紡織原料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)——美國棉花標(biāo)準(zhǔn)

I. 引言

    1907 年國際棉花業(yè)的一群代表在佐治亞州的亞特蘭大市開會(huì)，討論在棉花銷售過程中出現(xiàn)的一些嚴(yán)重問題。大會(huì)通過一項(xiàng)議案，議制定一個(gè)統(tǒng)一的棉花標(biāo)準(zhǔn)，以“消除市場(chǎng)間的價(jià)格差別，為解決爭(zhēng)端提供方法，使棉農(nóng)更好地認(rèn)識(shí)其產(chǎn)品的價(jià)值，因而使其處于更有利的協(xié)商地位，并為棉花交易帶來很大的益處”。為對(duì)此及隨后幾年的相似呼吁作出響應(yīng)，國會(huì)通過法律授權(quán)美國農(nóng)業(yè)部 (簡稱 USDA) 制訂棉花等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并提供棉花分級(jí)服務(wù)。這樣便開始了工業(yè)界與政府部門間的合作，該合作一直很強(qiáng)并延續(xù)到今天。這種長期的伙伴關(guān)系展示了政府與工業(yè)界如何相互配合，彼此尊重對(duì)方所起的作用，從而為國家和國外客戶帶來持續(xù)的利益。

    II. 概述

    棉花特征

    從植物學(xué)角度講，主要有三類棉花具有重要的商業(yè)意義。第一類 (Gossypium hirsutum) 源于墨西哥和中美洲地區(qū)，已在美國得到開發(fā)并廣泛使用，在美國棉花產(chǎn)量中占百分之九十五以上。此類棉花在美國稱為美洲陸地棉，其長度在大約 7/8 至 l 5/16 英寸(2.22 - 2.38cm)范圍之間。第二類 (G. barbadense) 約占美國棉花產(chǎn)量的百分之五，源于南美洲地區(qū)。它在美國稱為美洲長絨棉，但通常也稱為特長纖維 (簡稱 ELS) 棉花，其長度在 1 1/4 至 1 9/16 英寸(3.18 - 3.97cm)范圍之間。第三類 (G. herbaceum和 G. arboreum) 為短纖維 (1/2 至 1 英寸)(1.27 - 2.54cm) 棉花，它們?cè)从谟《群蜄|亞，美國不生長此類棉花。

    在一磅棉花中可能有一億根或更多纖維，每根纖維是單個(gè)細(xì)胞在棉籽表層生長出來的。在生長早期纖維以薄壁管的形式達(dá)到其最大長度。當(dāng)成熟時(shí)，纖維素沉積在管內(nèi)壁上從而使纖維壁增厚，而中心是空的。當(dāng)生長結(jié)束以及有機(jī)質(zhì)死亡時(shí)，纖維收縮并圍繞其自身的軸扭曲。

    USDA 有 13 個(gè)棉花分級(jí)設(shè)施，分布在棉花產(chǎn)地。這些設(shè)施專門設(shè)計(jì)以便使用大容量儀器 (HVI)檢測(cè)法進(jìn)行分級(jí)。在這些設(shè)施中溫度和濕度得到嚴(yán)格控制以保證精確地測(cè)量所有的樣品。

    分級(jí)

    本文中“棉花分級(jí)”一詞是指應(yīng)用 USDA 制訂的標(biāo)準(zhǔn)過程來測(cè)定原棉的那些會(huì)影響制成品質(zhì)量和/或生產(chǎn)效率的物理性質(zhì)。目前 USDA 分級(jí)包括測(cè)定纖維長度、長度均勻度、強(qiáng)度、細(xì)度、色澤、葉屑和外來物。研究和開發(fā)快速測(cè)定其它重要纖維特征 (例如成熟度、粘度和短纖維含量) 的技術(shù)還在繼續(xù)進(jìn)行。

    授權(quán)

    USDA 棉花分級(jí)服務(wù)由美國棉花統(tǒng)計(jì)和估計(jì)法案、美國棉花標(biāo)準(zhǔn)法案和美國棉花未來法案授權(quán)。所有用戶都需交納一定的分級(jí)費(fèi)用。

