馬克隆值的測(cè)量
馬克隆是英文Micronaire的音譯，馬克隆值是反映棉花纖維細(xì)度和成熟度的綜合指標(biāo)，是棉纖維重要的內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)之一，和棉纖維的使用價(jià)值關(guān)系緊密。馬克隆值分為A、B、C三級(jí)，B級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)。A級(jí)取值范圍為3.7—4.2，品質(zhì)好；B級(jí)取值范圍為3.5—3.6和4.3－4.9；C級(jí)取值范圍為3.4及以下和5.0及以上，品質(zhì)差。具體測(cè)量方法是采納一個(gè)氣流儀來測(cè)定恒定重量的棉花纖維在被壓成固定體積后的透氣性，并以該刻度數(shù)值表示，數(shù)值越大，表示棉纖維越粗，成熟度越高。
馬克隆值和成紗質(zhì)量有緊密的關(guān)系。馬克隆值高的棉纖維能經(jīng)受機(jī)械打擊，易清除雜質(zhì)，成紗條干均勻，外觀完潔，疵點(diǎn)少，成品的制成率高。但馬克隆值過高，會(huì)影響成紗強(qiáng)力。馬克隆值過低的棉纖維往往成熟度差，簡(jiǎn)單產(chǎn)生有害疵點(diǎn)，上色性差。所以只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩方面，獲得較全方位的經(jīng)濟(jì)效益。 馬克隆值和成紗質(zhì)量的關(guān)系，不能一概而論，和成紗紡紗線支數(shù)的粗細(xì)緊密相關(guān)低支紗高馬克隆值纖維堆成紗質(zhì)量好，細(xì)支紗非常是特細(xì)支紗要求比較低得好，紡紗線支數(shù)粗單位截面纖維根數(shù)多，纖維的強(qiáng)力直接影響成紗強(qiáng)力，紡紗線支數(shù)細(xì)單位截面纖維根數(shù)少，纖維的根數(shù)直接影響成紗強(qiáng)力。 馬克隆值級(jí)是一個(gè)細(xì)度指標(biāo)范圍，原來的單位10-6克/英寸，由于測(cè)試的不穩(wěn)定性，現(xiàn)在的馬克隆值作為無量綱值處理。 一、氣流儀的進(jìn)展過程及馬克隆值的變遷 馬克隆氣流儀本來是一種用氣流方法測(cè)定機(jī)械軸或孔的直徑的儀器。1947年，美國(guó)的W.S.Smith對(duì)氣流儀進(jìn)行了改裝，把機(jī)械測(cè)頭改為纖維試樣筒，研制了纖維氣流儀。他采集了許多陸地棉樣品，測(cè)定了稱重法細(xì)度(μg/in)和氣流儀讀數(shù)，并以氣流儀轉(zhuǎn)子流量計(jì)的浮子高度為自變量，以稱重法細(xì)度為因變量，計(jì)算出線性回回方程式，制定了線性刻度，其單位為μg/in，這種儀器的商業(yè)名稱就是Micronaire，中文譯為馬克隆。 1950年美國(guó)農(nóng)業(yè)部又采集了許多陸地棉和亞洲棉，通過試驗(yàn)，計(jì)算了浮子高度和稱重法細(xì)度的二次回回方程式，制定了非線性刻度。該刻度一直沿用至今。它起初僅用于陸地棉和粗絨棉，長(zhǎng)絨棉用不同的刻度。 隨著對(duì)纖維氣流儀理論的深入研究，了解了氣流儀讀數(shù)并不單純反映纖維細(xì)度，而是細(xì)度和成熟度的綜合反映，許多學(xué)者把氣流儀讀數(shù)稱為細(xì)度×成熟度。從物理上講，氣流儀讀數(shù)反映了纖維的透氣性，是纖維比表面積(纖維表面積/纖維體積)的函數(shù)。為了回避氣流儀在定義上的分歧意見，美國(guó)以Micronaire這種儀器的商業(yè)名稱作為量的名稱和單位名稱，用他們?nèi)〈?xì)度(μg/in)。 現(xiàn)在國(guó)際上無論陸地棉、亞洲棉(粗絨棉)、海島棉(長(zhǎng)絨棉)都采納同一馬克隆刻度。嚴(yán)格地說，大家也不再將馬克隆值當(dāng)作細(xì)度，但習(xí)慣上有的還將它稱為細(xì)度。 1961年，美國(guó)制定了ASTMD1448《棉纖維馬克隆值試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。由于馬克隆值這一指標(biāo)對(duì)棉花布料工藝很有使用價(jià)值，試驗(yàn)速度快，儀器的穩(wěn)定性很好，因此美國(guó)農(nóng)業(yè)部在1966年把馬克隆作為美國(guó)棉花的正式檢驗(yàn)項(xiàng)目。