棉花雜質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)的歷史沿革

棉花雜質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)的歷史沿革

由于各種原因，棉花不可避免地含有各種雜質(zhì)。雜質(zhì)不僅影響到原棉的質(zhì)量和價格,而且對紡織廠的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益影響也很大。因此,包括我國在內(nèi)的世界上的幾個棉花生產(chǎn)和消費大國都制定了較詳細(xì)的棉花雜質(zhì)含量檢驗標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范商業(yè)行為和科技研究中的相關(guān)事宜。以下筆者對國外棉花中雜質(zhì)含量測量方面的標(biāo)準(zhǔn)和儀器做簡單的介紹和分析。1棉纖維雜質(zhì)分析的發(fā)展國外檢測棉花含雜量的標(biāo)準(zhǔn)最早是由英國提出并系統(tǒng)化確立起來的。英國紡織學(xué)會(TextileInstitute)在1955年組織了科研和工業(yè)界各方面的人員成立了關(guān)于棉纖維含雜量測試標(biāo)準(zhǔn)的起草委員會,并提出了第35號紡織品試行標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過修訂后于1967年確立為英國國家標(biāo)準(zhǔn)BS2889:1967《用雜質(zhì)分析機測定紡紗用棉花廢物含量和紡紗廢物及紡紗用皮棉廢棄物含量的方法》。1995年,英國紡織學(xué)會和英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(BSI)對該標(biāo)準(zhǔn)進行了再次審定并稍加修改,將原標(biāo)準(zhǔn)中的英制單位轉(zhuǎn)化為公制單位。2002年,標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)確認(rèn)后,內(nèi)容未作改動。目前該標(biāo)準(zhǔn)的編號仍為BS2889:1967,名稱為《使用錫萊雜質(zhì)分析機測定棉花雜質(zhì)含量以及紡織廢棉和雜質(zhì)含量的方法》。作為產(chǎn)棉大國的印度,以英國國家標(biāo)準(zhǔn)為參考,于1968年頒布了印度的國家標(biāo)準(zhǔn)IS4871:1968《用機械空氣動力儀器測定棉花中纖維和雜質(zhì)含量的方法》。該標(biāo)準(zhǔn)的最近一次再審定是在2004年2月,標(biāo)準(zhǔn)編號和名稱未作改變。1969年美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)發(fā)布了ASTMD2812—1969T《棉花中含雜量的試驗方法》,后來經(jīng)多次修訂,于1995年9月頒布了ASTMD2812—1995《棉纖非棉纖維含量試驗方法》,該標(biāo)準(zhǔn)在2002年經(jīng)過了再次審定,ASTMD2812—1995(Reapproved2002)成為美國現(xiàn)行棉花含雜量測試的標(biāo)準(zhǔn)。此外,隨著生產(chǎn)和貿(mào)易的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的棉花檢驗方法的弊端日益明顯,各方面都迫切要求有能夠?qū)γ藁ㄟM行快速、客觀、準(zhǔn)確的檢測和評定的方法和系統(tǒng)。在前期的研究和使用的基礎(chǔ)之上,美國規(guī)定從1991年開始必須采用HVI系統(tǒng)對美棉進行分級和測試各項品質(zhì)指標(biāo)。因此,美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)也制定了采用HVI系統(tǒng)對棉纖維物理性能進行測試的標(biāo)準(zhǔn)。而雜質(zhì)分析是HVI系統(tǒng)中的一個功能模塊,因此有關(guān)HVI的標(biāo)準(zhǔn)中也有涉及雜質(zhì)含量測量的內(nèi)容。