基于主因子分析法的新疆長絨棉分類研究

〔新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆奎屯833200〕

一、新疆長絨棉概況

長絨棉纖維細(xì)長柔軟、強(qiáng)力好[1]，長絨棉的市場價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)絨棉價(jià)格。新疆是我國最大的長絨棉生產(chǎn)基地，但長絨棉的單產(chǎn)低且目前新疆長絨棉種植面積急劇減少。自2008年以來，新疆長絨棉的播種面積和總產(chǎn)量一直下滑[2]，導(dǎo)致總產(chǎn)量下降，并且長絨棉在總體質(zhì)量上也有所降低[3]。合理選擇多種原棉搭配使用，充分發(fā)揮不同原棉的特點(diǎn)，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定生產(chǎn)、降低成本目的就顯得非常重要。現(xiàn)在紡織廠大多依據(jù)原棉的品級和長度進(jìn)行配棉，這種配棉方法雖然能達(dá)到紗線質(zhì)量要求，但易造成纖維品質(zhì)的浪費(fèi)，不利于降低成本。為此，對新疆長絨棉的分類研究有助于長絨棉的合理利用與良好發(fā)展。

二、新疆長絨棉HVI原棉指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)

新疆長絨棉的HVI原棉檢測指標(biāo)[4]包括馬克隆值Mic、上半部平均長度Len、棉結(jié)Nep、斷裂比強(qiáng)度Str、長度整齊度指標(biāo)UL、成熟系數(shù)Mat、短纖維率SFI、斷裂伸長率Elong、回潮率Moist、反射率Rd、黃色深度+b、雜質(zhì)數(shù)量TC、雜質(zhì)面積TA、雜質(zhì)級Tr Grade等。

三、主因子分析法

主因子分析法將變量分解得到主因子和特殊因子［5］，將多個(gè)變量綜合為少數(shù)幾個(gè)“因子”，以再現(xiàn)原始變量與“因子”之間的關(guān)系，包括用因子結(jié)構(gòu)反映變量與因子之間的關(guān)系，以及用因子模型以回歸方程的形式將變量表示為因子的線性組合。在因子分析中有兩種選取主因子的方法，第一種是取所有特征值大于1的成分作為主成分；第二種是根據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到的百分比來確定[6]。本文利用第二種方法。主因子分析法主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一是尋求基本結(jié)構(gòu)，簡化觀測系統(tǒng)；二是用于分類[7]，從樣品的相似系數(shù)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，找出幾個(gè)起支配作用的主因素，從而根據(jù)因子的分值在因子軸所構(gòu)成的空間中對變量或者樣本進(jìn)行分類處理。本試驗(yàn)用到的是主因子分析法的分類應(yīng)用。本次實(shí)驗(yàn)使用的是SPSS19.0軟件的因子分析功能。因子分析中常用的主要概念有因子負(fù)荷、公因子方差比和特征值。

在主因子分析中，通常根據(jù)變量的公共因子方差所占方差貢獻(xiàn)最大的原則，依次選出第一主因子、第二主因子等，選取的主因子個(gè)數(shù)k（k＜m），一般由前k個(gè)公共因子所對應(yīng)的特征值之和占全部特征值的累積百分?jǐn)?shù)大于85%確定[8]，即

公中λ為特征值，m為變量數(shù)。

四、試驗(yàn)結(jié)果分析

（一）長絨棉HVI指標(biāo)

取50份新疆長絨棉原棉的HVI指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)馬克隆值Mic、上半部平均長度Len、斷裂比強(qiáng)度Str、長度整齊度UL、成熟系數(shù)Mat、短纖維率SFI、斷裂伸長率Elong、回潮率Moist的8個(gè)性能的指標(biāo)如表1所示。

表1 長絨棉原棉的HVI指標(biāo)

（二）統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS19.0軟件中，得到特征值與累積貢獻(xiàn)率（表2）、主成分矩陣（表3）和成分得分系數(shù)矩陣（表4）。

表2 特征值與累積貢獻(xiàn)率

表3 主成分矩陣

表4 成分得分系數(shù)矩陣

（三）結(jié)果分析

由表1可知，當(dāng)累積貢獻(xiàn)率為87.6%時(shí)，主因子數(shù)為4，即將前4個(gè)特征向量取為主因子。

由表2可知，第一主成分中，馬克隆值Mic、上半部平均長度Len和成熟系數(shù)Mat有較大的負(fù)荷；第二主成分中長度整齊度UL和短纖維率SFI有較大的負(fù)荷；第三主成分中斷裂比強(qiáng)度Str和回潮率Moist有較大的負(fù)荷；第四主成分中斷裂伸長率Elong有較大的負(fù)荷。

