馬克隆

馬克隆氣流儀（Micronaire）本來是一種用氣流方法測定機械軸或孔的直徑的儀器。中文譯為馬克隆。隨著對纖維氣流儀理論的深入研究，人們發現氣流儀讀 數並不單純反映纖維細度，而是細度的成熟度的綜合反映，許多學者把氣流儀讀數稱為細度×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。為了迴避氣流儀在定義上的分歧意見，美國以Micronaire這種儀器的商業名稱作為量的名稱和單位名稱，用它們取代細度（μg/in）。

1961年，美國制定了ASTM D1448《棉纖維馬克隆值試驗方法標準》。由於馬克隆值這一指標對棉紡工藝很有使用價值，試驗速度快，儀器的穩定性很好，因此美國農業部在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，並在業務檢驗中得到實際應用的儀器。

由於馬克隆值檢驗效果好，以後很快擴大到世界各國，使得馬克隆儀成為當今數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lS02403-1972《棉纖維馬克隆值的測定》。

美國習慣上將Micronaire簡稱為mike，並規定馬克隆值在3.7~4. 2的棉花，每磅加1.1美分；馬克隆值在2.5以下的，每磅扣15.6美分。

中華人民共和國國家標準棉纖維“馬克隆值”試驗方法；中華人民共和國國家標準

棉纖維“馬克隆值”試驗方法 GB /T 6498－1992

Test method for micronaire ；代替 GB 6498—86

value of cotton fibres

本標準等效採用國際標準 Ito 2403－1972《棉纖維 馬克隆值的測定》。

l 主題內容與適用範圍

本標準規定了通過測量由鬆散、隨機排列的一定量棉纖維組成的纖維塞在指定條件下的透氣性，從而測定棉纖維的 馬克隆值的方法。

本標準適用於從棉包、棉卷、生條或其他來源皮棉中取出的隨機排列的棉纖維。

2 引用標準 GB 6097 棉纖維試驗取樣方法

GB 6529 紡織品調濕和試驗用標準大氣

3 術語

馬克隆值：一定量棉纖維在規定條件下的透氣性的量度，以 馬克隆刻度表示。馬克隆刻度是建立在已由國際協議確定其 馬克隆值的成套“國際校準棉花標準”的基礎上的。

4 原理

氣流通過由試驗試樣組成的纖維塞，在刻度尺上指示出透氣性的變化，以通過纖維塞的流量或纖維塞兩端的壓力差表示。試樣的質量和體積對確定型式的儀器是常數。指示透氣性變化的刻度可以用 馬克隆值單位標定，亦可用流量或壓力差的適當單位來表示。並用預先確定的換算曲線或統計關係，把觀察讀數換算成 馬克隆值。

馬克隆值與成紗質量有密切的關係。馬克隆值過低的棉纖維往往成熟度差，容易產生有害疵點，染色性差。所以只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩方面，獲得較全面的經濟效益。

馬克隆值與成紗質量的關係，不能一概而論，與成紗紗支的粗細密切相關低支紗高馬克隆值纖維堆成紗質量好，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少，纖維的根數直接影響成紗強力。

馬克隆值級是一個細度指標範圍，原來的單位10克/英寸，由於測試的不穩定性，馬克隆值作為無量綱值處理。

一、氣流儀的發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，研製了纖維氣流儀。他採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，並以氣流儀轉子流量計的浮子高度為自變數，以稱重法細度為因變數，計算出線性回歸方程式，制定了線性刻度，其單位為μg/in，這種儀器的商業名稱就是Micronaire，中文譯為馬克隆。

1950年美國農業部又採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。它起初僅用於陸地棉和粗絨棉，長絨棉用不同的刻度。

隨著對纖維氣流儀理論的深入研究，知道了氣流儀讀數並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稱為細度×成熟度。

國際上無論陸地棉、亞洲棉（粗絨棉）、海島棉（長絨棉）都採用同一馬克隆刻度。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。

美國習慣上將Micronaire 簡稱為mike。

二、氣流儀讀數與細度、成熟度的理論關係

（一）成熟度比與線密度

中國用成熟度係數（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於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）

⒈標準胞壁增厚度

棉纖維乾涸后，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）

於是，

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）

於是，

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

這就是為什麼標準增厚度選定為λ=0.577的原因。

⒉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（即纖維單位長度的質量）與棉纖維中正常纖維含量n1和死纖維含量n2之間，存在以下線性關係：

H=0.9370(n1-n2）+135.2 ……………（4.3.9）

並定義：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；

N----試樣纖維總根數。

成熟度比與成熟纖維百分率有如下關係：

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----比例係數；

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為比例係數。

當試樣體積一定，試樣質量一定，試驗時的溫濕度條件一定，並按規定的操作方法操作時，k1、k2為常數。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：