美國最初在1986年制定了關(guān)于使用HVI測量棉纖維的標(biāo)準(zhǔn),分別為ASTMD4604—1986《大容量纖維測試儀測量棉纖維的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法(運動控制纖維信息系統(tǒng))》和ASTMD4605—1986《大容量纖維測試儀測量棉纖維的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法(特殊儀器實驗室系統(tǒng))》。1995年,美國材料與試驗協(xié)會對ASTMD4604—1986進行了修訂,改為ASTMD4604—1995《棉纖維機械性能大容量儀器測定方法》;同時,撤銷了ASTMD4605—1986,并建立了一個新的標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5867—1995《棉纖維機械性能大容量儀器測定方法》。2001年,ASTMD4604—1995被撤銷。2004年,ASTMD5867—1995也被撤銷并在次年頒布了其替代標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5867—2005《使用大容量纖維測試儀測定棉纖維物理性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》。2bsi和astr基準(zhǔn)的內(nèi)容總結(jié)2.1ved2對雜質(zhì)、可見雜質(zhì)和棉纖維性物質(zhì)的定義ASTMD2812—1995(Reapproved2002)分別對異性物質(zhì)、不可見的雜質(zhì)、可見雜質(zhì)和棉纖維性物質(zhì)做了定義和說明。BS2889:1967未對其中使用的名詞進行任何定義和說明。2.2織物上石灰的流失稱量后的樣品,經(jīng)分析機分離為雜質(zhì)和棉纖維性物質(zhì)。通常情況下,在對棉花進行測試時,也存在著其中的灰塵散失在空氣中或者可能由于試樣的含水率發(fā)生變化而造成的損失。將分離出的雜質(zhì)和棉纖維性物質(zhì)分別稱量,并以各自占試樣原來質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。2.3樣品取樣方法和樣品制備2.3.1測試試樣的制備ASTMD2812—1995(Reapproved2002)中要求按照ASTMD1441—1987(1993)《試驗用棉纖維抽樣方案》中規(guī)定的方法進行取樣,所抽取的實驗室樣品的質(zhì)量可做2個質(zhì)量為100g±5g的測試試樣。BS2889:1967中未對取樣做任何具體的規(guī)定,也未引用英國標(biāo)準(zhǔn)BSEN12751—1999《紡織品試驗用纖維、紗線和織物的取樣》,只是說明測試的試樣數(shù)目和抽樣方法通常在原料規(guī)格中已經(jīng)有要求,各方也可以就測試問題進行商討確定。如果上面兩個都沒有做要求,一般測試2個100g的試樣。2.3.2試樣調(diào)濕和調(diào)濕ASTMD2812—1995(Reapproved2002)對試樣制備無任何特別要求,一般測試試樣不需要預(yù)調(diào)濕。但樣品在與測試實驗室濕度相近的大氣環(huán)境中放置至少24h。BS2889:1967中規(guī)定實驗室測試環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件(濕度65%±2%,溫度20℃±2℃)。試樣稱重前要在標(biāo)準(zhǔn)大氣下調(diào)濕4h。如果每隔1h對試樣稱重1次,連續(xù)兩次之間的重量差異不超過0.25%,那么就可以采用較短的調(diào)濕時間。2.4測試步驟對比雖然同樣是采用分析機進行測試,但ASTMD2812—1995(Reapproved2002)和BS2889:1967的測試步驟還是有一定的區(qū)別,簡述如下。2.4.1試樣的喂入和分析機(1)清潔輸出箱、雜質(zhì)盤和沉淀室。如果分析機當(dāng)天未進行過試驗,應(yīng)先放開離合器,讓喂入羅拉不接觸,開機空轉(zhuǎn)2min～3min。(2)稱量試樣,精確到0.1g,記其質(zhì)量為W(g)。(3)將試樣放置在給棉臺上,打開氣流控制閥,使羅拉接觸,開始喂入樣品并保持恒定的喂入速度直到整個試樣喂完。(4)所有試樣喂完以后,收集沉淀室和雜質(zhì)盤中所有帶有纖維的雜質(zhì),將其喂入分析機。(5)暫時松開羅拉并關(guān)閉氣流控制閥,收集輸出箱中的凈棉。(6)將凈棉再次通過分析機。