新疆機采棉軋花工藝優(yōu)化分析

杜衛(wèi)東，雷嘉昕，馬麗蕓

（1.新疆維吾爾自治區(qū)纖維檢驗局，烏魯木齊 830002；2.東華大學 紡織學院，上海 201620）

0 引言

紡織業(yè)一直是我國的支柱型產(chǎn)業(yè)。從1994年我國成為世界上最大的紡織品出口國以來，紡織品出口額約占世界紡織品出口總量的20%。國內紡織產(chǎn)品原材料價格的上漲，使得國產(chǎn)紡織品在國際市場上的競爭優(yōu)勢大大降低、產(chǎn)品利潤下降，為我國國民經(jīng)濟帶來了嚴重的負面影響。新疆是我國重要的棉花生產(chǎn)基地，機采棉有解決我國紡織品在國際競爭中價格優(yōu)勢下降的潛力。新疆的棉花種植面積大、產(chǎn)量高，約占全國棉花產(chǎn)量的50%，推廣實施機采棉很有必要，新疆正在加快推進棉花機械化收獲步伐。

目前，新疆棉花有幾種不同的軋花工藝，不同的工藝對機械采摘的棉花性能有不同的影響，如長度、含雜率、強度、顏色等級等。本文通過對不同軋花工藝的機械采摘棉性能的比較，根據(jù)后道加工工藝的要求，研究適合的機械采摘棉軋花工藝，從而減小生產(chǎn)成本，提高機械采摘棉的生產(chǎn)利用率，提升機采棉在市場上的競爭優(yōu)勢。

1 試驗及方法

1.1 試驗方案

棉種預選：選取了在南疆廣泛種植的優(yōu)良品種“抗3”。

采摘機械預選：由于堆垛時多數(shù)廠家不對采摘機械進行區(qū)分，因此機械采摘方式歸于統(tǒng)一混合機械類別。

軋花工藝預選：機采棉軋花工藝分為“四清三排”和“四清二排”，并根據(jù)不同軋花機可分為大鋸齒與小鋸齒兩種類型。

1.2 測試方法

取樣：每種棉花準備420個棉包，每個棉包取樣5次，每次取125g，作為1個樣本。每種棉花樣本由兩部分組成；每部分長約260mm、寬約124mm或105mm，兩部分中間卷入標有樣品編號的一維條形碼標簽。每一樣本做多次重復試驗，取平均值。

樣品平衡：測試前棉花樣品必須采用吸濕平衡方式達到標準溫濕度條件下，即（20±2）℃，RH（65±3）%的平衡回潮率不少于24h。樣品回潮率設定為6.5%～8.8%，使用快速棉花水分測定儀對棉樣進行測試，回潮率大于6.5%的樣品需經(jīng)過預烘處理后再進行吸濕平衡。

HVI檢測：測試前參照《HVI大容量棉花纖維測試儀校準規(guī)范（HVI 1000型）》對 HVI進行校準；隨后測試棉花品質指標，分別為：上半部分平均長度、短纖維率、馬克隆值、斷裂強度、斷裂伸長率、反射率、黃色深度及紡紗一致性系數(shù)［1］。

1.3 分析方法

使用統(tǒng)計分析軟件MINITAB，通過單向方差分析法配合圖基雙向多重比較分析得到數(shù)據(jù)，置信度設為95%，比較后顯著水平小于0.05的對比值，具有統(tǒng)計學意義上的顯著區(qū)別。

2 結果與討論

2.1 機采棉軋花工藝對棉花質量的影響分析

表1為抗3品種在大鋸齒工藝下四清三排與四清二排的比較數(shù)據(jù)，表2為同品種在小鋸齒工藝下四清三排與四清二排的比較數(shù)據(jù)，以便分析機采棉軋花工藝對棉花質量的影響。

表1 抗3品種大鋸齒不同加工工藝統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2.1.1 上半部分平均長度

長度是棉纖維的主要物理指標，指纖維伸直時兩端的距離。上半部分平均長度是與美國手扯法測量的手扯長度以及AFIS質量法的上四分位長度一致的［2］。在其他條件一定的情況下，纖維長度越長，其紡紗性能越好。由表1可知四清三排加工方式所得棉花上半部平均長度的均值、中位數(shù)略大。從圖1區(qū)間圖看出，兩者的長度值差異明顯，但均屬同一個長度級。四清三排加工方式所得棉纖維的上半部分平均長度的方差、標準差及變異系數(shù)略大，說明四清三排加工方式所得的數(shù)據(jù)分布離散度和數(shù)據(jù)差異較大。

