棉花杂质含量在锯齿加工过程中变化状况研究

周万怀++++梁后军++++李浩++++徐守东++++刘从九++++常郝

摘要

本文研究了机采棉加工过程中杂质含量变化情况。本研究选择杂质含量较高的机采棉为研究对象，选用当前主流的锯齿加工设备，在每道工序前后设置取样点，分别采用原棉杂质分析仪YG042和HVI1000检测杂质含量，并分析每道工序前后棉花杂质含量变化趋势。研究结果表明，现行主流锯齿加工整体清理杂质效果显著，但部分籽棉清理工序和部分皮棉清理工序无显著杂质清理效果。

关键词：机采棉；杂质；锯齿加工；YG042；HVI1000

1 材料与方法

1.1 试验样品

新疆的棉花种植在全国具有典型的代表性，尤其是新疆已经大面积推广机采棉，因此所有试验样品均取自新疆；基于地理位置（地域涵盖南北疆）、加工设备完整性（四道籽清和三道皮清）和代表性等因素，所选取样点包括石河子8师149团、奎屯7师125团、库尔勒2师29团、阿拉尔1师13团；每个取样点选择一个生产工艺最为完备的加工厂，每个加工厂选取5个棉模、分别在生产线上设置9个取样点、每个棉模对应的每个取样点重复取样6次，每个厂区总计样品量270个，每个籽棉样品质量≥1.5kg、每个皮棉样品质量≥0.3kg。

1.2 试验仪器

常州市天祥纺织仪器有限公司生产的原棉杂质分析仪YG042，由瑞士伍斯特公司（Uster Technologies）生产的大容量棉花纤维检测仪（High volume instrument， HVI）。其中，YG042符合棉花杂质含量检测的国家标准[1， 2]，棉罗拉轉速（1.9±0.03）r/min、刺棍转速（950±50）r/min、电机转速1410r/min、测量精度0.01；USTERRHVI1000是全球公认的棉花分级统一标准检测仪器[3-4]，每个样品平均测试用时≤1min，检测指标多达17项，工作温度（20±2）℃，工作湿度（65±3）%。

1.3 杂质检测

分别采用YG042和USTERRHVI 1000独立检测样品杂质。对籽棉样品进行试轧，保留试轧杂质、棉籽和皮棉；将每个皮棉样品分为三份，分别为供原棉杂质分析仪YG042检测分析的样品100g、供HVI检测分析的样品100g、其他备用。样品及杂质称量均采用HZY-B（美国华志）高精度天平，量程3200g、精确度0.01g。称量过程中关闭门窗以免气流对称量结果造成的影响，待读数稳定3秒钟以上记录数据以保证称量结果的准确性。

1.4 差异分析

方差分析[5， 6]可用于检验两个及以上样本均值总体差异性的重要统计方法。

其理论基础：

（1）

其中，

（2）

（3）

本研究使用ANOVA检验多道工序之间棉花样本杂质含量的差异性。假设工序p1执行前棉花样品杂质含量为X1={X11，X12，X13，... ，X1n}，工序p1执行后棉花样品杂质含量为X1={X21，X22，X23 ，... ，X2n}，通过分析X1和X2之间的差异性以确定清理杂质效果的显著性。

2 结果与分析

2.1 YG042检测结果与分析

如上所述原棉杂质分析仪YG042利用棉花纤维和杂质的物理特性差异将棉花纤维和杂质分离，容易直接获取每个加工环节之后的棉花实际杂质含量。以下分别从总体检测结果和各加工厂检测结果角度进行分析。

2.1.1 总体检测结果与分析

各取样点的加工设备主体相近，通过总体检测结果分析能够体现该类加工设备加工过程中棉花杂质含量变化整体趋势，检测结果如图1所示。

图中所列含杂率数据为对应各取样点所有样品检测数据的平均值，每个取样点总体样品量为120个（4厂区数×5棉模数×6每个棉模每道工序取样数），由此可见该统计结果具有较普遍和较强的代表性。

2.1.2 各加工厂检测结果与分析

分别针对各个加工厂，经各加工环节处理后对棉花杂质含量进行分析，结果如图2所示。

由图2不难发现，各加工厂棉花杂质含量随着加工工序的不断推进总体呈递减趋势，但在轧花环节后杂质含量较前一加工环节有所上升，主要是由于轧花环节产生的次生杂质所致；第二道籽清至第三道皮清的杂质清理效果存在较大差异，尤其当棉花本身含杂率较低时，清理效果不显著，如7师125团和1师13团数据显示杂质清理效果不显著。进一步深入分析各加工环节前后棉花样品杂质含量的差异显著性，结果如表1所示。

