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气流仪检验马克隆值
一 气流仪的发展过程及马克隆值的变迁
       马克隆气流仪本来是一种用气流方法测定机械轴或孔的直径的仪器.1947年,美国的W.S.Smith对气流仪进行了改装,把机械测头改为纤维试样筒,研制了纤维气流仪.它采集了许多陆地棉样品,测定了称重法细度（ μg/in）和气流仪读数,并以气流仪转子流量计的浮子高度为自变量,以称重法细度为因变量,计算出线性回归方程式,制定了线性刻度,其单位为μg/in,这种仪器的商业名称就是Micronaire,中文译为马克隆.       

       1950年美国*又采集了许多陆地棉和亚洲棉,通过试验,计算了浮子高度与称重法细度的二次回归方程式,制定了非线性刻度.该刻度一直沿用至今.它起初仅用于陆地棉和粗绒棉,长绒棉用不同的刻度.       

       随着对纤维气流仪理论的深入研究,知道了气流仪读数并不单纯反映纤维细度,而是细度和成熟度的综合反映,许多学者把条流仪读数称为细度X成熟度.从物理上讲,气流仪读数反映了纤维的透气性,是纤维比表面积（纤维表面积/纤维体积）的函数.为了回避气流仪在定义上的分歧意见,美国以Micronaire这种仪器的商业名称作为量的名称和单位名称,用它们取代细度（ μg/in）.       

       现在上无论陆地棉,亚洲棉（粗绒棉）,海岛棉（长绒棉）都采用同一马克隆刻度.严格地说,大家也不再将马克隆值当作细度,但习惯上有的还将它称为细度. 
1961年,美国制定了ASTM D1448《棉纤维马克隆值试验方法标准》.由于马克隆值这一指标对棉纺工艺很有使用价值,试验速度快,仪器的稳定性很好,因此美国*在1966年把马克隆值作为美国棉花的正式检验项目.在所有棉纤维物理性能试验仪器中,气流仪是*种进入棉花分级室,并在业务检验中得到实际应用的仪器.由于马克隆值检验效果好,以后很快扩大到世界各国,使得马克隆仪成为当今数量zui多的棉纤维性能检验仪器.1972年,马克隆值试验方法已制定为标准,即ISO 2403—1972《棉纤维马克隆值的测定》. 

       现在美国习惯上将Micronair简称为mike.

二 气流仪读数与细度,成熟度的理论关系
（一）成熟度比与线密度
       我国目前用成熟度系数（K）表示棉花成熟度.上用成熟度比（M）和成熟纤维百分率（Pm）表示棉花成熟度. 
       成熟度比的定义是:胞壁增厚度对选定等于0.577的标准增厚之比,即:
 

式中:M----成熟度比;
          λ---胞壁增厚度.
       设H表示棉纤维单位长度的质量,即纤维量,也就是线密度;标准增厚度情况下的纤维量H.称为标准纤维量.因为胞壁厚度乘以纤维长度与密度就是纤维量,因此式（4.3.1）也可以表示为:
 

1 标准胞壁增厚度
       棉纤维干涸后,横断面呈不规则腰圆形,很难直接测出其外径,中腔直径及壁厚等.通常是以其周长复原成一个圆形,如图4.3.1进行理论计算.
所谓胞壁增厚度是指胞壁面积填充程度,
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称为径壁比.一般成熟的棉纤维,径壁比m=0.35,代入式（4.3.8）得:
λ=0.577
这就是为什么标准增厚度选定为λ=0.577的原因.

2 成熟度比,成熟纤维百分率
       英国的Peirce和Lord研究总结出:棉花纤维量H（即纤维单位长度的质量）与棉纤维中正常纤维含量n1和死纤维含量n2之间,存在以下线性关系:
 

并定义:具有标准纤维量HS的棉纤维,正常纤维含量n1=67%,死纤维含量n2=7%,即 
    HS=0.9370（67-7）+135.2.将它和式（4.3.9）代入式（4.3.2）,
整理后得:
      

式中:M----成熟度比;
        n1---正常纤维含量,%
        n2---死纤维含量,%
式（4.3.10）就是ISO 4912[[棉纤维----成熟度测定----显微镜法]]和GB/T 13777---1992[[棉纤维成熟度试验方法 显微镜法]]标准中计算成熟度比的公式.       
从式（4.3.10）可以看出,
全部为正常纤维时,n1=100,n2=0,此时M=1.2.
全部为死纤维时,n1=0,n2=100,此时M=0.2.
一般成熟的棉纤维,因λ=0.577,所以M=1.当M<0.8时,则识为是未成熟的纤维. 

