CC BY
173
УДК 637.623
МЕТОДЫ И ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТОНИНЫ ШЕРСТИ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ
Н.К. Тимошенко, Н. Т. Разгонов,
ГНУ Ставропольский НИИЖК,
Невинномысский филиал ЗПОШ Одним из основных технологических показателей шерсти является её тонина (в отечественной терминологии) или средний диаметр (в международной практике). Тонина шерсти является определяющим свойством её технологической ценности, точнее, прядильной способности и важной характеристикой для породной группы овец. Поэтому этот показатель шерсти положен в основу стандартов на методы испытаний шерсти, разработанные во многих странах мира, занимающихся овцеводством.
Тонина (средний диаметр) шерсти - это среднее значение линейных размеров поперечных сечений выборки шерстяных волокон, испытанных стандартными методами. Названный показатель измеряют в микрометрах (1мкм = 1 10 - 6 м). Интервал варьированной тонины для овечьей шерсти находится в диапазоне от 5 - 7 до 30 мкм (пуховые волокна), от 30 до 52 мкм (переходные волокна) и от 52 и более 75 мкм (ость). К методам инструментальной оценки среднего диаметра шерсти относятся оптические методы (проекционный микроскоп, Laserscan, OFDA) и методы воздушного потока ^г^^ - постоянный поток, постоянное давление), которые широко применяются в международной практике. На основании круговых лабораторных испытаний, проводимых Международной ассоциацией лабораторий по шерстяному текстилю (Interwoollabs), общепринята достоверность измерения среднего диаметра для каждого названного метода, которая представлена в таблице 1.
Таблица 1. - Погрешность измерения тонины (среднего
диаметра) шерсти используемых на практике методов оценки
Погрешность методов ( Р=0,95)
Наименование метода 22,0 мкм 37,0 мкм
ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ:
Микроскоп ±0,90 ±1,15
ОРйА ±0,36 ±0,65
LASERSCAN ±0,32 0,70
МЕТОД ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
AIR-FLOW (постоянное давление) ±0,45 ±0,90
AIR-FLOW (постоянный поток) ±0,45 ±0,90
В отечественной практике широко применяется оптический метод с использованием микроскопа (Lanametr), ГОСТ 17514-93 и гораздо реже метод воздушного потока по причине отсутствия соответствующих приборов в лабораториях научных институтов и
производств шерстяной отрасли. В производственной лаборатории Тюменского ТСК (А/О КРОСНО) успешно применяется оптический метод с использованием единственного в России прибора OFDA. Использование данного прибора позволяет производственникам оперативно определять средний диаметр, среднеквадратическое отклонение и получить наглядную картину в виде гистограммы распределения волокон шерсти в зависимости от их диаметров в испытуемой партии шерсти, рис.1.
Несмотря на сравнительно большой выбор методов измерений среднего диаметра волокон шерсти за рубежом, оптический метод с использованием микроскопа (IWTO - 28-93) является эталонным, по результатам испытаний которого осуществляется калибровка всех остальных методов. По технической сути, оптические методы оценки тонины шерсти по ГОСТ 17514-93 «Шерсть натуральная. Методы определения тонины» и по IWTO 8-89 «Методика определения параметров распределения диаметра волокна и содержание волокон с сердцевинным слоем в шерсти и других волокнах животного происхождения при помощи проекционного микроскопа» повторяют друг друга. Однако алгоритм обработки результатов измерения тонины по ГОСТ 17514-93 и среднего диаметра волокон шерсти по IWTO 8-93 имеет различия, что не отражается на конечных показателях результатов испытаний при условии правильного считывания экспериментальных данных. Различия в алгоритме обработки результатов измерения тонины и среднего диаметра волокон шерсти по российскому и международному стандартам представлены в таблицах 2 и 3.
Рис 1. Распределение волокон мытой шерсти по их тонине, определяемой оптическим методом на приборе ОРРЛ.
Таблица 2. - Обработка результатов измерения тонины
однородной шерсти по ГОСТ 17514 -93
Класс тонины в Число волокон в классе Расчетные
делении шкалы величины
прибора
5 - 6 26 2 Г 27 27 271
6 - 7 58 8 в1! 90 17
7 - 8 92 0 63 186 * в2!
8 - 9 124 18 96 0 0
о - со 96 12 Х^133< 381 ^ 0
10 - 11 75 8 111 170 X 0
11 - 12 31 2 85 85 325
12 - 13 38 0 36 49 155
13 - 14 5 1 а1Е 39 10 70
14 - 15 1 0 6 4 21
15 - 16 1 0 1 3 а2І
16 - 17 0 0 1 2 11
17 - 18 2 0 0 2 7
2 4
2
I =600
8 + 9
а1 = 606; а2 = 595; в1 = 303; в2 =144; S = а1 - в1 = 303; А =------------= 8,5
2
М ср. =( 8,5 + 1303/600) ■ 2 = 18,0 мкм; а = 3,78 мкм; ^% = 21% Таблица 3. - Обработка результатов измерения тонины однородной шерсти по стандарту 8-89_____________________
Нижняя граница класса тонины Число волокон в классе (П Расчетн ые вел Рс1 ичины Fd2
диаметр d (мкм)
5 27 11 297 3627
6 63 13 819 10647
7 96 15 1440 21600
8 133 17 2261 38437
9 111 19 2109 40071
10 85 21 1785 37485
11 36 23 828 19044
12 39 25 975 24375
13 — 6 27 162 4374
14 - 1 29 29 841
15 - 1 31 31 961
16 0 33 0 0
17 -- 2 35 70 2450
Сумма 600 10806 230274
= 19,60.