表2 抗3品種小鋸齒不同加工工藝統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖1 抗3品種機采棉不同軋花工藝的區(qū)間圖（均值置信區(qū)間為95%）

2.1.2 長度整齊度指數(shù)

長度整齊度是平均長度和上半部分平均長度的比值，是對纖維長度分布狀態(tài)的描述、是反映纖維長度分布集中性與離散性的指標［3］，該指標越大對成紗質量及紡紗加工越有利。由圖1及表1得知兩者的長度整齊度均值及中值基本相同，但四清三排加工方式所得棉花的變異系數(shù)、標準差及方差均大于四清二排，即表明其長度整齊度的穩(wěn)定性較差。將表1數(shù)據(jù)按照GB 1103—2007《棉花 細絨棉》進行對照，兩者均屬于同一檔位。

2.1.3 短纖維率

短纖維率對成紗的強力、均勻度、外觀疵點的影響很大。試驗發(fā)現(xiàn)在其他條件不變時，棉纖維短絨率增加對棉紗強力下降有顯著影響［3］。由表1及圖1可得：四清二排加工方式所得的短纖維率高于四清三排，且差異明顯。由國標對短纖維率的規(guī)定，可以看出兩者的短纖維率都屬于高檔位，但由變異系數(shù)、方差及標準差可以看出四清三排加工方式所得棉花的短纖維率離散性很大且不穩(wěn)定。

2.1.4 馬克隆值

馬克隆值是反映棉花線密度和成熟度的綜合指標，馬克隆值過高或過低都會影響棉纖維的品質。細絨棉的馬克隆值共分為3級5檔（國內3.7～4.2檔為優(yōu)質；國際3.5～4.9檔為正常值）。由表1可知：兩者在均值及中位數(shù)上差異不大，都在國標中3.7～4.7檔，均屬于正常值。

2.1.5 斷裂比強度

斷裂比強度是衡量棉纖維強度的指標，纖維斷裂比強度高則后期紡紗生產(chǎn)的成紗強度高；其分為5檔，其中26.0cN／tex～28.9cN／tex為中等。四清三排加工方式所得棉花的該指標均值及中位數(shù)略大于四清二排，變異系數(shù)、方差及標準差大于四清二排，表明四清三排加工方式所得棉花的斷裂比強度分散性大。

2.1.6 反射率

反射率是表示棉纖維反射力大小的數(shù)值。棉纖維表面所能反射的光量和它所接受的光量之比，常用百分率或小數(shù)表示。反射率高，表明棉花纖維成熟較好、色澤好、等級高。由圖2可看出四清二排比四清三排在均值和中位數(shù)上均略大；但四清三排加工方式的差異性大。

圖2 抗3品種機采棉不同軋花工藝區(qū)間圖（均值置信區(qū)間為95%）

2.1.7 黃度

黃度是反映棉花顏色的特征指標，屬逆向指標——黃度值越大，棉花的黃色愈重、質量越差。在黃度值中，四清三排的黃度值大于四清二排，兩者有顯著區(qū)別且四清三排黃度值的離散性大。

2.1.8 紡紗一致性系數(shù)

紡紗一致性系數(shù)是HVI提供一個多重回歸經(jīng)驗性公式，它能反映纖維的可紡性和估算成紗強力。公式涉及測試纖維斷裂比強度、馬克隆值、上半部平均長度、長度整齊度、反射率、黃度6個參數(shù)，其中前4個為主要參數(shù)，影響較大［4］。一般情況下，紡紗一致性系數(shù)值越大，成紗強力和可紡性越好，兩者紡紗一致性系數(shù)均很好。

2.2 機采棉軋花類型對皮棉質量的影響分析

表3、表4分別為抗3品種在四清二排與四清三排工藝下的大小鋸齒軋花類型下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。圖3、圖4為四清二排與四清三排工藝下大小鋸齒軋花工藝類型的區(qū)間圖。

