模块二 常用纤维质量标准与检测
项目一 棉纤维质量标准与检测
一、任务引入
棉花是纺织工业的重要原料，在国民经济中占有重要的地位，棉花按品种不同分为细绒棉和长绒棉，按初加工方法不同可分为锯齿棉和皮辊棉。细绒棉为陆地棉，占世界总产量的85%。色洁白或乳白，有丝光，是目前我国主要栽种的棉种。本任务主要是检测细绒棉经轧花后的质量检测，参考标准是GB1103—2012。
二、名词及术语
1.主体品级 按批检验时，占80%及以上的品级，其余品级仅与其相邻。
2.毛重 棉花及其包装物重量之和。
3.净重 毛重扣减包装物重量后的重量。
4.准重 净重按棉花实际含杂率折算成标准含杂率后的重量。
5.公定重量 准重按棉花实际回潮率折算成公定回潮率后的重量。
6.籽棉准重衣分率 从籽棉上轧出的皮棉准重占相应籽棉重量的百分率。
7.籽棉公定衣分率 从籽棉上轧出的皮棉公定重量占相应籽棉重量的百分率。
8.异性纤维 混入棉花中的非棉纤维和非本色棉纤维，如化学纤维、毛发、丝、麻、塑料膜、塑料绳、染色线（绳、布块）等。
9.成包皮棉异性纤维含量 成包皮棉异性纤维含量是指从样品中挑拣出的异性纤维的重量与被挑拣样品重量之比，用克/吨（g/t）表示。
10.危害性杂物 混入棉花中的硬杂物和软杂物，如金属、砖石及异性纤维等。
11.色特征级 依据棉花色特征划分的级别。棉花样品的反射率（Rd）和黄色深度（+b）测试值在棉花色特征图上的位置所对应的级别。
12.上半部平均长度及平均长度
（1）上半部平均长度前定义：测试棉纤维长度时，重量占纤维束一半的较长纤维部分的根数的平均长度。上半部平均长度现定义：在照影曲线图中，从纤维数量50%处作照影曲线的切线，切线与长度坐标轴相交点所显示的长度值。
（2）平均长度前定义：在棉花试验试样中全部纤维根数的平均长度。平均长度现定义：在照影曲线图中，从纤维数量100%处作照影曲线的切线，切线与长度坐标轴相交点所显示的长度值。
现定义是对两个长度实际测试过程的描述，前定义是其物理含义的解释，并无矛盾。
根据国内外相关研究结果，上半部平均长度和手扯长度有很好的相关性，但目前没有定量换算公式。目前国际上通常使用上半部平均长度进行棉花贸易和棉包管理。
13.短纤维指数 国际上采用的是长度短于12.7mm的纤维重量占纤维总重量的百分率作为短纤维指数；我国一直采用的是16mm作为棉短绒的长度界限，而HVI系统给出的短纤维指数是以12.7mm为棉短绒长度界限的，在数据参考使用时应注意区分。
根据HVI技术材料，HVI提供的短纤维指数是依据照影曲线图中包含的绝大部分短纤维分布的信息，参考与梳片法短纤维率的关系推算得出。同时，因为在使用HVI仪器测量长度/强度时，假设前提为所有样品中纤维的线密度是一样的，所以可以根据以根数为基础的纤维照影图计算出以重量为基础的短纤维指数。
14.断裂比强度 断裂比强度是指束纤维受到拉伸直至断裂时，所显示出来的每单位线密度所受的力。它是棉纤维的重要品质指标之一，与棉纤维的成熟度、细度等指标有着密切的关系。
根据乌斯特提供的信息，HVI通过等速伸长法（CRE）得到断裂比强度，不同于斯特洛和卜氏束纤维强力仪测试时采用的等速加负荷法（CRL）。因此，HVI测得的断裂比强度和斯特洛仪及卜氏仪测得的强度没有可比性，但从绝对数值上较接近卜氏仪法水平。
15.断裂伸长率 表明纤维在断裂时伸长程度的指标。是指纤维在外力的作下，到断裂时所增加的长度与未拉伸前长度的百分比。
图2-1 HVI大容量棉花纤维测试仪
16.马克隆值 马克隆是英文Micronaire的音译，指在特定条件下，一团棉花的透气性的度量。棉纤维的马克隆值是纤维细度和成熟度的综合反映，成熟度不同，不仅会引起纤维性能的变化，而且对成纱工艺、质量及织物质量也会产生很大的影响，棉纤维的马克隆值可作为评价棉纤维内在品质的一个综合指标，直接影响纤维的色泽、强力、细度、天然性、弹性、吸湿、染色等。
三、检测仪器与工具
大容量棉花纤维测试仪（图2-1）是一种快速、大容量、多指标的棉花纤维性能综合测试仪器。它可以对棉纤维的长度、强伸度、成熟度、色泽、杂质、回潮率等指标进行测试。
