毛型纖維雙須光電測長法與現有測長法的對比

魏 夢，王府梅，衡 沖，沈 華，何 良，林 平，張雪波

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620； 2.江蘇陽光集團有限公司，江蘇 江陰 214426；3.江蘇丹毛紡織股份有限公司，江蘇 鎮江 212300； 4.萊州市電子儀器有限公司，山東 萊州 261400)

纖維長度是評價纖維品質的重要指標之一，是紡紗生產、纖維商貿等工作中的必檢內容。實際紡紗生產中，纖維長度及其分布也是紡紗各工序參數設置的重要依據[1]。

現有毛型纖維長度的測量方法有傳統測試法和大容量自動測試法。傳統測試法有手排法和梳片法，其特點是硬件簡單、成本低，但速率較低、測試結果受人工技術影響等；大容量自動測試法有Almeter法(現一般用Almeter100長度儀(烏斯特技術有限公司))和OFDA法(現一般用OFDA4000測量儀(磊利亞IWG集團))，特點是操作簡單，但存在硬件復雜、價格高昂、維護成本高等問題。我國新研發的大容量自動化纖維測長法——雙端隨機須叢光電測試法[2-4](簡稱雙須光電法或隨機須叢影像法)，具有快速、準確、低成本等優勢，采用該方法的標準《毛型纖維長度測試法 隨機須叢影像法》(計劃號20193338-T-424)已完成報批，等待發布。今后毛型纖維長度測量可選用該新設備。

前人已經采集不同規格、不同羊種、不同產地的綿羊毛的毛條，批量驗證了雙須光電法在綿羊毛領域的適用性，證明其與現有方法有良好的一致性[5]。本文在已有研究的基礎上，主要圍繞雙須光電法對綿羊毛以外的毛型纖維的適用性展開實驗研究，并選用更大范圍的棉型纖維以考核儀器的適用性。

1 雙須光電法毛型纖維測長儀

基于雙須光電法研制的毛型纖維測長儀由制樣裝置、光電檢測器和控制分析電腦3部分組成。測試原理及步驟如下。

① 制樣。使用制樣夾持器(見圖1)隨機夾持毛型纖維條的任意橫截面，梳理并清除夾鉗兩側未被夾持的浮游纖維，得到圖2所示的雙端隨機須叢，該須叢與紡紗羅拉握持的纖維等價。

圖1 制樣夾持器

圖2 雙端隨機須叢

② 光電檢測。用移樣器將須叢送入如圖3所示的光電檢測器，光電檢測原理如圖4所示。電腦控制須叢下方的CCD傳感器獲得須叢的透光圖像，須叢上方的均勻光場經過纖維反射、折射、吸收后，在須叢下方形成不均勻光場，纖維越厚的位置光線越弱，故須叢透光圖像反映須叢中纖維的質量分布。基于上述特征該測試法也被稱作雙須光電法或隨機須叢影像法。

圖3 光電檢測器

圖4 光電檢測器原理示意圖

③ 數據處理。電腦控制光電檢測器測得透光圖像后，自動進入數據處理。根據須叢的線密度曲線F(L)與大樣中纖維長度分布函數Pw(L)的理論關系Pw(L)=L·F"(L)[6-7]和系列專利技術[8-9]計算纖維的平均長度、短毛率、長度變異系數、頻率分布圖等。

2 實驗設計

集中驗證雙須光電法對綿羊毛以外的其他毛型纖維的適用性，試樣包括滌綸、錦綸、腈綸、天絲、莫代爾纖維、桑蠶絲、山羊絨、亞麻等毛型纖維條，為在更大范圍內考核測長儀的適用性，加入等長棉型天絲，各試樣線密度信息如表1所示。

表1 毛型纖維條試樣

雙須光電法測試由東華大學采用基于該測試法研制的毛型纖維測長儀2.0版完成，依據標準《毛型纖維長度測量法 隨機須叢影像法》(計劃號20193338-T-424)進行。Almeter法測試由江蘇陽光集團有限公司采用Almeter100測長儀完成，依據的標準為GB/T 21293—2007《纖維長度及其分布參數的測定方法 阿爾米特法》。OFDA法測試由江蘇丹毛紡織股份有限公司采用OFDA4000測量儀完成，依據的標準為FZ/T 20026—2013《毛條纖維長度和直徑測試方法 光學分析儀法》。

另外，隨機選取3種試樣進行手排長度測試，用作監控儀器狀態的基礎數據。手排法測試由上海市質量監督檢驗技術研究院和鄂爾多斯資源股份有限公司完成。由于Almeter法和OFDA法不能測試棉型纖維長度，棉型纖維測試由東華大學采用AFIS PRO 2單纖維測試儀(烏斯特技術有限公司)(以下簡稱AFIS法)完成。對比雙須光電法與現行標準測試法中Almeter法、OFDA法、手排法、AFIS法測試結果，考察該法對常見毛型纖維的適用性。