表3 抗3品種在大小鋸齒軋花類型下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表4 抗3品種在大小鋸齒軋花類型下的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2.2.1 上半部分平均長度

由表3可知小鋸齒軋花類型所加工的棉花的上半部分平均長度的均值、中位數(shù)較高，由圖3看出，兩者的長度值差異明顯，但均為同一長度級，兩者的方差、標準差及變異系數(shù)基本相同，表明兩者的數(shù)據(jù)分布離散度和數(shù)據(jù)差異不大。

2.2.2 長度整齊度

大鋸齒類型加工的棉花長度整齊度均值及中值略大，變異系數(shù)、標準差及方差基本相同，即兩種軋花類型的棉花長度整齊度的穩(wěn)定性基本一致。

2.2.3 短纖維率

由表3及圖3可以看出，小鋸齒加工所得棉花的短纖維率低于大鋸齒類型加工的棉花，且差異明顯，由國標對短纖維率的規(guī)定可以看出大鋸齒加工所得的短纖維率屬于最高檔位；但兩者加工所得棉花短纖維率變異系數(shù)、方差及標準差大，可見兩者的短纖維率都不穩(wěn)定。

2.2.4 馬克隆值

由表3可知，兩者的馬克隆值均值及中位數(shù)的差異不大，都在國標規(guī)定的3.7～4.7檔，均屬于正常檔；且兩者的變異系數(shù)等值均不大，即在馬克隆值方面兩者都很穩(wěn)定。

2.2.5 其他

由表3及圖4判斷，在斷裂比強度方面：小鋸齒加工所得的棉花均值及中位數(shù)大于大鋸齒，變異系數(shù)、方差及標準差也略大于大鋸齒；在反射率方面：可看出大鋸齒比小鋸齒加工所得的棉花在均值和中位數(shù)方面大，小鋸齒加工棉花較分散；在黃度值中，小鋸齒加工所得棉花黃度值大于大鋸齒，小鋸齒黃度值的離散性大且兩者有顯著區(qū)別；兩者紡紗一致性均很好，小鋸齒加工方式在紡紗一致性上略好。

圖3 四清二排工藝的大小鋸齒軋花類型的區(qū)間圖（均值置信區(qū)間為95%）

圖4 四清二排工藝下大小鋸齒軋花類型的區(qū)間圖（均值置信區(qū)間為95%）

3 結論

各工藝條件下8個性能指標的優(yōu)勢見表5。

表5 各工藝條件下8個性能指標的優(yōu)勢分析

表5總結歸納了各工藝條件下性能指標的優(yōu)勢，可確定四清二排軋花工藝和小鋸齒軋花類型為加工機采棉最佳軋花工藝配置。當采用小鋸齒軋花類型時，軋花工藝對纖維的損傷小，棉花的各項質量指標更佳。

4 結語

根據(jù)本文相關的采集數(shù)據(jù)顯示，由于地理位置、氣候條件以及人為的客觀條件等多因素限制，導致不同地域有不同的棉花品種、采摘方式及加工方式，因此作機采棉軋花工藝性能對比分析等研究時，只能確定相應品種后進行分析。本文機采棉樣品為常規(guī)機械采摘方式得到，而機械采摘方式對纖維具有不同的損傷，且常規(guī)方式是對棉花進行的一次性大批量采摘，根據(jù)數(shù)據(jù)分析對比可知，其中有部分棉花未成熟或過成熟，因此導致所采集數(shù)據(jù)有一定差異。所以針對這些性能指標的差異問題，在對機采棉推廣過程中，需要綜合考慮棉花品種成熟時期的一致性問題，以及機械采摘過程中由于機械問題對棉花造成損傷。

［1］吳文寧.大容量棉花纖維測試儀HVI應用的探討［J］.江蘇紡織，2010（5）：59－60.

［2］孟俊婷，唐淑榮.HVI棉纖維大容量測試儀檢測指標解析［J］.中國棉花，2006，33（12）：34－36.

［3］于加勇，丁曉娟.棉纖維長度整齊度與成紗質量的關系［J］.棉紡織技術，2004，33（7）：27－29.

［4］申貴芳，李慶珍.HVI Spectrum測試棉花纖維品質綜合比對分析［J］.山東農(nóng)業(yè)科學，2009（3）：115－116.