四、任务实施
（一）分级准备
1.环境条件 分级实验室及样品平衡室应保持如下温湿度度条件：
温度：（20±2）℃；相对湿度：（65±3）%。
使用阿斯曼湿度仪及毛发温湿度计对试验室温、湿度进行连续监视、记录。
如果温湿度超过允许范围，分级必须停止。仪器管理人员需调试或检修空调系统，直至环境重新满足条件要求。这种情况发生时，测试恢复前样品必须达到平衡回潮率。
2.样品 每个棉花样品由两部分组成。每部分约长260mm、宽124mm或105mm，重量不少于125g。两部分中间应卷入标有样品编号的纤维条形码标。
3.样品平衡 棉花样品在测试前必须采用吸湿平衡方式达到标准温湿条件下的平衡回潮率。使用快速棉花水分测定仪对棉花进行测试。如样品回潮率超过6.5%，应对样品进行预调湿处理，随后进行吸湿平衡。样品应完全露在实验室大气的情况下调湿。
棉样调湿时，应单层放置在底部有孔的样品盒内，以便空气流动。样品应在标准大气条件下平衡24h，平衡后的样品回潮率应在6.5%～8.8%。若回潮率没有达到要求的区间，应检查实验室大气是否符合环境条件要求，在确认环境条件符合要求的情况下，再将样品平衡4h，即可进行测试。
4.压缩空气 开启空气压缩机及冷干机电源，气压稳定后压力应为0.7～1.0MPa。气路进入HVI入口处的气压为100～110psi（0.7～1.0MPa）。
5.电源 将不间断电源（UPS）与市电接通，开启UPS并确认UPS为电池电状态。遇周期警报声或蜂鸣器长鸣、故障灯亮，请通知仪器维修人员，检查仪器电源插头是否可靠连接。
6.校准
（1）校准允差。目前HVI长/强校准允差参考美国农业部HVI测试方法拟定，马克隆、颜色及杂质允差为仪器默认。
（2）标准物质。
①HVI长/强校准棉花。HVI长/强校准棉花的短纤维指数、断裂伸长率因样品离散性大等原因没有标准值，现有标准值是乌斯特公司通过大量实验得出的统计经验值，16mm短纤维指数短/弱棉样为24.5，长/强棉样为12.2；断裂伸长率短/弱棉样为6.4%左右，长/强棉样为5.9%左右。以上经验值适用于HVI900及HVI1000仪器。
②HVI马克隆校准棉花。目前，对于HVI马克隆校准棉花没有明确的使用方法，但根据经验，校准棉花在使用若干次后会成球打结，这样测试时较难扯松，再利用其进行校准或校准检查，测试值容易出现偏差，需更换新的校准棉花。通常在每次校准和校准检查前，将校准棉花扯松，然后将棉花放入马克隆测试腔体，使棉花均匀分布在腔体内。
③HVI颜色及杂质校准板。同一类型仪器之间色板可以成套互换使用，但切忌将不同套的色板混套使用。一般来讲，每台HVI应使用随机配置的颜色和杂质板进行校准。
7.校准方法
（1）长强棉花校准。长度、强度指标校准采用了一元线性回归分析的方法。利用短/弱及长/强两种HVI校准棉花进行校准，每种棉花重复测试12次，测试值通过原斜率和截距计算出长度、强度及整齐度结果。与标准值比较，若结果在均值及范围允差之内，则斜率截距保持不变；若某测试结果不在均值或范围允差之内，则更新相应的斜率截距，并利用新斜率截距重新计算短/弱及长/强校准棉花原12次测试值中的6次，若重新计算的12个结果都在均值及范围允差之内，则校准通过，否则校准失败。
从长/强棉花校准方法可以看出，长/强棉花校准通过的关键在于数据的重复性，数据标准差越小，校准通过的概率越大。实验室环境，校准棉花，仪器机械、电子等方面的因素都可能造成数据标准差偏大，此时需查明原因并采取相应措施。
（2）马克隆棉花校准。马克隆棉花校准同样采用了一元线性回归分析的方法。利用高/低马克隆两种HVI校准棉花进行校准，与长/强棉花校准不同的是，每次马克隆棉花校准后均更新斜率截距；此外，马克隆校准采用了斜率截距允差。马克隆测试回归参数的默认值是通过乌斯特公司的马克隆标准模型得出的，对于HVI AUTOMATIC CLASSING（即HVI900），斜率为-0.365152，截距为4.229967；对于HVI1000，斜率为-0.5822，截距为4.23。马克隆棉花斜率截距校准允差HVI1000和HVI900不尽相同，是由于HVI1000和HVI900使用的马克隆压差测量传感器的外加电压不同造成的。
