棉結的研究現狀與展望

張雪瑩 崔玉梅

摘 要：棉結是國家棉花成紗質量考核中的主要指標。對棉結進行系統的研究，對于保證原棉質量和棉制成品質量具有重要意義。本文系統地介紹了棉結的分類及檢測方法，分析了國內外學者的相關研究現狀及各檢測方法的優缺點。通過各種檢測方法在速度、效率、準確性等方面的對比，指出梳棉網棉結計數法與目測法相結合，是實現客觀檢測初加工過程中棉結的演變規律及性狀變化的有效途徑。

關鍵詞：棉結；定義與分類；檢測方法；研究現狀

中圖分類號：TS 101.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）03-0023-05

Research Status and Prospect for Cotton Nep

ZHANG Xueying， CUI Yumei

（College of Textile and Clothing， Xinjiang University， Urumqi， 830049）

Abstract：The cotton nep is the main index for assessment of cotton yarn quality. Systematical research on the nep has important significance for guaranteeing original cotton quality and the quality of cotton products. This paper systematically introduces nep classification and detection methods， and analyzes research status of domestic and overseas scholars as well as advantages and disadvantages of each detection method. Through comparing the speed， efficiency and accuracy of each detection method， this paper indicates that the method of combining the nep notation in the cotton web with the Ocular estimation is an effective way to objectively detect nep change rules and trait changes in the preliminary process.

Key words：cotton nep； the definition and classification； detection method； research status

眾所周知，新疆是植棉大省，棉花產量占據全國棉花產量的三分之一，有力地推動了中國綜合實力的提升，且新疆棉花目前也已成為了新疆國民的重要經濟支柱。自中國加入WTO以來，中國的棉花逐漸走出國門與國際接軌，然而在面對重大發展機遇的同時，棉制成品質量也面臨著極大的挑戰[1]。而棉結作為棉制成品質量的重要考核目標，對于保證原棉質量和棉制成品質量具有重要意義。關于棉結如何更好地去除，一直是困擾棉紡織企業的難題。棉結是由纖維、未成熟棉或僵棉因軋花或紡紗過程中處理不善集結而成的纖維結[2]。一般來說，無論纖維受到碰撞、摩擦搓揉和打擊、喂入作用，還是進行翻曬、成包、搬運等，都會造成纖維彎曲扭結而產生棉結。而棉結含量的多少嚴重影響著棉制成品的質量及其經濟效益，且影響著紗線和織物的外觀質量與成紗結構、條干均勻度以及細紗斷頭率等[3]。因此，對棉結的研究現狀及其檢測方法的綜合分析，對于棉紡企業提高棉制成品制成率及其經濟效益，具有十分重要的意義。本文系統地介紹了棉結的分類及其檢測方法，并分析了各檢測方法的優缺點及國內外學者的相關研究現狀，在此基礎上將梳棉網棉結計數與目測法相結合能很好的檢測出初加工過程中棉結的演變規律，并對棉結的種類進行分類。

1 棉結定義與分類概述

對棉花加工中的棉結研究早在19世紀初的相關文獻中就有記載，然而對于棉結的定義和分類卻始終沒能達成一致。國外學者對于棉結的研究始于19世紀初，對于棉結的定義與分類也是眾說紛紜。高永勃[4]翻譯的外文文獻記載，美國材料試驗學會對棉結的標準定義是：“棉結為一根或多根纖維呈糾纏和不規則的團狀物。”另外還提到，“有纖維或短絨附著在一起的籽殼和塵屑，則不是棉結。且將棉結分為附于籽屑上的纏結棉結、纖維纏結于顆粒雜質（葉片或莖碎片）周圍、不帶有非纖維狀物質的纏結纖維等3類。”張芳[5]在研究棉結成因指出J.J.Hebert等將棉結分為三類：生物棉結、機械棉結和帶籽屑棉結三類，其中帶籽屑棉結為單有籽殼不認為是棉結，如果它們出現在棉結的核中，就歸于棉結稱帶籽屑棉結。機械棉結定義為僅含有纖維性材料的棉結，主要由棉花收獲或加工過程中由于機械操作不慎造成的。生物棉結定義為由外源性材料所產生的棉結。Gad Alon等[6]對棉結進行研究時將同樣品質的棉花經手采和機采后對棉結進行計數實驗，而棉結的分類則是以棉結的尺寸大小為依據進行的分類。并指出，每個棉結都有一個密集中心，纖維圍繞著密集中心抱成一個團，團的外形復雜，有時可見一個真正的結點。Cantu等[7]在研究中根據棉結內部的纖維類型將棉結分為厚壁纖維棉結、中等厚壁纖維棉結、薄壁纖維棉結和絨毛纖維棉結，而Pealson等在其4種纖維類型的基礎上將棉結分為由厚壁纖維、中等厚壁纖維、薄壁纖維、絨毛纖維及由上述4種纖維中的2種或3種或4種構成的15種棉結。Jacobsen等[8]在研究棉花加工過程中產生的棉結、籽屑以及雜質時，比較分析了顯微鏡觀察法和AFIS儀器檢測法在棉結檢測時的差異，結果表明顯微鏡下可以很明顯的區分出棉結的外觀形態和尺寸大小，而AFIS儀器檢測則不能區分出尺寸大小。由此將顯微鏡下觀察到的棉結分為了兩大類，即機械棉結與生物棉結，并分別進行了分級討論。