成熟纤维百分率由下式计算:
 

式中:Pm----成熟纤维百分率,%
        n---成熟纤维根数:
        N---试样纤维总根数.

成熟度比与成熟纤维百分率有如下关系;
 

或
    M=1.762 -? ? ?

（二）气流仪测试马克隆值基本原理
       用气流仪测试棉花的马克隆值时,由苛仁钠（Kozeny）公式得:
 

式中:K---比例系数;
        P---气流仪中纤维塞两端气流压力差;
        Q---流过纤维塞的气流流量;
        SO---样筒中纤维的比表面积.
从式（4.3.14）看出;
当流量Q固定时,压差;
 

当压差△P固定时,流量;
 

式中:K1,K2为比例系数.

       当试样体积一定,试样质量一定,试验时的温湿度条件一定,并按规定的操作方法操作时,K1,K2为常数.从式（4.3.15）看,当取固定的△P的测量可以测出纤维的比表面积S0.从式（4.3.16）看,当取固定的△P时,通过流量Q的测量可以测出纤维的比表面积S0.       

       所谓纤维的比面积是指纤维的表面积与体积的比值.设纤维的表面积SU,扣除中腔后的体积为V,则对单位长度的纤维,有; 
[center]S0=Su/V=Nd/[（n/4） （D2-d2）]=4D/（D2-d2）[/center]
设纤维的密度为r,则单位长度的纤维量;
 

上两式相乘得:
SOH=nDr=Ad

对标准增厚的纤维,纤维量为HS,标准增厚度λ=0.577.由式（4.3.6）得;
0.577=1-（d/D）2
所以,此时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,棉纤维的比表面积的平方与其细度（H）和成熟度比（M）的乘积成反比.因此,可以根据式（4.3.15）或式（4.3.16）,利用气流仪测试棉纤维的比表面积,再根据式（4.3.17）,间接地测试棉纤维的马克隆值（棉纤维细度和成熟度的综合反映）. 

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

同样,
 

       式（4.3.18）表明,定压式气流式,通过纤维塞的流量与HM成正比.
       式（4.3.19）表明,,定流量气流仪,纤维塞两端的压差与棉纤维的HM成反比.

三 马克隆值与成纱质量和纺纱工艺的关系
       要纺制一定粗细的纱线,使纱线具有一定的强力,以承受工艺中的各种应赋予纺织品必要的使用性能,纱线横截面内必具有一定的zui低根数的纤维.所以,粗纤维纺粗纱,细纤维纺细纱.在其它条件相同的情况下,纤维越细,成纱强力越高,条干均匀度越好.但是,纤维越细,在加工过程中越容易扭结和折断,容易形成棉结.       

       成熟度高的棉纤维强力好,能经受加工和清棉机械打击,易清除杂质,不易产生棉结和索丝,成品制成率高.成熟度差的棉纤维,则容易形成较多的有害疵点,成品制成率也低.成熟度高的棉纤维,成纱强力高,条干均匀度也较好.但过成熟的棉纤维,抱合力差,成纱强力和条干均匀度反而不好.成熟度高的棉纤维,吸色性好,织物染色均匀.       

       马克隆值是棉花细度和成熟度的综合反映.因此,它与成纱质量和纺纱工艺都有密切的关系.马克隆值高的棉纤维能经受机械打击,易清除杂质,成纱条干均匀,外观光洁,疵点少,成品的制成率高.但马克隆值过高,会影响成纱强力.马克隆值过低的棉纤维,往往成熟度差,容易产生有害疵点,染色性能差.所以,只有马克隆值适中的棉花,才能兼顾两个方面,获得较全面的经济效果.美国*的纺纱试验和中外纺纱厂的使用经验均表明,马克隆值低,会产生较多的清钢落棉,纱线外观恶化,但能提高纱线强力和可纺支数,反之,会引起棉纱抱合力的下降,增加棉纱断头,降低了细纱可纺支数,但能降低落棉量,改善纱线外观.所以,上将马克隆值介于3.5~4.9之间的棉花,作为正常马克隆值棉花.特别是马克隆值在3.7~4.2范围的棉花,从价格上还要加价.这也就是新标准中,将3.7~4.2马克隆值的棉花定为*,而3.5以下和5.0以上的定为C级的原因, 数据与形态见附图: 
 

四 国外马克隆值指标的情况
       马克隆值指标能比较全面地说明棉花同纺纱工艺和产品质量的关系.而且马克隆仪具有使用简便,容易维修,费用低和效率高的优点,所以美国*将马克隆值作为美国陆地棉的质量考核指标,成为与品级,长度并列的指标.

