氣流儀檢驗馬克隆值
一 氣流儀的發(fā)展過(guò)程及馬克隆值的變遷
       馬克隆氣流儀本來(lái)是一種用氣流方法測定機械軸或孔的直徑的儀器.1947年,美國的W.S.Smith對氣流儀進(jìn)行了改裝,把機械測頭改為纖維試樣筒,研制了纖維氣流儀.它采集了許多陸地棉樣品,測定了稱(chēng)重法細度（ μg/in）和氣流儀讀數,并以氣流儀轉子流量計的浮子高度為自變量,以稱(chēng)重法細度為因變量,計算出線(xiàn)性回歸方程式,制定了線(xiàn)性刻度,其單位為μg/in,這種儀器的商業(yè)名稱(chēng)就是Micronaire,中文譯為馬克隆.       

       1950年美國*又采集了許多陸地棉和亞洲棉,通過(guò)試驗,計算了浮子高度與稱(chēng)重法細度的二次回歸方程式,制定了非線(xiàn)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(cháng)絨棉用不同的刻度.       

       隨著(zhù)對纖維氣流儀理論的深入研究,知道了氣流儀讀數并不單純反映纖維細度,而是細度和成熟度的綜合反映,許多學(xué)者把條流儀讀數稱(chēng)為細度X成熟度.從物理上講,氣流儀讀數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.為了回避氣流儀在定義上的分歧意見(jiàn),美國以Micronaire這種儀器的商業(yè)名稱(chēng)作為量的名稱(chēng)和單位名稱(chēng),用它們取代細度（ μg/in）.       

       現在上無(wú)論陸地棉,亞洲棉（粗絨棉）,海島棉（長(cháng)絨棉）都采用同一馬克隆刻度.嚴格地說(shuō),大家也不再將馬克隆值當作細度,但習慣上有的還將它稱(chēng)為細度. 
1961年,美國制定了ASTM D1448《棉纖維馬克隆值試驗方法標準》.由于馬克隆值這一指標對棉紡工藝很有使用價(jià)值,試驗速度快,儀器的穩定性很好,因此美國*在1966年把馬克隆值作為美國棉花的正式檢驗項目.在所有棉纖維物理性能試驗儀器中,氣流儀是*種進(jìn)入棉花分級室,并在業(yè)務(wù)檢驗中得到實(shí)際應用的儀器.由于馬克隆值檢驗效果好,以后很快擴大到世界各國,使得馬克隆儀成為當今數量zui多的棉纖維性能檢驗儀器.1972年,馬克隆值試驗方法已制定為標準,即ISO 2403—1972《棉纖維馬克隆值的測定》. 

       現在美國習慣上將Micronair簡(jiǎn)稱(chēng)為mike.

二 氣流儀讀數與細度,成熟度的理論關(guān)系
（一）成熟度比與線(xiàn)密度
       我國目前用成熟度系數（K）表示棉花成熟度.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:胞壁增厚度對選定等于0.577的標準增厚之比,即:
 

式中:M----成熟度比;
          λ---胞壁增厚度.
       設H表示棉纖維單位長(cháng)度的質(zhì)量,即纖維量,也就是線(xiàn)密度;標準增厚度情況下的纖維量H.稱(chēng)為標準纖維量.因為胞壁厚度乘以纖維長(cháng)度與密度就是纖維量,因此式（4.3.1）也可以表示為:
 

1 標準胞壁增厚度
       棉纖維干涸后,橫斷面呈不規則腰圓形,很難直接測出其外徑,中腔直徑及壁厚等.通常是以其周長(cháng)復原成一個(gè)圓形,如圖4.3.1進(jìn)行理論計算.
所謂胞壁增厚度是指胞壁面積填充程度,
即λ=S1/S---------------（4.3.3）得
    S1=n/4（D2-d2）-------------（4.3.4） 
    S=（n/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(chēng)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
這就是為什么標準增厚度選定為λ=0.577的原因.

2 成熟度比,成熟纖維百分率
       英國的Peirce和Lord研究總結出:棉花纖維量H（即纖維單位長(cháng)度的質(zhì)量）與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(xiàn)性關(guān)系:
 

并定義:具有標準纖維量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）,
整理后得:
      

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ISO 4912[[棉纖維----成熟度測定----顯微鏡法]]和GB/T 13777---1992[[棉纖維成熟度試驗方法 顯微鏡法]]標準中計算成熟度比的公式.       
從式（4.3.10）可以看出,
全部為正常纖維時(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M<0.8時(shí),則識為是未成熟的纖維. 

成熟纖維百分率由下式計算:
 

式中:Pm----成熟纖維百分率,%
        n---成熟纖維根數:
        N---試樣纖維總根數.

成熟度比與成熟纖維百分率有如下關(guān)系;
 

或
    M=1.762 -? ? ?