На наш взгляд, регистрация экспериментальных данных и обработка результатов в соответствии с IWTO 8 - 89 несколько проще. Недостатком названных методик является их высокая трудоёмкость и большие затраты времени на испытания. Поэтому оптический метод с использованием микроскопа для определения показателей тонины шерсти в шерстепроизводящих хозяйствах, как правило, не работает, да и в промышленности он используется достаточно редко.
Способ определения среднего диаметра волокон шерсти методом воздушного потока в отечественной практике также не получил повсеместного применения по причине отсутствия отечественных приборов типа ТШВ и высокой стоимости зарубежных приборов типа Air-Flow.
Лабораторные пробы для измерения среднего диаметра волокон
Л = 2РЛ / 2Р = 10806/600=18,01 мкм;
^ =
їїс!2 -[(2 ^)г/
2 р -1
шерсти являются частью бурового образца и проходят процедуры промывки и сушки до постоянно сухой массы (п.с.м.) - для немытой шерсти и лишь сушку до п.с.м. - для мытой шерсти. Очищенные лабораторные пробы перед испытанием должны выдерживаться не менее восьми часов в стандартных климатических условиях. В этом есть необходимость, о чём свидетельствуют результаты измерения среднего диаметра шерсти методом воздушного потока при отклонениях влажности и температуры от их стандартных значений (табл. 4).
Таблица 4. - Влияние климатических условий* на результаты измерения среднего диаметра шерсти с использованием метода воздушного потока (Air-Flow)
Стандартные параметры среднего диаметра волокон шерсти при нормальных климатических условиях (М =65%, t =2 0 С) , мкм Средний диаметр при условиях, отличных от нормальных климатических условий для шерстяного волокна
относительная влажность, W =75(%),t =20ОС температура, t =15°С, W =6б,0(%), град.
18,0 17,8 17,8
25,0 24,7 24,8
32,0 31,6 31,8
* -атмосферное давление при испытаниях тонины волокон шерсти = 760 мм. рт. ст.
В рамках проекта с Российским Федеральным Ядерным Центром (Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, г. Саров) по исходным требованиям на проектирование изготовления прибора СНИИЖК (бывшего НИИЗПОШ) в 2002-2004 гг. был создан макет прибора, включающий в себя координатный столик для перемещения образца с шерстью, оптическую систему для его освещения и перестроения изображения волокон, камеру с цифровым интерфейсом и персональный компьютер для управления прибором и обработки полученных результатов. Управление работой прибора и обработка полученных результатов осуществляется с помощью специально разработанной программы Fiber Scan. Измерения параметров тестовых образцов шерсти, проведенные с помощью разработанного макета прибора, показали, что он способен обеспечить точность измерения параметров шерсти в диапазоне 16,0-37,0мкм порядка одного (1) мкм.
На рисунке 2 представлен пример одного кадра с волокнами, снятого с помощью цифровой камеры. С помощью программы обработки кадра из него извлекается информация о количестве, длине и толщине всех
отрезков волокон, где можно провести измерение толщины с точностью порядка 1 мкм. На пересечениях или в местах слипания, или в местах
расположения крупных частиц загрязнений
измерения не
производятся.
Рис. 2. Фотография шерстяных волокон, снятых с помощью CCD камеры.
Таким образом, для
каждого пригодного для
измерения отрезка волокна определяется длина этого отрезка и его диаметр с точностью 1 мкм. Эта
информация накапливается по всем отрезкам волокон в кадре и по всем кадрам при сканировании всего слайда. После этого вычисляется средний диаметр в образце шерсти, среднеквадратическое отклонение от среднего и строится гистограмма - распределение волокон по диаметрам в измеренном образце (рис.3).
Особенность разработанного алгоритма вычисления заключается в его высокой производительности - обработка изображений производится в промежутке времени между получением очередных кадров.
Калибровка прибора осуществлялась с помощью образцовой миры с ценой деления в 10 мкм.
На рисунке 3 приведен пример результатов измерений для образца шерсти сорта 70К. Значения, полученные с помощью разработанного прибора, укладываются в диапазон значений для этого сорта и являются воспроизводимыми (т.е. в пределах полученной достоверности результаты измерений повторяются для разных выборок из одного образца).
50
с! 50
Рис. 3. Гистограмма распределения волокон шерсти по диаметру для образца сорта 70К (диапазон значений по ГОСТу - d = 18.1 -
20.5; ст < 4.5ц,).
Измеренные значения: d = 20.3 ц а = 4.4 ц.
Аппроксимация Гауссовым распределением: d = 19.5 ц а = 4.5 ц.
Таким образом, в ходе выполнения данного проекта был разработан и создан макет оптико-электронного прибора для измерения основных параметров шерсти с точностью, достаточной для определения тонины (среднего диаметра) сорта шерсти. Для практической реализации данной научно-технической разработки нужны заказчик и соответствующее финансирование.
