棉花質(zhì)量關(guān)鍵指標與檢測技術(shù)方法研究

■ 夏 彬 徐 捷 王澤武 王楚云

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州 450004〕

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物，也是紡織工業(yè)的主要原料。根據(jù)國家統(tǒng)計局與海關(guān)總署發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年我國棉花播種面積3.17×106hm2，棉花總產(chǎn)量5.91×106t，2020年全國紡織品服裝出口2 912.2億美元。棉花產(chǎn)業(yè)關(guān)系到棉農(nóng)、農(nóng)業(yè)、紡織工業(yè)、出口創(chuàng)匯等多方面的發(fā)展，在國民經(jīng)濟中具有不可替代的地位。同時，在我國西北棉區(qū)，棉花產(chǎn)業(yè)對于增加農(nóng)民收入、消除貧困、推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、維護邊疆繁榮穩(wěn)定等方面都具有重要作用［1］。

雖然我國棉花產(chǎn)量與消費量巨大，但是棉花品質(zhì)與美棉、澳棉仍有差距，國際棉花標準的話語權(quán)仍不在我國［2］。為此，分析棉花質(zhì)量檢驗標準的演變與發(fā)展，深入研究影響棉花品質(zhì)的關(guān)鍵指標，探索棉花質(zhì)量標準及其檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，對于提升棉花質(zhì)量儀器化檢驗技術(shù)水平、優(yōu)化棉花加工工藝、推動棉紡織產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有研究價值與現(xiàn)實意義［3］。

一、棉花檢驗標準的演變

棉花標準是根據(jù)棉花的使用價值、經(jīng)濟價值以及紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要建立起來的整套約束，是評價棉花質(zhì)量的準則與依據(jù)。自從18世紀中期，棉花生產(chǎn)開展以來，其檢驗標準大致經(jīng)歷以下四個階段［4-6］。

（一）第一階段

18世紀中期，棉花作為商品大量進入市場，其中就有按照色澤和產(chǎn)地區(qū)別棉花品質(zhì)優(yōu)劣的記載。19世紀后期，有些商人為了牟取利益，在棉花中摻水摻雜，政府通過設(shè)置水氣檢查所和摻水摻雜取締所等機構(gòu)，并采用手估目測和油爐烘箱等方法，進行水分與雜質(zhì)的檢驗。20世紀30年代，有關(guān)的棉業(yè)機構(gòu)，參考美國陸地棉標準，研究制訂過5個級的美棉顏色級實物標準。

（二）第二階段

新中國成立后，國家對棉花標準與檢驗工作非常重視，并于1950年成立紡織工業(yè)部纖維檢驗總所研究制訂棉花標準和檢驗方法。自1950年到1953年期間，總共召開了三次全國棉花檢驗會議，制訂了棉花標準和棉檢實施細則，為全國棉花檢驗工作的統(tǒng)一與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在1950年的第一次全國棉花檢驗會議上，通過了政務(wù)院財政經(jīng)濟委員會批準的棉花檢驗工作進行大綱與關(guān)于檢驗技術(shù)的決定。確定了我國棉花標準與檢驗方法，具體包括：棉花類別標準分為國產(chǎn)細絨白棉、粗絨白棉、細絨黃色棉；品級標準中細絨白棉分為9個級、粗絨白棉共7個級、細絨黃色棉分6個級；長度標準以1.59 mm（1/16英寸）為單位，分為9個檔；水分以含水率10%為標準，最高限12%，長江流域為13%；雜質(zhì)以乙類雜質(zhì)含量1%為標準，最高為3%。

在1951年的第二次全國棉花檢驗會議上，頒發(fā)了棉花檢驗規(guī)程、棉花檢驗規(guī)程施行細則以及棉花檢驗技術(shù)規(guī)定，對棉檢工作做出了明確要求，包括棉花收購、交接過程中統(tǒng)一采用長度0.79 mm（1/32英寸）為單位，品級檢驗采納“＋”號（半級）規(guī)定，還對水分、長度、雜質(zhì)的檢驗工作提出了具體要求。

在1953年的第三次全國棉花檢驗會議上，總結(jié)了三年來各地方棉花檢驗工作執(zhí)行情況，討論修改內(nèi)容包括：品級標準中白棉仍分9個級，黃棉分7個級，增訂了僵黃棉1～3級，取消了以半級（即“＋”號）為單位的規(guī)定，并制作品級實物標準；長度標準增加33 cm/41 cm（13/16英寸）檔，共分10檔，長度標準重新修改為1.59 mm（1/16英寸）作為單位。