（二）氣流儀測試馬克隆值基本原理
       用氣流儀測試棉花的馬克隆值時(shí),由苛仁鈉（Kozeny）公式得:
 

式中:K---比例系數;
        P---氣流儀中纖維塞兩端氣流壓力差;
        Q---流過(guò)纖維塞的氣流流量;
        SO---樣筒中纖維的比表面積.
從式（4.3.14）看出;
當流量Q固定時(shí),壓差;
 

當壓差△P固定時(shí),流量;
 

式中:K1,K2為比例系數.

       當試樣體積一定,試樣質(zhì)量一定,試驗時(shí)的溫濕度條件一定,并按規定的操作方法操作時(shí),K1,K2為常數.從式（4.3.15）看,當取固定的△P的測量可以測出纖維的比表面積S0.從式（4.3.16）看,當取固定的△P時(shí),通過(guò)流量Q的測量可以測出纖維的比表面積S0.       

       所謂纖維的比面積是指纖維的表面積與體積的比值.設纖維的表面積SU,扣除中腔后的體積為V,則對單位長(cháng)度的纖維,有; 
[center]S0=Su/V=Nd/[（n/4） （D2-d2）]=4D/（D2-d2）[/center]
設纖維的密度為r,則單位長(cháng)度的纖維量;
 

上兩式相乘得:
SOH=nDr=Ad

對標準增厚的纖維,纖維量為HS,標準增厚度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=n（D2-d2）r/4=0.106 n D2r=ΒD2
所以,
（SOH）2/HS=K3
即:
SOH=（K3HS）/H2,由式（4.3.2）有H=MHS
故,
 

式

       （4.3.17）表明,棉纖維的比表面積的平方與其細度（H）和成熟度比（M）的乘積成反比.因此,可以根據式（4.3.15）或式（4.3.16）,利用氣流儀測試棉纖維的比表面積,再根據式（4.3.17）,間接地測試棉纖維的馬克隆值（棉纖維細度和成熟度的綜合反映）. 

將式（4.3.17）代入（4.3.16）得:
Q=K2/S02=K2HM/K3=KHM
即:
 

同樣,
 

       式（4.3.18）表明,定壓式氣流式,通過(guò)纖維塞的流量與HM成正比.
       式（4.3.19）表明,,定流量氣流儀,纖維塞兩端的壓差與棉纖維的HM成反比.

三 馬克隆值與成紗質(zhì)量和紡紗工藝的關(guān)系
       要紡制一定粗細的紗線(xiàn),使紗線(xiàn)具有一定的強力,以承受工藝中的各種應賦予紡織品必要的使用性能,紗線(xiàn)橫截面內必具有一定的zui低根數的纖維.所以,粗纖維紡粗紗,細纖維紡細紗.在其它條件相同的情況下,纖維越細,成紗強力越高,條干均勻度越好.但是,纖維越細,在加工過(guò)程中越容易扭結和折斷,容易形成棉結.       

       成熟度高的棉纖維強力好,能經(jīng)受加工和清棉機械打擊,易清除雜質(zhì),不易產(chǎn)生棉結和索絲,成品制成率高.成熟度差的棉纖維,則容易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,成紗強力高,條干均勻度也較好.但過(guò)成熟的棉纖維,抱合力差,成紗強力和條干均勻度反而不好.成熟度高的棉纖維,吸色性好,織物染色均勻.       

       馬克隆值是棉花細度和成熟度的綜合反映.因此,它與成紗質(zhì)量和紡紗工藝都有密切的關(guān)系.馬克隆值高的棉纖維能經(jīng)受機械打擊,易清除雜質(zhì),成紗條干均勻,外觀(guān)光潔,疵點(diǎn)少,成品的制成率高.但馬克隆值過(guò)高,會(huì )影響成紗強力.馬克隆值過(guò)低的棉纖維,往往成熟度差,容易產(chǎn)生有害疵點(diǎn),染色性能差.所以,只有馬克隆值適中的棉花,才能兼顧兩個(gè)方面,獲得較全面的經(jīng)濟效果.美國*的紡紗試驗和中外紡紗廠(chǎng)的使用經(jīng)驗均表明,馬克隆值低,會(huì )產(chǎn)生較多的清鋼落棉,紗線(xiàn)外觀(guān)惡化,但能提高紗線(xiàn)強力和可紡支數,反之,會(huì )引起棉紗抱合力的下降,增加棉紗斷頭,降低了細紗可紡支數,但能降低落棉量,改善紗線(xiàn)外觀(guān).所以,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.特別是馬克隆值在3.7~4.2范圍的棉花,從價(jià)格上還要加價(jià).這也就是新標準中,將3.7~4.2馬克隆值的棉花定為*,而3.5以下和5.0以上的定為C級的原因, 數據與形態(tài)見(jiàn)附圖: 
 

四 國外馬克隆值指標的情況
       馬克隆值指標能比較全面地說(shuō)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,容易維修,費用低和效率高的優(yōu)點(diǎn),所以美國*將馬克隆值作為美國陸地棉的質(zhì)量考核指標,成為與品級,長(cháng)度并列的指標.