    范圍

    事實(shí)上 USDA 應(yīng)棉農(nóng)的要求對(duì)所有美國生產(chǎn)的棉花進(jìn)行分級(jí)。盡管分級(jí)不是明文規(guī)定的，但棉農(nóng)發(fā)現(xiàn)它對(duì)推銷其棉花及參加 USDA 價(jià)格支持項(xiàng)目至關(guān)重要。USDA 也對(duì)紐約棉花交易所根據(jù)合同所訂購的棉花在交運(yùn)之前進(jìn)行分級(jí)，并為工業(yè)界提供仲裁性分級(jí)。分級(jí)服務(wù)也面向買者、制造商、育種者、研究人員和其他要求這一服務(wù)的人員。

    設(shè)施

    USDA 有 13 個(gè)棉花分級(jí)設(shè)施，分布在棉花產(chǎn)地。這些設(shè)施專為棉花分級(jí)而設(shè)計(jì)，工作人員全部是 USDA 人員。

    在軋棉機(jī)中，棉花纖維與種子分開，植物殘留和其它雜質(zhì)得到去除，然后棉花纖維被壓成包。一位有執(zhí)照的取樣人員從該包棉花的每邊各取 115 克的樣品，此樣品被送往 USDA 進(jìn)行正式的分級(jí)測(cè)定。

    取樣

    在軋棉機(jī)中，棉花纖維與種子分開，植物殘留和其它雜質(zhì)得到去除，然后棉花纖維被壓成包。一位有執(zhí)照的取樣人員從該包棉花的每邊各取 4 盎司 (115 克) 的樣品，共 8 盎司 (230 克) 的樣品由代理人或指定的貨運(yùn)商送到該地區(qū)的 USDA 分級(jí)設(shè)施。軋棉機(jī)和倉庫的管理人員為有執(zhí)照的取樣人員，他們?cè)?USDA 監(jiān)督之下執(zhí)行這一工作。

    樣品處理

    樣品被送到 USDA 分級(jí)設(shè)施處后，即進(jìn)行調(diào)濕以在分級(jí)過程開始之前使其水分含量到達(dá)指定的范圍內(nèi)。樣品由傳送帶送到分類站。纖維測(cè)定結(jié)果經(jīng)電子通訊線路傳送到分級(jí)設(shè)施的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中并可立即與客戶見面。分級(jí)過程與軋棉同期進(jìn)行，以在棉花出售時(shí)為棉農(nóng)和購買者提供重要的質(zhì)量信息。在生產(chǎn)旺季，USDA 在全國范圍內(nèi)每周進(jìn)行分級(jí)及提供數(shù)據(jù)的棉包多達(dá)兩百萬個(gè)。剩余的樣品由 USDA 出售，其收入用于補(bǔ)償分級(jí)所耗。

    分級(jí)方法

    USDA 的分級(jí)技術(shù)保持不斷更新，采納最新的方法和設(shè)備，從而為棉花業(yè)銷售和加工棉花提供盡可能好的質(zhì)量信息。此系統(tǒng)正在從依靠人的感覺迅速轉(zhuǎn)移到采用大容量、高精度儀器，使得測(cè)定在幾秒鐘內(nèi)完成。一旦技術(shù)的開發(fā)成功且儀器足夠精確，USDA 將立即轉(zhuǎn)換到全儀器分級(jí)。

    數(shù)據(jù)發(fā)送

    棉花分級(jí)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)間的遠(yuǎn)程通信、磁盤、磁帶、打孔卡和計(jì)算機(jī)打印報(bào)告提供給生產(chǎn)者或其代理人。最常用的方法是采用遠(yuǎn)程通信，因?yàn)榭蛻艨稍诜旨?jí)完成后立即獲得數(shù)據(jù)。棉花用戶主要是貿(mào)易商和加工商可通過計(jì)算機(jī)中央數(shù)據(jù)庫獲得分級(jí)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫可通過遠(yuǎn)程通信訪問，它包含了當(dāng)年和上一年棉花的分類數(shù)據(jù)。只有棉花的當(dāng)前擁有者才可查看到分級(jí)數(shù)據(jù)。

