李孝華，王瑞霞，王揚(yáng)，趙倚天

（1. 中華全國(guó)供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，鄭州 450004；2. 中國(guó)纖維質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，北京 100007）

新疆植棉區(qū)是我國(guó)棉花種植面積最大和產(chǎn)量最高的棉區(qū)[1-2]。 近幾年，我國(guó)棉花加工質(zhì)量整體呈下降趨勢(shì)，尤其是顏色級(jí)指標(biāo)下降明顯[3-4]。 棉花顏色級(jí)是棉纖維外表物理現(xiàn)象的反映，又與棉花的內(nèi)在質(zhì)量有密切聯(lián)系[5]，在一定程度上能反映棉纖維的內(nèi)在品質(zhì)[6-7]。世界上大多數(shù)國(guó)家把顏色級(jí)作為皮棉質(zhì)量指標(biāo)之一[8]。在紡織行業(yè)中，顏色級(jí)不僅影響紗線適紡性，還影響成紗的色澤[9-10]。 加工過(guò)程是影響棉纖維質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也是影響顏色級(jí)的重要環(huán)節(jié)[11]。 王莉等[5]對(duì)新疆不同地區(qū)的細(xì)絨棉品質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)新疆各地棉花品質(zhì)指標(biāo)存在顯著差異，其中南疆、東疆棉纖維顏色級(jí)優(yōu)于北疆。谷國(guó)富[12]對(duì)棉花加工過(guò)程中不同工藝環(huán)節(jié)棉花品質(zhì)變化進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)棉花反射率、黃色深度隨加工進(jìn)程的推進(jìn)而上升。 趙鳳友[13]通過(guò)試驗(yàn)得出加工工藝參數(shù)設(shè)置不排雜或少排雜會(huì)降低顏色級(jí)。萬(wàn)少安等[14]研究了棉花貯存過(guò)程中回潮率對(duì)顏色級(jí)的影響，發(fā)現(xiàn)在高回潮率條件下，反射率與貯存時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，黃色深度與貯存時(shí)間呈正相關(guān)；中低回潮率條件下，反射率、黃色深度變化不明顯。目前棉花加工中針對(duì)顏色級(jí)的研究，主要集中在反映顏色級(jí)的反射率、黃色深度的單項(xiàng)指標(biāo)的整體變化趨勢(shì)上，而新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中各工藝環(huán)節(jié)和同一環(huán)節(jié)不同工序?qū)︻伾?jí)的影響尚不明確。 為此，選取具有代表性的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)機(jī)采棉加工生產(chǎn)線開展試驗(yàn)，研究不同工藝環(huán)節(jié)之間顏色級(jí)與相關(guān)指標(biāo)的變化及各工藝環(huán)節(jié)對(duì)顏色級(jí)變化的影響，為優(yōu)化棉花加工工藝和加工過(guò)程質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與檢測(cè)

2017 年和2019 年棉花加工季節(jié)在我國(guó)主產(chǎn)棉區(qū)新疆，選取具有工藝代表性的機(jī)采棉加工生產(chǎn)線作為試驗(yàn)點(diǎn)。 取樣生產(chǎn)線所在地、設(shè)備配置情況和取樣數(shù)量見(jiàn)表1。 在每條生產(chǎn)線上各工序的前后設(shè)置取樣點(diǎn)，共9 個(gè)，編號(hào)1～9，如圖1 所示。 其中，前5 個(gè)取樣點(diǎn)采集的是籽棉樣，后4 個(gè)取樣點(diǎn)采集的是皮棉樣。 每條生產(chǎn)線選取6 個(gè)棉模，編號(hào)1～6，每個(gè)棉模加工過(guò)程中分別在每個(gè)取樣點(diǎn)等時(shí)間間隔取5 個(gè)棉樣。 但受取樣條件影響，每條生產(chǎn)線取樣數(shù)量有差別，部分取樣點(diǎn)的各時(shí)間間隔實(shí)際取樣數(shù)量為3～4 個(gè)。為滿足棉樣測(cè)試需求，籽棉樣單個(gè)樣品質(zhì)量不低于1 kg，皮棉樣單個(gè)樣品質(zhì)量不低于0.2 kg。 為避免環(huán)境溫濕度、設(shè)備工藝參數(shù)和產(chǎn)量的變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，取樣時(shí)間選擇在每天的下午2：30 到5：30 之間，同一棉模取樣在同一天內(nèi)完成，取樣過(guò)程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)保持不變。

