棉花杂质检测标准的历史沿革

棉花杂质检测标准的历史沿革

由于各种原因，棉花不可避免地含有各种杂质。杂质不仅影响到原棉的质量和价格,而且对纺织厂的生产和经济效益影响也很大。因此,包括我国在内的世界上的几个棉花生产和消费大国都制定了较详细的棉花杂质含量检验标准来规范商业行为和科技研究中的相关事宜。以下笔者对国外棉花中杂质含量测量方面的标准和仪器做简单的介绍和分析。1棉纤维杂质分析的发展国外检测棉花含杂量的标准最早是由英国提出并系统化确立起来的。英国纺织学会(TextileInstitute)在1955年组织了科研和工业界各方面的人员成立了关于棉纤维含杂量测试标准的起草委员会,并提出了第35号纺织品试行标准。经过修订后于1967年确立为英国国家标准BS2889:1967《用杂质分析机测定纺纱用棉花废物含量和纺纱废物及纺纱用皮棉废弃物含量的方法》。1995年,英国纺织学会和英国标准学会(BSI)对该标准进行了再次审定并稍加修改,将原标准中的英制单位转化为公制单位。2002年,标准经确认后,内容未作改动。目前该标准的编号仍为BS2889:1967,名称为《使用锡莱杂质分析机测定棉花杂质含量以及纺织废棉和杂质含量的方法》。作为产棉大国的印度,以英国国家标准为参考,于1968年颁布了印度的国家标准IS4871:1968《用机械空气动力仪器测定棉花中纤维和杂质含量的方法》。该标准的最近一次再审定是在2004年2月,标准编号和名称未作改变。1969年美国材料与试验协会(ASTM)发布了ASTMD2812—1969T《棉花中含杂量的试验方法》,后来经多次修订,于1995年9月颁布了ASTMD2812—1995《棉纤非棉纤维含量试验方法》,该标准在2002年经过了再次审定,ASTMD2812—1995(Reapproved2002)成为美国现行棉花含杂量测试的标准。此外,随着生产和贸易的不断发展,传统的棉花检验方法的弊端日益明显,各方面都迫切要求有能够对棉花进行快速、客观、准确的检测和评定的方法和系统。在前期的研究和使用的基础之上,美国规定从1991年开始必须采用HVI系统对美棉进行分级和测试各项品质指标。因此,美国材料与试验协会(ASTM)也制定了采用HVI系统对棉纤维物理性能进行测试的标准。而杂质分析是HVI系统中的一个功能模块,因此有关HVI的标准中也有涉及杂质含量测量的内容。美国最初在1986年制定了关于使用HVI测量棉纤维的标准,分别为ASTMD4604—1986《大容量纤维测试仪测量棉纤维的标准试验方法(运动控制纤维信息系统)》和ASTMD4605—1986《大容量纤维测试仪测量棉纤维的标准试验方法(特殊仪器实验室系统)》。1995年,美国材料与试验协会对ASTMD4604—1986进行了修订,改为ASTMD4604—1995《棉纤维机械性能大容量仪器测定方法》;同时,撤销了ASTMD4605—1986,并建立了一个新的标准ASTMD5867—1995《棉纤维机械性能大容量仪器测定方法》。2001年,ASTMD4604—1995被撤销。2004年,ASTMD5867—1995也被撤销并在次年颁布了其替代标准ASTMD5867—2005《使用大容量纤维测试仪测定棉纤维物理性能的标准试验方法》。2bsi和astr基准的内容总结2.1ved2对杂质、可见杂质和棉纤维性物质的定义ASTMD2812—1995(Reapproved2002)分别对异性物质、不可见的杂质、可见杂质和棉纤维性物质做了定义和说明。BS2889:1967未对其中使用的名词进行任何定义和说明。2.2织物上石灰的流失称量后的样品,经分析机分离为杂质和棉纤维性物质。通常情况下,在对棉花进行测试时,也存在着其中的灰尘散失在空气中或者可能由于试样的含水率发生变化而造成的损失。将分离出的杂质和棉纤维性物质分别称量,并以各自占试样原来质量的质量分数表示。2.3样品取样方法和样品制备2.3.1测试试样的制备ASTMD2812—1995(Reapproved2002)中要求按照ASTMD1441—1987(1993)《试验用棉纤维抽样方案》中规定的方法进行取样,所抽取的实验室样品的质量可做2个质量为100g±5g的测试试样。