棉纤维长度检测的自动粘贴测试仪与测试方法研究

王铭 马俊义 刘永江 刘俊 董俊哲

摘要：本文通过研究粘贴式棉纤维长度测试仪的机械构造，探讨提升纤维长度测试法工作效率的改进途径。详细介绍了粘贴式棉纤维长度测试仪改进后新型仪器的基本结构、工作原理和关键技术。经过实测应用检验表明：新型仪器和测试方法对比HVI测试法的仪器和手扯法有较大的技术改进，检测方法更加科学有效，检测结果准确可靠，易于推广应用。旨在提高棉纤维长度测试的准确性和工作效率。

关键词：棉花;纤维长度;粘贴式测试法;技术改进

中图分类号：S562.09    文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2020）05-0061-05

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.05.010

Abstract： The article researched the mechanical structure of the pasty type cotton fiber length tester， it explores ways to improve the efficiency of fiber length test method. The basic structure， working principle and key technology of the improved new instrument of the pasty type cotton fiber length tester are introduced in detail. The actual test and application test show that： the new instrument and test method have greater technical improvement compared with the HVI test method and hand pull method， the test method is more scientific and effective， the test result is accurate and reliable， and it is easy to popularize and apply. Designed to improve the accuracy and work efficiency of cotton fiber length testing.

Key words： Cotton; Fiber Length; Brush module; Paste test method; Technical Improvement

0  引言

棉纤维长度是表征纤维性能的重要指标，直接影响到纤维的加工性能和使用价值[1]。棉纤维长度与棉纤维的可纺性、工艺参数制定、成纱质量、车间飞花、生產稳定性有密切的关系。之前国内主要使用的棉纤维长度测试方法包括手扯长度法和HVI测试法[2]，两种测试方法各有利弊，不适于推广使用。青岛海关棉花检测实验室设计出一种粘贴式棉纤维长度测试法，可利用粘贴力代替人工捏合力，模拟手扯尺量法的测试过程，可显著提高检测效率[3]。2014年该机构设计出该方法的应用型仪器“粘贴式棉纤维长度测试仪”（以下简称粘贴仪），并申请了国家发明专利。该仪器为半自动化仪器，部分检测步骤仍需要人工手动运作，检测效率一般。为提高粘贴式长度测试方法的适用性，该研究机构对仪器进行了改进，设计出全自动化检测仪器“棉纤维长度自动粘贴测试仪”（以下简称自动仪）。本文将针对该仪器的技术改进和研究进行详细介绍。

1  研究思路

棉纤维长度粘贴式测试法的设计思路是通过对手扯长度法和HVI测试法优缺点归纳总结而出。两种检测方法的实现技术与特点比较详见表1。

由表1可知，测试仪器需要模拟纤维束的抓取（过程1）、拉直定长（过程2）和量取（过程3）三个步骤。综合两种检测方法的优点对仪器进行设计改进，设计思路结合了表1中“A的步骤1、B的步骤2和A的步骤3”检测过程。最终设计出的粘贴仪（初始版），其结构和组成见图1，在此基础上进一步改进，形成棉纤维长度自动粘贴测试仪（见图2）。

2  粘贴式棉纤维长度测试仪（初始版）的结构与检测方法

2.1  粘贴仪结构组成

粘贴仪的结构由刷理模块、粘贴模块、定长模块和底座四大模块组成。刷理模块的功能是进行纤维的初步刷理，由刷理台面上的各部件组成，包括传动装置、转轴、同步带轮和毛刷;粘贴模块是在完成刷理完毕后纤维束的粘贴步骤，包含粘贴槽、卷曲钢尺、胶带、胶带架、插块和步进电机;定长模块是进行制作完毕样品的定长过程，由定长槽和钢尺组成;底座是粘贴仪的主结构部分，包括边框、活动挡板和控制器。

2.1  粘贴仪的测试步骤[4]

