電法或隨機(jī)須叢影像法。

圖3 光電檢測器

圖4 光電檢測器原理示意圖

③ 數(shù)據(jù)處理。電腦控制光電檢測器測得透光圖像后，自動進(jìn)入數(shù)據(jù)處理。根據(jù)須叢的線密度曲線F(L)與大樣中纖維長度分布函數(shù)Pw(L)的理論關(guān)系Pw(L)=L·F"(L)[6-7]和系列專利技術(shù)[8-9]計(jì)算纖維的平均長度、短毛率、長度變異系數(shù)、頻率分布圖等。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

集中驗(yàn)證雙須光電法對綿羊毛以外的其他毛型纖維的適用性，試樣包括滌綸、錦綸、腈綸、天絲、莫代爾纖維、桑蠶絲、山羊絨、亞麻等毛型纖維條，為在更大范圍內(nèi)考核測長儀的適用性，加入等長棉型天絲，各試樣線密度信息如表1所示。

表1 毛型纖維條試樣

雙須光電法測試由東華大學(xué)采用基于該測試法研制的毛型纖維測長儀2.0版完成，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《毛型纖維長度測量法 隨機(jī)須叢影像法》(計(jì)劃號20193338-T-424)進(jìn)行。Almeter法測試由江蘇陽光集團(tuán)有限公司采用Almeter100測長儀完成，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 21293—2007《纖維長度及其分布參數(shù)的測定方法 阿爾米特法》。OFDA法測試由江蘇丹毛紡織股份有限公司采用OFDA4000測量儀完成，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為FZ/T 20026—2013《毛條纖維長度和直徑測試方法 光學(xué)分析儀法》。

另外，隨機(jī)選取3種試樣進(jìn)行手排長度測試，用作監(jiān)控儀器狀態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。手排法測試由上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院和鄂爾多斯資源股份有限公司完成。由于Almeter法和OFDA法不能測試棉型纖維長度，棉型纖維測試由東華大學(xué)采用AFIS PRO 2單纖維測試儀(烏斯特技術(shù)有限公司)(以下簡稱AFIS法)完成。對比雙須光電法與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測試法中Almeter法、OFDA法、手排法、AFIS法測試結(jié)果，考察該法對常見毛型纖維的適用性。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同測試法結(jié)果的整體一致性

不同測試法的各項(xiàng)長度指標(biāo)對比如圖5所示，雙須光電法與現(xiàn)有測試法的各指標(biāo)偏倚情況如表2、3所示，偏倚=雙須光電法指標(biāo)-對比法指標(biāo)，其中手排法和OFDA法的測試數(shù)據(jù)均為質(zhì)量加權(quán)類指標(biāo)，由根數(shù)頻率分布圖換算而得。

圖5 不同測試方法各指標(biāo)對比

從圖5和表2、3可以看出，雙須光電法與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測試法及手排法的測試結(jié)果整體具有很高的一致性，平均長度、長度變異系數(shù)的偏倚值普遍很小，個別偏大的起因是試樣狀態(tài)。另外，雙須光電法測試的短毛率略高于Almeter法和OFDA法，前人的綿羊毛對比測試也有類似結(jié)果[10]。各測試法短毛率之間的關(guān)系如圖6所示，為分析整體規(guī)律，該圖中手排法相關(guān)數(shù)據(jù)并入了參考文獻(xiàn)[5]的綿羊毛測試結(jié)果，圖6也示出Almeter法和OFDA法的短毛率略低于手排法和AFIS法。

表2 雙須光電法與手排法/AFIS法的各指標(biāo)偏倚值

表3 雙須光電法與現(xiàn)有測試法各指標(biāo)的偏倚值

圖6 質(zhì)量短毛率對比

為進(jìn)一步分析不同測試方法短毛率的一致性，計(jì)算各測試法的質(zhì)量短毛率之間的相關(guān)系數(shù)，如表4所示，試樣數(shù)越大結(jié)果可信度越高。

表4 不同測試法質(zhì)量短毛率間的相關(guān)系數(shù)R和試樣個數(shù)

由表4可知，Almeter法與OFDA法間的相關(guān)性達(dá)到92.7%，原因主要是二者試樣的制樣方法相似，其次是二者試樣數(shù)很少。試樣數(shù)最多的Almeter法與雙須光電法的短毛率相關(guān)性達(dá)到80.4%，進(jìn)一步說明2類儀器的短毛率差異是恒定規(guī)律，基于該實(shí)驗(yàn)規(guī)律建立二者間的回歸方程見下式，利用下式可實(shí)現(xiàn)2類儀器短毛率的轉(zhuǎn)化。

