棉纤维长度检测中手扯尺量法和HVI测试法适用性探讨

摘要：探讨棉纤维长度检测两种方法的适用范围。从自身特点、数据相关性、数据稳定性、外部影响和成本控制等方面深入研究了两种检测方法，认为：两种检测方法数据一致性好，其中手扯尺量法适用于检测量小、成本低的检测领域，HVI法适用于检测量大、实效性要求较高的检测领域。

关键词：手扯尺量法；HVI测试法；一致性；稳定性；适用范围

棉花长度是纺织生产中重要的工艺性指标，它与纺织工艺有着密切的关系。其一，工艺设计大多数依据纤维的长度而定，如用于精梳的原棉，要求必须达到一定的长度。其二，纤维长度可以影响纺纱落棉率的大小。其三，决定成纱的品质，如当纤维粗细一定时，长度越长纺纱指数越高；所纺纱数一定时，所用纤维越长，成纱强力越高，纱线毛羽越少，表面愈光洁；另外在成纱支数和成纱强力要求一定时，采用较长纤维的原料，纱的捻度相对可小些，有利于提高纺织劳动生产率。

国家标准GB 1103规定棉纤维检测中使用手扯尺量法和HVI测试法测定棉纤维的长度，以HVI检测结果为准。但在实际检测中，由于HVI对成本和检测环境等因素要求较高，在棉花收购、加工领域反而不如手扯尺量法应用广泛。研究两种方法在不同条件下的适用性，可以更加灵活地运用不同方法进行棉纤维长度检验，提高检测效率和准确性。

1 长度检测方法原理和特点

1.1 手扯尺量法

手扯尺量法是国际上应用比较多的长度检测方法。这种方法的原理是通过人工手法将棉花中较长的和较短的纤维去除，保留最能代表棉花主体长度的那部分纤维，然后用相应刻度尺量得长度。

手扯尺量法检测所得棉纤维的长度具有代表性强、效率高、适用范围广的特点，并且在手扯过程中还可估验纤维的整齐度、强力、成熟程度和短纤维率等品质情况，但不能提供棉束中不同长度的具体数量。此种方法对操作人员的要求较高，需经过一定专业技能培训的人员方能实施此项工作。需时较长，耗费人力较大，无法满足包包检验的要求。

1.2 HVI测试上半部平均长度

HVI测定的结果是棉纤维的“上半部平均长度”。这个数值已经被证明可以与手扯长度相互替换。这项工作由仪器中的长度/强力模块完成，采用的方法为纤维照影仪法。其原理为：利用一组红色发光二极管作为光源，当被梳夹随机夹持的棉束进入长强测量台时，光学系统随测量台匀速前后移动，在距梳夹夹持线某一距离处沿长度方向进行扫描，根据光通量的变化，通过数学推导，获得比较精确的照影仪曲线，从而计算出纤维的长度指标。

由于消除了人为因素，HVI测试结果误差较小，结果准确可靠，更有说服力。与手扯法相比，HVI测试提供了更多的数据，如长度整齐度、短纤率，更加综合地反映了长度情况。

图1 HVI长度测量示意图

图2 纤维照影长度曲线图

2 检测流程

2.1 手扯尺量法流程

1）从棉样中选取不同的具有代表性的棉样10g，将选取得出的样品加以整理，确保纤维基本趋于平顺。

2）选出的适量样品，放在双手并拢的拇指与食指间，将两拇指并齐，用手分向左右握紧，以双手其余四指做支点，两臂肘紧贴两肋，用力从两拇指处缓缓向外拉动，将右手的棉样弃去或合并与左手重叠握持再次抽取。

3）右手的拇指与食指的第一节对齐，从截面多处夹取纤维，每抽取3 次，将每次抽取出的纤维均匀整齐的重叠在一起，制作成适当的棉束。

4）用左手细细清除棉束上的游离纤维、索丝、杂质及丝团等，而后用左手拇指与食指将棉束轻轻合拢，施加适当指握力，压缩减小棉束的面积，使之成为尖直形的平顺的棉束，以便于抽拔。

5）整理过的棉束用右手压紧，将左手拇指与食指第一节平行对齐，抽取右手棉束中伸出的纤维，每次抽一薄层， 将之均匀排列。随时清除纤维中的棉结杂物等，确保抽取出的纤维中无此类物品，每次抽取的长度不宜超过1.5mm，每次抽取整齐一端，应排列在食指的一条线上，确保平齐。形成粗束后，以相同方法反复抽拔2～3次，最终使其达到一端齐的平直光洁的棉束。最后，棉束重量一般为60mg左右，长纤维可稍重些，短纤维可稍轻些。