由表3可知，第一主因子與馬克隆值Mic、成熟系數(shù)Mat的關(guān)系密切，為此第一因子主要反映了長絨棉纖維的成熟程度；第二主因子與長度整齊度UL、短纖維率SFI的關(guān)系密切，為此第二因子主要反映了長絨棉纖維的長度均勻度；第三主因子與斷裂比強(qiáng)度Str、回潮率Moist關(guān)系密切，為此第三主因子主要反映了長絨棉纖維的強(qiáng)力；第四主因子與上半部平均長度Len、斷裂伸長率Elong關(guān)系密切，為此第四主因子主要反映了長絨棉纖維的伸長率。由于這四個(gè)主因子分別從長絨棉纖維的成熟度、均勻度、強(qiáng)力與彈力4個(gè)方面反映了長絨棉的主要性能，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了87.6%，因此，由這四個(gè)主因子得到的新疆長絨棉分類方法是比較全面和客觀的。

本試驗(yàn)所得最后結(jié)果中因?yàn)榈谝恢饕蜃又械鸟R克隆值Mic，第二主因子中的長度整齊度UL和第四主因子中的上半部平均長度Len都為HVI直接測試結(jié)果，且在第三主因子中回潮率Moist是測試其他指標(biāo)的一個(gè)參考指標(biāo)，而第一主因子中的成熟系數(shù)Mat，第二主因子中的短纖維率SFI和第四主因子中的斷裂伸長率Elong都為測試相關(guān)參數(shù)后的計(jì)算結(jié)果，所以本文所提出的新疆長絨棉的分類方法是由馬克隆值Mic、長度整齊度UL、斷裂比強(qiáng)度Str和上半部平均長度Len來決定，稱之為F值分類（即指標(biāo)測試結(jié)果的范圍作為分類的依據(jù)方法，F(xiàn)為“范圍”的漢語拼音首寫字母）。

根據(jù)馬克隆值Mic、長度整齊度UL、斷裂比強(qiáng)度Str和上半部平均長度Len的取值范圍將收集到的長絨棉試樣編號分類，分類方法見表5。

表5 新疆長絨棉的數(shù)據(jù)編號方法

（四）分類結(jié)果

根據(jù)F值分類方法將收集到的新疆長絨棉試樣分類如表6所示。

表6 F值分類結(jié)果

由分類結(jié)果可知，50份新疆長絨棉試樣分為了F0020、F0110、F0111、F1002、F1011、F1012、F1101（共3組）、F1110（共3組）、F1111（共4組）、F1112、F1120（共7組）、F1121（共5組）、F1122（共3組）、F2010、F2100、F2110（共2 組）、F2111（共5 組）、F2120、F2121（共3組）、F2122（共3組）、F3001、F3110這22個(gè)類別。

F0020、F0110、F0111這3種類別的長絨棉是成熟程度較差，纖維長度、強(qiáng)力與均勻度都相對比較低，這幾類的長絨棉適宜紡中檔普支紗線；F1002、F1011、F1012、F1101、F1110、F1111、F1112、F1120、F1121、F1122這10種類別的長絨棉成熟程度較好，纖維長度、強(qiáng)力與均勻度適中，這10類的長絨棉適宜紡高檔普支紗線；F2012到F2122這幾類長絨棉的成熟度好，纖維長度、強(qiáng)力與均勻度都非常優(yōu)良，這幾種長絨棉適宜紡高檔細(xì)支紗線；F3001和F3110這2類長絨棉成熟程度高，纖維短而粗，但強(qiáng)力較好，適宜紡低檔低支紗線。

五、結(jié)論

通過50組長絨棉HVI數(shù)據(jù)中的8個(gè)指標(biāo)中提取4個(gè)影響長絨棉性能的主要因子，即馬克隆值MIC、長度整齊度UL、斷裂比強(qiáng)度Str和上半部平均長度Len，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了87.6%。綜合反映了長絨棉的基本性能，對分類后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得到了不同分類的長絨棉適宜紡不同檔次的紗線，達(dá)到了主因子法對長絨棉分類的目的，可以作為長絨棉配棉方式的參考。