一是将粘取插块插到卷曲钢尺上，宽胶带通过胶带架的卷轴拉直。二是检验员用手拔取一定量的棉束后，用手捏取棉束一端，将另一端放在刷理台面边缘对棉束进行刷理，棉束一端被刷理至平直整齐的状态。三是将梳理过的棉束外端对准粘贴台上的胶带内侧边缘粘贴，另一只手的手指按压棉束将棉束慢慢抽出，下层棉纤维在按压力的作用下被粘贴到胶带上，并随着卷取钢尺的转动内卷取到粘取插块上。重复该步骤，直到棉束平直整齐一端的纤维完全被粘贴到粘取插块上。四是将粘取插块取下，经过毛刷梳理后放置到定长槽量取长度。

2.2  仪器检测各步骤分析

仪器完成长度测试的步骤主要包括取样过程、样品整理过程、纤维定长过程和长度测试过程四个步骤，为提升仪器测试效率，就必须对这四个检测步骤进行升级。

2.2.1  取样过程

与手扯长度取样的原理相同，粘贴式棉纤维长度测试仪取样过程由人工完成，从棉束横截面中不断拉取纤维形成符合条件的纤维束。人工取样会受到操作人员技术水平、实操经验、外部环境等因素的影响，易产生操作误差，同时，取样过程所需时间较长，长时间操作易产生疲劳状态，一定程度上会降低检测效率。

2.2.2  样品整理过程

在样品整理过程中，粘贴仪主要使用毛刷模块对纤维结构进行整理，利用毛刷与刷理台面相互之间的作用力将废弃纤维从纤维束中拉出，从而实现对纤维束的整理。此过程仅使用毛刷进行清理，部分杂质无法有效清理干净，在后续粘贴过程中可能会影响粘贴样品的形成过程，进而影响测试结果。

2.2.3  纤维定长过程和长度测试过程

主要利用粘取模块的结构和胶带的粘贴力进行操作，过程较为合理。

3  棉纤维长度自动粘贴测试仪的结构与检测方法

3.1  自动粘贴仪的结构组成

自动粘贴仪由活动模组、整理模组、测量模组和外壳四个主要模组组成。活动模组是由夹钳带动进行纤维取样、移动整个过程的涉及的部件，包括棉仓、推挡板、棉仓孔、夹钳转向板、夹钳、夹钳活动杆、可升降滑动块等部件;整理模组是对夹钳上的纤维进行清杂梳理，主要部件包括毛刷、锡林和步进电机;测量模组是进行纤维长度的测量，主要包括压棉块、钢尺、步进电机、钢尺转向板、可升降滑动部件、胶带固定压板、胶带轮、胶带轮架、长度检测箱、标度玻璃尺;外壳包括仪器的底座和上盖。

棉纤维长度自动粘贴测试仪是对粘贴式棉纤维长度测试仪进行改进，实现检测过程的自动化。改进之后的仪器效果图如图2所示。由图1和图2可见两种仪器的构成模块基本相同，都有三个基本模块和外壳组成。但棉纤维长度自动粘贴测试仪更加复杂一些，在进行检测的过程中，完全使用机械部件运动实现人体功能的模拟。