在全部棉纖維物理性能試驗(yàn)儀器中，氣流儀是種進(jìn)入棉花分級(jí)室，并在業(yè)務(wù)檢驗(yàn)中得到實(shí)際應(yīng)用的儀器。 由于馬克隆值檢驗(yàn)效果好，以后很快擴(kuò)大到世界各國(guó)，使得馬克隆儀成為當(dāng)今數(shù)量多的棉纖維性能檢驗(yàn)儀器。1972年，馬克隆值試驗(yàn)方法已制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即ISO2403一1972《棉纖維馬克隆值的測(cè)定》。 現(xiàn)在美國(guó)習(xí)慣上將Micronaire簡(jiǎn)稱為mike。 二、氣流儀讀數(shù)和細(xì)度、成熟度的理論關(guān)系 (一)成熟度比和線密度 我國(guó)目前用成熟度系數(shù)(K)表示棉花成熟度。國(guó)際上用成熟度比(M)和成熟纖維百分率(Pm)表示棉花成熟度。 成熟度比的定義是：胞壁增厚度對(duì)選定等于0.577的標(biāo)準(zhǔn)增厚度之比，即： M=λ/0.577………………(4.3.1) 式中：M----成熟度比； λ---胞壁增厚度。 設(shè)H表示棉纖維單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，即纖維量，也就是線密度；標(biāo)準(zhǔn)增厚度情況下的纖維量H。稱為標(biāo)準(zhǔn)纖維量。因?yàn)榘诤穸瘸艘岳w維長(zhǎng)度和密度就是纖維量，因此式(4.3.1)也可以表示為： M=H/Hs………………(4.3.2) 1、標(biāo)準(zhǔn)胞壁增厚度 棉纖維干涸后，橫斷面呈不規(guī)則腰圓形，很難直接測(cè)出其外徑、中腔直徑及壁厚等。通常是以其周長(zhǎng)復(fù)原成一個(gè)圓形，如圖4.3.1進(jìn)行理論計(jì)算。 所謂胞壁增厚度是指胞壁面積填充程度，即λ=S1/S…&hel
#p##e#lip;…………(4.3.3) 得 S1=л/4(D2-d2)………………(4.3.4) S=(л/4)D2………………(4.3.5) 于是， λ=1-(d/D)2……………………(4.3.6) 而d=D-2δ,所以(d/D)2=(1-2δ/D)2=(1-m)2 其中， m=2δ/D……………………(4.3.7) 于是， λ=2m-m2……………………(4.3.8) 式中：m稱為徑壁比。一般成熟的棉纖維，徑壁比m=0.35，代入式(4.3.8)得： λ=0.577 這就是為什么標(biāo)準(zhǔn)增厚度選定為λ=0.577的原因。 2．成熟度比、成熟纖維百分率 英國(guó)的Peirce和Lord研究總結(jié)出：棉花纖維量H(即纖維單位長(zhǎng)度的質(zhì)量)和棉纖維中正常纖維含量n1和死纖維含量n2之間，存在以下線性關(guān)系： H=0.9370(n1-n2)+135.2……………(4.3.9) 并定義：具有標(biāo)準(zhǔn)纖維量HS的棉纖維，正常纖維含量n1=67%，死纖維含量n2=7%，即HS=0.9370(67-7)+135.2。將它和式(4.3.9)代入式(4.3.2.)，后后整理后得： M=(n1-n2)/200+0.70……………(4.3.10) 式中：M---成熟度比； n1---正常纖維含量，%； n2---死纖維含量，%。 式(4.3.10)就是ISO4912<<棉纖維-----成熟度測(cè)定-----顯微鏡法>>和GB/T13777—1992<<棉纖維成熟度試驗(yàn)方法顯微鏡法>>標(biāo)準(zhǔn)中計(jì)算成熟度比的公式。 從式(4.3.10)可以看出，全部為正常纖維或成熟纖維時(shí)，n1=100，n2=0，此時(shí)M=1.2。全部為死纖維時(shí)，n1=0，n2=100，此時(shí)M=0.2。一般成熟的棉纖維，因λ=0.577，所以M=1。當(dāng)M<0.8時(shí)，則認(rèn)為是未成熟的纖維。 成熟纖維百分率由下式計(jì)算： Pm=n/N×100…………………………………(4.3.11) 式中：Pm----成熟纖維百分率，%； n----成熟纖維根數(shù)； N----試樣纖維總根數(shù)。 