2.国外长度测量技术的发展现状
国外棉短绒测试常用到AFIS和HVI两种仪器,这两种仪器的短绒界定长度都是12.7mm(即0.5英寸),AFIS测试仪主要是测试半制品(前期需要对棉样初加工)棉结、短绒和杂质,用来控制半制品质量。而HVI则是测试棉纤维长度、细度、强力、短绒指数、反射率与黄色深度、长度整齐度等棉纤维的性能。AFIS测试是单纤维短绒值,是依据纤维长度照影仪曲线理论测得的长度,AFIS通过称重法和数纤维根数两种方法计算原料中短绒含量,它的值分别被定义为sfc(w)和sfc(n),两种办法测量的结果相差几倍。HVI则测试束纤维的短绒值,它的值被定义为sfi,HVI的sfi值同AFIS的重量级sfc(w)值相接近。由于它的相对准确度要低,特别是纤维握持长度的误差,实际测量结果均为参考值[2]。
美国USTER公司生产的棉纤维大容量测试系统HVI900、HVI1000系列,其长度测试原理的核心是照影仪曲线。印度近年开发的棉纤维长度测试仪器aQural,测试原理是将试样铺放在梳针排上,采用末端对齐方式,通过各段电压值的对比,确定各长度纤维的百分比含量[3]。
上述的纤维长度检验方法,各有优缺点,但都是考察纤维束,间接获得长度数据,并没有真正把握纤维试样的具体情况。
3 棉纤维长度测量技术的突破
能否仪器化实现单根棉纤维的长度测量呢?因为缺乏检测手段,国家棉花标准GB 1103?2007中,缺乏有关短纤维率指标的检测依据。因此开发短纤维率快速检测仪器,满足纺织企业对短纤维指标的需要,已成当务之急。
3.1国外研发动向
目前世界上可用于单纤维测试的只有USTER公司生产的AFIS(Advanced Fiber Information System),AFIS测试的试样量大,速度快。但由于其刺辊分梳棉条时的高速旋转对棉纤维的损伤作用很大,棉纤维受力而断裂的概率增加,而且在试样准备过程中也会丢失大量短纤维,按照其测试原理,棉样中的棉结和杂质也会被测为短纤维,虽然这些都会被近似修正,但还是不能真实反映棉纤维长度状况。并且AFIS价格昂贵,每台约需人民币140万元,无法做到大面积推广应用。
3.2国内应用现状
现在普遍推行的检验情况又如何呢?从2003年开始,我国全面推行棉花检验体制改革,对棉花加工企业进行升级改造,使用400型打包机,棉包采用227kg的大型包,由纤检部门在加工环节逐包进行HVI检验,分别提供检验数据,以实现对棉花资源的有效利用。当前,借助承检实验室使用的大容量快速测定仪HVI,公证检验可以提供的检验数据有:品级、上半部平均长度、平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、断裂伸长率、反射率Rd、黄色深度+b、马克隆值、含杂率等。在纺纱过程中,棉结和短纤维含量是两个重要指标,它影响着纱线的质量和生产成本,一直受到高度重视,但HVI尚不能提供这两个参数准确的检验数据。
3.3前沿新技术应用于棉花行业的新曙光
随着科技的进步与应用,尖端科学在医学和军事领域应用最广泛。我们借助目前医学解剖与图像应用的尖端科学技术,利用计算机图像采集、处理技术的高速发展,为我们解决棉纤维单根长度测量提供了可能性。北京中棉机械成套设备有限公司科研人员提出了一种站在科技前沿的科学构想,并开始研究开发棉纤维长度自动测试系统,现在已经到了研发的关键时期。
这一构想的基本原理是:将棉纤维试样用包埋技术进行介质固定,然后进行横向连续10μm渐进切割,每切割一次用CCD图像采集系统摄取横切面放大图像,并输入计算机。通过图像软件技术对数据进行处理,实现单根棉纤维空间立体再造。然后依据空间立体图像,通过计算而得到每根纤维的长度,再统计计算可得到棉纤维的详细长度分布状况。
该系统的创新点是应用了现代的图象采集技术和图象数据处理技术。测试的纤维是逐根纤维的长度信息,明显区别于过去的统计学测试方法。测试的结果更加准确、真实。由于棉纤维结直径一般在600μm左右,籽屑结在1000μm左右,最大时可达1400μm。横切面的图像可以识别棉结并准确计数,以确定其含量和大小。
该系统能够完成包括棉纤维在内的多种纤维的长度自动逐根测试,并做相应的数理统计,从而准确把握试样的长度分布状况,以实现从来没有人实现过的棉纤维逐根排列“拜氏图”。有了这些基础数据,棉纤维的长度指标包括主体长度、平均长度、上半部平均长度、短纤维率、整齐度自然可以通过分析获得。这一技术还可以准确获得试样的棉结数量,并且在该系统增加相应模块可测棉纤维细度和成熟度。
这一创新技术的突破与应用,可以精确测量逐根棉花纤维的长度信息。在棉花加工行业、棉花纺织行业、棉花育种行业、棉花研究科研院所、专业纤检机构、絮用纤维检验等行业有着广阔的应用前景。同时由于测试原理的相关性,该技术与仪器也可以测量其他生态纤维类的长度。