新疆機(jī)采棉加工工藝對棉花質(zhì)量的影響

李孝華，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）

2020年度新疆地區(qū)機(jī)采棉比例達(dá)到80%，其中，北疆地區(qū)機(jī)采棉占北疆總加工量的97%，南疆地區(qū)機(jī)采棉比例占南疆總加工量的60%[1]。新疆機(jī)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(shí)現(xiàn)棉籽和棉纖維的分離。我國典型的機(jī)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(jī)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(biāo)造成不同程度的影響。如：軋花機(jī)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(jìn)行，雜質(zhì)面積、雜質(zhì)顆粒數(shù)均呈下降趨勢，棉結(jié)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?qū)Υ蟮碾s質(zhì)有很好的清理作用；軋花工序?qū)w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(xiàng)目組分別于2016年、2017年、2019年在新疆機(jī)采棉加工生產(chǎn)線進(jìn)行了試驗(yàn)，記錄了加工過程中棉花品質(zhì)變化狀況，分析機(jī)采棉加工中的棉花品質(zhì)變化規(guī)律，研究新疆機(jī)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(qiáng)度的影響，為改進(jìn)新疆機(jī)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(jī)采棉種植區(qū)，選取機(jī)采棉加工廠進(jìn)行試驗(yàn)，每個廠選取6個棉模，在每個棉模對應(yīng)生產(chǎn)線上的各環(huán)節(jié)共選取9個取樣點(diǎn)，每個取樣點(diǎn)采集5份樣品，每個機(jī)采棉加工廠共計(jì)采集270份樣品。試驗(yàn)地點(diǎn)等信息見表1。

表1 取樣地點(diǎn)及相關(guān)信息

1.2 取樣設(shè)計(jì)

常規(guī)機(jī)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(shè)置9個取樣點(diǎn)，即籽棉貨場、傾斜式籽清機(jī)后、提凈式籽清機(jī)后、二道傾斜式籽清機(jī)后、回收式籽清機(jī)后、鋸齒軋花機(jī)后、氣流皮清機(jī)后、一道鋸齒皮清機(jī)后、二道鋸齒皮清機(jī)后，取樣編號分別記為1～9。

為保證試驗(yàn)進(jìn)度和降低樣品運(yùn)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(jī)》[10]規(guī)定的試軋機(jī)，同一廠區(qū)的樣品使用同一臺試軋機(jī)試軋。

1.3 測試項(xiàng)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(shù)穩(wěn)定性，中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所和安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)安排了具有長期檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)棉花檢驗(yàn)人員。測試人員嚴(yán)格按照GB/T6499-2012《原棉含雜率試驗(yàn)方法》[11]進(jìn)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(xiàng)檢測任務(wù)由河北省纖維檢驗(yàn)局按照GB/T20392-2006《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》[13]進(jìn)行測試。測試指標(biāo)包括棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法與工具

每年檢驗(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，顯著性水平為0.0 5，排除異常值后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

由于機(jī)采棉加工設(shè)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(dǎo)致前道工序所取樣品與后道工序所取樣品無法一一準(zhǔn)確對應(yīng)，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(jī)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(guān)系數(shù)分析機(jī)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(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系。使用的主要工具軟件為MS Excel2019和SPSS20.0 。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆機(jī)采棉加工工藝中棉花含雜率的變化

2016年、2017年、2019年的機(jī)采棉加工中含雜率均值隨著加工工藝的變化見圖1?？v觀3年的含雜率數(shù)據(jù)，機(jī)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(jī)的清理后，棉花含雜率逐漸降低；通過鋸齒軋花機(jī)后，部分年份棉花含雜率輕微增加；通過3道皮清機(jī)后，棉花的含雜率又逐漸降低。工序9后的棉花打包進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)GB 1103.1 -2012[14]的含雜率標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致加工后棉花含雜率仍高于國家含雜率標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)軋花企業(yè)反映，主要原因是當(dāng)年首次采用無人機(jī)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(jī)采棉加工工藝中棉花含雜率的變化

2.2 新疆機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.5 14，雙側(cè)檢驗(yàn)概率值為0.0 06，說明在機(jī)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(guān)。

從工作原理上講，相對于皮清設(shè)備，籽清設(shè)備對棉纖維上半部平均長度損傷??；因此，結(jié)合上述研究結(jié)果可以考慮增加籽清道次，適當(dāng)減少皮清道次。

2.3 新疆機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.8 69，雙側(cè)檢驗(yàn)概率值為0.0 00，說明在機(jī)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(guān)。

2.4 新疆機(jī)采棉加工工藝中棉纖維斷裂比強(qiáng)度的變化

3年中，隨著機(jī)采棉加工的深入，部分加工工序后棉纖維斷裂比強(qiáng)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(qiáng)度。

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

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

3 結(jié)論

通過3年對新疆不同地域機(jī)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(qiáng)度隨加工工序的進(jìn)行呈降低趨勢。

相關(guān)性分析結(jié)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(guān)，與斷裂比強(qiáng)度相關(guān)不顯著。

未來新疆機(jī)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(jié)合各地機(jī)采棉品質(zhì)特征，完善籽清、皮清、軋花等工藝環(huán)節(jié)，適當(dāng)增加籽清道次，減少皮清道次，持續(xù)改進(jìn)相關(guān)清理設(shè)備與軋花設(shè)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)。