圖1 棉花加工生產(chǎn)線取樣點(diǎn)分布

表1 試驗(yàn)點(diǎn)、設(shè)備配置和取樣情況

對(duì)于籽棉樣品，稱取1 kg，采用XJ114 型鋸齒衣分試軋機(jī)試軋，試軋后收集對(duì)應(yīng)的皮棉。 為減小試驗(yàn)誤差，試軋由同一檢測(cè)人員采用同一臺(tái)設(shè)備完成。試軋后的皮棉和直接取樣的皮棉委托河北省纖維檢驗(yàn)局采用HVI 1000 依據(jù)GB/T 20392－2006《HVI 棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》[15]完成檢測(cè)，每個(gè)棉樣測(cè)試3 次，其中檢測(cè)指標(biāo)包括反射率（Rd）、黃色深度（＋b）和顏色級(jí)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

為更好地分析棉花加工過(guò)程對(duì)顏色級(jí)的影響，按照加工設(shè)備類型將棉花加工過(guò)程分成3 個(gè)工藝環(huán)節(jié)：籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)、軋花環(huán)節(jié)、皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)。1、2、3、4、5 取樣點(diǎn)為籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)，6 取樣點(diǎn)為軋花環(huán)節(jié)，7、8、9 取樣點(diǎn)為皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)。 GB 1103.1－2012[16]中規(guī)定棉花顏色級(jí)指棉花顏色的類型和級(jí)別，類型依據(jù)黃色深度確定，級(jí)別依據(jù)明暗程度確定。依據(jù)棉花黃色深度將棉花劃分為白棉、淡點(diǎn)污棉、淡黃染棉、黃染棉4 種類型；依據(jù)棉花明暗程度將白棉分5 個(gè)級(jí)別，淡點(diǎn)污棉分3個(gè)級(jí)別，淡黃染棉分3 個(gè)級(jí)別，黃染棉分2 個(gè)級(jí)別，共13 個(gè)級(jí)別。儀器檢測(cè)棉花顏色級(jí)過(guò)程中，通常檢測(cè)黃色深度＋b和反射率Rd， 再對(duì)比分級(jí)圖確定棉花顏色級(jí)別。 ＋b和Rd的變化一定程度上反映了顏色級(jí)的變化，但不能直觀體現(xiàn)顏色級(jí)的變化。為此，對(duì)每個(gè)棉花顏色級(jí)別進(jìn)行量化，賦值見(jiàn)表2。

表2 不同級(jí)別棉花顏色級(jí)量化值

使用Microsoft Excel 2010 記錄檢測(cè)得到的指標(biāo)值，按照對(duì)應(yīng)取樣廠編號(hào)、取樣點(diǎn)、棉模序號(hào)、工序號(hào)和取樣序號(hào)分組，采用OriginPro 9.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。 針對(duì)每個(gè)加工廠每個(gè)加工環(huán)節(jié)，采用單因素方差分析法分析取樣點(diǎn)對(duì)Rd、＋b和顏色級(jí)量化值的影響； 計(jì)算各取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Rd、＋b和顏色級(jí)量化值的平均數(shù)，分析其隨著加工過(guò)程推進(jìn)的變化趨勢(shì)。 其中，生產(chǎn)線2 和3 部分取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工過(guò)程中顏色級(jí)的總體變化