3.2  自动仪测试过程

步骤一是将新型棉纤维长度粘贴测试仪放置在水平桌面上，连接电源，打开上盖;将3 mm胶带安装至胶带轮上，头端固定于转动钢尺内陷槽中。步骤二是把200 g左右的棉花放入棉仓中，按下启动按钮，推挡板将由起始位向外移动，棉花呈现被压迫状态，部分纤维从棉仓孔内鼓出。步骤三是夹钳轉向板由起始位置移动至活动杆中部位置，夹钳在转向板带动下逆时针转向90°。步骤四是可升降滑块A升至取样高度并沿滑杆前进，至取样位置后夹钳闭合，抓紧棉仓内鼓出纤维，滑块A缓缓后退，将抓取纤维由棉仓内抽出。步骤五是可升降滑块A移动至与锡林水平呈线状水平，转向板沿夹钳活动杆向右移动至固定位置，使夹钳顶部与锡林外壳间距为2 mm左右。步骤六是锡林顺时针转动，锡林针布拉扯夹钳内纤维，将纤维内部较大杂质和浮游纤维清除。步骤七是可升降滑块A移动至与呈线状水平，转向板移动至夹钳活动杆顶部，高度调整至毛刷与刷理台间隙位置，毛刷逆时针转动，夹钳缓缓送入纤维，对棉束进行刷理使其呈现平齐状态。步骤八是转向板顺时针转动180°，移动滑块A移动至粘贴台前部，夹钳缓缓向粘贴台移动，将棉束喂入压棉块下部粘贴轨道位置。步骤九是当压棉块上的感应器感应到纤维进入粘贴区域，夹钳停止送入，压棉块将向下运动，压紧纤维，使纤维束下部被胶带贴紧。步骤十是夹钳缓缓向后移动，在相互作用力下，纤维被从夹钳内抽出，压棉块上升，纤维将停留在胶带上。步骤十一是钢尺在电机作用下转动一周（360°），胶带连同粘贴牢固的纤维被卷至钢尺上，同时新的胶带在钢尺拉力下进入粘贴轨道。步骤十二是夹钳再次向前送入纤维，重复9～11步骤。步骤十三是钢尺卷动5次后，夹钳逆时针转动90°并开口，剩余纤维将落入仪器底部验余样品区域。步骤十四是可升降滑块B上升1 cm，钢尺转向板逆时针转动90°，滑块B沿轨道缓缓向下移动，使钢尺进入长度检测箱，当钢尺顶部到达玻璃尺0刻度位置时停止移动。步骤十五是通过刻度玻璃尺观察纤维长度。步骤十六是长度测量结束后，按下复位按钮，仪器各部件回归起始位置。

3.3   测试结果验证

棉纤维自身性质决定了其质量数值不稳定，样品检测数据存在一定波动性，标准样品可看作是波动性较小的纤维样品，其数值为多次检验后得到的平均值[6]。可以选取国际长度/强力标准棉样作为测试样品进行结果验证。

测试验证时选取了标准棉数值分别为24.9 mm（A）和30 mm（B）两种样品，使用自动型棉纤维长度粘贴测试仪分别进行10次测试，并记录测试数据（见表2）。使用t检验法确定测试数据的准确性[5]。

表2数据通过t检验法可知，A、B样品的t检验值分别为0.752和-0.093，在95%置信区间下，自由度f=9时，t95%=2.26。两种标准样品纤维长度测试结果的t测验均为|t|

4  结束语

棉纤维长度粘贴式测试法是一种新型的棉纤维长度测试方法，该方法在棉纤维长度检测领域有较好的应用前景[6]。为保证该检测方法的不断简化和改进，需对相关检测仪器和检测步骤进行不断调整、升级，本文介绍的自动型棉纤维长度粘贴测试仪是一种新型的棉纤维长度检测仪器，该仪器以粘贴式棉纤维长度测试仪的检测原理为基础，在内部结构上进行升级改造，将仪器由半自动化改进为全自动化，以提升检测效率，节省人工成本。经验证，该仪器检测准确度高，数据统计方便，适合在行业内推广使用。

参考文献

[1] Ramwy H H. Additional fiber measurements being evaluated[C]// Proceedings of 10th engineered fiber selection conferences[M]. Greenville， SC： Cotton Incorporated，1997：147-152.

[2] 徐水波， 姚穆， 吕善模， 等. 棉花质量检验[M]. 北京： 中国计量出版社，2008：316-330.

[3] 王铭，郑丽莎，董俊哲，等. 粘贴式棉纤维长度测试仪的研制[J]. 棉纺织技术，2015，43（7）：47-50.

[4] 王铭，郑丽莎，董俊哲， 等. 一种棉纤维测试方法的研究及验证[J]. 中国棉花，2017，44（5）：27-31.

[5] 陈庆东，马力军，吴红艳. 棉手扯长度测定结果不确定度评估[J]. 上海纺织科技，2008，36（2）：52-53.

[6] 王铭，孙立，何飞，等. 棉手扯长度测定结果不确定度评估[J]. 中国棉花加工，2017 （4）：31-36.