1956年再次修改的棉花標準：品級分細絨棉、粗絨棉兩類別，細絨棉分白棉、黃棉兩個類型。將品級的各級文字標準改為數(shù)字級稱：僵黃棉1至3級改為10至12級，黃棉次優(yōu)級至下級改為6至12級，白棉次優(yōu)級至平級改為2至9級，3套合而為一，整套為2至12級，籽棉的衣分檢驗也第一次列入了標準。

（三）第三階段

1966年，為適應(yīng)我國棉花生產(chǎn)與紡織工業(yè)的發(fā)展，國務(wù)院決定由國家科委、國家經(jīng)委、農(nóng)業(yè)部、紡織工業(yè)部、全國供銷合作總社等部門專業(yè)人員組成全國棉花標準改革試點領(lǐng)導(dǎo)小組開展棉花試點工作。經(jīng)過六年的試點，于1972年召開了全國棉花標準改革試點工作會議，在對試點工作總結(jié)的基礎(chǔ)上，制訂了GB 1103—1972《棉花 細絨棉》，1999年對國家標準修訂并制定了GB 1103—1999《棉花 細絨棉》，2007年再次進行修訂，制定了GB 1103—2007《棉花 細絨棉》。

GB 1103—2007《棉花 細絨棉》主要做出了以下修改：將成包皮棉的抽樣及檢驗分為“按批檢驗”與“逐包檢驗”；增加了“32 mm”長度級；棉花長度采用上半部平均長度表示。手扯長度校準棉樣采用HVI上半部平均長度定值；馬克隆值級由三級修訂為三級五檔；取消了“五級棉花長度大于27 mm，按27 mm計”的限制以及“七級以下為級外棉”的規(guī)定。

（四）第四階段

目前，我國現(xiàn)行棉花標準分為兩個部分：GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細絨棉》與GB 1103.2—2012《棉花 第2部分：皮輥加工細絨棉》于2012年11月發(fā)布，2013年9月實施。相比GB 1103—2007 棉花 細絨棉》，主要技術(shù)變化如下：取消了品級，增加了顏色級、軋工質(zhì)量指標及檢驗方法；將色特征級修改為顏色級；增加了“白棉、淡點污棉、淡黃染棉、黃染棉、主體顏色級、軋工質(zhì)量”的定義；增加了顏色級檢驗的感官檢驗和大容量快速棉纖維測試儀檢驗的內(nèi)容；增加了“斷裂比強度、長度整齊度指數(shù)”分檔代號；取消了“六七級棉花的長度均按25 mm計，記為25.0 mm”的限制等。

二、棉花質(zhì)量關(guān)鍵指標與檢驗方法

棉花質(zhì)量指標通常分為籽棉指標與皮棉指標。籽棉質(zhì)量檢驗主要通過“一試五定”，即對衣分、顏色級、回潮率、含雜率、長度的檢驗，在此基礎(chǔ)上根據(jù)籽棉的質(zhì)量“以質(zhì)定價，優(yōu)質(zhì)優(yōu)價”進行交售結(jié)算；皮棉質(zhì)量檢驗主要通過儀器化檢驗，即對顏色級、馬克隆值、長度、軋工質(zhì)量、長度整齊度、斷裂比強度以及異性纖維等的檢驗。根據(jù)棉花質(zhì)量指標在交售、加工、紡紗等環(huán)節(jié)的重要作用，列出了以下關(guān)鍵指標及其檢驗方法［7-9］。

（一）衣分

籽棉衣分通常亦稱為衣分率，指試軋出皮棉重量與籽棉的比值，用百分數(shù)來表示。衣分既是棉花品種優(yōu)劣的重要指標，也是籽棉收購中的重要檢驗項目，該指標直接影響到籽棉結(jié)算重量與金額。

籽棉衣分的檢驗，首先在收購籽棉時采取多點隨機取樣方法。1 t及以下抽取1個樣品；1 t以上、5 t及以下抽取3個樣品；5 t以上、10 t及以下抽取5個樣品；10 t以上抽取7個樣品，每個樣品不少于1.5 kg。其次將稱取的每份試樣在試軋機上試軋，如果籽棉中含有較大雜質(zhì)，應(yīng)將雜質(zhì)清除后試軋軋出的皮棉分別稱重，得出皮棉凈重（精確到1 g），籽棉衣分就是指試軋出的皮棉重量和籽棉試樣重量的百分比。

（二）顏色級

顏色級是指棉花顏色的類型和級別，類型根據(jù)黃色深度（+b）確定，級別根據(jù)反射率Rd（%）確定。棉花顏色級分為四類十三個等級，分別是白棉一至五級、淡點污棉一至三級、淡黃染棉一至三級、黃染棉一至二級，其中，白棉三級為標準級。具體顏色分級圖如圖1所示。棉花的色澤特征包括棉纖維的顏色與光澤，既反映了棉纖維外表的物理現(xiàn)象，也體現(xiàn)了纖維的內(nèi)在質(zhì)量，是顏色級的主要條件之一。

