■ 劉 洋 李孝華

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

2020年全國(guó)棉花總產(chǎn)量591.0萬(wàn)t，比2019年增加2.1萬(wàn)t，增長(zhǎng)了0.4%。其中新疆總產(chǎn)量516.1萬(wàn)t，占全國(guó)總量的87.3%［1］。2020年度新疆地區(qū)機(jī)采棉的比例達(dá)到了80%，基本擺脫了對(duì)人工采摘的依賴。2020/2021棉花年度，新疆地區(qū)棉花加工企業(yè)產(chǎn)能過(guò)大，質(zhì)量大幅度下滑，根據(jù)中國(guó)纖維質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年度新疆的棉花質(zhì)量與2019年度同期相比，出現(xiàn)整體下降的情況，全疆顏色級(jí)（11+21+31+12的所占比例）下降4.24個(gè)百分點(diǎn)［2］。如何提高棉花加工質(zhì)量，是當(dāng)前新疆機(jī)采棉加工需要面對(duì)的重要問(wèn)題，而棉花加工過(guò)程中的回潮率是影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

從棉花加工的全過(guò)程來(lái)看，付軋籽棉的回潮率高低是影響整個(gè)棉花加工工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性和最終加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。當(dāng)籽棉回潮率過(guò)高時(shí)，棉纖維易成團(tuán)狀，既影響風(fēng)力輸送，又影響棉卷轉(zhuǎn)動(dòng)，造成清雜效率低下，使軋花過(guò)程無(wú)法順利進(jìn)行。當(dāng)籽棉回潮率偏低時(shí)，容易在加工過(guò)程中損傷棉纖維，造成皮棉中的短纖維含量增加，還容易使棉纖維積累靜電，導(dǎo)致軋花過(guò)程不能正常進(jìn)行［3］。原棉回潮率的高低，不僅影響棉纖維的重量和性能，而且與棉花的收購(gòu)、加工、儲(chǔ)運(yùn)及紡織使用等都有密切的關(guān)系。

項(xiàng)目組于2017年在新疆兵團(tuán)和地方的多條機(jī)采棉加工生產(chǎn)線上進(jìn)行了試驗(yàn)，記錄了加工過(guò)程中籽棉回潮率和棉花品質(zhì)的變化，進(jìn)而分析籽棉回潮率對(duì)皮棉的上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度、短纖維指數(shù)等指標(biāo)的影響，以期為進(jìn)一步提高新疆機(jī)采棉的加工質(zhì)量提供參考。

一、材料與方法

（一）取樣設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在我國(guó)棉花主產(chǎn)區(qū)新疆地區(qū)選擇中華棉花集團(tuán)瑪納斯棉業(yè)有限公司和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師29團(tuán)加工廠為試驗(yàn)對(duì)象，每個(gè)加工廠選取1條機(jī)采棉生產(chǎn)線，圍繞籽棉從清理到加工完成這一完整加工過(guò)程，在每個(gè)軋花廠選定4個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)取樣，即籽棉垛、軋花前、皮棉清理前、打包前4個(gè)取樣點(diǎn)，實(shí)際抽取樣品279個(gè)，每個(gè)樣品進(jìn)行3次品質(zhì)檢驗(yàn)，共得出數(shù)據(jù)837組。

試驗(yàn)方法和測(cè)試條件均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。現(xiàn)場(chǎng)取樣，在同一生產(chǎn)線上抽取的籽棉樣品統(tǒng)一試軋，集中測(cè)試籽棉和皮棉回潮率。所有樣品由專人負(fù)責(zé)登記、編碼、郵寄、保管，做到科學(xué)管理。

為了確保樣品采集的客觀性、準(zhǔn)確性和權(quán)威性，項(xiàng)目組邀請(qǐng)兩家加工企業(yè)屬地的昌吉回族自治州和巴音郭楞蒙古自治州纖維檢驗(yàn)所安排技術(shù)人員全程參加現(xiàn)場(chǎng)取樣和檢測(cè)，為研究回潮率與棉花品質(zhì)的關(guān)系提供技術(shù)支持。

二、測(cè)試方法

（一）測(cè)試依據(jù)

回潮率檢測(cè)依據(jù)GB/T 6102.2—2012《原棉回潮率試驗(yàn)方法電阻法》。棉花上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度、反射率、黃度的測(cè)試按照GB/T 20392—2006《HVI 棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行。

