李孝華，王揚，趙倚天

（1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所，鄭州 450004；2.中國纖維質(zhì)量監(jiān)測中心，北京 100007）

2020年度新疆地區(qū)機采棉比例達到80%，其中，北疆地區(qū)機采棉占北疆總加工量的97%，南疆地區(qū)機采棉比例占南疆總加工量的60%[1]。新疆機采棉采后的加工工藝環(huán)節(jié)主要為籽棉清理（簡稱“籽清”）、皮棉清理（簡稱“皮清”）和軋花；主要通過擊打、抖動、勾拉等方式清理雜質(zhì)，通過鋸片與軋花肋條配合實現(xiàn)棉籽和棉纖維的分離。我國典型的機采棉加工工藝包括4道籽清、1道鋸齒軋花、3道皮清，即4-1-3工藝[2-4]。

新疆機采棉加工工藝中的大多數(shù)工藝是為了清除棉花中的雜質(zhì)，但是會對棉纖維的部分物理指標造成不同程度的影響。如：軋花機加工會造成棉纖維長度和長度整齊度指數(shù)大幅下降，短纖維指數(shù)大幅升高[5]。隨加工工序的進行，雜質(zhì)面積、雜質(zhì)顆粒數(shù)均呈下降趨勢，棉結總數(shù)呈增加趨勢，影響比較大的3個工序分別是軋花、籽清、鋸齒皮清；二道籽清工序對大的雜質(zhì)有很好的清理作用；軋花工序對纖維品質(zhì)影響程度最大，對棉纖維內(nèi)在品質(zhì)的損傷幅度占整個加工過程的40%以上[6]。

本項目組分別于2016年、2017年、2019年在新疆機采棉加工生產(chǎn)線進行了試驗，記錄了加工過程中棉花品質(zhì)變化狀況，分析機采棉加工中的棉花品質(zhì)變化規(guī)律，研究新疆機采棉加工工藝在清理雜質(zhì)的同時，對棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度的影響，為改進新疆機采棉加工工藝提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 取樣對象

2016年、2017年、2019年在新疆機采棉種植區(qū)，選取機采棉加工廠進行試驗，每個廠選取6個棉模，在每個棉模對應生產(chǎn)線上的各環(huán)節(jié)共選取9個取樣點，每個取樣點采集5份樣品，每個機采棉加工廠共計采集270份樣品。試驗地點等信息見表1。

表1 取樣地點及相關信息

1.2 取樣設計

常規(guī)機采棉加工流程需要采用4～6道籽清和3道皮清工序，才能保證皮棉雜質(zhì)含量低于2.5%。為研究每道籽清工藝前后和每道皮清工藝前后的棉花品質(zhì)變化[7-9]，從貨場籽棉到皮棉成包前，設置9個取樣點，即籽棉貨場、傾斜式籽清機后、提凈式籽清機后、二道傾斜式籽清機后、回收式籽清機后、鋸齒軋花機后、氣流皮清機后、一道鋸齒皮清機后、二道鋸齒皮清機后，取樣編號分別記為1～9。

為保證試驗進度和降低樣品運輸壓力，對籽棉樣品采用現(xiàn)場取樣、現(xiàn)場試軋的方式。試軋選用符合GB/T19509－2004《鋸齒衣分試軋機》[10]規(guī)定的試軋機，同一廠區(qū)的樣品使用同一臺試軋機試軋。

1.3 測試項目及方法

1.3.1含雜率測試。為減少測試環(huán)境和不同測試儀器造成的誤差，對所取樣品集中測試，考慮到測試人員的技術穩(wěn)定性，中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所和安徽財經(jīng)大學安排了具有長期檢驗經(jīng)驗的專業(yè)棉花檢驗人員。測試人員嚴格按照GB/T6499-2012《原棉含雜率試驗方法》[11]進行含雜率測試，規(guī)范操作，確保棉花含雜率樣品的代表性，減小操作誤差[12]。

1.3.2HVI測試。該項檢測任務由河北省纖維檢驗局按照GB/T20392-2006《HVI棉纖維物理性能試驗方法》[13]進行測試。測試指標包括棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法與工具

每年檢驗數(shù)據(jù)匯總后，根據(jù)性能指標進行分組，使用Grubbs進行異常值檢測，顯著性水平為0.0 5，排除異常值后再進行統(tǒng)計分析。

由于機采棉加工設備的大部分區(qū)域是密封的，且棉花在加工流水線中流動速度非?？?，導致前道工序所取樣品與后道工序所取樣品無法一一準確對應，數(shù)據(jù)分析時主要選擇樣品屬性的平均值和分布特性，分析機采棉含雜率等整體情況和加工工藝對棉花含雜率的影響；使用皮爾遜相關系數(shù)分析機采棉加工工藝中棉花含雜率與上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度指標之間的關系。使用的主要工具軟件為MS Excel2019和SPSS20.0 。