3 結果與分析

3.1 不同測試法結果的整體一致性

不同測試法的各項長度指標對比如圖5所示，雙須光電法與現有測試法的各指標偏倚情況如表2、3所示，偏倚=雙須光電法指標-對比法指標，其中手排法和OFDA法的測試數據均為質量加權類指標，由根數頻率分布圖換算而得。

圖5 不同測試方法各指標對比

從圖5和表2、3可以看出，雙須光電法與現有標準測試法及手排法的測試結果整體具有很高的一致性，平均長度、長度變異系數的偏倚值普遍很小，個別偏大的起因是試樣狀態。另外，雙須光電法測試的短毛率略高于Almeter法和OFDA法，前人的綿羊毛對比測試也有類似結果[10]。各測試法短毛率之間的關系如圖6所示，為分析整體規律，該圖中手排法相關數據并入了參考文獻[5]的綿羊毛測試結果，圖6也示出Almeter法和OFDA法的短毛率略低于手排法和AFIS法。

表2 雙須光電法與手排法/AFIS法的各指標偏倚值

表3 雙須光電法與現有測試法各指標的偏倚值

圖6 質量短毛率對比

為進一步分析不同測試方法短毛率的一致性，計算各測試法的質量短毛率之間的相關系數，如表4所示，試樣數越大結果可信度越高。

表4 不同測試法質量短毛率間的相關系數R和試樣個數

由表4可知，Almeter法與OFDA法間的相關性達到92.7%，原因主要是二者試樣的制樣方法相似，其次是二者試樣數很少。試樣數最多的Almeter法與雙須光電法的短毛率相關性達到80.4%，進一步說明2類儀器的短毛率差異是恒定規律，基于該實驗規律建立二者間的回歸方程見下式，利用下式可實現2類儀器短毛率的轉化。

SFC雙=0.985 2×SFCA+6.514

式中：SFC雙為雙須光電法所測質量短毛率；SFCA為Almeter法所測質量短毛率。

基于上述結果，可知雙須光電法短毛率與現有Almeter法短毛率存在系統性差異。現有儀器短毛率偏低的起因包括：①Almeter法和OFDA法制取一端平齊試樣難免丟失短纖維，AFIS法氣流分離單根時也容易丟棄短纖維；②Almeter法約8 mm寬的電容傳感器靈敏度很低，會過濾掉短毛信息[10]，而OFDA法在圖像上計數纖維根數時會因短毛部位的纖維排列密集難以識別而被丟棄。雙須光電法可能導致短毛偏高的原因是，制樣時為避免損傷纖維，對須叢厚的位置梳理不充分，藏在纖維之間的極少量浮游纖維或毛粒等被傳感器當作短毛處理。

3.2 試樣性狀和注意事項分析

根據表2、3中各試樣偏倚值可以看出，天絲A、桑蠶絲B的平均長度或長度變異系數偏倚較高，分析原因，可能是因為這些纖維條在進行雙須光電法測試前受到擠壓，形成了難以回復的折痕，如圖7所示，導致雙須光電法測試時，所用須叢中纖維呈現波浪形彎曲、長度測試值偏短、長度變異系數偏大，而對比的Almeter法和OFDA法則是使用完全伸直的常規試樣進行測試。

圖7 試樣折痕

亞麻纖維的長度偏倚與其他纖維的規律不同，主要源于試樣的易脆斷性和不均勻性。手排法測試人員發現，亞麻纖維手扯整理時容易脆斷，難以給出可信的手排長度結果。各測試法制樣時對纖維施加的不同張力會導致斷裂或長度損傷的差異。另外，OFDA4000測長儀不能測試亞麻條，試做數次均不能得出數據，可能是其圖像處理軟件不能辨認細度離散很大的亞麻纖維的根數。

另外，棉型天絲須條中明顯存在彎鉤，制樣時不能充分梳理或將纖維梳斷，導致雙須光電法測量的纖維長度偏短、短毛率和長度變異系數高于AFIS法，二者質量百分數分布對比如圖8所示。二者長度分布主體規律基本一致，雙須光電法短絨部位的突出小峰是因為棉型纖維條中的彎鉤導致制樣梳理時纖維沒有梳直或被拉斷。

圖8 棉型天絲質量百分數分布對比

根據以上分析，雙須光電法測試纖維長度的注意事項主要有：應使用平直的纖維條；纖維條中不應存在彎鉤纖維，否則應施加牽伸等措施消除彎鉤。

4 結 論

以雙須光電法與現行標準方法(Almeter法、OFDA法、手排法、AFIS法)對常見毛型纖維進行長度對比測試，發現雙須光電法測試所得的毛型纖維的平均長度、長度變異系數等均與現行標準方法呈現較高的一致性；雙須光電法測試的短毛率略高于Almeter法，通過回歸方程可以實現2種短毛率的換算；雙須光電法的測試結果更接近手排法的短毛率。

基于雙須光電法研發的毛型纖維測長儀2.0的測試結果準確可靠，除了適合測試綿羊毛的毛條以外，還可以準確測試滌綸、錦綸、腈綸、天絲、莫代爾纖維、桑蠶絲、山羊絨、亞麻等的毛型纖維條中的纖維長度分布，也可測量棉型纖維的長度。