圖1 顏色分級圖

顏色級的檢驗分感官檢驗和纖維快速測試儀檢驗。感官檢驗時，應(yīng)在符合模擬晝光照明的棉花分級室進行，正確握持棉樣，使樣品表面密度和標準表面密度相似，在實物標準旁進行對照確定顏色級，逐樣記錄檢驗結(jié)果；纖維快速測試儀檢驗時，對抽取的檢驗樣品逐樣檢驗，按批檢驗時，計算批樣中各顏色級的百分比，逐包檢驗時，逐包出具反射率、黃色深度、顏色級檢驗結(jié)果。

（三）長度

棉纖維長度指標是衡量纖維性能的重要指標，與纖維的可紡性、工藝參數(shù)制定、成紗質(zhì)量有密切關(guān)系。

棉纖維長度的檢驗采用手扯尺量法和纖維快速測試儀檢驗，以纖維快速測試儀檢驗為準。手扯尺量法檢驗時，通過抽取一定量有代表性的纖維，整理成符合要求的棉束，用纖維專用尺直接測量棉束長度；纖維快速測試儀檢驗時，纖維沿其長度方向被梳夾隨機夾持，排列在梳夾上，構(gòu)成棉須，光學(xué)系統(tǒng)對棉須從根部至梢部進行掃描，根據(jù)透過棉須光通量的變化獲得精確的照影儀曲線，計算出長度指標。

（四）回潮率

回潮率是指試樣的含濕質(zhì)量與干燥質(zhì)量的差值對干燥質(zhì)量的百分數(shù)?；爻甭什粌H影響棉花收購質(zhì)量、加工質(zhì)量、貯藏運輸，還與紡紗用棉量、紡紗工藝、紡紗質(zhì)量有關(guān)，過高或過低都會對棉花加工和紡紗帶來負面影響。皮棉公定回潮率為8.5%。

回潮率的檢驗按原棉回潮率試驗方法電阻法或原棉回潮率試驗方法烘箱法進行，對檢驗結(jié)果有異議時以烘箱法為準。

（五）含雜率

含雜率是指在規(guī)定棉花試樣中，含有的如沙土、枝葉、鈴殼、軟籽表皮等非危害性雜物質(zhì)量對其試樣質(zhì)量的百分率，分為籽棉含雜率和皮棉含雜率。它是評定棉花質(zhì)量和公定重量的重要指標，同時，棉花中雜質(zhì)的多少直接影響產(chǎn)出皮棉質(zhì)量、紡紗用棉量、紗布質(zhì)量和印染成品的質(zhì)量，影響著棉花交易價格。皮棉標準含雜率為2.5%。

收購環(huán)節(jié)籽棉含雜率檢驗時可機檢或估驗，估驗結(jié)果應(yīng)經(jīng)常與原棉含雜率試驗方法檢驗結(jié)果對照，對估驗結(jié)果有異議時，以原棉含雜率試驗方法的檢驗結(jié)果為準；皮棉含雜率檢驗時，按原棉含雜率試驗方法執(zhí)行，使用原棉雜質(zhì)分析機進行，棉花樣品經(jīng)刺輥鋸齒分梳松散后，纖維及黏附雜質(zhì)在機械和氣流的作用下，由于形狀不同、密度不同、作用其上的力也不同，使纖維和雜質(zhì)分離，并用天平稱取雜質(zhì)重量，計算含雜率結(jié)果。

（六）軋工質(zhì)量

軋工質(zhì)量是指籽棉經(jīng)過加工后，皮棉外觀形態(tài)粗糙及所含疵點種類的程度。其中，疵點主要是指在初次加工過程中產(chǎn)生的對紡紗有害的纖維性物質(zhì)，包括索絲、棉結(jié)、僵片、不孕籽、破籽、帶纖維籽屑、軟籽表皮。軋工質(zhì)量分好、中、差三檔，分別用P1、P2、P3表示，其分檔條件如表1所示。

表1 軋工質(zhì)量分檔條件

軋工質(zhì)量的檢驗方法采用感官檢驗，依據(jù)軋工質(zhì)量實物標準結(jié)合軋工質(zhì)量分檔條件感官確定軋工質(zhì)量檔次。在符合模擬晝光照明的棉花分級室，檢驗時，正確握持棉樣，使樣品表面密度和標準表面密度相似，在軋工質(zhì)量實物標準旁進行對照，依據(jù)實物標準結(jié)合軋工質(zhì)量分檔條件，確定其軋工質(zhì)量等級。