       在美國,馬克隆值同棉花結價(jià)有.棉農無(wú)論將棉花抵押給聯(lián)邦政府以取得貸款,還是賣(mài)給棉商,均需考慮馬克隆值,并根據馬克隆值的大小,在價(jià)格上補扣.馬克隆值價(jià)差（Micronaire difference）見(jiàn)表4.3.1.
 

       從表中可看出,馬克隆值在3.5~4.9范圍內為正常馬克隆值,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.

       在貿易中,也有采用合約對馬克隆值進(jìn)行交接的.如貨批的馬克隆值與合同不符,就按仲裁機構的仲裁結果,由賣(mài)方向買(mǎi)方作經(jīng)濟賠償.

五 馬克隆值的測定方法
       克隆值的測定方法按GB/T6498—1992《棉纖維“馬克隆值”試驗方法》進(jìn)行.但就配合GB 1103—1999標準使用,還需注意以下一些情況.

1 馬克隆值標樣
       馬克隆值的測定是建立在一套馬克隆值標準棉花標樣的基礎上的.即要使用馬克隆值標準棉花標樣標定儀器,由儀器測定試樣.

       馬克隆值標樣可采用“校準棉花標準（ICC）”或國家標樣.國家標樣有兩種,分別為:GSBW12002—1996《HVI校準棉花》咎GSBW12003—1996《校準棉花》,這兩種標樣都可以用作馬克隆值標準使用.
 
2 取樣方法
       GB1103—1999標準要求的取樣方法與GB/T6498—1992標準采用的取樣方法是不同的,這一點(diǎn)特別注意.GB/T6498—1992標準強調的是試準確,而GB1103—1999不但強調測試準確,而且強調要給整批棉花馬克隆值的離散情況,因此采用了不同的取樣方法.
      
       GB/T6498—1992規定,從批樣產(chǎn)生試驗室樣品.試驗室樣品的份數由批量大小確定: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.試驗室樣品經(jīng)過(guò)充分混合后,隨機抽取馬克隆值試樣.每個(gè)試驗室樣品測試2個(gè)試驗試樣,每個(gè)試樣測試1次.當2個(gè)試樣的測試結果的差值超過(guò)0.1馬克隆值時(shí),再增試第3個(gè)試樣.3

       GB1103—1999規定,從批樣中隨機抽取批樣數量的30%,逐樣測試馬克隆值,即每個(gè)馬克隆值樣品都作為1個(gè)試驗室樣品.然后按GB/T6498—1992標準要求進(jìn)行測試.這里的主要區別是抽取的30%樣品不能合在一起混和

3 馬克隆值的修正
       進(jìn)行馬克隆值試驗時(shí),要用校準棉花標準或國家校準棉花標樣,使測試結果到標準水平上,在標準溫濕度條件下試驗,用校準棉樣的測試結果與馬克隆值標準的差異應在0.1以?xún)?否則應檢查原因.但在非標準溫濕度條件下進(jìn)行試驗,試驗結果與標準值的差異可能會(huì )超過(guò)0.1馬克隆值.特別在收購現場(chǎng)用氣流儀測試馬克隆值時(shí),因溫濕度條件不滿(mǎn)足要求,測試結果往往超差,因此要進(jìn)行修正.具體做法如下:
（1）將標準棉花標樣放在與收購檢驗棉樣相同的環(huán)境條件下調濕平衡.
（2）將馬克隆儀及其它設備調整到正常的工作狀態(tài).
（3）測試校準棉花標樣的馬克隆值M,標樣的標準馬克隆值為M0,則修正值
△=M0-M--------------（4.3.20）
在相同的條件下測試收購棉樣的馬克隆值m,則修正后的馬克隆值為:
M0=m+△------------（4.3.21）
（4）m0就作為實(shí)際檢驗結果.為簡(jiǎn)單起見(jiàn),用馬克隆值標準值與收購棉花的馬克隆值相接近的校準棉花標樣,即選用M0的接近于m0的標樣.否則,為求得修正值一般上要用2個(gè)或3個(gè)不同標準值的校準棉樣.

4 平均馬克隆值的計算
       試驗表明,混合棉的平均馬克隆值不等于各成分重量加權的算術(shù)平均值,而等于各成分重量加權的調和平均數.
        設有N組數據,m1,m2,-------Mn;相應的權為w1,w2-----Wn則其調和平均值m的計算式是:
       例5包棉花,其重量分別為（kg）:82,85,88,90,86,測得馬克隆值分別為:3.4,3.6,3.8,4.2,3.9.求平均馬克隆值m.解:這里N=5.wi為第I包的重量,wi為相應的馬克隆值,代入式（4.3.22）得:
    
       若簡(jiǎn)單地計算重量加權平均值,平均值為3.79,與上面計算的調和平均值的結果不*相等.

五 常見(jiàn)棉紗馬克隆值指標