BS2889:1967中未对取样做任何具体的规定,也未引用英国标准BSEN12751—1999《纺织品试验用纤维、纱线和织物的取样》,只是说明测试的试样数目和抽样方法通常在原料规格中已经有要求,各方也可以就测试问题进行商讨确定。如果上面两个都没有做要求,一般测试2个100g的试样。2.3.2试样调湿和调湿ASTMD2812—1995(Reapproved2002)对试样制备无任何特别要求,一般测试试样不需要预调湿。但样品在与测试实验室湿度相近的大气环境中放置至少24h。BS2889:1967中规定实验室测试环境为标准大气条件(湿度65%±2%,温度20℃±2℃)。试样称重前要在标准大气下调湿4h。如果每隔1h对试样称重1次,连续两次之间的重量差异不超过0.25%,那么就可以采用较短的调湿时间。2.4测试步骤对比虽然同样是采用分析机进行测试,但ASTMD2812—1995(Reapproved2002)和BS2889:1967的测试步骤还是有一定的区别,简述如下。2.4.1试样的喂入和分析机(1)清洁输出箱、杂质盘和沉淀室。如果分析机当天未进行过试验,应先放开离合器,让喂入罗拉不接触,开机空转2min～3min。(2)称量试样,精确到0.1g,记其质量为W(g)。(3)将试样放置在给棉台上,打开气流控制阀,使罗拉接触,开始喂入样品并保持恒定的喂入速度直到整个试样喂完。(4)所有试样喂完以后,收集沉淀室和杂质盘中所有带有纤维的杂质,将其喂入分析机。(5)暂时松开罗拉并关闭气流控制阀,收集输出箱中的净棉。(6)将净棉再次通过分析机。(7)收集沉淀室和杂质盘中所有带有纤维的杂质,将其再次喂入分析机。(8)暂时松开罗拉并关闭气流控制阀,收集输出箱中的净棉并称重,精确到0.1g。这就是棉纤维性物质质量L(g)。(9)从杂质盘中收集出杂质,注意要收集到附着在沉淀室侧壁和给棉台表面上的所有微小的杂质颗粒。称量杂质精确到0.1g。这就是可见杂质的质量V(g)。2.4.2从输出箱中收集杂质1967的测试步骤(1)同2.4.1(1)。(2)将气流阀开到最大,闭合罗拉,开始喂入试样。当整个试样都已经喂完时,收集输出箱中所有的纤维。(3)将所收集的纤维再次喂入分析机。该步完成之后,将所收集的净棉放在一边。(4)从沉淀室和杂质盘中拣出带有纤维的杂质喂入分析机,然后收集输出箱内的纤维。(5)将从上步收集来的纤维再次喂入分析机。完成后,将收集到的棉纤维放在一边。(6)收集杂质盘和沉淀室侧壁上的杂质以及任何嵌在刺辊尖齿中的籽粒并称重。(7)最后再将那些带有棉纤维的杂质再次通过分析机。完成后,丢弃掉杂质,称量输出箱中少量剩余的纤维,并将其放在一边。(8)将从本标准步骤(3)、(5)、(7)中收集的棉纤维合在一起称重。由上述的测试步骤可知,ASTMD2812—1995(Reapproved2002)与BS2889:1967不仅在操作上存在差异,而且在各个步骤的顺序上也存在差异。与ASTMD2812—1995(Reapproved2002)相比,BS2889:1967在把杂质通过分析机之前先把第1次所得到的净棉通过分析机,然后再将杂质过2遍分析机,这样就得到了3组棉纤维。从表面上看,BS2889:1967的方法似乎对试样中棉纤维性物质和杂质的分离更为彻底一些。2.5棉纤维性物质含量w100%l根据ASTMD2812—1995(Reapproved2002)的规定,可分别计算出净棉含量、可见杂质含量、不可见杂质含量和非棉纤维性物质含量,具体计算公式如下:净棉含量=(L/W)×100%(1)可见杂质含量=(V/W)×100%(2)不可见杂质含量=[(W-(V+L))/W]×100%(3)非棉纤维性物质含量=100%-净棉含量(%)(4)式中:W———样品质量,g;L———所得的净棉质量,g;V———可见杂质质量,g。与ASTMD2812—1995(Reapproved2002)不同,BS2889:1967中没有不可见杂质含量和非棉纤维性物质含量指标。