成熟度比和成熟纖維百分率有如下關(guān)系： Pm=(M-0.2)×(1.565-0.471M)×100…………………………………(4.3.12) 或 M=1.762-？？？ (二)氣流儀測(cè)試馬克隆值基本原理 用氣流儀測(cè)試棉花的馬克隆值時(shí)，由苛仁納(Kozeny)公式得： ΔP=KQS02…………………………………(4.3.14) 式中：K----比例系數(shù)； ΔΡ---氣流儀中纖維塞兩端氣流壓力差； Q-----流過纖維塞的氣流流量； S0----樣筒中纖維的比表面積。 從式(4.3.14)看出： 當(dāng)流量Q固定時(shí)，壓差： ΔΡ=k
#p##e#1S02…………………………………(4.3.15) 當(dāng)壓差ΔΡ固定時(shí)，流量： Q=k2/S02…………………………………(4.3.16) 式中：k1、k2為比例系數(shù)。 當(dāng)試樣體積肯定，試樣質(zhì)量肯定，試驗(yàn)時(shí)的溫濕度條件肯定，并按規(guī)定的操作方法操作時(shí)，k1、k2為常數(shù)。從式(4.3.15)看，當(dāng)取固定的流量Q時(shí)，通過壓差ΔΡ的測(cè)量可以測(cè)出纖維的比表面積S0。從式(4.3.16)看，當(dāng)取固定的ΔΡ時(shí)，通過流量Q的測(cè)量可以測(cè)出纖維的比表面積S0。 所謂纖維的比表面積是指纖維的表面積和其體積的比值。設(shè)纖維的表面積為SU,扣除中腔后的體積為V，則對(duì)單位長(zhǎng)度的纖維，有： S0=Su/V=лD/［(л/4)(D2-d2)］=4D/(D2-d2) 設(shè)纖維的密度為r，則單位長(zhǎng)度的纖維量： H=л(D2-d2)r/4 上兩式相乘得： SOH=лDr=aD 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)增厚度的纖維，纖維量為HS，標(biāo)準(zhǔn)增厚度λ=0.577。由式(4.3.6)得： 0.577=1-(d/D)2 所以，此時(shí)d=0.65D,于是： HS=л(D2-d2)r/4=0.106лD2r=βD2 所以， (SOH)2/HS=k3 即： S02=(k3HS)/H2，由式(4.3.2)有H=MHS 故， S02=(k3HS)/HMHS=k3/HM…………………………………(4.3.17) 式(4.3.17)表明，棉纖維的比表面積的平方和其細(xì)度(H)和成熟度比(M)的乘積成反比。因此，可以根據(jù)式(4.3.15)或式(4.3.16)，利用氣流儀測(cè)試棉纖維的比表面積，再根據(jù)式(4.3.17)，間接地測(cè)試棉纖維的馬克隆值(棉纖維細(xì)度和成熟度的綜合反映)。 將式(4.3.17)代入式(4.3.16)得： Q=k2/SO2=k2HM/k3=kHM, 即： Q∝HM……………………………………………(4.3.18) 同樣， ΔΡ∝(1/HM)………………………………………(4.3.19) 式(4.3.18)表明，定壓式氣流儀，通過纖維塞的流量和HM成正比。 式(4.3.19)表明，定流量式氣流儀，纖維塞兩端的壓差和棉纖維的HM成反比。 三、馬克隆值和成紗質(zhì)量和紡紗工藝的關(guān)系 要紡制肯定粗細(xì)的紡紡紗線，使紡紡紗線具有肯定的強(qiáng)力，以承受工藝中的各種應(yīng)力，給予面料品必要的使用性能，紡紡紗線橫截面內(nèi)必需具有肯定的低根數(shù)的纖維。所以，粗纖維紡粗紗，細(xì)纖維紡細(xì)紗。在其他條件相同的情況下，纖維越細(xì)，成紗強(qiáng)力越高，條干均勻度越好。但是，纖維越細(xì)，在整理過程中越簡(jiǎn)單扭結(jié)和折斷，簡(jiǎn)單形成棉結(jié)。 成熟度高的棉纖維強(qiáng)力好，能經(jīng)受整理和清棉機(jī)械打擊，易清除雜質(zhì)，不易產(chǎn)生棉結(jié)和索絲，成品制成率高。成熟度差的棉纖維，則簡(jiǎn)單形成較多的有害疵點(diǎn)，成品制成率也低。成熟度高的棉纖維，成紗強(qiáng)力高，條干均勻度也較好。但過成熟的棉纖維，抱合力差，成紗強(qiáng)力和條干均勻度反而不好。成熟度高的棉纖維，吸色性好、布料上色均勻。 馬克隆值是棉花細(xì)度和成熟度的綜合反映。因此，它和成紗質(zhì)量和紡紗工藝都有緊密的關(guān)系。馬克隆值高的棉纖維能經(jīng)受機(jī)械打擊，易清除雜質(zhì)，成紗條干均勻，外觀完潔，疵點(diǎn)少，成品的制成率高。但馬克隆值過高，會(huì)影響成紗強(qiáng)力。馬克隆值過低的棉纖維，往往成熟度差