    樣品通常是每日從取樣點(diǎn)收集，然后送到當(dāng)?shù)?USDA 分級(jí)設(shè)施。

    III. 陸地棉分級(jí)

    A. 儀器定級(jí)

    以下質(zhì)量因素由大容量、高精度儀器測(cè)定，通常稱為“HVI”分級(jí)。

    纖維長度

    纖維長度是較長一半纖維的平均長度 (上半部平均長度)，以 1/100 和 1/32 英寸來表示 (請(qǐng)參閱以下轉(zhuǎn)換表)。測(cè)定時(shí)將一束平行的纖維通過一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，該束纖維的形成是通過用鉗子從棉花樣品中抓取一些纖維，然后將其梳理并刷直。

    纖維長度主要由品種決定，但如果棉花植株生長在極端溫度和水分條件下或營養(yǎng)缺乏，則纖維會(huì)變短。軋棉機(jī)中過分清理和/或干燥也會(huì)造成纖維變短。

    纖維長度影響紗線強(qiáng)度和均勻度以及紡紗效率。棉紗的細(xì)度也受纖維長度的影響。

    長度均勻度

    長度均勻度是纖維平均長度與較長一半纖維平均長度的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。如果一包棉花中的所有纖維都一樣長，則均勻度指數(shù)為 100。但棉花纖維在長度上存在天然的差異，因此長度均勻度總是低于 100。下表可用來作為解釋長度均勻度測(cè)量的指南。

    長度均勻度影響棉線均勻度和強(qiáng)度以及紡織過程的效率。它也與短纖維 (短于 1/2 英寸的纖維) 含量有關(guān)。均勻度低的棉花往往含有高百分比的短纖維。這種棉花會(huì)難于加工，并且易出低質(zhì)量棉線。

    纖維強(qiáng)度

    強(qiáng)度以克/特克斯表示。 特克斯是 1,000 米纖維的克重?cái)?shù)。因此，強(qiáng)度即是拉斷一個(gè)特克斯單位的纖維所需的力，以克為單位。下表可用作解釋纖維強(qiáng)度測(cè)定的指南。

    測(cè)定強(qiáng)度所用的棉花與測(cè)定纖維長度所用的棉花為同一束。該束棉花由兩個(gè)鉗子夾住，中間相距1/8英寸，然后測(cè)定拉斷纖維所需要的力。纖維強(qiáng)度很大程度上取決于品種，也會(huì)因植物缺乏營養(yǎng)和天氣因素受到影響。

    纖維強(qiáng)度和棉紗強(qiáng)度之間存在很大的相關(guān)性。同樣，纖維強(qiáng)度高的棉花更能承受加工過程中的斷裂。

    纖維細(xì)度

    Micronaire（馬克隆值）是纖維細(xì)度和成熟的量度。采用一個(gè)氣流計(jì)來測(cè)定恒定重量的棉花纖維在被壓成固定體積后的透氣性。下表可用作解釋纖維細(xì)度測(cè)定的指南。

    樣品一送到 USDA 分級(jí)設(shè)施即進(jìn)行調(diào)濕，以在分級(jí)過程開始前使其到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的水分含量。

    纖維細(xì)度測(cè)定值受生長環(huán)境因素影響，例如水分、溫度、陽光、植物營養(yǎng)、棉株密度或棉鈴數(shù)量等。

    纖維細(xì)度在幾個(gè)方面影響加工性能及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在開棉、清棉和梳理過程中，低馬克隆值或細(xì)纖維的棉花要求較慢的加工速度以避免損壞纖維。用細(xì)纖維制造出的棉紗其橫斷面中含較多纖維，因而紗線的強(qiáng)度較大。染料的吸收和保留程度隨纖維成熟度而變化，纖維越成熟，其染料吸收和保留程度越高。