針對(duì)每條生產(chǎn)線分別進(jìn)行單因素方差分析，得出取樣點(diǎn)對(duì)Rd、＋b和顏色級(jí)量化值的影響顯著（P＜0.05）。 與谷國(guó)富[12]、趙鳳友[13]、萬(wàn)少安等[14]的研究結(jié)果相同，隨著棉花加工過(guò)程的推進(jìn)，Rd、＋b有波動(dòng)，但整體呈上升趨勢(shì)。 從棉花加工過(guò)程中顏色級(jí)量化值的變化趨勢(shì)（圖2）可以看出，其變化波動(dòng)較大，除生產(chǎn)線3 外，最終的顏色級(jí)相比加工初期向更高級(jí)別發(fā)展。

圖2 棉花加工過(guò)程中顏色級(jí)量化值的變化趨勢(shì)

2.2 預(yù)處理環(huán)節(jié)顏色級(jí)的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線中預(yù)處理環(huán)節(jié)對(duì)Rd的影響均顯著（P＜0.05）。從圖3 可以看出：在生產(chǎn)線2、3、4、5 的預(yù)處理環(huán)節(jié)，Rd隨著加工過(guò)程的推進(jìn)逐漸升高；生產(chǎn)線1 中，取樣點(diǎn)1 到取樣點(diǎn)3 的Rd下降， 取樣3 到取樣點(diǎn)5 的Rd逐漸升高。 考慮部分取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失、加工等因素的影響，隨著預(yù)處理環(huán)節(jié)加工的進(jìn)行，Rd呈逐漸增加趨勢(shì)。

圖3 各生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)反射率（Rd）的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)對(duì)＋b影響的顯著性，其中生產(chǎn)線1 無(wú)顯著影響（F＝1.35，P＞0.05），其余5 條生產(chǎn)線有顯著影響（P＜0.05）。 從圖4 可以看出，在預(yù)處理環(huán)節(jié)多數(shù)生產(chǎn)線＋b會(huì)增加， 但個(gè)別生產(chǎn)線變化趨勢(shì)不明顯。

圖4 各生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)黃色深度（＋b）的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)對(duì)顏色級(jí)量化值的影響均顯著（P＜0.05）。 從圖2 可以看出，在預(yù)處理環(huán)節(jié)顏色級(jí)量化值隨著加工過(guò)程推進(jìn)有波動(dòng)，但總體呈上升趨勢(shì)。

上述分析表明，預(yù)處理環(huán)節(jié)有助于顏色級(jí)的提升，尤其是Rd的增加趨勢(shì)明顯。 預(yù)處理環(huán)節(jié)主要是完成籽棉的清理，隨著加工過(guò)程的推進(jìn)，籽棉含雜率逐漸降低。顏色級(jí)的變化在一定程度上反映了預(yù)處理環(huán)節(jié)籽棉含雜率的變化。

2.3 軋花環(huán)節(jié)顏色級(jí)指標(biāo)的變化趨勢(shì)

軋花前取樣點(diǎn)5 和軋花后取樣點(diǎn)6 的Rd、＋b和顏色級(jí)量化值的平均值見(jiàn)表3。 對(duì)比軋花前后Rd、＋b和顏色級(jí)量化值可知： 軋花后3 條生產(chǎn)線的Rd值降低，3 條生產(chǎn)線的Rd值增加， 不同生產(chǎn)線Rd的變化趨勢(shì)不一致；軋花后5 條生產(chǎn)線的＋b增加；除生產(chǎn)線5 外，其余生產(chǎn)線軋花后的顏色級(jí)量化值均降低。

表3 軋花前后＋b、Rd 和顏色級(jí)量化值對(duì)比

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出，軋花過(guò)程影響顏色級(jí)的主要指標(biāo)是＋b，＋b的增加導(dǎo)致顏色級(jí)變差。 軋花完成纖維與棉籽分離的同時(shí)，會(huì)增加棉結(jié)和帶纖維籽屑，這是顏色級(jí)變差的主要原因。 軋花過(guò)程中顏色級(jí)的變化可在一定程度上反映軋花質(zhì)量，可以為實(shí)際軋花過(guò)程的控制提供數(shù)據(jù)參考。