國內對棉結的研究大都集中在紡紗過程中，對于棉花初加工過程產生的棉結卻略顯忽視，至今沒有一套完整的檢測方法用于監測并控制棉花初加工過程中的棉結。但對于棉結的定義與分類國內研究已初見雛形。李繼生[9]在研究棉結測試機理的探討中，將棉結按性質分為籽屑型棉結和纖維型棉結兩大類，其中籽屑型棉結又可稱為雜質。并根據棉結尺寸的大小，將兩類棉結分為了3個等級。歐懷林[10]在研究棉結的成因與控制時，得出造成棉結產生的原因有四點可能，其一，棉籽皮上附著纖維；其二，棉蠟粘著形成棉結；其三，未成熟的纖維經軋花和清梳處理時造成的短絨集聚糾纏形成棉結；其四，雜質過多，造成纖維與雜質相互纏繞形成棉結。

在現行的棉結測試中瑞士的AFIS、印度的aQura將棉結分為了纖維棉結和帶籽屑棉結兩大類[11-14]。且AFIS單纖維測試系統定義的棉結為，非單根纖維的即為棉結[15]。劉國亮等[16]在探討紡紗過程中提到國內的部分學者將棉結分為機械棉結、生物棉結和起絨性棉結3種，其中起絨性棉結主要分布于染過色的織物表面。熊軍[11]在分析棉結的基礎上，提出了假性棉結的概念，假性棉結是由松散性纖維扭結成團形成的棉結，一部分棉結經過并條、粗紗和細紗工序后會被扯散分離，但仍有一大部分會形成死棉結，且假性棉結呈現滴狀，與棉結的球狀不同。而王家祿等[17]通過檢測梳棉生條中的棉結時提出，假性棉結與常規棉結的不同在于假性棉結陰影較淺且體積較大，將假性棉結與死棉結放置于30倍的顯微鏡觀察后發現，假性棉結中的松散纖維很容易分辨，且用鑷子就可揀出，而假性棉結也很容易被清除。王文國[18]在研究成紗棉結時介紹了棉結的定義，指出棉結是由聚集的纖維、雜質和微塵等組成，可以將其分為兩類進行討論，即紗線棉結和半制成品棉結。也就是說，半制成品中檢測到的棉結即為半制成品棉結。

通過對梳棉網棉結外觀形態的試驗觀察和對棉結種類的分析，結合前人研究基礎，本研究將棉花初加工過程的棉結分為兩大類：機械棉結、生物棉結。其中機械棉結是僅由纖維構成，纖維扭結在一起經手扯后無法分解，且具有明顯的核心；生物棉結是由纖維與外源物質糾結而成，并以外源物質為核心的棉結，包括不孕籽、僵瓣棉經機械加工后轉化成的棉結，以及形成于枯葉和碎棉籽殼雜質周圍的纖維結，或者以雜質為核心的纖維結，帶籽屑棉結形成于帶纖維軟籽表皮和帶纖維籽屑[2]。