(7)收集沉淀室和雜質(zhì)盤中所有帶有纖維的雜質(zhì),將其再次喂入分析機。(8)暫時松開羅拉并關(guān)閉氣流控制閥,收集輸出箱中的凈棉并稱重,精確到0.1g。這就是棉纖維性物質(zhì)質(zhì)量L(g)。(9)從雜質(zhì)盤中收集出雜質(zhì),注意要收集到附著在沉淀室側(cè)壁和給棉臺表面上的所有微小的雜質(zhì)顆粒。稱量雜質(zhì)精確到0.1g。這就是可見雜質(zhì)的質(zhì)量V(g)。2.4.2從輸出箱中收集雜質(zhì)1967的測試步驟(1)同2.4.1(1)。(2)將氣流閥開到最大,閉合羅拉,開始喂入試樣。當(dāng)整個試樣都已經(jīng)喂完時,收集輸出箱中所有的纖維。(3)將所收集的纖維再次喂入分析機。該步完成之后,將所收集的凈棉放在一邊。(4)從沉淀室和雜質(zhì)盤中揀出帶有纖維的雜質(zhì)喂入分析機,然后收集輸出箱內(nèi)的纖維。(5)將從上步收集來的纖維再次喂入分析機。完成后,將收集到的棉纖維放在一邊。(6)收集雜質(zhì)盤和沉淀室側(cè)壁上的雜質(zhì)以及任何嵌在刺輥尖齒中的籽粒并稱重。(7)最后再將那些帶有棉纖維的雜質(zhì)再次通過分析機。完成后,丟棄掉雜質(zhì),稱量輸出箱中少量剩余的纖維,并將其放在一邊。(8)將從本標(biāo)準(zhǔn)步驟(3)、(5)、(7)中收集的棉纖維合在一起稱重。由上述的測試步驟可知,ASTMD2812—1995(Reapproved2002)與BS2889:1967不僅在操作上存在差異,而且在各個步驟的順序上也存在差異。與ASTMD2812—1995(Reapproved2002)相比,BS2889:1967在把雜質(zhì)通過分析機之前先把第1次所得到的凈棉通過分析機,然后再將雜質(zhì)過2遍分析機,這樣就得到了3組棉纖維。從表面上看,BS2889:1967的方法似乎對試樣中棉纖維性物質(zhì)和雜質(zhì)的分離更為徹底一些。2.5棉纖維性物質(zhì)含量w100%l根據(jù)ASTMD2812—1995(Reapproved2002)的規(guī)定,可分別計算出凈棉含量、可見雜質(zhì)含量、不可見雜質(zhì)含量和非棉纖維性物質(zhì)含量,具體計算公式如下:凈棉含量=(L/W)×100%(1)可見雜質(zhì)含量=(V/W)×100%(2)不可見雜質(zhì)含量=[(W-(V+L))/W]×100%(3)非棉纖維性物質(zhì)含量=100%-凈棉含量(%)(4)式中:W———樣品質(zhì)量,g;L———所得的凈棉質(zhì)量,g;V———可見雜質(zhì)質(zhì)量,g。與ASTMD2812—1995(Reapproved2002)不同,BS2889:1967中沒有不可見雜質(zhì)含量和非棉纖維性物質(zhì)含量指標(biāo)。BS2889:1967只要求計算出雜質(zhì)含量(%)和凈棉含量(%),具體計算方法為:將步驟(6)中測得的質(zhì)量減去步驟(7)中棉纖維的質(zhì)量得到雜質(zhì)質(zhì)量,然后用雜質(zhì)質(zhì)量除以試樣原來的總質(zhì)量(通常為100g)就是雜質(zhì)含量(%);將步驟(8)中測得的凈棉質(zhì)量除以試樣原來的總質(zhì)量就是凈棉含量(%)。3測定了墊層墊的性能3.1錫萊分析法機棉美國和英國標(biāo)準(zhǔn)中的分析機均為錫萊分析機(ShirleyAnalyzer),該分析機是依據(jù)機械空氣動力學(xué)的原理,利用棉纖維性物質(zhì)和雜質(zhì)在空氣中的浮力不同而將它們分離。分析機的結(jié)構(gòu)類似于梳棉機,見圖1。測試棉樣經(jīng)給棉臺和給棉羅拉喂入后經(jīng)刺輥的梳理將棉纖維和雜質(zhì)分離,雜質(zhì)在分離作用下落入下面的雜質(zhì)箱,棉纖維經(jīng)剝棉刀剝?nèi)『笏腿胼敵鱿?。錫萊分析機在20世紀(jì)30年代初由英國棉紡織行業(yè)研究協(xié)會(BritishCottonIndustryResearchAssociation)在錫萊研究所(ShirleyInstitute)研發(fā),并于1933年推向市場。其他很多國家的分析機系該機的仿制品。目前該分析機的型號是MK2,見圖2,分為棉型和毛型。MK2型錫萊分析機可檢測棉纖維或羊毛樣品中的碎屑、雜質(zhì)及微塵含量;還可用于檢測合成纖維以及諸如羊絨、安哥拉毛的制成率;也可用于檢測合纖長纖維中非纖維組分的含量或?qū)w維進行開松、除雜處理以備進一步測試。