梁后軍++++謝睿++++周萬懷++++劉從九++++徐守東+++李浩+++常郝

摘要

本文研究了機采棉加工過程中棉纖維長度、短纖維含量隨加工工序的變化情況。棉花加工過程的主要作用是分離皮棉與棉籽及清理雜質(zhì)。清理雜質(zhì)可提升皮棉的品質(zhì)，提高棉花定級、定價；但雜質(zhì)清理過程也會造成棉花纖維損傷、棉纖維平均長度下降、短纖維比重升高等。本研究以新疆地區(qū)機采棉為研究對象，選用當前主流的鋸齒加工設備，在每道工序前后設置取樣點，以HVI1000檢測每道工序前后的纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)這3個重要指標。研究結(jié)果表明，現(xiàn)行鋸齒加工系統(tǒng)對纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)的絕對值或相對值影響不大，但從統(tǒng)計學角度看變化顯著。

關(guān)鍵詞：機采棉；棉纖維長度；長度整齊度；短纖維指數(shù)；HVI1000

1 引言

新疆是我國重要的棉花生產(chǎn)基地，整個新疆棉花年產(chǎn)量約占全國棉花產(chǎn)量的60%[1]，因此新疆棉花的種植與加工對我國棉花產(chǎn)業(yè)有舉足輕重的影響。當前新疆地區(qū)棉花加工廠生產(chǎn)出的皮棉雖然能在數(shù)量和質(zhì)量上基本滿足紡織行業(yè)的需求，但仍存在一些不足[2]。例如，現(xiàn)有的棉花加工系統(tǒng)所有參數(shù)都是事先設定好的，不能隨籽棉的含雜率、回潮率、喂花量等指標的改變而動態(tài)、智能地改變，已有多項研究表明含雜率、回潮率的高低對皮棉的品質(zhì)有顯著影響，因而有必要設計更加靈活、智能的皮棉加工系統(tǒng)；另一方面，軋花廠為追求高產(chǎn)出率、提高棉花的顏色級而過度清理，導致所軋制出的皮棉纖維產(chǎn)生一定程度的機械損傷，纖維平均長度偏短、短纖維指數(shù)偏高，降低了棉花的使用價值。

高檔紡織品需要高質(zhì)量的紗線，紡優(yōu)質(zhì)紗線需選用棉纖維等級、長度、單纖維強度和短絨指數(shù)等指標較好的優(yōu)質(zhì)原棉。原棉的各項技術(shù)指標除受品種、產(chǎn)地及存儲過程不同的影響外，還與軋花、清雜的加工系統(tǒng)有很大關(guān)系。因此，研究原棉的各項關(guān)鍵指標與加工工藝過程的關(guān)系，進而改進加工過程、提升棉纖維的品質(zhì)越來越重要和迫切。

為此，本文從南疆和北疆各選兩個軋花廠為試驗場地，以機采棉加工為研究對象，對機采棉加工全過程中各個環(huán)節(jié)棉纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)的變化趨勢進行專項研究。取得的成果，將在一定程度上對我國機采棉加工工藝的改進及智能化起到促進作用，對規(guī)范機采棉加工工藝和設備配置、提升機采棉加工品質(zhì)，具有重要的參考意義。

2 材料與方法

2.1 試驗樣品

經(jīng)前期調(diào)研和分析，結(jié)合我國目前機采棉加工主流機型及工藝流程，基于地理位置（地域涵蓋南北疆）、加工設備完整性（四道籽清、三道皮清）和代表性等因素，確定在新疆機采棉種植區(qū)域選取4個設備齊全、加工工藝能代表我國機采棉加工總體水平的機采棉加工廠（南疆和北疆各兩個）作為取樣單位。其中，南疆選擇了新疆生產(chǎn)建設兵團第一師（阿拉爾）13團棉花加工廠、第二師（庫爾勒）29團棉花加工廠，北疆選擇了第七師（奎屯）125團棉花加工廠、第八師（石河子）149團棉花加工廠。每個取樣點選擇一個生產(chǎn)工藝最為完備的加工廠，每個加工廠選取5個棉模；分別在生產(chǎn)線上設置9個取樣點，每個棉模對應的每個取樣點重復取樣6次；每個廠區(qū)總計樣品量270個。