BS2889:1967只要求计算出杂质含量(%)和净棉含量(%),具体计算方法为:将步骤(6)中测得的质量减去步骤(7)中棉纤维的质量得到杂质质量,然后用杂质质量除以试样原来的总质量(通常为100g)就是杂质含量(%);将步骤(8)中测得的净棉质量除以试样原来的总质量就是净棉含量(%)。3测定了垫层垫的性能3.1锡莱分析法机棉美国和英国标准中的分析机均为锡莱分析机(ShirleyAnalyzer),该分析机是依据机械空气动力学的原理,利用棉纤维性物质和杂质在空气中的浮力不同而将它们分离。分析机的结构类似于梳棉机,见图1。测试棉样经给棉台和给棉罗拉喂入后经刺辊的梳理将棉纤维和杂质分离,杂质在分离作用下落入下面的杂质箱,棉纤维经剥棉刀剥取后送入输出箱。锡莱分析机在20世纪30年代初由英国棉纺织行业研究协会(BritishCottonIndustryResearchAssociation)在锡莱研究所(ShirleyInstitute)研发,并于1933年推向市场。其他很多国家的分析机系该机的仿制品。目前该分析机的型号是MK2,见图2,分为棉型和毛型。MK2型锡莱分析机可检测棉纤维或羊毛样品中的碎屑、杂质及微尘含量;还可用于检测合成纤维以及诸如羊绒、安哥拉毛的制成率;也可用于检测合纤长纤维中非纤维组分的含量或对纤维进行开松、除杂处理以备进一步测试。3.2微尘和杂质检测由于锡莱分析机需要人工称量棉纤维和杂质的质量并计算含量,且比较费时,因此,美国田纳西州PPM公司根据锡莱分析机的原理设计了第1代微尘和杂质检测仪,150,见图3。由图3可看出,其基本测量原理和锡莱分析机相似,只是分离出来的棉纤维、微尘和杂质分别输送到相应的传感器中称重,各项数据经微处理器分析后显示或打印出来。该种微尘和杂质检测仪测量20g试样大约需要400s,虽然其测试结果与锡莱分析机的相关系数为0.90,但由于单次的杂质分离效率仅为10%,因此还很不完善。PPM公司的科研人员主要围绕缩短测试时间、提高微尘和杂质的分离效率等问题对该仪器不断进行改进,已推出了第5代微尘和杂质检测仪,型号为MTM-GTV,见图4154。由图4可看出,MTM-GTV的分梳机构与第1代相比已大不相同。5个分梳辊的梳理和气流的相互作用使得纤维和杂质的分离效率大大提高。单次的杂质分离效率由原来的10%提高到75%,20g试样的测量时间也降低到仅需30s。这样就大大提高了测试效率,可用于对棉纤维的快速测试和分级评价。该仪器曾由USTER公司生产和销售,目前最新的型号无资料可查。3.3棉样杂质和颜色的测量HVI的研制最初是由美国德州的MotionControl公司开始的,并在1968年由Spinlab和MotionControl公司联合研制了第1台HVI样机,随后两家公司分别推出了各自的HVI系统。经过不断的改进,仪器得到不断地完善和发展,使用范围越来越广,并得到了美国农业部的认可,作为美棉分级所使用的仪器。上述两家公司分别于1990年和1993年先后并入瑞士乌斯特公司。乌斯特公司于1991年推出了HVI900A,增加了棉纤维的成熟度和含糖量的测试;目前最新的产品型号是HVI1000CLASSING和HVISPECTRUM。在HVI上,棉样的杂质和颜色的测量是在同一测试模块(颜色/杂质模块)上同时进行的(见图5,左边为杂质测试窗口)。杂质含量测量采用CCD摄像技术和数字图像处理技术相结合的方法。采用这种方法的仪器在20世纪70年代后期研制成功,80年代初期加装到HVI上,见图6。压紧装置将棉样压在玻璃测试窗口上,在测试窗口下方装有两个氙气双滤光色度仪发射白光光束,并呈45°角照射到棉样上。位于测试窗口正下方的高分辨率黑白CCD摄像头对棉样表面进行扫描获取图像数据并传输到与之相连的计算机中去,如果图像中某处的灰度超过了设定的极限值,则该处就被认为是杂质并对其计数。扫描完成后由仪器分析数据并给出下列3项测试结果:(1)杂质数量(TrCnt):在整个测量面积上杂质颗粒的数目。