粘贴式棉纤维长度测试法研究

2017-10-23郑丽莎董俊哲

中国棉花加工 2017年4期

关键词：钢尺棉纤维粘贴

■ 王铭孙立何飞郑丽莎董俊哲

〔山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，山东青岛266555〕

粘贴式棉纤维长度测试法研究

■ 王铭孙立何飞郑丽莎董俊哲

〔山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心，山东青岛266555〕

棉纤维长度是判定棉花品质的一项重要指标，由于它直接影响到成品品质、企业成本及最终效益，因此，棉纤维长度的测试结果不但是考量棉花品种优劣的主要判定依据，更是棉花贸易中决定最终成交价格的技术关口，而棉纤维长度测试的速度和精度也一直是纤维检测行业比较关注的问题。

现今国际上测试棉纤维长度的主要方法包括人工手扯尺量法和HVI测试法。手扯尺量法适用范围较广，结果精确度高，缺点是速度较慢；HVI测试法利用HVI大容量纤维测试仪的长度/强力测试模块进行棉纤维长度的测定，检测速度较快，但是数据有一定波动性且检测成本较高。

山东检验检疫局工业品检测中心从实际应用方面出发，综合两种主流检测方法的优点，设计了一种新型棉纤维长度测试仪器，并由此衍生出一种新式的棉纤维长度检测方法。通过对新方法检测数据的分析，证明该方法是一种高效的、可推广的棉纤维长度检测方法。

一、仪器设计过程

（一）仪器设计思路

对棉纤维长度的两种检测方法进行分析，发现手扯尺量法和HVI测试法测得纤维长度的测试步骤均可分解为三个阶段：纤维束的抓取、纤维束的拉直定长、纤维长度的量取。

1.纤维束的抓取。

（1）手扯尺量法步骤。

从棉样中选取不同的具有代表性的棉样10 g，将选取得出的样品加以整理，确保纤维基本趋于平顺。选出适量样品放在双手并拢的拇指与食指间，将两拇指并齐，用手分向左右握紧，以双手其余四指作支点，两臂肘紧贴两肋，用力从两拇指处缓缓向外拉动，将右手的棉样弃去或合并与左手重叠握持再次抽取。右手的拇指与食指的第一节对齐，从截面多处夹取纤维，每处抽取多于3次，将每次抽取出的纤维均匀整齐地重叠在一起，制作成适当的棉束。

图1 手扯法抓取纤维

分析：使用手扯尺量法测定棉纤维长度的情况下，检验人员依靠自身经验从样品截面中将棉纤维一层一层抽取，形成大约60 mg的棉束。抽取过程中对于手法要求不是太高，对于纤维的整理在纤维束拉直定长过程中实现。

（2）HVI测试法步骤。

使用标准样品对HVI仪器进行系统检查，检查通过后方可进行测试。从样品中取出两份15 g左右的棉花分别放入左右取样器，避免从棉样的切断面和表面上取样，切断面和表面上的棉花应予以剥离后再进行取样。样品与取样器接触一面可以适当扯松。按下长度/强度测试按钮，取样门关闭后，压条将棉样压紧，取样器转动，梳夹移动到取样孔位置进行取样。

图2 HVI测试法抓取纤维

分析：HVI取样过程由仪器自动实现，检验人员只需按照仪器操作步骤规范执行。需要注意的是在向取样器放入检测样品的时候，应对样品的重量进行一定的控制，过多或过少的纤维放入量都会影响程序的正常运行。

2.纤维束的拉直定长。

（1）手扯尺量法步骤。

用左手仔细清除棉束上的游离纤维、索丝、杂质及丝团等，而后用左手拇指与食指将棉束轻轻合拢，施加适当指握力，压缩减小棉束的面积，使之成为尖直形的平顺的棉束，便于抽拔。整理过的棉束用右手压紧，将左手拇指与食指第一节平行对齐，抽取右手棉束中伸出的纤维，每次抽一薄层，将之均匀排列。随时清除纤维中的棉结杂物等，确保抽取出的纤维中无此类物品，每次抽取的长度不宜超过1.5 mm，每次抽取整齐一端，应排列在食指的一条线上，确保平齐。形成粗束后，以相同方法反复抽拔2次～3次，最终使其达到一端齐的平直光洁的棉束。最后，棉束重量一般为60 mg左右，长纤维稍重些，短纤维稍轻些。

图3 手扯法拉长定值

分析：手扯尺量法主要依靠检验人员对棉束进行反复抽拔、捋平来完成纤维束的拉直定长过程。为保证质量，检验人员“捏”和“拉”的力度应协调准确，需要检验人员的经验来判断。如果用力集中，就极易产生人体疲劳，制约着手扯尺量法实现连续检测。

（2）HVI测试法步骤。

在测试程序启动后，梳夹上的纤维被转动的针布反向拉扯，使一端被夹持的纤维拉直。拉扯后的纤维被梳夹移动到毛刷模块，由毛刷对纤维束进行进一步梳理，使其成为宽度10 mm左右的平直纤维束，以便进行下一步的长度测量工作。

图4 HVI测试法拉长定值

分析：本过程由HVI仪器自动完成，过程所需时间短，纤维束拉直定长效果好因为没有人工损耗，所以本过程可以连续进行。为保证仪器测试结果的准确性，需定期对针布、梳夹、毛刷等部件进行清理。