3.2微塵和雜質(zhì)檢測由于錫萊分析機需要人工稱量棉纖維和雜質(zhì)的質(zhì)量并計算含量,且比較費時,因此,美國田納西州PPM公司根據(jù)錫萊分析機的原理設(shè)計了第1代微塵和雜質(zhì)檢測儀,150,見圖3。由圖3可看出,其基本測量原理和錫萊分析機相似,只是分離出來的棉纖維、微塵和雜質(zhì)分別輸送到相應(yīng)的傳感器中稱重,各項數(shù)據(jù)經(jīng)微處理器分析后顯示或打印出來。該種微塵和雜質(zhì)檢測儀測量20g試樣大約需要400s,雖然其測試結(jié)果與錫萊分析機的相關(guān)系數(shù)為0.90,但由于單次的雜質(zhì)分離效率僅為10%,因此還很不完善。PPM公司的科研人員主要圍繞縮短測試時間、提高微塵和雜質(zhì)的分離效率等問題對該儀器不斷進行改進,已推出了第5代微塵和雜質(zhì)檢測儀,型號為MTM-GTV,見圖4154。由圖4可看出,MTM-GTV的分梳機構(gòu)與第1代相比已大不相同。5個分梳輥的梳理和氣流的相互作用使得纖維和雜質(zhì)的分離效率大大提高。單次的雜質(zhì)分離效率由原來的10%提高到75%,20g試樣的測量時間也降低到僅需30s。這樣就大大提高了測試效率,可用于對棉纖維的快速測試和分級評價。該儀器曾由USTER公司生產(chǎn)和銷售,目前最新的型號無資料可查。3.3棉樣雜質(zhì)和顏色的測量HVI的研制最初是由美國德州的MotionControl公司開始的,并在1968年由Spinlab和MotionControl公司聯(lián)合研制了第1臺HVI樣機,隨后兩家公司分別推出了各自的HVI系統(tǒng)。經(jīng)過不斷的改進,儀器得到不斷地完善和發(fā)展,使用范圍越來越廣,并得到了美國農(nóng)業(yè)部的認(rèn)可,作為美棉分級所使用的儀器。上述兩家公司分別于1990年和1993年先后并入瑞士烏斯特公司。烏斯特公司于1991年推出了HVI900A,增加了棉纖維的成熟度和含糖量的測試;目前最新的產(chǎn)品型號是HVI1000CLASSING和HVISPECTRUM。在HVI上,棉樣的雜質(zhì)和顏色的測量是在同一測試模塊(顏色/雜質(zhì)模塊)上同時進行的(見圖5,左邊為雜質(zhì)測試窗口)。雜質(zhì)含量測量采用CCD攝像技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的方法。采用這種方法的儀器在20世紀(jì)70年代后期研制成功,80年代初期加裝到HVI上,見圖6。壓緊裝置將棉樣壓在玻璃測試窗口上,在測試窗口下方裝有兩個氙氣雙濾光色度儀發(fā)射白光光束,并呈45°角照射到棉樣上。位于測試窗口正下方的高分辨率黑白CCD攝像頭對棉樣表面進行掃描獲取圖像數(shù)據(jù)并傳輸?shù)脚c之相連的計算機中去,如果圖像中某處的灰度超過了設(shè)定的極限值,則該處就被認(rèn)為是雜質(zhì)并對其計數(shù)。掃描完成后由儀器分析數(shù)據(jù)并給出下列3項測試結(jié)果:(1)雜質(zhì)數(shù)量(TrCnt):在整個測量面積上雜質(zhì)顆粒的數(shù)目。(2)雜質(zhì)面積(TrArea):雜質(zhì)的面積占整個測量面積的百分率。(3)雜質(zhì)等級(TrGrade):使用標(biāo)準(zhǔn)棉樣對HVI進行校準(zhǔn)之后所確定的雜質(zhì)或葉屑等級。該等級一般為1級～7級,雜質(zhì)含量隨等級的增大而增加。如果采用美國農(nóng)業(yè)部的雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)棉樣校正,則所測得的雜質(zhì)等級和美國農(nóng)業(yè)部的標(biāo)準(zhǔn)一致。除了USTER公司的HVI之外,印度的Premier公司的ART全自動大容量棉花測試儀以及我國長嶺紡電生產(chǎn)的XJ120型快速棉纖維性能測試儀都是采用和USTER相類似的原理測量棉花中的含雜量。此外,美國田納西州的Schaffner技術(shù)公司也生產(chǎn)出一種名為IsoTester的儀器,該儀器檢測雜質(zhì)的原理和HVI類似,也是利用圖像掃描和分析的方法,測試雜質(zhì)所占的面積百分率,還可以分析出棉樣表面莖葉和草雜的含量。