AFIS 和HVI 棉花测试指标比对及应用分析

韦京艳，孟俊婷，魏守军，张璠，唐淑荣

（中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南安阳455000）

目前，利用HVI（High Volume Instrument）大容量棉纤维测试仪检测棉花纤维物理性能指标已趋成熟，广泛应用到科研、生产、公检、流通中，特别是在棉花品种区域审定中显得尤为重要[1]。但是随着棉纺技术提高以及对棉花纤维品质的重视，对棉花纤维品质有了更高的要求，HVI 测试指标已不能完全满足要求，AFIS （The Advanced Fiber Information System） 单纤维测试仪能够进行更精细的纤维品质检测， 现已开始运用到科研及生产中，对这两类仪器测试指标进行比对和分析，有利于仪器的推广应用及棉花纤维品质研究， 推动棉花产业发展。

1 HVI 与AFIS 测试原理比较

HVI 大容量棉纤维测试仪由4 个独立的模块组成，即长度/强力模块[2]、马克隆模块[3]、颜色/杂质模块。 AFIS 单纤维检测仪也由4 个独立的基本组件组成，包括棉结模块、长度/ 细度模块、杂质模块和自动送样模块[4]，是对棉花纤维进行单根测试[5]。在测试原理方面，AFIS 与HVI 最本质的区别是HVI 测试的是一束棉纤维的指标， 而AFIS 是一定数量的单根纤维的综合指标， 可以理解为HVI 是对棉花纤维的物理性能进行面的分析，AFIS 是对棉花纤维物理性能进行点的分析。 另外，如棉花试样在HVI 设备上进行测试， 棉花试样质量至少10 g，在AFIS 设备上进行测试，棉花试样达到50 mg就可制备一根棉条试样，故AFIS 设备可以对少量、稀有材料等进行测试。

2 仪器测试指标解析

HVI 与AFIS 仪器在测试指标方面，2 类仪器测得指标不尽相同，为方便分析，将同一批次的棉花样品在农业农村部棉花品质监督检验测试中心分别用HVI 棉花大容量测试仪和AFIS 单纤维检测仪测试，测试结果见表1、表2。

2.1 仪器长度指标分析

从表1、 表2 可以看出：HVI 测出的长度指标为上半部平均长度，是罗拉隔距调整参考的重要指标，为棉纺工艺调整提供依据，合理调整罗拉隔距能够减少纺纱过程中纱线断头率，保证纱线质量稳定和纺纱生产的连续性；AFIS 长度指标包括平均长度和上四分位长度，其中平均长度是为了和美国农业部国家区域试验保持同步，但在实际生产和应用研究中常用的是上四分位长度。张胜男等研究表明上半部平均长度和上四分位长度有很好的相关性[6]，但是表达意义却不同，上半部平均长度是从纤维长度累计分布与透光曲线中得出的，上四分位长度是从拜氏图中得出的[7-11]。 目前在国家公检以及国家棉花区域试验中对棉纤维长度的检测采用的是上半部平均长度，而在棉纺加工工艺中上四分位长度应用更多。

根据表1、表2 数据分析上半部平均长度和上四分位长度指标变化趋势，见图1。 可以看出，上半部平均长度与上四分位长度变化趋势相似，但两者数值存在一定的差异。 相关研究表明，上半部平均长度和上四分位长度有较好的相关性[2,6]。美国农业部通过大量研究得出，上四分位长度根据每级长度差异作修正可等同于手扯长度，这给上四分位长度实际应用提供了依据[10]。 此外，AFIS 是对单根纤维进行测试，长度指标是累计3 000 根棉花纤维的数据，从而有纤维长度分布。 使用者据此能够准确了解棉花纤维长度指标、棉花短纤维含量、轧花水平和棉纺生产过程中短纤维含量变化，有利于棉纺工艺的控制和管理。

表1 HVI 大容量棉纤维测试仪检验结果报告

表2 AFIS 单纤维测试仪检验结果报告

图1 不同长度指标变化趋势

2.2 其他指标分析

在细度和成熟度方面，HVI 能够提供棉花纤维马克隆值指标，是细度和成熟度的综合反映，但其高低不能准确反映棉花粗细程度。从表1 和表2 可以看出，第3 个和第7 个棉样的马克隆值同样都是5.7，但是细度值分别是183 mtex、192 mtex，相差了9 个单位。Abid 等研究也表明棉花纤维的马克隆值与成熟度和细度不是线性关系，需要综合考虑3 个指标[12]。 所以，如希望深入研究棉花纤维成熟度和细度品质，则须将HVI 测得的马克隆值和AFIS 提供的细度和成熟度指标结合。

HVI 还能够测试棉纤维的断裂比强度、 长度整齐度指数、断裂伸长率、反射率和黄度等指标，但不能提供AFIS 测试的棉结含量、棉结大小、长度分布、细度、未成熟纤维含量等指标。 不同指标会影响棉纺的不同方面，其中棉纤维断裂比强度会直接影响成纱的强力，颜色差异会产生布面横档，棉结和成熟纤维会产生布面白星。 故2 类仪器各有优缺点，可根据实际研究需要进行选择性测试。

3 仪器的应用

HVI 大容量棉纤维测试仪比较适合测试原棉，是棉花分级测试的标准设备，是我国国家标准制定以及国家棉花品种区试审定的指定仪器，同时该设备可以与计算机配棉软件共同控制原棉质量，通过包包检测，能够实现合理配棉，保证产品的稳定连续生产，防止纱线质量的过大波动并能预测成纱质量。 特别是在颜色指标测试方面，因是电子系统测试，不受人为因素影响，比感官检验更准确更稳定。目前在棉纺工艺中配棉参考的指标主要是马克隆值、上半部平均长度、颜色等HVI 测试指标；因此，HVI 测试结果对于配棉有很好的指导作用。

AFIS 单纤维检测仪最初是为棉纺工业设计的， 在棉纺工艺中从棉包开始到粗纱的各个阶段，都可自动对棉结含量及大小、短纤含量、成熟度等进行测试， 能够实时检测棉纺过程中产品质量，以便查找棉纺质量弱环、监测设备状态、优化棉纺工艺，提高企业经济效益。 目前还可将AFIS 作为科研仪器， 因该设备可以利用少量棉花进行测试，获得棉花纤维的长度、成熟度、细度等科研、育种关注的指标，能够满足科研单位对品质指标精细分析的需求，对于科研、特别是育种工作者是很好的选择。此外， 基于棉结含量相关指标分析棉花采摘方式、棉花轧花水平等，可为机采棉的推广以及轧花水平监测提供支撑。