微波法測試籽棉回潮率研究及應用

院志霞

摘要：

本文介紹了籽棉收購過程重量結算中采用原有皮棉回潮率測試扣重的不確定性，對目前現有幾種回潮率測試方法以及針對籽棉回潮率測試采用微波法進行試驗及研究，通過微波法建立微波衰減和籽棉整體回潮的對應關系，為籽棉回潮率驗收提供了一種新的方法。

關鍵詞：籽棉；回潮率；微波法

1 引言

籽棉在收購過程中需要檢驗顏色級、回潮率、含雜率、衣分、纖維長度、馬克隆值等，其中回潮率和含雜率是和收購重量息息相關的數據。GB 1103.1—2012棉花中規定籽棉收購中采用抽樣試軋成皮棉后進行回潮率確定，按照標準回潮率8.5%實行扣補。

目前回潮率測試方法有直接法和間接法，直接法主要是將物品中的水分剝離通過計算水分和干重的百分比計算回潮率。直接法中干燥棉花的方法有烘箱法、紅外線干燥法、微波加熱干燥法、吸濕劑干燥法、真空干燥法等。對于棉花纖維類產品，一般采取烘箱法。

間接法利用纖維的某些特性，在不同回潮之間所表現出的不同數值，通過標定特定數值和棉花回潮率之間關系建立關系，就可以得到回潮率測量。間接法主要采用電學測濕法，如電阻式測濕儀、電容式測濕儀、微波測濕法和紅外測濕法等。

2 籽棉回潮率分析

籽棉中的水分分為皮棉中所含水分、棉籽中所含水分、雜質中所含水分，因此，籽棉的回潮率應該為：

W——回潮率，在標準狀態下，水分與干重之比，%；H1——籽棉中皮棉的水分質量，g；H2——籽棉中棉籽的水分質量，g；H3——籽棉中雜質的水分質量，g；M——籽棉干燥重量，g。

由以上公式可見，只有在H2、H3一定的情況下，才可采用將皮棉回潮作為籽棉回潮結算的依據。我國棉花主產地在新疆，由于受人工成本以及采摘效率的影響，近幾年來機采棉數量大增，有的地方已經超過80%的棉花采用機采，由于采摘時間不同，棉籽的成熟度以及含雜率不一致，所含水分也不同，因此，僅測試籽棉中皮棉的回潮率進行重量結算是不科學的。

3 試驗方案及結果分析

3.1 試驗方案

經過對目前市場幾種設備及方案的了解，本研究主要采用微波法進行測試，通過分析，主要采取測試方案如表1。

方案1：參照微波法棉包回潮率測試方案，將籽棉測試前進行一定的預壓，使其保持一定的密度，同時對車廂進行改造，使微波發射和接收得以順利完成。經過計算，需要的微波功率超過2000dB，由于是開放式測試，超出了微波民用范圍。因此該方案不可行。

方案2：參照GB 1103.1—2012《 棉花 第1部分：鋸齒加工細絨棉》，籽棉在檢測過程中一般取樣為1.5kg～10kg，需要按照前中后、上中線分別取樣5kg，根據經驗，采取4.67kg/dm2進行壓縮，微波功率采用棉包回潮率所用20db，測試過程監測環境溫度，缺點是需稱重，優點是可能會測試準確。

方案3：同方案2，取樣后測試前進行稱重，根據重量確定壓縮量，采用同密度測量，該方案優點是重量要求不嚴，但同樣需要稱重。

方案4：同方案2，取樣后設定固定容器，將容器裝滿后設備自動稱量，按照重量確定壓縮位置，保證籽棉密度和方案3保持一致，之后進行微波掃描，建模分析。

通過對以上4種方案進行分析，其中方案1需要對車輛進行改造，同時通過計算所采用的微波功率過大，本次試驗放棄，對后面3種方案設計相關的試驗設備，開展相關試驗。

3.2 試驗過程

試驗在新疆生產建設兵團第一師十二團加工廠進行，從2016年5月開始，到2016年12月完成，根據試驗需求，阿拉爾纖維檢驗所聯合西安工程大學、西安阿爾特測控技術有限公司進行了針對三種方案測試設備的專項設計，并制造出符合試驗方案的3種設備（見圖1～圖3）進行試驗。

方案2采用定壓力的方式測試籽棉回潮，用同一堆均衡過的機采棉160kg棉樣，平均分成80份，每份5kg，其中溫度按照-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃進行保溫，之后按照預定的壓力（70kg/15dm2）壓縮后采用微波天線掃描，記錄微波校準值、測試值、棉樣溫度、壓縮壓力、烘箱結果，觀察微波衰減和回潮率之間的對應關系。

由方案2的測試結果可知，由于棉花的疏松特性以及在不同回潮率下壓縮力量不同，采用固定壓力方案在不同回潮情況下，壓縮體積差異較大，試驗中微波衰減率差異較小，不能建立回潮率和微波衰減值對應關系，試驗失敗。

方案3采用定密度、定重量要求，溫度采用環境溫度進行計算，試驗記錄棉樣重量、環境溫度、設備校準值、測試值、按照回歸法建立計算模型，檢查微波法衰減在各種情況下和籽棉總體回潮的對應關系。試驗結果見表2。

由表2結果分析，方案3采用定重量和定密度后，試驗數據穩定，通過西安工程大學建立數學模型計算，籽棉回潮率測試結果和烘箱法試驗結果對比，誤差基本在1%以內，滿足籽棉回潮率使用的測試要求，但由于需要每次對棉樣進行稱重，之后將棉樣放在檢測壓縮艙內，測試效率較低。

方案4采用放寬棉樣重量，保證每種棉樣的壓縮密度一致，采用環境溫度進行試驗計算，記錄棉樣重量、設備校準值、微波測試值、烘箱回潮率，按照回歸法計算微波法測試籽棉回潮和實際回潮的差距。試驗結果見表3。

由表3結果分析，方案4采用定棉樣體積，不定重量，設備自動稱重，根據重量確定壓縮距離，保持棉樣密度，由于不需要精確稱重，檢測效率較高，檢查試驗測試結果和烘箱對比結果，數據基本滿足回潮率誤差在1%的范圍內。滿足籽棉回潮率測試要求。

4 結論

通過以上試驗過程以及試驗結果得出以下幾點結論：

（1）微波法檢測需要單位重量棉樣的密度一致；

（2）籽棉檢測壓縮后最小體積寬度不得小于微波掃描天線寬度；

（3）環境溫度對檢測結果有一定影響，需要溫度參與運算；

（4）整車檢測需要整車取樣才能保證測試具有代表性；

（5）微波功率需要調節穩定在一定的范圍內；

（6）籽棉總體回潮率和微波衰減率具有對應關系；

（7）籽棉總皮棉回潮率和籽棉總體回潮率沒有特定關系。

微波法測量籽棉回潮率的研究試驗成功，可以滿足籽棉在收購過程中回潮率測定要求。對籽棉收購結算具有一定的指導意義，完善了原有國家標準中采用樣品試軋成皮棉后測試回潮率扣重的不確定因素，尤其對機采棉的籽棉回潮率測定意義重大。

（作者單位：阿拉爾纖維檢驗所）endprint