马克隆棉花校准时，若新的斜率截距在默认值的允差范围内，则校准通过且说明此HVI马克隆测试装置与原厂马克隆标准模型基本一致，从而保证了数据的再现性。因此，若马克隆棉花校准反复失败，在排除棉花、气压等因素后，需对马克隆测试腔体进行调整。
（3）颜色校准。对于HVI1000及HVI900，颜色校准的方法和步骤是一样的，并且回归方程有相同的格式。
（4）杂质校准。在HVI1000中进行杂质校准时，有时会在测试窗口上放置白色瓷板和杂质校准板，这是因为HVI1000的杂质校准使用了迭代法。目前的HVI900软件中杂质校准没有使用迭代法，但在即将发布的软件中会进行修改。
8.校准检查“校准检查”和“校准”是两个容易混淆的概念。
校准检查是通过测试标准物质检查仪器测试数据是否与标准物质标准值相符，如不符合，需对仪器进行校准。校准检查可以起到监测仪器运行状态的作用，一旦发现偏差，即进行校准，使测试值与标准物质标准值吻合，既避免了不必要的校准，又可以使仪器始终保持在正常状态。校准检查不更新仪器校准参数，目前通过模块测试功能完成。
校准是通过测试标准物质得出相应修正系数从而使仪器测试结果与标准值一致的过程。校准更新仪器校准参数通过校准菜单完成。
9.其他 仪器应按照“L”形式放置，由一名操作员操作。
（二）操作程序
（1）打开HVI1000两个机箱箱门，按下长强箱体内电源箱前面板上的主开关（下位），然后按下电路开关（上位），打开显示器及打印机，最后按下计算机上的启动开关。
（2）计算机启动后，双击屏幕桌面上HVI1000图标，随后HVI1000软件启动，此时仪器各部位进行自检。若出现错误对话框，不能正常进入“主菜单”窗口，需重新启动仪器，如仍不能正常进入“主菜单”，需通知仪器维修人员。仪器开启后预热10min，然后系统测试中测试任意业务样品至少五个，使仪器各部位达到测试状态，即可进行校准检查、校准、测试等操作。
（三）测试程序
以下测试程序按HVI1000Windows软件2.0.0.62版本编写，若后续软件有修改，以最新软件版本为准进行测试。
（1）点击“参数设置”按钮进入参数设置菜单，按以下要求设置参数。
马克隆最低试样质量：9.5g；
马克隆最高试样质量：10.5g。
HVI编号填入1～999任意整数即可。
点击下方“修改常数、批限、重测限……”按钮进入重测设置界面。右侧各测试项目按下列要求填入允差：长度=0.06、整齐度=5、强度=4.0、Rd=7.0、+b=2.0。杂质面积及杂质粒数没有重测允差要求，填入任意宽限数值即可，如杂质面积100，杂质粒数100，其他未提及项目保持不变。
（2）点击“系统测试”按钮进入系统测试参数设置菜单，按以下要求设置参数。
检查包号前面打√
包号位数：32
输入品级：否
重测：是
批样限值：否
试样废弃：否
长度单位/短纤维定义：公制（mm）/中国（16.5mm）
棉花类型：中国色征图
测试结果：外部主机和本地磁盘（平均）
测试结果输出方式：TCP/IP
服务器端口：4040
颜色/杂质测试次数：2
长度/强度测试次数：2
测试方式选择正常测试。
IP地址或服务器名填写实验室服务器IP地址，其他未提及项目保持不变。
系统设置菜单下方为各模块最近一次校准时间及结果。若有模块为失败，需对其校准直至所有模块均通过后才可进行系统测试。
点击“样品计数器清零”按钮可将测试样品个数重置为零。
点击“清空重测样品编号文件”可将重测样品个数重置为零，重测样品列表同时清空。
（3）点击“开始测试”按钮进入系统测试窗口，按如下方法测试。
①输入包号。通过键盘或读码器输入样品编号。条码向上将棉包标签放在读码器下方适当位置，直至听到提示音且条码已读入包号框中。
②测试马克隆值。检查配置电子天平水平并清零，将试样适当扯松并去除其中明显的大块非纤维物质，称取测试样品9.5～10.5g，此时软件会有提示音。将称得样品用两手食指按入马克隆测试腔，以保证腔体内的棉花尽可能分布均匀，关闭腔盖，仪器开始测试。测试完毕，腔门打开，样品弹出。测试值显示于测试结果列表马克隆值右边。