2 棉結檢測方法

2.1 棉結檢測方法研究現狀

棉結檢測方法研究現狀如圖1所示。

2.2 各檢測方法簡介

2.2.1 目測法

目測法適用于原棉或棉卷中的棉結檢測，依據GB/T 6103—2006《原棉疵點檢測方法 手工法》以目測計數法為測試標準。采用該方法進行檢測時，需先將試樣中的破籽、不孕籽、僵瓣棉、索絲等挑揀出去，經過手工扯散纖維后，仔細挑出試樣中的緊棉結和雜質等，并分別進行計數。值得注意的是在扯松試樣進行挑揀時，需保持棉結和雜質的原形。該方法所測結果中的棉結為肉眼可視到的纖維結，直徑一般偏大[19]。且棉纖維紡紗過程中在各工序的制成品上進行棉結與雜質的檢測受到很大的局限性，其可比性也較差[15]。

2.2.2 燈光檢驗法

燈光檢驗法適用于棉條中棉結的測試，采用該方法進行測試時，需人工將棉條松散成棉網狀，然后將棉網放置于檢驗器的黑色玻璃上，透過上方射來的光，辨別棉網中的棉結。該法的測試結果分纖維結和帶纖維籽屑兩類，且測得的纖維結數量大，直徑也較小[19]。

2.2.3 黑板結雜檢測法

黑板結雜檢測法是一項傳統的測試法，依靠目光分辨力計數，靈敏度較高，且可做到棉結、雜質分類計數。但因其取樣量較少，因此代表性較差[20]。

2.2.4 梳棉機棉網棉結計數法

在運用梳棉網棉結計數法進行計數時，需要有經驗的技術人員進行統計并計數，且棉網的梳理過程是在saco-Lowell的梳棉機上在工作條件良好的情況下進行的，在計數時要選用標準的黑絨板，以便計數準確[21]。

2.2.5 模板法

模板法是將梳棉機上梳好的棉網放置于事先備好的黑色紙上，用材質為醋酸纖維素的透明紙進行包裹，然后用配套的有孔的模板進行觀察區域的限制及計數[22]。

2.2.6 AMS棉結試驗機測試法

AMS棉結試驗機類似于一臺小型的梳棉機，將3 g試樣在棉結試驗機上做成10 cm（4英寸）寬的均勻棉網，然后將棉網放置在標準的黑絨板上，最后由計數人員對棉網上的棉結進行統計，并計算出每645 cm2的平均粒數[21]。

經實踐研究表明，傳統的棉結檢測法共同之處在于，需要人工進行棉結的計數，依靠的是技術人員的經驗和目光分辨率，因此傳統的棉結檢測法靈敏度較高，但因為是人工進行計數，所以取樣量一般較少，很難起到很好的代表性。測試結果也受到很多客觀因素的限制，諸如光線亮度、測試人員視力及技術人員的操作經驗等。此外，由于所測棉結之間形狀和尺寸大小差異很大，使得實際存在的小棉結在計數時被遺漏，以致測試的結果人盡不同，很難全面的反映出棉結的實際情況[20-23]。

2.2.7 千米棉結測試法

千米棉結測試法采用的是電容式計數，對棉結的統計不進行分類。該方法的優點在于，取樣量較大，所以其測試結果也具有代表性。但不足之處在于，對棉結和雜質的粒數混計，使得檢測人員無法對紗線中的雜質和棉結進行分類討論。加之該方法的計數方式為電容式計數，當不規則的紗條進入測量槽時很容易引起電容量的差異，從而使得測試結果出現偏差[20]。

2.2.8 AFIS PRO2型棉纖維性質檢測儀

AFIS PRO2型棉纖維性質檢測儀測試對象為開松后的棉條，測試原理為光電檢測原理和近紅外光束掃描單纖維和棉結，可以測試出棉結的數量和棉結的尺寸大小。同時將棉結分為纖維棉結和籽皮棉結兩種類型。棉結的尺寸分級為：以100 μm分檔，從100 μm到2 000 μm。該檢測儀實現了棉結雜質的自動檢測，且快速準確成為一大亮點[24]。研究發現，AFIS PRO2型棉纖維測試系統能很好的避免傳統檢測方法中的眾多不一致的因素，從而使得測試結果具備一定的可比性[15]。