（二）測(cè)試

1.試軋。

為了既保證實(shí)驗(yàn)進(jìn)度又降低樣品的運(yùn)輸壓力，項(xiàng)目組采用現(xiàn)場(chǎng)取樣現(xiàn)場(chǎng)試軋的方式。試軋選用符合GB/T 19509—2004《鋸齒衣分試軋機(jī)》規(guī)定且經(jīng)過(guò)檢定的試軋機(jī)，同一廠區(qū)的樣品使用同一臺(tái)試軋機(jī)試軋。

2.回潮率測(cè)試。

為了減少測(cè)試環(huán)境和測(cè)試儀器的誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響，試驗(yàn)對(duì)所取樣品采用電阻法在加工廠現(xiàn)場(chǎng)集中測(cè)試，使用的測(cè)試儀器為XJ130原棉回潮率測(cè)試儀。

3.品質(zhì)測(cè)試。

按照GB/T 20392—2006《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，1份樣品進(jìn)行3次測(cè)試。測(cè)試指標(biāo)包括馬克隆值、反射率、黃度、長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、短纖維指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等指標(biāo)。重點(diǎn)分析長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、短纖維指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、反射率、黃度等指標(biāo)。該項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心完成。

三、數(shù)據(jù)與分析

（一）方法與工具

檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總后，根據(jù)性能指標(biāo)進(jìn)行分組，使用Grubbs進(jìn)行異常值檢測(cè)，顯著性水平為0.05，排除異常值后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

數(shù)據(jù)分析時(shí)主要通過(guò)樣品屬性的平均值、分布特性來(lái)分析新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中籽棉垛、軋花前、皮棉清理前、打包前等位置的回潮率對(duì)棉花加工質(zhì)量的影響；使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花回潮率與上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、反射率、黃度之間的關(guān)系。使用的工具軟件主要為Microsoft Excel 2019和SPSS 20.0。

（二）數(shù)據(jù)與分析

1.試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體水平統(tǒng)計(jì)。

對(duì)應(yīng)樣品共取得數(shù)據(jù)837組，棉花回潮率、上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度、反射率、黃度等指標(biāo)的數(shù)量、極小值、極大值、均值、標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2.棉花加工過(guò)程中回潮率與上半部平均長(zhǎng)度的關(guān)系分析。

棉花加工過(guò)程中的回潮率與上半部平均長(zhǎng)度散點(diǎn)圖如圖1所示。從圖中可以看到，上半部平均長(zhǎng)度并未隨回潮率的增高而明顯改變，依然呈平行趨勢(shì)。

圖1 回潮率與上半部平均長(zhǎng)度散點(diǎn)圖

回潮率與上半部平均長(zhǎng)度的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=0.033，表示加工過(guò)程中的回潮率和上半部平均長(zhǎng)度相關(guān)性極弱；t檢驗(yàn)p=0.339＞0.1，表示兩者極弱相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%的時(shí)候，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花上半部平均長(zhǎng)度變化較小，加工環(huán)節(jié)中對(duì)棉纖維的損傷較小。

3.棉花加工過(guò)程中回潮率與長(zhǎng)度整齊度的關(guān)系分析。

棉花加工過(guò)程中的回潮率與長(zhǎng)度整齊度散點(diǎn)圖如圖2所示。從圖中能看到，隨著回潮率的增高，長(zhǎng)度整齊度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖2 回潮率與長(zhǎng)度整齊度散點(diǎn)圖

棉花加工過(guò)程中的回潮率與長(zhǎng)度整齊度的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=0.476，表示回潮率和上半部平均長(zhǎng)度呈正相關(guān)；t檢驗(yàn)p=0＜0.1，表示假設(shè)不成立，兩者中等程度相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%的時(shí)候，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花長(zhǎng)度整齊度變化明顯，加工過(guò)程中的回潮率越高，棉纖維整齊度越高。

4.棉花加工過(guò)程中回潮率與斷裂比強(qiáng)度的關(guān)系分析。

棉花加工過(guò)程中的回潮率與斷裂比強(qiáng)度散點(diǎn)圖如圖3所示。從圖中可以看出，隨著回潮率的增加，斷裂比強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖3 回潮率與斷裂比強(qiáng)度散點(diǎn)圖

回潮率與斷裂比強(qiáng)度的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=0.501，表示回潮率和上半部平均長(zhǎng)度呈正相關(guān)；t檢驗(yàn)p=0＜0.1，表示假設(shè)不成立，兩者中等程度相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%時(shí)，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花的斷裂比強(qiáng)度變化中等，加工過(guò)程中的回潮率越高，斷裂比強(qiáng)度越高。