注意：样品在称重时不应接触天平外罩，天平及位于马克隆箱体内左侧的气压传感器附近不应有较强的气流。在称取样品时，当计算机屏幕显示重量与天平显示重量一致时，要从托盘上轻拿样品，以保证电脑重量示数不发生变化。测试时还应注意马克隆样品应全部放入测试腔内，不要遗在外面。注意同一样品测试超过三次需要更换新样品再进行测试。
③测试颜色杂质。将样品的两个子样内表面向下分别放在两个颜色测试托盘内，两子样厚度均匀且不小于5cm，样品应覆盖住整个测试窗口使氙灯照射时不能透光。轻触“颜色/杂质测试”按钮。样品托盘运动到测试窗下，压头压下去除棉样中的空气，同时测得颜色反射率、黄度或杂质粒数、杂质面积百分率，并计算出颜色和杂质等级。
两次测试的平均值显示在测试结果列表中。测试结束，样品托盘及压头回到初始位置。
④测试长度/强度。从两子样分别取出8～12g棉花放入取样器，轻触“长度/强度测试”按钮。取样器门关闭后，取样器转动，棉样经梳夹取样，针布及毛刷梳理，进入长强测量台测量出平均长度、上半部平均长度、短纤维指数、断裂伸长率、强度、长度整齐度指数、成熟度。测试后棉束被吸入真空箱内。两次长度/强度测试的平均值显示在测试结果列表中。测试结束，取样器、梳夹、毛刷、测量台回到原位置准备下一次测试。
注意：避免从棉样的切断面和表面取样，切断面和表面上的棉花应先予以剥离再进行取样。样品与取样器接触的一面应适当开松。测试纤维长度较长的棉花或测试中经常出现大样品（光学量偏大）时，可通过在取样器中放入较少的样品或将样品放在取样器底部使其与较少的取样孔接触来解决；测试纤维长度较短的棉花或测试中经常出现小样品（光学量偏小）时，可通过在取样器中放入较多的样品或使样品在取样器中与较多的取样孔接触来解决。若仍反复出现“大样品”或“小样品”的提示，操作人员需通知仪器维修人员。
⑤其他说明。测试过程中，各模块测试可同时进行。根据各模块测试时间上的差异，建议首先测试长强，再次测试马克隆值，最后测试杂色。但对于2005年出厂的HVI1000型仪器，颜色头运动时马克隆箱盖上下晃动比较明显并影响天平读数，因此，天平读数和颜色测试不要同时进行。
某样品测试后若某指标结果右侧显示为“双面色”，需将此样品测试完后再重新进行测试，如果指标结果右侧仍显示为“双面色”，则不再测试此指标，此棉包将标记为该项指标不均匀。
测试过程中，各模块的测试状态会以色块方式显示在界面下方，当某一模块测试或功能准备就绪时，色块显示为绿色；当某一模块进行测试时，色块显示为蓝色；当某一模块测试结束或功能完成后，色块显示为红色；当一个样品全部测试完成后，所有色块显示为粉色。
测试界面右侧有各种样品个数的统计，文字框显示出需要重测样品的包号。
若暂时停止测试，可点击“关闭真空”按钮关闭真空电动机，但必须保证测试压真空电动机处于打开状态。
⑥重复上述步骤，完成各样品测试。
⑦测试过程，若仪器出现任何故障不能正常测试，操作人员通知仪器维修人员。
（四）退出测试程序
（1）点击HVI程序启动菜单的“退出”按钮，退出HVI测试程序，关闭Windows系统。
（2）关闭显示器及打印机。
（3）关闭电源箱上的电路开关。
（4）关闭电源箱上的主开关。
（5）关闭UPS电源并断开外接电源。
（6）关闭冷干机、空气压缩机电源。
（7）仪器维护。
（五）使用注意事项
（1）利用吸尘器对仪器内外进行清洁，特别是长强箱体内取样器针布（用随机的钢刷清洁）、梳夹、导轨及毛刷上的残留棉花。注意吸尘器工作时不要靠近电子件。
（2）清除真空箱内的棉花，清洁真空箱内的金属网、滤网及玻璃窗。注意过滤网的安装方向。
（3）清洁电源箱上及电脑后的风扇过滤网。
（4）检查总气路入口处过滤器是否有存水，若有，旋转过滤器底部与皮管连接处，放出存水。
（5）用软布擦拭颜色测试窗口。
除以上日常维护外，每年棉花检验季节到来前需进行一次全面的仪器维护，维护内容参照HVI服务手册，年度维护由HVI维修人员完成。
思考题