0.577=1-(d/D)2

所以，此時d=0.65D，於是：

HS=л（D2-d2）r/4=0.106лD2r=βD2

所以，

（SOH)2/HS=k3

即：

S02=(k3HS)/H2，由式（4.3.2）有H=MHS

故，

S02=(k3HS)/HMHS=k3/HM…………………………………（4.3.17）

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）代入式（4.3.16）得：

Q=k2/SO2=k2HM/k3=kHM,

即：

Q∝HM ……………………………………………（4.3.18）

同樣，

ΔΡ∝（1/HM) ………………………………………（4.3.19）

式（4.3.18）表明，定壓式氣流儀，通過纖維塞的流量與HM成正比。

式（4.3.19）表明，定流量式氣流儀，纖維塞兩端的壓差與棉纖維的HM成反比。

三、馬克隆值與成紗質量和紡紗工藝的關係

要紡制一定粗細的紗線，使紗線具有一定的強力，以承受工藝中的各種應力，賦予紡織品必要的使用性能，紗線橫截面內必需具有一定的最低根數的纖維。所以，粗纖維紡粗紗，細纖維紡細紗。在其他條件相同的情況下，纖維越細，成紗強力越高，條幹均勻度越好。但是，纖維越細，在加工過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，能經受加工和清棉機械打擊，易清除雜質，不易產生棉結和索絲，成品製成率高。成熟度差的棉纖維，則容易形成較多的有害疵點，成品製成率也低。成熟度高的棉纖維，成紗強力高，條幹均勻度也較好。但過成熟的棉纖維，抱合力差，成紗強力和條幹均勻度反而不好。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，它與成紗質量和紡紗工藝都有密切的關係。馬克隆值高的棉纖維能經受機械打擊，易清除雜質，成紗條幹均勻，外觀光潔，疵點少，成品的製成率高。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，容易產生有害疵點，染色性能差。所以，只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩個方面，獲得較全面的經濟效果。美國農業部的紡紗試驗和中外紡織廠的使用經驗均表明，馬克隆值低，會產生較多的輕鋼落棉，紗線外觀惡化，但能提高紗線強力和可紡支數，反之，會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，改善紗線外觀。所以，國際上將馬克隆值介於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範圍內的棉花，從價格上還要加價。這也就是新標準中，將3.7~4.2馬克隆值的棉花定為A級，而3.4以下和5.0以上的定為C級的原因。

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明棉花同紡紗工藝和產品質量的關係。而且馬克隆儀具有使用簡便、容易維修、費用低和效率高的優點，所以美國農業部已將馬克隆值作為美國陸地棉的質量考核指標，成為與品級、長度並列的指標。

在美國，馬克隆值同棉花結價有聯繫。棉農無論將棉花抵押給聯邦政府以取得貸款，還是賣給棉商，均需考慮馬克隆值，並根據馬克隆值的大小，在價格上補扣。馬克隆值價差（Micronaire difference）見表4.3.1：

表4.3.1 美國陸地棉馬克隆價差表（1992~1993年度）

馬克隆值 馬克隆價差，美分/1b

手扯長度32mm及以下 手扯長度33mm及以上

⒌3及以上5.0~5.23.7~4.23.5~4.93.3~3.43.0~3.22.7~2.92.5~2.62.5以下 -3.90-2.50+1.100-1.35-3.30-7.15-10.50-15.15 -3.10-1.95+1.100-2.35-4.80-8.6511.85-15.60

從表中可看出，馬克隆值在3.5~4.9範圍內為正常馬克隆值，價格不加不扣。馬克隆值在3.7~4.2範圍，要從價格上加價。馬克隆值在3.5~4.9以外的，從價格上都要扣減。而且，偏離正常馬克隆值越多，扣減的幅度也越大。

在國際貿易中，也有採用合約對馬克隆值進行交接的。如貨批的馬克隆值與合同不符，就按仲裁機構的仲裁結果，由賣方向買方作經濟賠償。

五、馬克隆值的測定方法

馬克隆值的測定方法按GB/T 6498一1992《棉纖維“馬克隆值”試驗方法》進行。但就配合GB 1103一1999標準使用，還需注意以下一些情況。

⒈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。

馬克隆值標樣可採用“國際校準棉花標準 (ICC）”或國家標樣。國家標樣有兩種，分別為：GSBW12002一1996《HⅥ校準棉花》和GSBW12003一1996《校準棉花》，這兩種標樣都可以用作馬克隆值標準使用。

⒉取樣方法

GB1103一1999標準要求的取樣方法與GB/T 6498一1992標準採用的取樣方法是不同的，這一點要特別注意。GB/T 6498一1992標準強調的是測試準確，而GB 1103一1999不但強調測試準確，而且強調要給出整批棉花馬克隆值的離散情況，因此採用了不同的取樣方法。

GB/T 6498一1992規定，從批樣產生試驗室樣品。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。試驗室樣品經過充分混合后，隨機抽取馬克隆值試樣。每個試驗室樣品測試2個試驗試樣，每個試樣測試1次。當2個試樣的測試結果的差值超過0.1馬克隆值時，再增試第3個試樣。

GB1103一1999規定，從批樣中隨機抽取批樣數量的30%，逐樣測試馬克隆值，即每個馬克隆值樣品都作為1個試驗室樣品。然後按GB/T 6498一1992標準要求進行測試。這裡的主要區別是抽取的30%樣品不能合在一起混合。

⒊馬克隆值的修正

進行馬克隆值試驗時，要用國際校準棉花標樣或國家校準棉花標樣，使測試結果校準到標準水平上。在標準溫濕度條件下試驗，用校準棉樣的測試結果與其馬克隆值標準值的差異應在0.1以內，否則應檢查原因。但在非標準溫濕度條件下進行試驗，試驗結果與標準值的差異可能會超過0.1馬克隆值。特別在收購現場用氣流儀測試馬克隆值時，因溫濕度條件不滿足要求，測試結果往往超差，因此要進行修正。具體做法如下：

⑴將標準棉花標樣放在與收購檢驗棉樣相同的環境條件下調濕平衡。

⑵將馬克隆儀及其他設備調整到正常的工作狀態。

⑶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Δ=M0一M …………………………（4.3.20）

⑷在相同的條件下測試收購棉樣的馬克隆值m，則修正後的馬克隆值為：

mo=m+Δ …………………………（4.3.21）

mo就作為實際檢驗結果。為簡單起見，最好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接近於m0的標樣。否則，為求得修正值一般上要用2個或3個不同標準值的校準棉樣。