#p##e#，簡(jiǎn)單產(chǎn)生有害疵點(diǎn)，上色性能差。所以，只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩個(gè)方面，獲得較全方位的經(jīng)濟(jì)效果。美國(guó)農(nóng)業(yè)部的紡紗試驗(yàn)和中外面料廠的使用經(jīng)驗(yàn)均表明，馬克隆值低，會(huì)產(chǎn)生較多的清鋼落棉，紡紡紗線外觀惡化，但能提高紡紡紗線強(qiáng)力和可紡支數(shù)，反之，會(huì)引起棉花紡紗線抱合力的下降，增加棉花紡紗線斷頭,降低了細(xì)紗可紡支數(shù)，但能降低落棉量，改善紡紡紗線外觀。所以，國(guó)際上將馬克隆值介于3.5~4.9之間的棉花，作為正常馬克隆值棉花。非常是馬克隆值在3.7~4.2范圍內(nèi)的棉花，從價(jià)格上還要加價(jià)。這也就是新標(biāo)準(zhǔn)中，將3.7~4.2馬克隆值的棉花定為A級(jí)，而3.5以下和5.0以上的定為C級(jí)的原因。 四、國(guó)外馬克隆值指標(biāo)的情況 馬克隆值指標(biāo)能比較全方位地說明棉花同紡紗工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系。而且馬克隆儀具有使用簡(jiǎn)便、簡(jiǎn)單維修、花費(fèi)低和效率高的優(yōu)點(diǎn)，所以美國(guó)農(nóng)業(yè)部已將馬克隆值作為美國(guó)陸地棉的質(zhì)量考核指標(biāo)，成為和品級(jí)、長(zhǎng)度并列的指標(biāo)。 在美國(guó)，馬克隆值同棉花結(jié)價(jià)有聯(lián)系。棉農(nóng)無論將棉花抵押給聯(lián)邦政府以取得貸款，還是賣給棉商，均需考慮馬克隆值，并根據(jù)馬克隆值的大小，在價(jià)格上補(bǔ)扣。馬克隆值價(jià)差（Micronairedifference）見表4.3.1： 表4.3.1美國(guó)陸地棉馬克隆價(jià)差表(1992~1993年度) 馬克隆值馬克隆價(jià)差，美分/1b 手扯長(zhǎng)度32mm及以下手扯長(zhǎng)度33mm及以上 5.3及以上5.0~5.23.7~4.23.5~4.93.3~3.43.0~3.22.7~2.92.5~2.62.5以下-3.90-2.50+1.100-1.35-3.30-7.15-10.50-15.15-3.10-1.95+1.100-2.35-4.80-8.6511.85-15.60 從表中可看出，馬克隆值在3.5~4.9范圍內(nèi)為正常馬克隆值，價(jià)格不加不扣。馬克隆值在3.7~4.2范圍，要從價(jià)格上加價(jià)。馬克隆值在3.5~4.9以外的，從價(jià)格上都要扣減。而且，偏離正常馬克隆值越多，扣減的幅度也越大。 在國(guó)際貿(mào)易中，也有采納合約對(duì)馬克隆值進(jìn)行交接的。如貨批的馬克隆值和合同不符，就按仲裁機(jī)構(gòu)的仲裁結(jié)果，由賣方向買方作經(jīng)濟(jì)賠償。 五、馬克隆值的測(cè)定方法 馬克隆值的測(cè)定方法按GB/T6498一1992《棉纖維“馬克隆值”試驗(yàn)方法》進(jìn)行。但就配合GB1103一1999標(biāo)準(zhǔn)使用，還需注意以下一些情況。 1．馬克隆值標(biāo)樣 馬克隆值的測(cè)定是建站在一套馬克隆值標(biāo)準(zhǔn)棉花標(biāo)樣的基礎(chǔ)上的。即要使用馬克隆值標(biāo)準(zhǔn)棉花標(biāo)樣標(biāo)定儀器，由儀器測(cè)定試樣。 馬克隆值標(biāo)樣可采納“國(guó)際校準(zhǔn)棉花標(biāo)準(zhǔn)(ICC)”或國(guó)家標(biāo)樣。國(guó)家標(biāo)樣有兩種，分別為：GSBW12002一1996《HVI校準(zhǔn)棉花》和GSBW12003一1996《校準(zhǔn)棉花》，這兩種標(biāo)樣都可以用作馬克隆值標(biāo)準(zhǔn)使用。 