2 結果與分析

2.1 新疆機采棉加工工藝中棉花含雜率的變化

2016年、2017年、2019年的機采棉加工中含雜率均值隨著加工工藝的變化見圖1。縱觀3年的含雜率數(shù)據(jù)，機采籽棉在未經(jīng)清理加工之前雜質(zhì)含量較高，通過4道籽清機的清理后，棉花含雜率逐漸降低；通過鋸齒軋花機后，部分年份棉花含雜率輕微增加；通過3道皮清機后，棉花的含雜率又逐漸降低。工序9后的棉花打包進入貿(mào)易、紡織環(huán)節(jié)，3年的含雜率平均值為2.1 7%,低于國家標準GB 1103.1 -2012[14]的含雜率標準值（2.5 %）。2019年發(fā)現(xiàn)取樣現(xiàn)場棉花含雜率較高，尤其是棉稈、棉桃較多，導致加工后棉花含雜率仍高于國家含雜率標準值。根據(jù)軋花企業(yè)反映，主要原因是當年首次采用無人機噴施脫葉劑，效果不好，采摘的時候夾雜了大量雜質(zhì)。

圖1 2016年、2017年、2019年機采棉加工工藝中棉花含雜率的變化

2.2 新疆機采棉加工工藝中棉纖維上半部平均長度的變化

3年中，隨著機采棉加工的不斷深入，雖然經(jīng)過部分加工工藝后棉纖維上半部平均長度有所波動，但整體趨向變短（圖2），說明在清理棉花雜質(zhì)時損傷了棉纖維長度。

圖2 2016年、2017年、2019年機采棉加工工藝中棉纖維上半部平均長度的變化

將各工序后棉纖維上半部平均長度均值與含雜率進行雙變量相關性分析，皮爾遜相關系數(shù)為0.5 14，雙側檢驗概率值為0.0 06，說明在機采棉加工工藝中，棉纖維上半部平均長度與含雜率極顯著正相關。

從工作原理上講，相對于皮清設備，籽清設備對棉纖維上半部平均長度損傷?。灰虼?，結合上述研究結果可以考慮增加籽清道次，適當減少皮清道次。

2.3 新疆機采棉加工工藝中棉纖維長度整齊度指數(shù)的變化

3年中，隨著機采棉加工的深入，經(jīng)過部分加工工序后棉纖維長度整齊度指數(shù)有所波動，但整體趨向變低（圖3），說明在清理棉花雜質(zhì)時降低了棉纖維長度整齊度指數(shù)。

圖3 2016年、2017年、2019年機采棉加工工藝中棉纖維長度整齊度指數(shù)的變化

將各工序后的棉纖維長度整齊度指數(shù)均值與含雜率進行雙變量相關性分析，皮爾遜相關系數(shù)為0.8 69，雙側檢驗概率值為0.0 00，說明在機采棉加工工藝中，棉纖維長度整齊度指數(shù)與含雜率極顯著正相關。

2.4 新疆機采棉加工工藝中棉纖維斷裂比強度的變化

3年中，隨著機采棉加工的深入，部分加工工序后棉纖維斷裂比強度有所波動，但整體趨向變低（圖4），說明在清理棉花雜質(zhì)時降低了棉纖維斷裂比強度。

圖4 2016年、2017年、2019年機采棉加工工藝中棉纖維斷裂比強度的變化

將各工序后棉纖維斷裂比強度均值與含雜率進行雙變量相關性分析，皮爾遜相關系數(shù)為0.3 11，雙側檢驗概率值為0.1 14，說明在機采棉加工工藝中，棉纖維斷裂比強度與含雜率無顯著相關性。

3 結論

通過3年對新疆不同地域機采棉加工生產(chǎn)線（4-1-3工藝）上不同工序的棉纖維物理性能變化分析，得出棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度隨加工工序的進行呈降低趨勢。

相關性分析結果顯示：棉花含雜率與棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)呈極顯著正相關，與斷裂比強度相關不顯著。

未來新疆機采棉加工工藝的發(fā)展，要從提高長度和長度整齊度指數(shù)出發(fā)，結合各地機采棉品質(zhì)特征，完善籽清、皮清、軋花等工藝環(huán)節(jié)，適當增加籽清道次，減少皮清道次，持續(xù)改進相關清理設備與軋花設備，提高清理效率，減少棉纖維損傷，保持棉纖維的內(nèi)在品質(zhì)。