此外,該機還能將所測得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆摴舅a(chǎn)的軋花控制儀器GinWizard,后者可以根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)對軋花工序進行在線控制。3.4afis的雜質(zhì)測量原理AFIS的全稱是AdvancedFiberInformationSystem,最初是科研人員在HVI的基礎(chǔ)之上為了能更安全、更精確地度量棉纖維的性能而開發(fā)出來的測量儀器。該儀器最初于1986年面世,經(jīng)過后來不斷的改進和完善,目前的產(chǎn)品型號是AFISPRO,見圖7。AFIS是一個模塊化的系統(tǒng),其主要由棉結(jié)分類模塊(NC模塊)、長度和成熟度測量模塊(L&M模塊)以及雜質(zhì)測量模塊(T模塊)組成。AFIS的雜質(zhì)測量中纖維和雜質(zhì)的分離和上述的錫萊分析機及MTM有些相似,都是根據(jù)空氣動力學(xué)的原理利用纖維和雜質(zhì)各自浮力的不同而將它們分離。但AFIS的纖維分離器(見圖8)設(shè)計得更為精巧,它能夠?qū)⒗w維束分離成單根的纖維,從而能做到將纖維和雜質(zhì)徹底分離。測試時將做好的棉條經(jīng)喂棉裝置喂入纖維分離器,在針輥與氣流的作用下,部分雜質(zhì)與纖維分開并排出分離器,纖維再進入下一個針輥進行梳理,將其和雜質(zhì)以及微塵進一步分離,然后沿著各自的通道送入測量機構(gòu)。AFIS的雜質(zhì)測量機構(gòu)和纖維長度測量機構(gòu)的原理相似,都是采用光電式檢測,見圖9。纖維或雜質(zhì)在高速氣流的作用下經(jīng)噴嘴裝置進入測量區(qū)域,當(dāng)纖維或雜質(zhì)通過測量區(qū)域時,由于對光線的阻擋和散射作用,使光電傳感器所獲得的電壓信號發(fā)生變化。再經(jīng)一系列處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,最后由計算機處理得出測試結(jié)果。AFIS的雜質(zhì)測試結(jié)果包括每克試樣中雜質(zhì)和微塵的數(shù)目及其尺寸分布、可見雜質(zhì)含量。3.5纖維、雜質(zhì)、微塵、纖維片的分離和利用鄧肯道夫(Denkendorf)轉(zhuǎn)杯式微塵和雜質(zhì)分析機應(yīng)用改進的開松羅拉將試樣中的雜質(zhì)、微塵和纖維碎片分離,分別用精密天平確定雜質(zhì)、微塵和纖維碎片各自的質(zhì)量,并使用分析軟件和計算機系統(tǒng)計算其中纖維和雜質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù),還可提供1m紗條用于進一步試驗混紡成紗或直接紡成紗線。圖10為SDL-ATLAS公司生產(chǎn)的MDTA3。4棉纖維和雜質(zhì)分離綜上所述,目前有關(guān)棉花含雜量檢測中測量原理主要有兩種:第一種是根據(jù)機械空氣動力學(xué)原理,利用高速運動機械部件和氣流的共同作用將棉纖維與附著在其中的雜質(zhì)相分離,然后分別稱重和計算,給出雜質(zhì)的質(zhì)量百分含量。采用這種原理分析和測量的儀器有錫萊分析機、MTM、AFIS、MDTA3等。錫萊分析機是標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的雜質(zhì)分析儀器,其主要特點是能夠準(zhǔn)確地反映出棉花中的雜質(zhì)含量,因此它可以作為其他雜質(zhì)分析儀的基準(zhǔn)和參考,但是其最大的缺點就是測試時間太長,無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)和貿(mào)易中所要求的大容量快速測試的要求,因此使用很受限制。MTM和MDTA3雜質(zhì)分析儀雖然采用了自動稱量和計算結(jié)果等技術(shù),縮短了測試時間,提高了效率,但其依然無法做到1次就能將棉纖維和雜質(zhì)完全地分離,因此測試結(jié)果的準(zhǔn)確性比錫萊分析機有所下降。此外,棉花中雜質(zhì)的含量和類型也會對測試結(jié)果有一定的影響,特別是對MDTA3,由于轉(zhuǎn)杯梳理裝置的除雜效率本身就有限,所以MDTA3在測量含雜量較高或雜質(zhì)顆粒較大的棉樣時就有一定的局限性。與MTM和MDTA3相比,AFIS在分離棉纖維和雜質(zhì)方面最為出色,它能將棉樣梳理成單根纖維,從而將纖維和雜質(zhì)徹底分離。AFIS不