2.2 試驗儀器

瑞士烏斯特公司（Uster Technologies）生產(chǎn)的大容量棉花纖維檢測儀（High Volume Instrument，HVI1000）。HVI1000是全球公認的棉花分級統(tǒng)一標準檢測儀器[3，4]，每個樣品平均測試用時≤1min，檢測指標多達17項，工作溫度（20±2）℃，工作濕度（65±3）%。HVI測試法的基本原理是利用光學纖維照影對纖維長度進行判定。光學模塊根據(jù)纖維光通量的變化，通過數(shù)學推導，獲得比較精確的照影儀曲線，從而計算出纖維的長度指標。

2.3 測試

對于籽棉樣品，首先對其進行試軋，保留試軋雜質(zhì)、棉籽和皮棉；對所抽取的籽棉樣品均進行現(xiàn)場試軋，每份樣品試軋1kg。試軋機選用符合國家標準規(guī)定且通過纖維檢驗機構(gòu)當年檢定的鋸齒衣分試軋機，同一廠區(qū)的籽棉樣品使用同一臺試軋機試軋。對于皮棉樣品，供HVI檢測分析的樣品為100g。樣品稱量采用HZY-B（美國華志）高精度天平，量程3200g、精度0.01g。主要檢測指標是纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)。

2.4 差異分析

數(shù)據(jù)分析主要采用盒圖和t檢驗法。盒圖直觀、清晰，t檢驗法從統(tǒng)計學原理上判斷兩組數(shù)據(jù)的準確的、量化的差異，二者相互補充。

2.4.1 盒圖

盒圖是美國統(tǒng)計學家約翰·圖基（John Tukey）在1977年由發(fā)明的，由最小值、下四分位數(shù)（Q1）、中位數(shù)、上四分位數(shù)（Q3）及最大值5個數(shù)值點組成。也可以往盒圖里面加入平均值。本文中，盒圖中的平均值用藍色菱形表示，菱形的中心所對應的值就是平均值。由于現(xiàn)實數(shù)據(jù)中總是存在各式各樣的“臟數(shù)據(jù)”（異常數(shù)據(jù)），為了不因這些少數(shù)的離群數(shù)據(jù)導致整體特征的偏移，這些離群點被單獨繪出（本文中用“+”表示）。上四分位數(shù)Q3與下四分位數(shù)Q1之間的距離：Q3-Q1記為IQR，稱為四分位間距，若數(shù)據(jù)小于Q1-1.5×IQR或大于Q3+1.5×IQR，就認為它是疑似異常值。

2.4.2 t檢驗

t檢驗主要用于樣本含量較小、總體標準差σ未知的正態(tài)分布，是用t分布理論來推論差異發(fā)生的概率，從而比較兩個平均數(shù)的差異是否顯著。檢驗結(jié)果中的關(guān)鍵指標是P值，P>a（顯著性水平）表明兩組數(shù)據(jù)無顯著差異，反之差異顯著。本文使用t檢驗分析加工前后棉纖維的長度、整齊度及短纖維指數(shù)是否發(fā)生了統(tǒng)計學意義上的顯著變化。

3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析包括使用盒圖直觀展示3種指標隨加工工序的變化趨勢以及使用t檢驗分析加工前后各指標是否發(fā)生了顯著變化。

3.1 纖維長度

圖1是4個加工廠纖維長度與加工工序之間的關(guān)系。盒圖上下的“+”號表示異常數(shù)據(jù)，盒體（矩形框）中的菱形表示均值，橫線表示中位數(shù)，由于一批數(shù)據(jù)的均值與中位數(shù)一般相差不大，因此二者離得很近。由圖1可見，4個加工廠的纖維長度基本在28mm～30mm內(nèi)，各加工廠棉纖維長度隨著加工工序的不斷推進總體呈遞減趨勢，最后一道工序時的纖維長度均低于第一道工序時的長度，說明加工過程對棉纖維長度的確有影響。但是從圖中也可以看出棉纖維長度并不是隨加工工序穩(wěn)步減少的，中間存在波動，這主要是由于：棉花加工系統(tǒng)中，棉花在管道中不停流動，下一道工序采集到的樣本并不是與上一道樣本嚴格對應的，也很難做到嚴格一一對應；雖然HVI是公認的棉花分級統(tǒng)一標準檢測儀器，但在檢測纖維長度方面還存在不足，測試數(shù)據(jù)有一定波動性[5]。endprint