（七）馬克隆值

馬克隆值是一定量棉纖維在規(guī)定條件下的透氣性的量度，以馬克隆刻度表示。馬克隆刻度由國際協(xié)議確定具有成套馬克隆值的“國際校準棉樣”進行傳遞。馬克隆值反映了棉花纖維細度與成熟度的綜合指標，是棉纖維重要的內(nèi)在質(zhì)量指標之一。馬克隆值分為A、B、C三級，B級為標準級，A級取值范圍為3.7～4.2，品質(zhì)最好；B級取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9；C級取值范圍為3.4及以下和5.0及以上，品質(zhì)最差。

馬克隆值的檢驗采用棉纖維馬克隆值試驗方法或HVI棉纖維物理性能試驗方法進行。依據(jù)棉纖維馬克隆值試驗方法時，馬克隆值氣流儀中的氣流通過由試驗試樣組成的纖維塞在刻度尺上指示出透氣性的變化，以通過纖維塞的流量或纖維塞兩端的壓力差表示。指示透氣性變化的刻度用馬克隆值單位標定，并用預(yù)先確定的換算曲線或統(tǒng)計關(guān)系把觀察讀數(shù)換算成馬克隆值；依據(jù)HVI棉纖維物理性能試驗方法時，從樣品中扦取試樣，除去明顯且大塊的非纖維物質(zhì)稱取試樣，從儀器操作顯示屏的菜單中選定馬克隆測試程序，將試樣放入儀器樣品筒內(nèi)，蓋上蓋板，儀器自動進行測定，測定完畢后顯示測定結(jié)果。

三、棉花儀器化檢測技術(shù)發(fā)展

我國棉纖維檢測技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。在2003年國務(wù)院發(fā)布的棉花質(zhì)量檢驗體制改革方案中，明確提出“要力爭用五年左右的時間，采用科學(xué)、統(tǒng)一、與國際接軌的棉花檢驗技術(shù)標準體系，在棉花加工環(huán)節(jié)實行儀器化、普遍性的權(quán)威檢驗，建立起符合我國國情、與國際通行做法接軌、科學(xué)權(quán)威的棉花質(zhì)量檢驗體制”。棉花質(zhì)量檢驗體制改革的完成，使我國在棉花檢驗領(lǐng)域取得了以下兩方面的進步和突破［10-12］。

（一）檢驗指標的全面化

棉纖維檢驗升級與發(fā)展過程中，對各檢驗指標進行全面優(yōu)化，全方位細化檢驗內(nèi)容，實現(xiàn)多級分層，從而提升棉花質(zhì)量檢驗的水平。棉纖維顏色級指標可以從色特征圖出發(fā)，實施色澤等級劃分，合理設(shè)定棉花質(zhì)量類型；棉纖維細度檢驗過程中，要把握好馬克隆值，深入挖掘馬克隆值指標反映的內(nèi)容，明確馬克隆值、纖維長度與斷裂比強度等之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對檢驗指標進行深化，適當提升馬克隆值指標在棉花質(zhì)量檢驗中的地位；進一步量化棉纖維整齊度檢驗指標，按照檢驗要求確定整齊度與細化整齊度比值的關(guān)系，根據(jù)不同比值完善棉花纖維質(zhì)量等級，實現(xiàn)整齊度的量化。

（二）檢測技術(shù)的儀器化

棉纖維檢驗升級與發(fā)展過程中，對檢測技術(shù)進行優(yōu)化提升，結(jié)合高新技術(shù)實現(xiàn)棉纖維質(zhì)量檢測的自動化、智能化。綜合運用機器視覺、多光譜、人工智能等技術(shù)，彌補人工感官檢驗勞動強度大、效率低、主觀性強等不足，全面提升棉纖維檢測技術(shù)水平，形成與棉纖維檢測技術(shù)相協(xié)調(diào)的質(zhì)量檢測體系，加速棉纖維檢測的智能化進程。

四、總結(jié)與展望

棉纖維的主要成分是纖維素，具有強度高、透氣性好、耐熱性好，染料親和力強等特點，成為紡織工業(yè)的主要原料。作為棉花種植、生產(chǎn)與消費大國，我國棉花質(zhì)量關(guān)系到棉農(nóng)收入、棉花企業(yè)效益以及棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大局。為此，研究適用于我國棉花的檢驗技術(shù)標準，提高棉花生產(chǎn)加工過程質(zhì)量管控技術(shù)水平，在此基礎(chǔ)上形成系統(tǒng)化、全面化、儀器化檢驗技術(shù)體系，能夠有效提高棉花加工質(zhì)量與國際競爭力，促進我國棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。