    色澤

    棉花色澤由反射 (Rd) 和黃色 (+b) 決定。反射顯示一個(gè)樣品明亮或暗淡的程度，而黃色則顯示顏色沉積的程度。采用一個(gè)三位數(shù)的色澤代碼，通過在陸地棉花的Nickerson-Hunter棉花比色圖上找出 Rd和 +b 數(shù)值的交叉點(diǎn)來決定色澤代碼 (請(qǐng)參閱附錄 A)。

    影響棉花纖維色澤的因素有雨量、冰凍、昆蟲、霉菌以及通過接觸土壤、草或棉花植株的葉子而受到的污染等。在軋棉前后的儲(chǔ)藏過程中過分的水分和溫度條件也會(huì)影響棉花顏色。

    當(dāng)棉花顏色因環(huán)境因素而變差時(shí)，加工效率降低的可能性就增大。顏色變差也影響到纖維吸收和保留染料以及后整理的能力。采用最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，樣品通過流水線進(jìn)行分級(jí)，纖維測(cè)定結(jié)果通過電子傳輸方式送到分級(jí)設(shè)施的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。

    雜質(zhì)

    雜質(zhì)是棉花中非棉纖材料 (如葉屑和棉殼) 的量度。用一臺(tái)攝象機(jī)對(duì)棉花樣品的表面進(jìn)行掃描，計(jì)算出雜質(zhì)所占的表面積百分?jǐn)?shù)。盡管雜質(zhì)測(cè)定和目測(cè)葉屑等級(jí)不一樣，但它們之間有相關(guān)性 (請(qǐng)參閱下表)。

    B. 目光定級(jí)

    盡管 USDA 用儀器測(cè)定色澤和雜質(zhì)，由目光定級(jí)色澤、葉屑和外來物的傳統(tǒng)方法仍對(duì)棉花工業(yè)界有用，并繼續(xù)成為 USDA 正式分級(jí)的一部分。分級(jí)結(jié)果由當(dāng)?shù)胤旨?jí)設(shè)施保存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，棉農(nóng)或其代理人可在分級(jí)完成后立即得到結(jié)果。數(shù)據(jù)發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過計(jì)算機(jī)間的電子通信，單包棉花的數(shù)據(jù)只提供給當(dāng)前棉花的擁有者。批發(fā)商和生產(chǎn)商在獲取棉花擁有權(quán)后即可從Beltwide中央數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)。

    色澤等級(jí)

    美洲陸地棉有 25 個(gè)正式色澤等級(jí)，另加 5 種低級(jí)別顏色，如下表所示。USDA 保存其中 15 個(gè)色澤等級(jí)的物理標(biāo)準(zhǔn)，其它的則為描述性標(biāo)準(zhǔn)。

    葉屑等級(jí)

    目測(cè)葉屑等級(jí)是對(duì)棉花中棉花植物葉子碎片數(shù)量的視覺估計(jì)。有 7 個(gè)葉屑等級(jí)，從 1 到 7，都有物理標(biāo)準(zhǔn)。另外，等外品是描述性的。

    葉屑含量受棉花品種、收獲方法、和收獲條件的影響。軋棉后留在皮棉中的葉屑數(shù)量取決于軋棉前棉花中的葉屑數(shù)量，以及所使用的清理和干燥設(shè)備的類型和數(shù)量。即使采用最仔細(xì)的收獲和軋棉方法，仍會(huì)有一小部分葉屑留在皮棉中。

    對(duì)加工商來講，葉屑是無用的，去除它需要花費(fèi)資金。另外，小的葉屑碎片總是無法完全去除，它們影響紡織品的質(zhì)量。

    準(zhǔn)備

    “準(zhǔn)備”一詞是用來描述軋棉后皮棉的平滑或粗糙程度的。不同的收獲、處理和軋棉方法會(huì)造成準(zhǔn)備上的差異，有時(shí)這種差異很明顯。

    外來物

    外來物是棉花中除纖維或葉屑之外的任何物質(zhì)，例如外殼、草、種子碎片、灰塵和油。分級(jí)員在分級(jí)文件中應(yīng)說明外來物類型及數(shù)量 (少或多)。

