李孝華，王瑞霞，王揚(yáng)，趙倚天

（1.中華全國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.中國纖維質(zhì)量監(jiān)測中心，北京100007）

棉花短纖維率是評價(jià)棉花加工質(zhì)量及棉紗配棉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，一直以來受到棉花產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需雙方的極大關(guān)注。短纖維率是指棉纖維中短于一定長度界限的纖維質(zhì)量或根數(shù)占纖維總質(zhì)量或總根數(shù)的百分率，稱為短纖維率（重量）a或短纖維率（根數(shù)）[1-2]。細(xì)絨棉短纖維率指標(biāo)主要包括12.7 mm 短纖維率（重量）、12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（重量）、16 mm 短纖維率（根數(shù)）[1]。 纖維率高的原棉會(huì)增加常發(fā)性或偶發(fā)性紗疵、紗線毛羽，降低成紗制成率及強(qiáng)力[3]。 皮棉中的大多數(shù)短纖維來自棉花加工生產(chǎn)過程。其原因是棉花加工企業(yè)為了提高籽棉清理效率，改善皮棉的外觀質(zhì)量，往往采用較復(fù)雜的棉花加工工藝，反復(fù)多次對籽棉進(jìn)行清理，使機(jī)械與纖維之間作用次數(shù)增加，作用強(qiáng)度增大，造成棉纖維斷裂[4]。

新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)商品棉生產(chǎn)基地，棉花產(chǎn)量已占全國產(chǎn)量的87.3%，而不同產(chǎn)地的棉花品質(zhì)存在差異；因此，對新疆不同產(chǎn)地的棉花短纖維率進(jìn)行分析很有必要[5]。 鑒于此，本研究團(tuán)隊(duì)2017年在新疆機(jī)采棉加工生產(chǎn)線進(jìn)行了取樣，記錄加工過程中不同工藝環(huán)節(jié)棉花短纖維率的數(shù)據(jù)，分析機(jī)采棉加工工藝對短纖維率的影響，旨在為降低棉花短纖維率、提高新疆機(jī)采棉加工質(zhì)量指明方向。

1 材料與方法

1.1 取樣設(shè)計(jì)

機(jī)采棉加工標(biāo)準(zhǔn)工藝中應(yīng)設(shè)置不少于4 道籽棉清理設(shè)備、1 道異性纖維清理設(shè)備、2 道烘干設(shè)備、1 道鋸齒軋花機(jī)、2 道鋸齒式皮棉清理機(jī)， 還應(yīng)設(shè)置旁路系統(tǒng)，從而根據(jù)籽棉含雜率、回潮率選擇不同的工藝路線[6]。 本研究在新疆昌吉的中棉集團(tuán)瑪納斯棉業(yè)有限公司棉花加工廠、新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師29 團(tuán)加工廠（數(shù)據(jù)分析中分別用地名昌吉、巴州代替），各選取1 條采用上述機(jī)采棉加工標(biāo)準(zhǔn)工藝的生產(chǎn)線，均采用山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司的171鋸齒軋花成套設(shè)備，在每個(gè)取樣軋花廠分別設(shè)定籽棉貨場、軋花前、皮棉清理前、打包前4 個(gè)取樣點(diǎn)（分別記為取樣位置1、2、3、4）進(jìn)行取樣，其中籽棉貨場樣品為5 個(gè)，軋花前、皮棉清理前、打包前各取樣點(diǎn)樣品為30 個(gè)。

為保證試驗(yàn)進(jìn)度和降低樣品運(yùn)輸壓力，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/T 19509－2004《鋸齒衣分試軋機(jī)》[7]規(guī)定的試軋機(jī)。 現(xiàn)場取樣，所有樣品統(tǒng)一登記、編碼、郵寄、保管，專人負(fù)責(zé)，科學(xué)管理。在同一生產(chǎn)線上抽取的樣品盡量在同一時(shí)間段測試，測試方法和條件符合國家標(biāo)準(zhǔn)[7]規(guī)定。

為了確保采集數(shù)據(jù)的客觀性、 準(zhǔn)確性和權(quán)威性，昌吉回族自治州纖維檢驗(yàn)所、巴州纖維檢驗(yàn)所安排技術(shù)人員配合項(xiàng)目組在機(jī)采棉加工生產(chǎn)過程中現(xiàn)場取樣、試軋，為研究新疆機(jī)采棉加工工藝對棉花短纖維率的影響提供技術(shù)支持。