SFC雙=0.985 2×SFCA+6.514

式中：SFC雙為雙須光電法所測質(zhì)量短毛率；SFCA為Almeter法所測質(zhì)量短毛率。

基于上述結(jié)果，可知雙須光電法短毛率與現(xiàn)有Almeter法短毛率存在系統(tǒng)性差異?，F(xiàn)有儀器短毛率偏低的起因包括：①Almeter法和OFDA法制取一端平齊試樣難免丟失短纖維，AFIS法氣流分離單根時也容易丟棄短纖維；②Almeter法約8 mm寬的電容傳感器靈敏度很低，會過濾掉短毛信息[10]，而OFDA法在圖像上計(jì)數(shù)纖維根數(shù)時會因短毛部位的纖維排列密集難以識別而被丟棄。雙須光電法可能導(dǎo)致短毛偏高的原因是，制樣時為避免損傷纖維，對須叢厚的位置梳理不充分，藏在纖維之間的極少量浮游纖維或毛粒等被傳感器當(dāng)作短毛處理。

3.2 試樣性狀和注意事項(xiàng)分析

根據(jù)表2、3中各試樣偏倚值可以看出，天絲A、桑蠶絲B的平均長度或長度變異系數(shù)偏倚較高，分析原因，可能是因?yàn)檫@些纖維條在進(jìn)行雙須光電法測試前受到擠壓，形成了難以回復(fù)的折痕，如圖7所示，導(dǎo)致雙須光電法測試時，所用須叢中纖維呈現(xiàn)波浪形彎曲、長度測試值偏短、長度變異系數(shù)偏大，而對比的Almeter法和OFDA法則是使用完全伸直的常規(guī)試樣進(jìn)行測試。

圖7 試樣折痕

亞麻纖維的長度偏倚與其他纖維的規(guī)律不同，主要源于試樣的易脆斷性和不均勻性。手排法測試人員發(fā)現(xiàn)，亞麻纖維手扯整理時容易脆斷，難以給出可信的手排長度結(jié)果。各測試法制樣時對纖維施加的不同張力會導(dǎo)致斷裂或長度損傷的差異。另外，OFDA4000測長儀不能測試亞麻條，試做數(shù)次均不能得出數(shù)據(jù)，可能是其圖像處理軟件不能辨認(rèn)細(xì)度離散很大的亞麻纖維的根數(shù)。

另外，棉型天絲須條中明顯存在彎鉤，制樣時不能充分梳理或?qū)⒗w維梳斷，導(dǎo)致雙須光電法測量的纖維長度偏短、短毛率和長度變異系數(shù)高于AFIS法，二者質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分布對比如圖8所示。二者長度分布主體規(guī)律基本一致，雙須光電法短絨部位的突出小峰是因?yàn)槊扌屠w維條中的彎鉤導(dǎo)致制樣梳理時纖維沒有梳直或被拉斷。

圖8 棉型天絲質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分布對比

根據(jù)以上分析，雙須光電法測試?yán)w維長度的注意事項(xiàng)主要有：應(yīng)使用平直的纖維條；纖維條中不應(yīng)存在彎鉤纖維，否則應(yīng)施加牽伸等措施消除彎鉤。

4 結(jié) 論

以雙須光電法與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法(Almeter法、OFDA法、手排法、AFIS法)對常見毛型纖維進(jìn)行長度對比測試，發(fā)現(xiàn)雙須光電法測試所得的毛型纖維的平均長度、長度變異系數(shù)等均與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法呈現(xiàn)較高的一致性；雙須光電法測試的短毛率略高于Almeter法，通過回歸方程可以實(shí)現(xiàn)2種短毛率的換算；雙須光電法的測試結(jié)果更接近手排法的短毛率。

基于雙須光電法研發(fā)的毛型纖維測長儀2.0的測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，除了適合測試綿羊毛的毛條以外，還可以準(zhǔn)確測試滌綸、錦綸、腈綸、天絲、莫代爾纖維、桑蠶絲、山羊絨、亞麻等的毛型纖維條中的纖維長度分布，也可測量棉型纖維的長度。