(2)杂质面积(TrArea):杂质的面积占整个测量面积的百分率。(3)杂质等级(TrGrade):使用标准棉样对HVI进行校准之后所确定的杂质或叶屑等级。该等级一般为1级～7级,杂质含量随等级的增大而增加。如果采用美国农业部的杂质标准棉样校正,则所测得的杂质等级和美国农业部的标准一致。除了USTER公司的HVI之外,印度的Premier公司的ART全自动大容量棉花测试仪以及我国长岭纺电生产的XJ120型快速棉纤维性能测试仪都是采用和USTER相类似的原理测量棉花中的含杂量。此外,美国田纳西州的Schaffner技术公司也生产出一种名为IsoTester的仪器,该仪器检测杂质的原理和HVI类似,也是利用图像扫描和分析的方法,测试杂质所占的面积百分率,还可以分析出棉样表面茎叶和草杂的含量。此外,该机还能将所测得的数据传输到该公司所生产的轧花控制仪器GinWizard,后者可以根据所获得的数据对轧花工序进行在线控制。3.4afis的杂质测量原理AFIS的全称是AdvancedFiberInformationSystem,最初是科研人员在HVI的基础之上为了能更安全、更精确地度量棉纤维的性能而开发出来的测量仪器。该仪器最初于1986年面世,经过后来不断的改进和完善,目前的产品型号是AFISPRO,见图7。AFIS是一个模块化的系统,其主要由棉结分类模块(NC模块)、长度和成熟度测量模块(L&M模块)以及杂质测量模块(T模块)组成。AFIS的杂质测量中纤维和杂质的分离和上述的锡莱分析机及MTM有些相似,都是根据空气动力学的原理利用纤维和杂质各自浮力的不同而将它们分离。但AFIS的纤维分离器(见图8)设计得更为精巧,它能够将纤维束分离成单根的纤维,从而能做到将纤维和杂质彻底分离。测试时将做好的棉条经喂棉装置喂入纤维分离器,在针辊与气流的作用下,部分杂质与纤维分开并排出分离器,纤维再进入下一个针辊进行梳理,将其和杂质以及微尘进一步分离,然后沿着各自的通道送入测量机构。AFIS的杂质测量机构和纤维长度测量机构的原理相似,都是采用光电式检测,见图9。纤维或杂质在高速气流的作用下经喷嘴装置进入测量区域,当纤维或杂质通过测量区域时,由于对光线的阻挡和散射作用,使光电传感器所获得的电压信号发生变化。再经一系列处理后转换成数字信号,最后由计算机处理得出测试结果。AFIS的杂质测试结果包括每克试样中杂质和微尘的数目及其尺寸分布、可见杂质含量。3.5纤维、杂质、微尘、纤维片的分离和利用邓肯道夫(Denkendorf)转杯式微尘和杂质分析机应用改进的开松罗拉将试样中的杂质、微尘和纤维碎片分离,分别用精密天平确定杂质、微尘和纤维碎片各自的质量,并使用分析软件和计算机系统计算其中纤维和杂质的质量百分数,还可提供1m纱条用于进一步试验混纺成纱或直接纺成纱线。图10为SDL-ATLAS公司生产的MDTA3。4棉纤维和杂质分离综上所述,目前有关棉花含杂量检测中测量原理主要有两种:第一种是根据机械空气动力学原理,利用高速运动机械部件和气流的共同作用将棉纤维与附着在其中的杂质相分离,然后分别称重和计算,给出杂质的质量百分含量。采用这种原理分析和测量的仪器有锡莱分析机、MTM、AFIS、MDTA3等。锡莱分析机是标准中所规定的杂质分析仪器,其主要特点是能够准确地反映出棉花中的杂质含量,因此它可以作为其他杂质分析仪的基准和参考,但是其最大的缺点就是测试时间太长,无法满足现代生产和贸易中所要求的大容量快速测试的要求,因此使用很受限制。MTM和MDTA3杂质分析仪虽然采用了自动称量和计算结果等技术,缩短了测试时间,提高了效率,但其依然无法做到1次就能将棉纤维和杂质完全地分离,因此测试结果的准确性比锡莱分析机有所下降。此外,棉花中杂质的含量和类型也会对测试结果有一定的影响,特别是对MDTA3,由于转杯梳理装置的除杂效率本身就有限,所以MDTA3在测量含杂量较高或杂质颗粒较大的棉样时就有一定的局限性。与MTM和MDTA3相比,AFIS在分离棉纤维和杂质方面最为出色,它能将棉样梳理成单根纤维,从而将纤维和杂质彻底分离。AFIS不