    IV. 美洲長絨棉分級(jí)

    美洲長絨棉的分級(jí)過程與美洲陸地棉的分級(jí)過程相似，都轉(zhuǎn)變到用儀器測(cè)定。因?yàn)槊乐揲L絨棉的顏色比陸地棉的顏色更黃，所以使用的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不大相同 (請(qǐng)參閱附錄 B，美洲長絨棉比色圖)。 另外，二者的軋棉方法亦不相同，前者用皮輥軋棉，后者用鋸齒軋棉。皮輥棉不如鋸齒棉平滑。

    美洲長絨棉有 6 個(gè)正式等級(jí) (從 1 到 6)，都有物理標(biāo)準(zhǔn)，另加一個(gè)描述性的低級(jí)別。將美洲長絨棉纖維長度從 1/32 英寸轉(zhuǎn)換到 1/100 英寸所用的表格不同，該表如下所示。

    V. 分級(jí)數(shù)據(jù)的可靠性

    USDA 各設(shè)施間的分級(jí)結(jié)果重現(xiàn)性是 USDA 用來決定數(shù)據(jù)可靠性的一個(gè)方法。實(shí)驗(yàn)室之間的可重現(xiàn)性比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部或同一機(jī)器的重現(xiàn)性更難達(dá)到，因?yàn)橐�保持相同測(cè)試條件更難。實(shí)驗(yàn)室間的結(jié)果比較為分級(jí)結(jié)果在制造商實(shí)驗(yàn)室中的重現(xiàn)性 (在棉花被運(yùn)到紡織廠后) 提供了一個(gè)較現(xiàn)實(shí)的估計(jì)。下表反映1997年USDA實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的重現(xiàn)性。這些結(jié)果來自 10 萬多個(gè)抽查樣品，在 1997 年的測(cè)試季節(jié)里對(duì)每個(gè) USDA 分級(jí)設(shè)施的每條儀器測(cè)試線和每個(gè)分級(jí)員隨機(jī)抽樣，然后在 USDA 位于孟菲斯的質(zhì)量控制室對(duì)抽查樣品進(jìn)行重新測(cè)試。

    測(cè)試結(jié)果 采用以下允許偏差：長度，0.02英寸; 長度均勻度，1.0 % ; 強(qiáng)度，1.5 g/tex; 細(xì)度, 0.1單位; 色澤 Rd, 1.0單位; 色澤 +b，0.5單位; 雜物，0.1 % 面積。

    VI. 質(zhì)量控制

    過程控制

    USDA 所使用的分級(jí)儀器都定期得到性能研究，以決定測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果還用于建立測(cè)量誤差的允許范圍。

    儀器性能參數(shù)

    分級(jí)儀器的最低性能參數(shù)是 USDA 購買儀器過程所不可缺少的一個(gè)部分。1998 年新儀器規(guī)范參數(shù)包括以下準(zhǔn)確度和精密度的最大允許誤差。

    “準(zhǔn)確度”是指一臺(tái)儀器對(duì)某一性質(zhì)的測(cè)量值與真實(shí)值的差異。“精密度”是指該儀器能否取得相同測(cè)定結(jié)果的能力。

    實(shí)驗(yàn)室空氣調(diào)節(jié)

    空氣條件對(duì)棉花纖維性質(zhì)的測(cè)定有影響。因此，分級(jí)實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。溫度保持在華氏 70 +/- 1 度 ，相對(duì)濕度保持在 65 +/- 2 %。

    樣品調(diào)濕

    樣品需進(jìn)行調(diào)濕使其水分含量與規(guī)定的空氣條件相平衡。調(diào)節(jié)后的樣品含水率 6.75 ~ 8.25 % (以干重計(jì))。樣品可以通過慢速或快速調(diào)節(jié)濕度。

    在慢速調(diào)濕中，將樣品單層放置在底部穿孔的托盤中，空氣可自由通過。樣品必須暴置在規(guī)定的環(huán)境中，直至到達(dá)其規(guī)定的水分含量。通常需要 48 小時(shí)。