       在美国,马克隆值同棉花结价有.棉农无论将棉花抵押给联邦政府以取得贷款,还是卖给棉商,均需考虑马克隆值,并根据马克隆值的大小,在价格上补扣.马克隆值价差（Micronaire difference）见表4.3.1.
 

       从表中可看出,马克隆值在3.5~4.9范围内为正常马克隆值,价格不加不扣.马克隆值在3.7~4.2范围,要从价格上加价.马克隆值在3.5~4.9以外的,从价格上都要扣减.而且,偏离正常马克隆值越多,扣减的幅度也越大.

       在贸易中,也有采用合约对马克隆值进行交接的.如货批的马克隆值与合同不符,就按仲裁机构的仲裁结果,由卖方向买方作经济赔偿.

五 马克隆值的测定方法
       克隆值的测定方法按GB/T6498—1992《棉纤维“马克隆值”试验方法》进行.但就配合GB 1103—1999标准使用,还需注意以下一些情况.

1 马克隆值标样
       马克隆值的测定是建立在一套马克隆值标准棉花标样的基础上的.即要使用马克隆值标准棉花标样标定仪器,由仪器测定试样.

       马克隆值标样可采用“校准棉花标准（ICC）”或国家标样.国家标样有两种,分别为:GSBW12002—1996《HVI校准棉花》咎GSBW12003—1996《校准棉花》,这两种标样都可以用作马克隆值标准使用.
 
2 取样方法
       GB1103—1999标准要求的取样方法与GB/T6498—1992标准采用的取样方法是不同的,这一点特别注意.GB/T6498—1992标准强调的是试准确,而GB1103—1999不但强调测试准确,而且强调要给整批棉花马克隆值的离散情况,因此采用了不同的取样方法.
      
       GB/T6498—1992规定,从批样产生试验室样品.试验室样品的份数由批量大小确定: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.试验室样品经过充分混合后,随机抽取马克隆值试样.每个试验室样品测试2个试验试样,每个试样测试1次.当2个试样的测试结果的差值超过0.1马克隆值时,再增试第3个试样.3

       GB1103—1999规定,从批样中随机抽取批样数量的30%,逐样测试马克隆值,即每个马克隆值样品都作为1个试验室样品.然后按GB/T6498—1992标准要求进行测试.这里的主要区别是抽取的30%样品不能合在一起混和

3 马克隆值的修正
       进行马克隆值试验时,要用校准棉花标准或国家校准棉花标样,使测试结果到标准水平上,在标准温湿度条件下试验,用校准棉样的测试结果与马克隆值标准的差异应在0.1以内,否则应检查原因.但在非标准温湿度条件下进行试验,试验结果与标准值的差异可能会超过0.1马克隆值.特别在收购现场用气流仪测试马克隆值时,因温湿度条件不满足要求,测试结果往往超差,因此要进行修正.具体做法如下:
（1）将标准棉花标样放在与收购检验棉样相同的环境条件下调湿平衡.
（2）将马克隆仪及其它设备调整到正常的工作状态.
（3）测试校准棉花标样的马克隆值M,标样的标准马克隆值为M0,则修正值
△=M0-M--------------（4.3.20）
在相同的条件下测试收购棉样的马克隆值m,则修正后的马克隆值为:
M0=m+△------------（4.3.21）
（4）m0就作为实际检验结果.为简单起见,用马克隆值标准值与收购棉花的马克隆值相接近的校准棉花标样,即选用M0的接近于m0的标样.否则,为求得修正值一般上要用2个或3个不同标准值的校准棉样.

4 平均马克隆值的计算
       试验表明,混合棉的平均马克隆值不等于各成分重量加权的算术平均值,而等于各成分重量加权的调和平均数.
        设有N组数据,m1,m2,-------Mn;相应的权为w1,w2-----Wn则其调和平均值m的计算式是:
       例5包棉花,其重量分别为（kg）:82,85,88,90,86,测得马克隆值分别为:3.4,3.6,3.8,4.2,3.9.求平均马克隆值m.解:这里N=5.wi为第I包的重量,wi为相应的马克隆值,代入式（4.3.22）得:
    
       若简单地计算重量加权平均值,平均值为3.79,与上面计算的调和平均值的结果不*相等.

五 常见棉纱马克隆值指标