USTER HVI棉纤维测试系统.docx

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USTERHVI棉纤维测试系统

USTERHVI棉纤维测试系统

纺纱厂依靠纤维的质量特征进行纺纱生产已有几十年了。

纤维细度、纤维长度、短纤含量以及纤维强度等纤维质量参数被用于优化纺纱工艺。

过去，测量这些质量特征的方法相当费时，比如手工制备一个用于测试纤维长度和短纤含量的纤维长度排列图需要耗时30分钟。

乌斯特技术公司（原Spinlab公司）于1948年在美国推出了第一个电子纤维长度测量系统。

第一个自动测量纤维细度的仪器也于50多年前在美国推出。

60年代后期，美国农业部（USDA）开始推进美国电子工业，以实现对棉包纤维重要质量特征的自动化测量。

在70年代初，第一个能够在极短时间内测得棉包纤维多个质量参数的电子测量仪器面世。

现在该仪器被称之为USTER®HVI（HighVolumeInstrument）。

每年，美国95%以上的棉包在12个分级机构用这种仪器进行测量。

同时，在巴西、乌兹别克斯坦以及中国也有类似的分级机构。

大约自1985年起，USTER®HVI开始向纺纱厂出售。

主要是用于配棉，但也用于监控纺纱工艺。

这种仪器能测量棉花的马克隆值、纤维长度及长度整齐度、纤维强度及伸长、成熟度指数、短纤指数、棉花色泽、杂质、含水率以及棉结。

USTER®HVI（大容量测试仪）系统用来在很短的时间内测试大量的棉包试样，这一独特的性能使得对每年的所有产棉进行分级成为了可能，美国农业部（USDA）的工作就是这一巨大项目的典范。

HVI系统还用于仓库库存棉花的分级或者棉花生产商、购销商或纺纱厂之间的贸易棉包的分级。

确定每包棉花的纤维品质特性是纺纱厂电脑化棉包管理的必要条件。

约1300套HVI系统在全世界65个国家安装并使用于上述目的。

典型的HVI测试包括马克隆值、纤维照影长度和长度整齐度、1/8英寸隔距束纤维强力、在HUNTER色泽图上的反射度和黄度以及光学杂质颗粒数和杂质面积。

现在关于校准棉的使用还有一些混淆。

但是，自从1998以来，仅采用美国田纳西州（Tennessee）孟菲斯（Memphis）的美国农业部农业营销服务公司（USDA-AMS）的HVI校准棉，美国农业部（USDA）不再提供ICC。

采用HVI-CC和ICC校准棉校验会产生不同的测试结果，相互之间既没有可比性，也没有任何关联的地方。

如果系统用HVI-CC校验，将得到上半部平均长度（UHML）、平均长度（ML）和长度整齐度系数（UI），这种校验得到的强力值高于用ICC校验棉测得的强力值。

如今，乌斯特公司建议只用HVI-CC校准棉校验，USTER®统计公报涉及的所有测试都在HVI-CC校验系统的指导下进行。

自从用HVI-CC校准棉测得的马克隆值范围不够大以来，USDA提供了特殊的马克隆仪校准棉。

特殊校准瓷片用来校验色泽仪，棉花等级盒与杂质瓷片一起用来校验杂质仪（USTER®HVISPECTRUM只用杂质瓷片和自定义棉）。

校准瓷片作为USTER®HVISPECTRUM的一个部件随机一起发运。

在田纳西州（Tennessee）孟菲斯（Memphis）的美国农业部农业营销服务公司和在德国不莱梅的纤维研究所均进行定期的世界性的HVI循环（校对）试验，我们极力推荐用户参加这种试验，以便能监督操作者和仪器的性能，即保证测量结果的一致性并与其他试验室的测试数据具有可比性。

用USTER®HVI进行棉花纤维的测试是一个标准的过程并且在ASTMD-4605中有详细的阐述，关于该系统单独的功能部件、测试的重要性、正确地校验和仪器的操作等方面的进一步说明详见操作说明书。

由于棉花纤维的吸湿特性，正确的试样平衡和测试期间保持恒定的、标准的实验室环境条件是非常重要的。

参考资料：

ISO2403,ASTMD-1448:

Micronairereadingofcottonfibers

ASTMD-1447:

Fibrographmeasurementoflengthandlengthuniformity

ASTMD-1445:

Breakingstrengthandelongation（flatbundlemethod）

ASTMD-2253:

Nickerson/Huntercolorimeter

ASTMD-2812:

Non-lintcontentofcotton

ASTMD-4605:

High-volumeinstrumenttesting（SPINLABsystem）

棉花纤维是高吸湿性纤维并且随着环境相对湿度的变化它们的特性会发生显著的变化，这对力学性能尤其重要，如棉花纤维强力，因此，试样的平衡和测试都必须在恒定的标准的环境条件下进行。

标准的纺织测试环境温度为20±2℃（68±4℉）相对湿度为65±2%。

在热带地区，温度为27±2℃（81±4℉），相对湿度为65±2%也是可以的，但此时空气中的绝对含水量是不同的。

现代的空调系统可以在世界大多数地方达到20±2℃（68±4℉）和65±2%的相对湿度，考虑到国际上的一致性，要尽可能达到这些环境条件。

测试之前，试样均需在恒定标准的环境条件下进行平衡直到湿度与周围环境相平衡，为了获得湿度平衡，平衡时间至少为24小时，最好为48小时。

对湿度比较高的试样，平衡时间至少48小时，除非试样经过预平衡，以便试样得到很好的平衡。

在试样平衡时，试样应单层放置于有孔的盘内，以便空气能够在其周围自由流动，用于测试的试样的含水率应与校验仪器的校准棉的含水率一致。

所以，校准棉也应该进行同样的平衡步骤或一直存放在有空调的试验室内，应该用合适的可以记录短期误差和长期漂移的装置来监控实验室的条件。

参考资料:

ISO139，EN20139，DIN53802:

Standardatmosphereforconditioningandtesting

HVI主要测试指标说明：

纺纱质量控制中，质量的稳定是最关键的。

如何控制成纱质量的稳定性，配棉是纺纱厂质量管理工作中的重要环节。

采用HVI的SCI指数可以稳定配棉质量，控制成纱质量以及纺纱效率。

在使用SCI进行配棉之前，纱线的强力变化不稳定。

在使用SCI进行配棉之后，纱线的强力变化是稳定的。

在使用SCI进行配棉之后，纱线的强力变异系数变化也是稳定的。

在使用SCI进行配棉之后，细纱的断头率降低了。

目前，在纺纱厂，单纱强力测试条件与方法是一项总是容易被忽略的工作。

主要在于以下几方面：

1、所有棉纺厂，单强测试下夹钳的拉伸速度为500mm/min；统计公报中，下夹钳拉伸速度为5000mm/min。

2、纱样在测试前未经过恒温恒湿平衡。

就以上两点条件，就导致“大多数工厂其实这个强力是很难达到”。

原因：

1、每个纺纱厂的管理层对“质量条码”在纺纱厂中的应用认识不足或不够重视。

2、每个纺纱厂的技术人员对“质量条码”在纺纱厂中的应用认识不足或不够重视。

3、棉纺厂的棉花库存量不足。

对于单纱强力测试，乌斯特考虑到纱线在实际织造中，实际是处于高速牵引受力状态。

所以在进行强力测试时，强力仪的下夹钳的拉伸速度要接近实际织造过程中纱线的引纬速度（或引纱速度、或投纬速度）。

所以，乌斯特在十几年前推出了高速强力仪UTJ，拉伸速度为400m/min。

UTR快速强力仪下夹钳拉伸速度为5000mm/min

单纤维强力与纱线强力之间的关系

单根纤维的强力越高，纱线的强力就越高，因为在拉伸测试期间，纤维不仅是彼此之间简单地相互滑移，而且有部分纤维会发生断裂。

短纤纱内纤维的强度永远达不到单纤维状态下的强度，因为纱线中的一些纤维彼此之间产生了滑移而没有断裂。

通常，纱线的最高强力出现在纤维发生第一次断裂的时候，此后强伸曲线即呈下降趋势。

下显示了纤维强度和纱线强度之间的关系。

1）机织环锭纺精梳棉纱的比较

2）环锭纺100%PES短纤纱的比较

3）精纺毛纱的比较

4）环锭纺粘胶短纤纱的比较

5）腈纶纱的比较

以下经验数据显示了机织纱对棉纤维强力的利用率。

（此处的利用率指纱线强力与纤维强力之间的比率。

）

紧密纺纱线   ~80%

环锭纺纱线~65%

OE转杯纺纱线~50%

喷气纺纱线~50%

马克隆值是通过测试气流通过一定质量的棉花是产生的气压差，来表示棉纤维的细度。

根据经验，马克隆值与细度的值范围：

马克隆值（Mic）描述

<3.0非常细

3.0-3.6细

3.7-4.7中等

4.8-5.4粗

>5.5非常粗

USTER®AFIS的纤维细度（mTex）与USTER®HVI的马克隆值（MIC）都是表征纤维细度特征的指标。

虽然，它们各自的检测原理不同及其内涵也不一样，但是，它们也具有一定的相关性。

在棉花质量参数中，马克隆值是一个表征棉纤维细度的参数。

中国的纺织行业中普遍地认为它也是表征棉纤维成熟的。

即马克隆值高就表征棉纤维的成熟度好。

但是现代纺织技术表明，马克隆值高并不完全代表棉纤维的成熟度。

即，马克隆值低的棉纤维一样也表现出成熟度高。

如长绒棉的成熟度高但是马克隆值很低。

USTERHVI成熟度指数（MatMritylndex/Mat）

USTERHVI成熟度指数是利用复杂的算法根据HVI的几个质量参数的测试结果，如马克隆值、强度和伸长，计算得到的一个相对值。

它代表棉样中棉纤维细胞壁的平均厚度。

USTER®HVI成熟度指数与USTER®AFIS成熟度比以及显微镜测试方法（横截面分析法）得到的参考值之间具有良好的相关性。

USTER®HVI成熟度指数和USTER®AFIS成熟度比之间的相关性

原棉减储可能给纺厂带来的质量问题

采购价格具有吸引力但是储存时间较长的棉花是极具风险的决策。

由于全球棉花储备的持续增加，纺厂急切盼望能在一段时期内以较低的价格获取原料。

但是这里面蕴藏了较大的风险，特别是当市场有可能被大量长时间存储的棉花库存冲击的时候。

最近在北京举办的ITMF会议和在希腊塞萨洛尼基举办的ICAC会议上，关于储存棉以及由于储存时间过长而导致棉花降级的质量问题，在会议上引起了极大的关注。

由于棉花颜色等级下降或“变黄”，以及纺纱质量的下降，质量问题已在所难免，并成为影响纺织质量的头号问题。

USTER®HVI1000的精准测试是唯一确定的能复核棉花质量是否符合需求的方式。

基于近年来棉花库存大幅增长的背景，全球棉花市场的价格看跌。

据估计，多达1亿包棉包储存在世界各地，库存足以支撑全球纺织业一年的需求。

仅仅是中国就占据了一半以上的库存，多达6200万包棉包，这些库存足以支撑中国这个全球棉花消耗量最大国家2年的纺织需求。

棉花种植者必然会削减产出以应对需求减少，同时棉花供应链也会大规模减储。