5.棉花加工過(guò)程中回潮率與反射率的關(guān)系分析。

棉花加工過(guò)程中的回潮率與反射率散點(diǎn)圖如圖4所示。從圖中能看到，隨著回潮率的增加，斷裂比強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖4 回潮率與反射率散點(diǎn)圖

回潮率與反射率的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=-0.297，表示回潮率和反射率呈負(fù)相關(guān)，t檢驗(yàn)p=0＜0.1，表示假設(shè)不成立，兩者弱相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%時(shí)，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花反射率變化較小，而且回潮率越高，反射率越低。

6.棉花加工過(guò)程中回潮率與黃度的關(guān)系分析。

棉花加工過(guò)程中的回潮率與黃度散點(diǎn)圖如圖5所示。從圖中能看到，隨著回潮率的增加，黃度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖5 回潮率與黃度散點(diǎn)圖

回潮率與黃度的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=-0.354，表示回潮率和黃度呈負(fù)相關(guān)；t檢驗(yàn)p=0＜0.1，表示假設(shè)不成立，兩者弱相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%時(shí)，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花黃度變化較小，而且回潮率越高，黃度越低。

7.棉花加工過(guò)程中回潮率與紡紗一致性指數(shù)的關(guān)系分析。

由于棉花加工對(duì)馬克隆值等棉花內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)無(wú)法影響，因此項(xiàng)目組未對(duì)相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。筆者對(duì)新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中的棉花紡紗一致性指數(shù)（SCI）進(jìn)行了共計(jì)計(jì)算。棉花加工過(guò)程中的回潮率與紡紗一致性指數(shù)散點(diǎn)圖如圖6所示。從圖中能看到，隨著回潮率的增加，棉花紡紗一致性指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

圖6 回潮率與紡紗一致性指數(shù)散點(diǎn)圖

回潮率與紡紗一致性指數(shù)的相關(guān)性分析，使用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。r=-0.394，表示回潮率和紡紗一致性指數(shù)呈負(fù)相關(guān)；t檢驗(yàn)p=0＜0.1，表示假設(shè)不成立，兩者弱相關(guān)。這說(shuō)明棉花回潮率在4.8%～7.8%時(shí)，新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花紡紗一致性指數(shù)變化較小，而且回潮率越高，紡紗一致性指數(shù)越大。

8.棉花加工過(guò)程中回潮率與棉花品質(zhì)的關(guān)系分析。

當(dāng)回潮率在4.8%～7.8%時(shí)，隨著回潮率增加，棉花中的雜質(zhì)與棉纖維粘黏得更加緊密，棉纖維變得更加堅(jiān)韌，籽棉清理設(shè)備、軋花設(shè)備、皮棉清理設(shè)備的工作狀態(tài)隨之發(fā)生變化。籽棉清理設(shè)備棉籽輥擊打、抖動(dòng)的清雜效果變?nèi)?，清雜效果變差；軋花設(shè)備中的鋸片在分離棉纖維和棉籽時(shí)遇到的阻力變小，對(duì)棉纖維損傷變??；皮棉清理設(shè)備的排雜刀沖擊效果變?nèi)酰謇砑?xì)雜效果變?nèi)?，?duì)棉纖維損傷小。體現(xiàn)在棉花加工質(zhì)量數(shù)據(jù)上就是回潮率增加，上半部平均長(zhǎng)度無(wú)變化，長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度變大，反射率、黃度變小。

四、結(jié)論

通過(guò)上述測(cè)試結(jié)果分析，得到了新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花回潮率對(duì)棉花加工質(zhì)量產(chǎn)生影響的結(jié)論。新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中棉花回潮率在4.81%～7.98%時(shí)，其對(duì)棉花主要品質(zhì)指標(biāo)具有一定的影響，其中對(duì)上半部平均長(zhǎng)度基本無(wú)影響，與長(zhǎng)度整齊度、斷裂比強(qiáng)度呈中等程度相關(guān)，與反射率、黃度、紡紗一致性指數(shù)呈弱相關(guān)。為此，在新疆機(jī)采棉加工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)棉花加工質(zhì)量的要求，及時(shí)、合理地調(diào)整棉花回潮率。

在本次試驗(yàn)取樣過(guò)程中，昌吉回族自治州和巴音郭楞蒙古自治州兩地的氣候均較為干燥，籽棉垛上的棉花回潮率值覆蓋范圍較小，后續(xù)試驗(yàn)要增加回潮率在4.81%以下和7.98%以上的新疆機(jī)采棉進(jìn)行測(cè)試，分析更多檔位的回潮率對(duì)新疆機(jī)采棉加工質(zhì)量的影響。