    在快速調(diào)濕中，使用一個(gè)“快速調(diào)濕”裝置。將特定的空氣穿過樣品，直至到達(dá)平衡。這種方式只要 10 分鐘就可以調(diào)濕好樣品。

    調(diào)濕后的樣品要進(jìn)行水分測(cè)定以驗(yàn)證確實(shí)達(dá)到水分含量要求。測(cè)試樣品與校準(zhǔn)棉樣在水分含量上不應(yīng)相差一個(gè)百分點(diǎn)。

    實(shí)驗(yàn)室照明

    USDA 實(shí)驗(yàn)室分級(jí)平面的照明條件要求達(dá)至少 100 英尺燭光的水平。采用特殊燈泡以提供最真實(shí)的色澤辨別。實(shí)驗(yàn)室里所有的表面都是白色、灰色或黑色，而墻壁是灰白色，以增強(qiáng)色澤辨別。

    校準(zhǔn)棉樣的選擇

    用于儀器校驗(yàn)的棉花需要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選過程。第一步，USDA 精心尋找當(dāng)年產(chǎn)的最均勻的棉包。從每個(gè)初選的棉包中取 6 個(gè)樣品，檢測(cè)它們纖維質(zhì)量的均勻性。不符合質(zhì)量要求的棉花被淘汰不再做檢驗(yàn)。通過初選的樣品再做如下詳細(xì)分析，以便確定它們是否符合 USDA 的高標(biāo)準(zhǔn)及用作校準(zhǔn)棉樣。

    建立校準(zhǔn)棉樣的數(shù)據(jù)

    當(dāng)前有 5 個(gè)實(shí)驗(yàn)室共同建立校準(zhǔn)棉樣的數(shù)據(jù)，其中 4 個(gè)是屬于 USDA 的，另外一個(gè)是學(xué)術(shù)界的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室所使用的實(shí)驗(yàn)室空氣條件和樣品調(diào)濕過程符合 USDA的規(guī)定。這些實(shí)驗(yàn)室對(duì)每包棉花進(jìn)行 180 次檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果用于建立校準(zhǔn)棉樣的數(shù)據(jù)。 為便于比較，以前建立的校準(zhǔn)棉樣也與被選的樣品一起測(cè)試。如果一包棉花的測(cè)試結(jié)果超過規(guī)定范圍，則該包棉花就落選了。反之，如果所有的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都符合的話，則該包棉花就可以包裝起來分運(yùn)出去用作校準(zhǔn)棉樣。

    儀器校準(zhǔn)

    采用校準(zhǔn)棉樣，對(duì)儀器進(jìn)行長度、長度均勻度、纖維細(xì)度和強(qiáng)度指標(biāo)校驗(yàn)。采用顏色板來校驗(yàn)顏色和雜物的測(cè)定。除了校驗(yàn)之外，每 8 個(gè)小時(shí)在每臺(tái)儀器上還要測(cè)定一些已知值的樣品。如果測(cè)試值與已知值的偏差超過一定的允許范圍，則進(jìn)行儀器校正。1998 年的校驗(yàn)允許范圍是：

    抽查計(jì)劃

    USDA 的抽查計(jì)劃是為確保所有在棉花產(chǎn)地的 USDA 棉花分級(jí)設(shè)施能提供一致的測(cè)試結(jié)果。根據(jù)這個(gè)計(jì)劃，用計(jì)算機(jī)從每個(gè)班次的每臺(tái)測(cè)試儀器和每個(gè)目測(cè)人員中隨機(jī)取樣。這些樣品第二天就送到田納西州孟菲斯市的 USDA 質(zhì)量控制室進(jìn)行再次測(cè)試。測(cè)試所得結(jié)果與原先的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，并將此信息立即用電信方法反饋到被抽查的單位。如果必要，原先的分級(jí)結(jié)果要進(jìn)行調(diào)整。USDA 保存對(duì)每臺(tái)設(shè)備和每個(gè)分級(jí)員進(jìn)行的每天、每周和每個(gè)季節(jié)的比較記錄。