那么，如果大量的低价棉花冲击市场，这对于纺厂来说真的是一个好消息吗？

如果纺厂将古罗马先贤的“采买须谨慎”的箴言抛诸脑后的话，答案可就“不一定”了。

存储对棉花质量产生的影响

关键在于棉花在何种条件下被储存了多长时间。

常识是即使是在极佳的储存条件下，原棉也会随着时间的推移而品质下降。

主要问题在于颜色等级下降或“变黄”，如若不经过恰当的测试，这一问题通常不易察觉。

因此，棉花可能以极佳的质量等级被记录、标记并存储在仓库里。

但是经过时间的推移，特别是经过长时间的存储，颜色降等会影响其质量等级。

还有一点值得特别注意的是，从四处采购储存的大量棉花，储存条件通常非常简陋。

棉农将棉花散放在棚屋内，棉花面临不稳定的湿度及环境，这一过程本身就存在明显的质量风险。

在不久的将来，会有措施来平衡棉花的产量及消耗。

举措之一是可以削减进口，则国内的纺厂就会购买储备棉。

但是如果纺厂意识到购买的棉花已在仓库中储存了三年之久，并可能因为潜在的质量风险而栽跟头。

在这样的背景下，一些供应商会向全球倾泻其库存，将风险波及全球的纺厂。

购买了经过长期储存的棉花的客户定然不能依赖于标示于棉包上的质量数据。

同时，这也会影响其价值，因为采购价可能高于棉花现在实际的价值，并且棉花在纱线到织物的整个过程中的质量表现也会逊色。

对入库棉花的关键质量参数进行仔细检测则十分关键，如此一来纺厂就可以避开潜在的严重质量问题，避免蒙受商业损失。

颜色等级真的那么重要吗？

颜色等级是决定原棉定价的关键指标之一，同时也是采购销售谈判的重要因素之一。

这是因为很多严重的布面问题都可以追溯到颜色等级问题。

纺厂需要清楚地了解每批棉花准确的颜色等级，这十分必要。

这样，他们就可以在纺织流程的前道，即混棉阶段，就可以确保混好的棉花是否适用于目标纱线质量。

大量的实验证明，棉花在不同环境条件下引起的颜色降等会导致严重的问题。

棉花储存得越长，仓储条件越长，棉花颜色等级下降越快并且越严重。

即使是在理想的存储条件下，在干燥、凉爽的仓库环境下，棉花存储一年以上也会发生颜色降等。

如果存储条件不够理想，在炎热潮湿的仓库环境下，存储后6周左右就会产生“变黄”的现象。

对纺纱厂的影响

对于棉花长期存储而导致颜色等级下降可能带来的风险，大多数纺厂都有充分认识。

但是，仓储条件对这一问题的影响还不为众知。

无论如何，对于纺厂而言，在棉花采购时要对仓储环境进行详细了解几乎是不可能的。

纺厂能清晰了解的是棉花颜色等级的不准确性会严重影响纱线的质量。

例如在针织及机织面料上出现的有害的条纹瑕疵（横档），它仅在织布或者染整阶段才会被发现，但这一时段已经是察觉产品质量降级的最糟糕的时间点了。

横档会直接由于不准确的颜色等级数据而产生，而这些不准确的数据则是从过期的棉包标签上获取的。

如上所述，棉包的质量标签是有时效性的。

所以，仅仅由于这一个问题，纺厂就会面对高额的索赔和信誉的损失。

DavidMcAllister，乌斯特技术公司的棉花分级的产品经理，说到：

“依赖于无法准确反应棉花现实质量的数据，将会不可避免的面临无法预计的困境，会同时在质量与利润两个方面影响整个纺织价值链，而纺厂则首当其冲的冲在前线进行奋战。

”

唯一可靠的安全卫士

对于纺纱厂而言，解决方案就是有效地进行棉花分级，换而言之，就是在采购决定之前对棉样进行再次测试。

对于这项任务，USTER®HVI1000是全球认可的测试仪器，其被全球众多领先的棉花机构用来设定棉花校验标准，包括美国的USDA、中国的CFIB以及其它国家级机构。

McAllister谈道：

“USTER®HVI1000不仅可以帮助避免以上提到的价格或者质量问题，它还可以帮助快速收回该系统的投入成本。

该系统可以让纺厂对自己生产的纱线质量充满信心，因为它们正是客户所需要的。

”

McAllister提到美国棉花公司在2002年进行的一项研究，其中包含一些图例，它们生动的阐述了由于横档问题造成的经济影响，以及由USTER®HVI1000可以节省的可观成本。

“研究表明，每生产1,818公斤（4,000磅）的织物，布面横档就会造成21,400欧元（相当于27,000美元）的损失。

按照这一数据，每天由于避免横档造成的损失，就足以收回HVI®的投入成本，与此同时，也捍卫了那得之不易的利润空间。

”

“面对全球对纱线质量与日俱增的要求以及由于原棉长时间存储而造成的无法忽视的风险，都将对接下来数年内的全球市场带来一系列的影响，但同时这也给那些拥有准确的原棉测试做支持，从而可以提供稳定的纱线质量的精明的纺厂带来了机遇。

”

马克隆值

在纺织行业，表示纤维细度的参数有多种，马克隆值是棉花检验中常用的一个参数。

测试原理：

对于一定重量的纤维样品，通过测定流经纤维的气体压力差来测量该样品的马克隆值。

其它因素，如细度（mTex、D）成熟度，对马克隆值测试结果都有影响。

马克隆值经验值

我们根据几十年的统计数据，总结了马克隆值的经验值，如下表：