1.2 樣品測試

短纖維率測試按GB/T 35931－2018《棉纖維棉結(jié)和短纖維率測試方法光電法》[1]的標(biāo)準(zhǔn)草案執(zhí)行。以新疆機(jī)采棉各加工環(huán)節(jié)對棉花短纖維率的影響為主要分析目標(biāo)，選用XJ129 棉結(jié)和短纖維率測試儀檢測樣品12.7 mm 短纖維率（重量）、12.7 mm短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（重量）、16 mm短纖維率（根數(shù)）等指標(biāo)。具體測試工作由河北省纖維檢驗(yàn)局完成。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法與工具

檢驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總后， 根據(jù)性能指標(biāo)進(jìn)行分組，使用格魯布斯（Grubbs）檢驗(yàn)法進(jìn)行異常值檢測，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)主要選擇樣品屬性的平均值、 分布特性，分析新疆機(jī)采棉加工中上述4 個(gè)取樣點(diǎn)的棉花短纖維率變化趨勢。 使用的主要工具軟件為Microsoft Excel 2019 和SPSS 20.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 12.7 mm 短纖維率（重量）變化分析

從圖1 可知，昌吉和巴州棉花的12.7 mm 短纖維率（重量）在機(jī)采棉加工工藝中的變化規(guī)律一致：貨場上的籽棉經(jīng)過籽棉清理環(huán)節(jié)后，12.7 mm 短纖維率（重量）降低；而經(jīng)軋花環(huán)節(jié)后，12.7 mm 短纖維率（重量）升高；經(jīng)皮棉清理環(huán)節(jié)后，12.7 mm 短纖維率（重量）又降低。

圖1 12.7 mm 短纖維率（重量）在棉花加工中的變化

結(jié)合本研究中機(jī)采棉加工生產(chǎn)線和工藝特點(diǎn)，對上述結(jié)果原因解析如下：（1）籽棉清理環(huán)節(jié)。機(jī)采棉籽棉清理主要采用機(jī)械作用法，利用雜質(zhì)顆粒大小、表面狀態(tài)、密度、彈性、硬度等的差別，借助于刺釘滾筒或鋸齒滾筒與有關(guān)工作部件的配合，將密度大于或小于籽棉的雜質(zhì)從籽棉中分離出去。智能軋花控制系統(tǒng)對籽棉清理和軋花2 個(gè)影響加工品質(zhì)的核心工藝環(huán)節(jié)的各類設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)籽棉清理和軋花設(shè)備等相關(guān)參數(shù)的檢測和控制，并根據(jù)軋花的反饋信號自動(dòng)調(diào)整籽棉清理設(shè)備關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)速、工位等重要參數(shù)，在盡量不損傷棉纖維的前提下降低雜質(zhì)含量，可為軋花機(jī)提供狀態(tài)較理想的籽棉[8-9]。 因此，籽棉清理過程中很少產(chǎn)生新的12.7 mm 短纖維。（2）軋花環(huán)節(jié)。機(jī)采棉軋花機(jī)設(shè)備上部的提凈式清棉喂棉結(jié)構(gòu)進(jìn)一步清理籽棉，下部將棉纖維與棉籽剝離得到皮棉。 由于受回潮率、籽棉等級等因素的影響，軋花機(jī)工作時(shí)鋸齒輥筒負(fù)荷不穩(wěn)定，籽棉卷密度大小變化頻繁，易產(chǎn)生堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，皮棉產(chǎn)量下降，衣分虧損增加[10-11]。相比鋸齒試軋機(jī)，機(jī)采棉加工生產(chǎn)線的軋花機(jī)鋸片轉(zhuǎn)速高、處理量大，在處理非理想狀態(tài)籽棉時(shí)會(huì)加重對棉纖維長度的損傷， 增加12.7 mm 短纖維率。（3）清理環(huán)節(jié)。 機(jī)采棉皮棉清理主要通過齒條滾筒與排雜刀等部件的配合，對皮棉纖維進(jìn)行充分梳理清雜，改善皮棉外觀。為了能有效排除雜質(zhì)，齒條滾筒高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對纖維的撕扯、梳理強(qiáng)度高，對纖維損傷非常嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生新的短纖維[12-13]。但是本研究表明12.7 mm 短纖維率（重量）不僅沒有增加，反而降低，經(jīng)分析其原因是皮棉清理設(shè)備在清理細(xì)微雜質(zhì)過程中清除了部分12.7 mm 以下的短纖維。在新疆機(jī)采棉加工生產(chǎn)線的取樣過程中，發(fā)現(xiàn)皮棉清理機(jī)排出的雜質(zhì)中含有相當(dāng)數(shù)量的短纖維，這也佐證了上述推斷。

