简述美国纤维照影仪测量标准方法

　　近年来，随着棉花质量检验体制改革的不断深化，国内对大容量棉纤维测试仪（HVI）长度测试理论及测试方法进行了大量的实验和分析，研究表明HVI测量长度指标的理论基础是纤维照影仪法，本文主要介绍美国ASTM D1447-2007ε1《纤维照影仪测量棉纤维长度和长度整齐度的标准方法》，此方法为纤维照影仪法的基础。

　　1标准概述

　　1940年，英国Hertel在前人关于棉条中纤维被握持理论曲线的基础上，提出了纤维照影仪曲线理论，即通过纤维照影仪随机夹取试样，测量棉束纤维量与伸出夹持线长度之间的关系，并建立相应的指标，从而得到纤维照影图。随着时代的变迁，纤维照影仪虽经过多次改型，但测试原理仍是使用光学装置扫描试验棉束来测定棉纤维的长度和长度整齐度。目前HVI测量的长度指标与标准相同，均为上半部平均长度、平均长度和长度整齐度指数。

　　标准中的测试方法为纤维照影仪测定棉纤维长度和长度整齐度的标准方法，这种方法仅适用于皮棉、部分经前纺加工的棉花或某些类型的废棉，不适用于从棉花与其它纤维的混合物中取出的纤维，也不适用于棉纱或棉织物中的再生纤维。标准中采用的仪器为数字式纤维照影仪，简称为纤维照影仪。

　　2标准中的术语

　　光通量：试验棉束在离梳夹各个不同距离处的厚度或光密度的量度，与该处的纤维根数近似成正比。

　　照影图：棉束被纤维照影仪扫描后，得到的纤维长度分布二次积分曲线图。

　　跨距长度：试验棉束中指定百分数的纤维所跨过的距离，设定扫描棉束起始点的纤维数量为100%。

　　上半部平均长度：试验棉束中从最长纤维起至占全部纤维重量1/2处的纤维长度。

　　整齐度比：在纤维照影仪测试方法中，两个跨距长度的比值乘100。

　　整齐度指数：在纤维照影仪测试方法中，平均长度与上半部平均长度的比值乘100。

　　3标准采用的设备

　　730型数字式纤维照影仪为美国乌斯特公司所研制的第三代照影机，仪器相比较530型更为小巧，测试指标也改为上半部平均长度、平均长度和整齐度指数等，如图1所示[2]。标准规定在进行纤维照影仪测试前，应使仪器预热至电子器件稳定，然后根据仪器说明书或生产商推荐的方法检查长度和灵敏度控制部分，利用已知长度的卡片或类似的东西来检查仪器长度传感器的正确性，通过测试不同数目赛璐玢薄膜片的透光性，检查光通量测量电路线性或光学校准情况。标准中利用纤维取样器进行取样，其方法是将梳夹放在取样器梳夹夹座内，棉样放于取样器圆筒中，并把棉样压到多孔取样板上，逆时针旋转轴臂一圈，此时棉样表面应保持均匀的压力，使梳夹随机抓取棉纤维形成棉束，如果需要可重复上述取样过程，如图2所示。随着科学技术的发展，HVI中测试棉束的取样过程已经完全实现了自动化。

　　　　

图1 数字式纤维照影仪，730型 图2 纤维取样器

　　4试验的调湿

　　标准中规定在准备试样前，应使样品在纺织品测试用标准大气环境下进行温湿度平衡，至少4小时。目前，HVI在测量棉纤维时，要求样品至少平衡24小时，如果棉样湿度超出规定要求需平衡48小时。

　　5标准中的测试方法

　　棉纤维由梳夹沿其长度方向随机夹取，将已经取样的梳夹放于纤维照影仪梳夹固定器上，使棉束朝下，通过固定行程的毛刷刷走疏松的纤维，并使棉束中卷曲的纤维平直，同时保证纤维在梳针上的分布不受影响，然后放下透镜组件，操作仪器扫描棉束。该棉束被光电仪器从底部扫描到顶部，期间光通量的变化表征不同长度上棉纤维的根数，从而形成精确的照影曲线图，通过仪器软件对照影曲线图的分析，在仪器显示屏上可直接得到棉纤维的上半部平均长度和平均长度，如图3所示。通过照影曲线图也可得到2.5%跨距长度和50%跨距长度，如图4所示，目前HVI采用的测试原理与730相同。

　　　

图3平均长度和上半部平均长度 图4 2.5%和50%跨距长度

　　6 标准中的精度

　　在2007年美国利用该标准中的测试方法进行了一次实验室间测试，共十个实验室参加，每个实验室测试9种待定值的棉花，每种棉花重复测试5次，每次测试两个试验试样，通过分析测试结果可得到该方法在实验室内和实验室间的测试精度，包括数据的重复性和再现性。这次试验的平均长度和上半部平均长度的平均值、标准差和允差如表1、表2所示：

表1 平均长度(mm)

棉样	平均值( )	重复性的标准差 （Sr）	再现性的标准差 （SR）	重复性的允差 (r)	再现性的允差 (R)
31	18.58416	0.378206	0.46228	1.058926	1.29413
32	19.24456	0.52832	0.650748	1.47955	1.821942
33	20.90979	0.408178	0.527304	1.142746	1.476502
34	21.57273	0.338582	0.588518	0.948182	1.647952
35	22.34794	0.32512	0.384556	0.910336	1.07696
36	22.68931	0.316484	0.430276	0.885952	1.204976
37	24.52268	0.353314	0.38227	0.989076	1.07061
38	24.89556	1.035558	1.076198	2.899664	3.012948
pima	27.48839	0.423672	0.70485	1.186434	1.97358

表2 上半部平均长度(mm)

棉样	平均值( )	重复性的标准差 （Sr）	再现性的标准差 （SR）	重复性的允差 (r)	再现性的允差 (R)
31	23.68753	0.390906	0.475996	1.09474	1.332484
32	24.48611	0.569722	0.666496	1.595374	1.865884
33	25.77846	0.38481	0.507492	1.077468	1.420622
34	26.60498	0.354076	0.5842	0.991108	1.635506
35	27.1846	0.419862	0.476504	1.175766	1.334008
36	27.87752	0.427736	0.489966	1.197356	1.371854
37	29.23896	0.383032	0.484124	1.072642	1.355598
38	29.80233	1.030478	1.033272	2.884932	2.892806
pima	32.59074	0.5588	0.785114	1.56464	2.19837

　　对于利用该方法得到测量值的标准差等于或超出表中的允差值时，都可以认为数据在95%的概率下存在显著差异。

　　7 总结

　　本文简要介绍了美国《纤维照影仪测量棉纤维长度和长度整齐度的标准方法》，虽然标准中使用的仪器已经落后于时代的发展，但其测试方法和理论基础却依然应用于目前最先进的HVI大容量棉纤维测试仪中，因此应更深入研究该标准，使技术人员更了解纤维照影仪法。