2．取樣方法 GB1103一1999標(biāo)準(zhǔn)要求的取樣方法和GB/T6498一1992標(biāo)準(zhǔn)采納的取樣方法是不同的，這一點(diǎn)要非常注意。GB/T6498一1992標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)的是測(cè)試精確，而GB1103一1999不但強(qiáng)調(diào)測(cè)試精確，而且強(qiáng)調(diào)要給出整批棉花馬克隆值的離散情況，因此采納了不同的取樣方法。 GB/T6498一1992規(guī)定，從批樣產(chǎn)生試驗(yàn)室樣品。試驗(yàn)室樣品的份數(shù)由批量大小確定：100包及以下取1份；101包~300包，取2份；301包~500包，取3份；500包以上，取4份。試驗(yàn)室樣品經(jīng)過充分混和后，隨機(jī)抽取馬克隆值試樣。每個(gè)試驗(yàn)室樣品測(cè)試2個(gè)試驗(yàn)試樣，每個(gè)試樣測(cè)試1次。當(dāng)2個(gè)試樣的測(cè)試結(jié)果的差值超過0.1馬克隆值時(shí)，再增試第3個(gè)試樣。 GB1103一1999規(guī)定，從批樣中隨機(jī)抽取批樣數(shù)量的30%，逐樣測(cè)試馬克隆值，即每個(gè)馬克隆值樣品都作為1個(gè)試驗(yàn)室樣品。然后按GB/T6498一1992標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)試。這里的主要區(qū)別是抽取的30%樣品不能合在一起混和。 3．馬克隆值的修正 進(jìn)行馬克隆值試驗(yàn)時(shí)，要用國(guó)際校準(zhǔn)棉花標(biāo)樣或國(guó)家校準(zhǔn)棉花標(biāo)樣，使測(cè)試結(jié)果校準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)水平上。在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下試驗(yàn)，用校準(zhǔn)棉樣的測(cè)試結(jié)果和其馬克隆值標(biāo)準(zhǔn)值的差異應(yīng)在0.1以內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因。但在非標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)值的差異可能會(huì)超過0.1馬克隆值。非常在收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)用氣流儀測(cè)試馬克隆值時(shí)，因溫濕度條件不滿足要求，測(cè)試結(jié)果往往超差，因此要進(jìn)行修正。具體做法如下： (1)將標(biāo)準(zhǔn)棉花標(biāo)樣放在和收購(gòu)檢驗(yàn)棉樣相同的環(huán)境條件下調(diào)濕平衡。 (2)將馬克隆儀及其他設(shè)備調(diào)整到正常的工作狀態(tài)。 (3)測(cè)試校準(zhǔn)棉花標(biāo)樣的馬克隆值M，標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)馬克隆值為M0，則修正值Δ=M0一M……&hell
#p##e#ip;…………………(4.3.20) (4)在相同的條件下測(cè)試收購(gòu)棉樣的馬克隆值m,則修正后的馬克隆值為： mo=m+Δ…………………………(4.3.21) mo就作為實(shí)際檢驗(yàn)結(jié)果。為簡(jiǎn)單起見，好用馬克隆值標(biāo)準(zhǔn)值和收購(gòu)棉花的馬克隆值相接近的校準(zhǔn)棉花標(biāo)樣，即選用M0接近于m0的標(biāo)樣。否則，為求得修正值一般上要用2個(gè)或3個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)值的校準(zhǔn)棉樣。
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