根据ANOVA分析原理，当F≥1、P≤0.05时，两者在95%的置信水平下差异显著，否则无显著差异。由此可见，整个加工过程清理杂质效果显著（1～9），部分厂区的中间加工环节无显著清理杂质的效果，主要集中在第二至四道籽清和轧花环节。

2.2 HVI检测结果与分析

HVI 1000能够同时检测棉花纤维的多项属性，而本研究中主要讨论和分析两项与棉花杂质含量相关的指标，即“杂质颗粒数”“杂质面积百分率”。

2.2.1 总体检测结果与分析

样品总体杂质颗粒数和杂质面积百分率随加工工序变化趋势如图3所示。

显然，随着加工工序的不断推进，杂质颗粒数和杂质面积百分率均大致呈单调递减趋势，且两者相关系数[7]高达0.997，通过轧花环节后两者均有所升高，分析主要原因为轧花导致籽棉团开松，内部杂质显现以及轧花导致少量次生杂质，如不孕籽、破籽等。另外，杂质颗粒数和杂质面积百分率与YG042检测的棉花杂质含量相关系数分别为0.957、0.973，说明YG042和HVI1000的检测结果也高度一致。

2.2.2 各加工厂检测结果与分析

进一步对各厂区样品进行独立分析。endprint

杂质颗粒数指标变化规律如图4所示。各厂区样品杂质颗粒数变化规律与总体样品杂质颗粒数变化规律基本一致，均随着加工工序的不断推进大致呈单调递减趋势。分别计算各厂区样品由HVI 1000检测的杂质颗粒数和由YG042检测的杂质含量之间的相关性，得到相关系数分别为0.988、0.861、0.993和0.916，平均相关系数为0.94，具有较高的正线性相关性。

进一步深入分析各厂区、各加工环节样品杂质颗粒数的差异显著性，结果如表2所示。整个加工过程清理杂质效果显著（1～9），与YG042检测分析结果一致。部分中间加工环节无显著清理杂质效果，涉及多道籽清、皮清和轧花环节。

继续对杂质面积百分率指标进行分析，其变化规律如图5所示。各厂区样品杂质面积百分率变化规律与总体样品杂质面积百分率变化规律基本一致，均随着加工工序的不断推进大致呈单调递减趋势。分别计算各厂区样品由HVI 1000检测的杂质面积百分率和由YG042检测的杂质含量之间的相关性，得相关系数分别为0.984、0.859、0.995和0.947，平均相关系数为0.946，具有较高的正线性相关性。

进一步深入分析各厂区、各加工环节样品杂质面积百分率的差异显著性，结果如表3所示。整个加工过程清理杂质效果显著（1～9），与HVI 1000检测的杂质颗粒数指标和YG042检测的杂质含量指标分析结果一致。部分中间加工环节无显著清理杂质效果，涉及多道籽清、皮清和轧花环节。

综上所述，现行主流锯齿加工工艺整体清理杂质效果显著，但部分雜质清理环节清理杂质效果不显著，如：第四道籽清和第三道皮清。

3 结论

分别采用YG042和HVI 1000检测了直接体现或与杂质含量紧密相关的杂质含量、杂质颗粒数和杂质面积百分率指标。检测结果表明3项指标呈高度线性正相关，平均最低相关系数为0.94，最高相关系数为0.997，表明检测结果具有较高准确性和可靠性。通过分析杂质含量、杂质颗粒数和杂质面积百分率变化规律，总体杂质含量由8.35%下降至2.00%、总体杂质颗粒数由155下降至55，总体杂质面积百分率由1.91%下降至0.48%，总体杂质清理效果显著；部分YG042检测数据和多处HVI1000检测数据显示第四道籽棉清理和第三道皮棉清理无显著杂质清理功效。

参考文献：

[1] 黄家祥.我国纤维杂质分析仪器的进展和展望[J].纤维标准与检验，1994（2）：11-16.

[2] GB/T 6499—2012原棉含杂率试验方法[S].

[3] 郭鹏飞，冯晓峰.大容量快速棉花纤维性能测试的设计原理与应用[J].中国棉花加工，2010（6）：34-36.

[4] 谢占林.机采棉主要加工工序对棉花品质指标影响程度比较研究[D].乌鲁木齐： 新疆大学，2015.

[5]杨小勇.方差分析法浅析-单因素的方差分析[J].实验科学与技术，2013，11（1）：41-43.

[6] L. Eriksson， J. Trygg， S. Wold. CV-ANOVA for significance testing of PLS and OPLSRmodels[J]. Journal of Chemometrocs， 2008（22）：594-600.

[7] 李秀敏，江卫华.相关系数与相关性度量[J].数学的实践与认识，2006，36（12）：188-192.

（作者单位：安徽财经大学管理科学与工程学院、棉花工程研究所）endprint