6）把制成的一端整齐的棉束，平放在黑绒板上，确保棉束无歪斜变形。用专业钢尺刃面在整齐一端少切些，不齐的一端多切些，直至两头均不见黑绒板为宜。棉束两端的切痕相互平行，然后用专业钢尺测量两切线间的距离，即为棉束的手扯长度。

2.2 HVI测试上半部平均长度流程

1）使用前需先用标准棉样对HVI进行校准。

2）选择“长度/强力测试”模块。

3）将已经准备好的测试试样插入棉纤维长度光电仪梳理架，仪器将自动梳理纤维，传送试样梳至测试窗，进行所需的测试。

4）对于配置自动取样装置的HVI系统，直接将试验样品置于长度/强力测试臂下，按下热敏启动按钮，系统自动完成测试试样的准备和测试。

5）测试结果和其他有关信息将显示在显示器上，同时提示进行下一个测试。

6）测试结果自动存入数据处理系统。

3 分批样品测试数据分析

为保证选取样品的代表性，从不同品质的棉花中随机抽取了20批样品，在相同环境下使用手扯尺量法和HVI检测法检测，得到结果见表1。

对照表1进行检测结果的分析，可知两组测试结果相近，所有20批测试样品的结果均与实验室内进行试验的差异0.762mm，两种结果之间测试结果的差异较小。

20批样品的手扯法测试结果和HVI测试结果见图3。设定HVI测试长度为x，手扯尺量法测试结果为y，经过相关分析可得两种测试结果的线性关系式为：y=0.96x+0.76，相关系数r=0.9005。显然两种检测方法结果呈典型线性相关，在理想条件下两者数据可以相互替代。

4 测试数据稳定性分析

选取标准样品一只，长度为28mm，使用两种检测方法进行20次重复性试验，观察检测数据的稳定性。所得测试结果见表2。

从表3数据可以看出，手扯长度测试结果相对比较稳定，前10次测试结果与标准值结果完全相同，第11～20次检验中，由于操作者疲劳度上升，有3次测试结果出现了1mm的偏差；与手扯长度相比，HVI测试结果波动性较大，其中第3次测试结果与标准长度相差1.1mm，其余差值皆在1mm以内。

测试时间方面，受到人体机理影响，随着手扯次数的增加，检测时间逐渐增长，由3min增加到了5min左右，不同水准的操作人员检测时间会有一定的变化；HVI测试时间则比较稳定，一直维持在30s左右，检测时效率较高。

5 两种方法优缺点分析

相比人工测定，HVI测试法有以下优点：

1）误差小。手扯尺量法完全由人工进行操作，对操作手法的要求很高。不同操作人员之间亦会产生手法误差。而HVI由梳夹进行对长度样品的夹取工作，精密的仪器配置保证了其每一次机械运作的规范性。

2）节省时间。手扯尺量法测试速度较慢，在人工整理完棉束之后还要对其进行量取，耗费时间较长。HVI由机器抓取纤维，只需一次抓取，不需反复整理，同时纤维长度也由光照曲线得到，整个过程所需时间明显少于人工测试。

3）节省人力。手扯尺量法对于测试人员的体力耗费较大，检测人员不能保证长时间的连续作业。而HVI作为不知疲倦的仪器，在此方面的效率显然优于人工评定。

手扯尺量法的优点是：

1）适用范围广。手扯尺量法测试棉纤维长度不受操作环境限制，随时随地可以进行。而HVI检测对于检测环境和样品状态要求较高，不同的运行环境检测结果有较大出入。

2）检测成本低。无论是前期成本（购买仪器）还是后期成本（维修），HVI检测都远远高于人工手扯检测。以一台HVI价值200万元，使用期限5年计算，检测1000只样品成本约为2600元，而手扯尺量法成本仅为300元左右。检测成本的优势使手扯尺量法更容易被接受和大范围推广。

3）一定数量范围内，手扯尺量法的精确度较高。经过验证，单人每天手扯长度在60只以内时，结果准确率比HVI要高。

6 结论

HVI测得的上半部平均长度和手扯尺量法测得的长度有着直接的关系。一定情况下二者可以替换使用。通过对两种方法不同特点的分析，得到两者各自的适用范围：

1）HVI测试法适用于检测量大、检测时效性要求高的领域，如各专业检测实验室、科研机构、高校和大型生产加工企业等。

2）手扯尺量法适用于检测量较小、检测成本严格控制的领域，如贸易公司、小型生产企业和实验室等。

参考文献：

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[5] GB/T 1103—2007棉花 细绒棉[S].

（作者单位：王铭、郑丽莎、孙宁、唐正航，山东出入境检验检疫局；于良，中国检验认证集团山东有限公司）