3.纤维长度的量取。

（1）手扯尺量法步骤。

把制成的一端整齐的棉束平放在黑绒板上，确保棉束无歪斜变形。用专业钢尺刃面在整齐一端少切些，不齐的一端多切些，直至两头均不见黑绒板为宜。棉束两端的切痕相互平行，然后用专业钢尺测量两切线间的距离即为棉束的手扯长度。

图5 手扯法长度量取

分析：手扯法对纤维长度的量取需要的器具仅为黑绒板和专业刻度钢尺，受检测条件约束较小。在对样品进行切线时，位置起止由检测人员根据个人习惯和经验确定最终结果，差错率较小。

（2）HVI测试法步骤。

在长强测试程序中，纤维束在被送入长度/强力模块后，长强模块中的红外光源将沿着纤维束方向移动，根据纤维束长度分布情况，下方的CCD接口接收到不同的光通量，计算模块将光通量变化情况转化为纤维照影曲线，推导得到上半部平均长度结果。测试结果通过电脑运算，自动显示在屏幕上。

图6 HVI测试法长度量取

分析：检测结果由数据来决定，从表面上看消除了人为判断偏差，但实际上由于样品均匀性、仪器取样方法、计算误差等因素存在，仪器检测结果难免会有一定的波动性。

（二）检测结果判断

1.检测结果准确性。

国内已有多项研究成果证明，手扯尺量法和HVI测试法的纤维长度测试结果具备良好的相关性，由于两者检验数据相近，因此本报告不再对两者测试结果进行进一步分析，默认为两者测试结果准确性一致，可以相互替代。

2.检测结果波动性。

选取长度为28.2 mm棉纤维长度标准样品1只，使用两种检测方法进行20次重复性试验，观察检测数据的波动性。所得测试结果如下：

表1 单只样品多次测试结果

从表1数据可以看出，手扯长度测试结果相对比较稳定，前9次测试结果与标准值结果差值在0.3以内；第10次～20次检验中，由于操作者疲劳度上升出现了偏差较大的情况，因此，测试结果的最大偏差为0.9 mm，HVI测试结果与手扯长度相比波动性较大，其中第3次测试结果与标准长度相差1.3 mm，第12次测试结果与标准长度相差1.4 mm，第20次测试结果与标准长度相差1.4 mm，其余差值皆在1 mm以内。

HVI测试结果较手扯测试结果波动较大的主要原因是HVI取样随机性较大，取样部位太过集中不能代表纤维长度分布的总体情况。

测试时间方面受到人体机理影响，随着手扯次数的增加，检测时间逐渐增长，由3 min增加到了5 min左右，不同水准的操作人员检测时间会有一定的变化；HVI测试时间则比较稳定，一直维持在30 s左右，检测时效率较高。

对两种检测方法按照步骤分析优缺点，结论见表2。

表2 长度检测分解表

为保证课题研究的经过系统研究，课题选取制作新型棉纤维长度检测仪的核心技术点为：A1、B2和A3。

课题组针对三个核心技术点进行仪器部件的初步设计。新型检测仪器需包含三个模块，负责完成A1、B2、A3的技术步骤。

二、仪器制作和试验过程

（一）粘贴式棉纤维长度检测仪结构

图7为粘贴式棉纤维测试仪效果图，图8和图9为仪器结构示意图。

图7 粘贴式棉纤维长度测试仪效果图

图8 粘贴式棉纤维长度测试仪结构示意图一

图9 粘贴式棉纤维长度测试仪结构示意图二

粘贴式棉纤维长度测试仪主要由四大模块组成，分别是：外壳、刷理模块、粘贴模块、定长模块。

1.外壳。

外壳包括底座和侧挡板。

2.刷理模块。

刷理模块包括毛刷，毛刷两端具有转轴，毛刷两侧设置毛刷支撑架，毛刷两端的转轴架设在毛刷支撑架上，毛刷下部设置刷理台面，一端设有驱动装置，驱动装置包括设置在刷理台面下部的第一电机，第一电机连接同步带轮的下部带轮，同步带轮的上部带轮连接毛刷一端，上、下同步带轮上有同步履带。仪器侧面安装有2个控制旋钮和1个启动按钮，控制旋钮分别控制毛刷转速和毛刷移动速度，按下启动按钮后，毛刷支撑架带动毛刷沿轨道运动一个来回。

如图8和图9所示，刷理台面的底部设置电动转机，转机通过金属摇杆连接第一电机的电机座，毛刷活动架上设有毛刷的运行轨道，转机开动后顺时针旋转，摇杆带动电机固定座往复运动，电机固定座的上部通过固定板连接上部的同步带轮架，同时带动毛刷沿其运行轨道前后运动。

3.粘贴模块。

粘贴模块包括粘贴台，粘贴台固定在刷理台面的上表面，粘贴台一侧设有凹槽，凹槽内设置卷取钢尺，粘贴台另一侧设置胶带架，胶带架上设有细窄单面胶带，卷取钢尺的一端设置驱动装置，该驱动装置包括第二电机、履带和第二组带轮，第二电机为步进电机，每次转动180°，使得卷取钢尺也每次转动180°，卷取钢尺上还设有粘取插块，为方便安装拆卸粘取插块，粘取插块38设有U型槽，插装到卷取钢尺上。在卷取钢尺的带动下，粘取插块每转动一次就粘贴一面棉纤维。刷理台面上安装有压手，压手顶端接触面宽度设定为1mm，以保证在压取纤维时的取样区间。

4.定长模块。

定长模块包括开设在刷理台面上表面的定长槽，在定长槽的两侧设置定长钢尺。