2.2.9 USTER 720棉結測試儀

USTER 720棉結測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理同AFIS測試原理相同，測試的結果是棉結數量，不能得到棉結的尺寸大小和棉結類型。研究指出，USTER 720棉結測試儀可供軋花廠和棉紡廠使用[22]。

2.2.10 USTER MN100棉結測量儀

USTER MN100棉結測量儀測試對象為棉包、筵棉、生條、熟條、精梳條和粗紗等。其測試原理與AFIS相同，結果可得出棉結的數量和大小，但不能檢測出棉結類型。檢測速度較快，操作簡便。

2.2.11 aQura棉結和短纖維測試儀

aQura棉結和短纖維測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理為光電檢測原理和激光光束掃描纖維薄層和棉結，測試結果可得到棉結數量和棉結尺寸大小。

2.2.12 Premier ART NEP-普瑞美棉結測試儀

Premier ART NEP-普瑞美棉結測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理同aQura棉結檢測儀測試原理相同，測試結果可得到棉結數量和棉結尺寸大小。

其中aQura棉結和短纖維測試儀和Premier ART NEP-普瑞美棉結測試儀共同點是，兩者的測試結果都將棉結的類型分為纖維棉結、纖維雜質棉結和籽皮棉結等三種的類型，同時根據棉結的大小進行分類，分類依據均以50 μm分檔，從50 μm至30 000 μm。

2.2.13 NATI棉結測試儀

NATI棉結測試儀測試對象為開松后的棉條，測試原理與普瑞美公司的棉結測試儀原理相同，但得到的棉結數量為單位長度內棉條所含的棉結數。不能 區分棉結的種類。對于棉結的大小分類則是分成小于0.5 mm、小于0.7 mm、大于1.0 mm三擋。

2.2.14 YG091型棉結雜質測試儀

YG091型棉結雜質測試儀檢測對象為經棉條牽伸后制成的棉網，儀器內部關鍵檢測技術是由兩路CCD攝像組成，其中一路用白色背景檢測棉網中的雜質，另一路用黑色背景檢測棉網中的棉結，最后傳輸到計算機圖像處理系統進行分類統計[22]。

3 棉結檢測方法對比分析

綜合表1和表2可知，棉結實行儀器化檢測，不僅節省了勞動力，同時有效避免了人為因素造成的誤差，大大提高了測試結果的準確性與客觀性。儀器化檢測的速度要比傳統的棉結檢測快很多，因此相同時間內，檢測的試樣量也大大增加，使得測試結果更具有代表性。且儀器化檢測法問世后，各類智能化的棉結雜質檢測儀器相繼問世，同時由于其檢測速度快，檢測的精確度高，對于棉紡工藝而言意義很大，因此長期以來都受到棉紡行業的青睞[24]。

盡管儀器化檢測比傳統方法檢測更加智能、方便快捷，但是卻沒有傳統方法檢測起來的靈敏度高。且因受到測試對象及保障檢測儀器安全運行的限制，棉花初加工過程中棉結的檢測目前還只能應用傳統的棉結檢測方法。而在傳統的棉結檢測方法中梳棉機棉網棉結檢測法的檢測速度及效率比其他傳統方法要快很多，其效果也相對具有權威性。將梳棉網棉結計數法和目測法相結合，不僅能從棉結外觀形態上進行分類并計數，而且可人工將棉結挑揀出來，測量棉結的大小，同時可以對挑揀出來的棉結做進一步探討。

4 棉結研究展望

綜上所述，國內對于棉結的研究大都集中在棉花的紡紗階段，但是眾所周知，棉結自棉花采摘就開始形成，在軋花過程中更是會形成大量的棉結及雜質，且原棉含有的棉結直接影響紡紗過程中成紗的質量。然而，對棉花初加工過程中形成的棉結卻沒能得到重視，對于棉花初加工過程中產生的棉結也沒有完整的實時檢測跟蹤系統，致使棉花初加工中棉花的質量不能得到很好地保證。因此，棉花初加工過程中原棉的質量提高，對于后續棉織品質量的提升具有重要的意義。

另外，目前對棉結形成機理研究只是停留在從外圍因素來探討棉結的形成，卻沒有從棉結內部的纖維著手分析棉結形成的原因。因此，對于棉結形成機理的探討尚不全面，急需一套完整的測試方法對棉結的形成機理進行客觀、科學的評定。

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