2.2 16 mm 短纖維率（重量）變化分析

從圖2 發(fā)現(xiàn)， 昌吉和巴州棉花的16 mm 短纖維率 （重量） 在機(jī)采棉加工工藝中的變化趨勢與12.7 mm 短纖維率（重量）的變化趨勢一致。 造成16 mm 短纖維率（重量）上述變化的原因同12.7 mm短纖維率（重量）。

圖2 16 mm 短纖維率（重量）在棉花加工中的變化

2.3 12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）變化分析

從圖3 發(fā)現(xiàn)，昌吉和巴州棉花的12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）在機(jī)采棉加工工藝中的變化有區(qū)別。相同點(diǎn)是貨場上的籽棉經(jīng)過籽棉清理環(huán)節(jié)后，短纖維率（根數(shù)）基本不變，經(jīng)過軋花環(huán)節(jié)后，短纖維率（根數(shù)）均升高；但是經(jīng)過皮棉清理環(huán)節(jié)后，昌吉的短纖維率（根數(shù)）繼續(xù)升高，而巴州的短纖維率（根數(shù)）大幅下降。

圖3 12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）在棉花加工中的變化

籽棉清理環(huán)節(jié)前后，12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）基本沒有變化，再次證明該環(huán)節(jié)對棉纖維長度損傷很小， 幾乎沒有新的短纖維生成。 軋花環(huán)節(jié)后，12.7 mm短纖維率（根數(shù)）升高，原因與12.7 mm 短纖維率（重量）升高的一樣。 皮棉清理環(huán)節(jié)，巴州和昌吉的12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）變化趨勢相反，與12.7 mm 短纖維率（重量）的變化趨勢也不相同，說明皮棉清理環(huán)節(jié)的纖維損傷、短纖維清理對短纖維率（重量）和短纖維率（根數(shù)）的影響程度是不一樣的。 其詳細(xì)原因有待進(jìn)一步試驗(yàn)和分析。

2.4 16 mm 短纖維率（根數(shù)）變化分析

從圖4 可知， 昌吉和巴州棉花的16 mm 短纖維率 （根數(shù)） 在機(jī)采棉加工工藝中的變化趨勢與12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）的變化趨勢一致。

圖4 16 mm 短纖維率（根數(shù)）在棉花加工中的變化

3 結(jié)論

通過在昌吉和巴州171 鋸齒軋花機(jī)采棉加工生產(chǎn)線的貨場、軋花前、皮棉清理前、打包前4 個(gè)環(huán)節(jié)取樣， 測試12.7 mm 短纖維率（重量）、12.7 mm短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（重量）、16 mm短纖維率（根數(shù)），分析新疆機(jī)采棉加工工藝中主要環(huán)節(jié)對棉花短纖維率的影響。結(jié)論如下：（1）籽棉清理環(huán)節(jié)會(huì)降低棉纖維12.7 mm 短纖維率（重量）、16 mm 短纖維率（重量），對12.7 mm 短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（根數(shù)）基本沒有影響。 （2）軋花環(huán)節(jié)會(huì)增加12.7 mm 短纖維率（重量）、12.7 mm短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（重量）、16 mm短纖維率（根數(shù)）。 （3）皮棉清理環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生新的短纖維， 也會(huì)清理掉一部分短纖維，12.7 mm 短纖維率（重量）、16 mm 短纖維率（重量）降低，而12.7 mm短纖維率（根數(shù)）、16 mm 短纖維率（根數(shù)）在昌吉和巴州2 條生產(chǎn)線的變化趨勢相反。

綜上所述， 在新疆機(jī)采棉加工中應(yīng)重視軋花機(jī)、皮棉清理機(jī)的操作使用，做到因花配車，減小棉纖維長度損失，降低棉花短纖維率，提高新疆機(jī)采棉加工質(zhì)量。 未來新疆機(jī)采棉加工逐步向智能化、信息化的方向發(fā)展，如何根據(jù)加工中棉花品質(zhì)的變化規(guī)律改進(jìn)機(jī)采棉加工工藝，如基于棉花短纖維率等品質(zhì)指標(biāo)與工藝關(guān)系的自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)，均有待于進(jìn)一步研究。