表1是對第一道工序和最后一道工序進行t檢驗的結(jié)果，從統(tǒng)計學上檢測加工前后纖維平均長度是否發(fā)生了顯著變化，顯著性水平a=0.05。從表1中可以看出，雖然加工前后纖維平均長度變化的絕對值小于0.8mm，但統(tǒng)計學檢驗結(jié)果顯示加工前后纖維平均長度發(fā)生了顯著變化。

3.2 長度整齊度

長度整齊度是對棉纖維長度分布狀態(tài)的描述，是反映棉纖維長度分布的集中性與離散性的指標。整齊度好，棉纖維長度分布比較集中，短絨含量少，對紡紗生產(chǎn)和成紗質(zhì)量有利。

由上式可見，長度整齊度是一個無量綱的數(shù)。式中，平均長度是指在照影曲線圖中，從纖維數(shù)量100%處做照影曲線的切線，切線與長度坐標軸相交點所顯示的長度；上半部平均長度指試驗棉束中從最長纖維起至占全部纖維重量1/2處的纖維長度。

由圖2可見，4個加工廠各工序?qū)睦w維長度整齊度基本在區(qū)間[82-85]內(nèi)，各加工廠棉纖維的長度整齊度隨著加工工序的不斷推進總體呈遞減趨勢，最后一道工序時的纖維長度整齊度均低于第一道工序時的長度整齊度，說明加工過程對棉纖維長度整齊度有一定影響。但是從圖中也可以看出棉纖維長度整齊度并不是隨加工工序穩(wěn)步減少的，中間也存在波動。

表2是對第一道工序和最后一道工序時長度整齊度進行t檢驗的結(jié)果，從統(tǒng)計學上檢測加工前后纖維平均長度整齊度是否發(fā)生了顯著變化，顯著性水平a=0.05。從表2中可以看出，雖然加工前后纖維平均長度整齊度變化的絕對值小于1.2，但統(tǒng)計學檢驗結(jié)果顯示加工前后纖維平均長度整齊度發(fā)生了顯著變化。

3.3 短纖維指數(shù)

短纖維指數(shù)（SFI）是指HVI大容量測試儀測試棉纖維長度時，小于12.7mm或16.5mm纖維根數(shù)（或重量）占纖維總根數(shù)（或重量）的百分率，因此短纖維指數(shù)也是一個無量綱的指標。在我國，短纖維一般是指長度16mm以下的纖維。短纖維指數(shù)與長度整齊度緊密相關(guān)，常作為反映棉纖維長度整齊度狀況的參考指標之一。

由圖3可見，4個加工廠各工序?qū)亩汤w維指數(shù)基本在區(qū)間[11-16]內(nèi)，各加工廠棉纖維的短纖維指數(shù)隨著加工工序的不斷推進總體呈上升趨勢，最后一道工序時的短纖維指數(shù)均高于第一道工序時的短纖維指數(shù)，說明加工過程的確會造成短纖維數(shù)量增加。但是從圖中也可以看出短纖維指數(shù)并不是隨加工工序穩(wěn)步增加的，中間也存在波動，其原因與3.1節(jié)中棉纖維長度隨加工工序波動的情況類似。

表3是對第一道工序和最后一道工序時短纖維指數(shù)進行t檢驗的結(jié)果，從統(tǒng)計學上檢測加工前后短纖維指數(shù)是否發(fā)生了顯著變化，顯著性水平a=0.05。從表3中可以看出，雖然加工前后纖維平均短纖維指數(shù)變化的絕對值小于3，但統(tǒng)計學檢驗結(jié)果顯示加工前后纖維平均短纖維指數(shù)發(fā)生了顯著變化。

4 結(jié)論

本文重點研究了加工過程對纖維長度及其關(guān)聯(lián)指標的影響。采用HVI1000檢測了纖維長度及與其緊密相關(guān)的長度整齊度、短纖維指數(shù)兩項指標隨加工工序的變化情況。盒圖分析結(jié)果顯示纖維長度及長度整齊度隨加工工序的推進整體呈下降趨勢，短纖維指數(shù)呈上升趨勢；統(tǒng)計學t檢驗顯示加工前與加工后纖維長度、長度整齊度及短纖維指數(shù)均發(fā)生了顯著變化。該研究可為我國棉花加工工藝的改進和優(yōu)化提供一定的理論參考和數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻：

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（作者單位：梁后軍、謝睿、周萬懷、李浩、常郝，安徽財經(jīng)大學；劉從九、徐守東，安徽財經(jīng)大學棉花工程研究所）endprint