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馬克隆值的介紹以及測量

                     

          馬克隆是英文Micronaire的音譯，馬克隆值是反映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，與棉纖維的使用價值關(guān)系密切。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。具體測量方法是采用一個氣流儀來測定恒定重量的棉花纖維在被壓成固定體積后的透氣性，并以該刻度數(shù)值表示，數(shù)值越大，表示棉纖維越粗，成熟度越高。

馬克隆值與成紗質(zhì)量有密切的關(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，外觀光潔，疵點少，成品的制成率高。但馬克隆值過高，會影響成紗強力。馬克隆值過低的棉纖維往往成熟度差，容易產(chǎn)生有害疵點，染色性差。所以只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩方面，獲得較全面的經(jīng)濟效益。
馬克隆值與成紗質(zhì)量的關(guān)系，不能一概而論，與成紗紗支的粗細密切相關(guān)低支紗高馬克隆值纖維堆成紗質(zhì)量好，細支紗特別是特細支紗要求比較低得好，紗支粗單位截面纖維根數(shù)多，纖維的強力直接影響成紗強力，紗支細單位截面纖維根數(shù)少，纖維的根數(shù)直接影響成紗強力。
馬克隆值級是一個細度指標范圍，原來的單位10-6克/英寸，由于測試的不穩(wěn)定性，現(xiàn)在的馬克隆值作為無量綱值處理。
一、氣流儀的發(fā)展過程及馬克隆值的變遷
馬克隆氣流儀本來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對氣流儀進行了改裝，把機械測頭改為纖維試樣筒，研制了纖維氣流儀。他采集了許多陸地棉樣品，測定了稱重法細度(μg/in)和氣流儀讀數(shù)，并以氣流儀轉(zhuǎn)子流量計的浮子高度為自變量，以稱重法細度為因變量，計算出線性回歸方程式，制定了線性刻度，其單位為μg/in，這種儀器的商業(yè)名稱就是Micronaire，中文譯為馬克隆。
1950年美國農(nóng)業(yè)部又采集了許多陸地棉和亞洲棉，通過試驗，計算了浮子高度與稱重法細度的二次回歸方程式，制定了非線性刻度。該刻度一直沿用至今。它起初僅用于陸地棉和粗絨棉，長絨棉用不同的刻度。
隨著對纖維氣流儀理論的深入研究，知道了氣流儀讀數(shù)并不單純反映纖維細度，而是細度和成熟度的綜合反映，許多學者把氣流儀讀數(shù)稱為細度×成熟度。從物理上講，氣流儀讀數(shù)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(shù)。為了回避氣流儀在定義上的分歧意見，美國以Micronaire 這種儀器的商業(yè)名稱作為量的名稱和單位名稱，用他們?nèi)〈毝?μg/in)。
現(xiàn)在國際上無論陸地棉、亞洲棉(粗絨棉)、海島棉(長絨棉)都采用同一馬克隆刻度。嚴格地說，大家也不再將馬克隆值當作細度，但習慣上有的還將它稱為細度。
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值，試驗速度快，儀器的穩(wěn)定性很好，因此美國農(nóng)業(yè)部在1966年把馬克隆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，氣流儀是第一種進入棉花分級室，并在業(yè)務檢驗中得到實際應用的儀器。
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(shù)量最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國際標準，即ISO 2403一1972《棉纖維馬克隆值的測定》。
現(xiàn)在美國習慣上將Micronaire 簡稱為mike。
二、氣流儀讀數(shù)與細度、成熟度的理論關(guān)系
(一) 成熟度比與線密度
我國目前用成熟度系數(shù)(K)表示棉花成熟度。國際上用成熟度比(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的標準增厚度之比，即：
M=λ/0.577 ………………(4.3.1)
式中：M----成熟度比；
λ---胞壁增厚度。
設H表示棉纖維單位長度的質(zhì)量，即纖維量，也就是線密度；標準增厚度情況下的纖維量H。稱為標準纖維量。因為胞壁厚度乘以纖維長度與密度就是纖維量，因此式(4.3.1)也可以表示為：
M=H/Hs ………………(4.3.2)
1、標準胞壁增厚度
棉纖維干涸后，橫斷面呈不規(guī)則腰圓形，很難直接測出其外徑、中腔直徑及壁厚等。通常是以其周長復原成一個圓形，如圖4.3.1進行理論計算。
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=л/4(D2-d2) ………………(4.3.4)
S=(л/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(jié)出：棉花纖維量H(即纖維單位長度的質(zhì)量)與棉纖維中正常纖維含量n1和死纖維含量n2之間，存在以下線性關(guān)系：
H=0.9370(n1-n2)+135.2 ……………(4.3.9)
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：
M=(n1-n2)/200+0.70 ……………(4.3.10)
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，全部為正常纖維或成熟纖維時，n1=100，n2=0，此時M=1.2。全部為死纖維時，n1=0，n2=100，此時M=0.2。一般成熟的棉纖維，因λ=0.577，所以M=1。當M<0.8時，則認為是未成熟的纖維。
成熟纖維百分率由下式計算：
Pm =n/N×100 …………………………………(4.3.11)
式中：Pm----成熟纖維百分率，%；
n----成熟纖維根數(shù)；
N----試樣纖維總根數(shù)。
成熟度比與成熟纖維百分率有如下關(guān)系：
Pm=(M-0.2)×(1.565-0.471M)×100 …………………………………(4.3.12)
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，由苛仁納( Kozeny )公式得：
ΔP=KQS02 …………………………………(4.3.14)
式中：K----比例系數(shù)；
ΔΡ---氣流儀中纖維塞兩端氣流壓力差；
Q-----流過纖維塞的氣流流量；
S0----樣筒中纖維的比表面積。
從式(4.3.14)看出：
當流量Q固定時，壓差：
ΔΡ=k1S02 …………………………………(4.3.15)
當壓差ΔΡ固定時，流量：
Q=k2/S02 …………………………………(4.3.16)
式中：k1、k2為比例系數(shù)。
當試樣體積一定，試樣質(zhì)量一定，試驗時的溫濕度條件一定，并按規(guī)定的操作方法操作時，k1、k2為常數(shù)。從式(4.3.15)看，當取固定的流量Q時，通過壓差ΔΡ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ΔΡ時，通過流量Q的測量可以測出纖維的比表面積S0。
所謂纖維的比表面積是指纖維的表面積與其體積的比值。設纖維的表面積為SU,扣除中腔后的體積為V，則對單位長度的纖維，有：
S0=Su/V=лD/［(л/4)(D2-d2)］=4D/(D2-d2)
設纖維的密度為r，則單位長度的纖維量：
H=л(D2-d2)r/4
上兩式相乘得：
SOH=лDr=aD
對標準增厚度的纖維，纖維量為HS，標準增厚度λ=0.577。由式 (4.3.6)得：
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