2.4 皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)顏色級(jí)的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對(duì)Rd的影響均顯著（P＜0.05）。從圖5 可以看出，在該環(huán)節(jié)內(nèi)，隨著加工過(guò)程的推進(jìn)，Rd整體呈增加趨勢(shì)。

圖5 各生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)反射率（Rd）的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對(duì)＋b影響的顯著性， 其中生產(chǎn)線2（F＝1.86，P＞0.05）、生產(chǎn)線3（F＝1.90，P＞0.05）、生產(chǎn)線4（F＝1.65，P＞0.05）影響不顯著，其余3 條生產(chǎn)線影響顯著（P＜0.05）。 從圖6 可以看出，除生產(chǎn)線5 外，＋b在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)沒(méi)有明顯的增加或降低。

圖6 各生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)黃色深度（＋b）的變化趨勢(shì)

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對(duì)顏色級(jí)量化值影響的顯著性，其中生產(chǎn)線1（F＝0.68，P＞0.05）、生產(chǎn)線2（F＝0.10，P＞0.05） 影響不顯著， 其余4 條生產(chǎn)線影響顯著（P＜0.05）。 從圖2 可以看出，不同生產(chǎn)線顏色級(jí)量化值在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)的變化趨勢(shì)不一致，且多數(shù)生產(chǎn)線最終的顏色級(jí)量化值與該環(huán)節(jié)初始時(shí)相比增加或降低的幅度不大。

上述分析表明：不同生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對(duì)棉花顏色級(jí)的影響不一致；現(xiàn)有皮棉清理工藝中，氣流皮棉清理和一道鋸齒皮棉清理對(duì)顏色級(jí)的變化影響較大，尤其是有助于Rd的增加，但是二道鋸齒皮棉清理對(duì)顏色級(jí)產(chǎn)生負(fù)面效果，導(dǎo)致皮棉清理環(huán)節(jié)對(duì)顏色級(jí)整體影響較小。初步分析是因?yàn)楹s率較低時(shí)，二道鋸齒皮棉清理不僅沒(méi)有清除雜質(zhì)，還產(chǎn)生新的短纖維、棉結(jié)、索絲等，導(dǎo)致棉花顏色級(jí)降低。

3 結(jié)論

棉花加工過(guò)程對(duì)Rd、＋b指標(biāo)和顏色級(jí)具有顯著影響； 隨著加工過(guò)程的推進(jìn)，Rd、＋b出現(xiàn)波動(dòng)，總體呈上升趨勢(shì)，有助于顏色級(jí)的提升。在預(yù)處理環(huán)節(jié)， 隨著加工過(guò)程推進(jìn)，Rd逐漸增加，＋b呈波動(dòng)或上升趨勢(shì)，顏色級(jí)提高；在軋花環(huán)節(jié)，Rd變化趨勢(shì)不一致，＋b增加， 絕大多數(shù)生產(chǎn)線的顏色級(jí)降低；在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)，隨著加工過(guò)程推進(jìn)，Rd逐漸增加，大多數(shù)生產(chǎn)線＋b和顏色級(jí)沒(méi)有明顯的上升或下降。 總體上看，籽棉清理有助于顏色級(jí)的提升，軋花會(huì)導(dǎo)致顏色級(jí)的降低，氣流皮棉清理、 一道鋸齒皮棉清理對(duì)顏色級(jí)尤其是＋b有利，二道鋸齒皮棉清理對(duì)顏色級(jí)有負(fù)面影響。 但是不同生產(chǎn)線、不同棉花品種、不同棉花初始含雜率對(duì)棉花加工環(huán)節(jié)的顏色級(jí)都有不同程度的影響，在生產(chǎn)中應(yīng)該結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析。