基于主因子分析法的新疆长绒棉分类研究

康玉萍

(新疆应用职业技术学院,新疆 奎屯833200)

长绒棉纤维细长柔软、强力好[1],长绒棉的市场价格远远高于细绒棉价格。新疆是我国最大的长绒棉生产基地,但长绒棉的单产低,且目前新疆长绒棉种植面积急剧减少,自2008年以来,新疆长绒棉的播种面积和总产量一直下滑[2],并且长绒棉总体质量也有所降低[3]。因此合理选择多种原棉搭配使用,充分发挥不同原棉的特点,以达到提高产品质量,稳定生产,降低成本就显得非常重要。现在纺织厂大多依据原棉的品级和长度进行配棉,这种配棉方法虽然能达到纱线质量要求,但易造成纤维品质的浪费,不利于降低成本。因此对新疆长绒棉的分类研究有助于长绒棉的合理利用与发展。

1 新疆长绒棉HVI原棉指标

新疆长绒棉的HVI原棉检测指标[4]包括马克隆值MIC、上半部平均长度LEN、棉结NEP、断裂比强度STR、长度整齐度 UNF、成熟系数 MAT、试样数量AMT、短纤维率SFI、断裂伸长率ELG、回潮率MOOIST、反射度RD、黄色深度PLUS-B、杂质粒数TRCNT、杂质面积TR-AREA、杂质级TR-GRADE等。

2 主因子分析法

主因子分析法将变量分解得到主因子和特殊因子[5],将多个变量综合为少数几个因子,以再现原始变量与因子之间的关系,包括用因子结构反映变量与因子之间的关系,以及用因子模型以回归方程的形式将变量表示为因子的线性组合。在因子分析中有2种选取主因子的方法:第一种是取所有特征值大于1的成分作为主成分;第二种是根据累计贡献率达到的百分比来确定[6],本文采用第二种方法。主因子分析法主要应用于2个方面:一是寻求基本结构,简化观测系统;二是用于分类[7],从样品的相似系数矩阵内部结构出发,找出几个起支配作用的主因素,从而根据因子的分值,在因子轴所构成的空间中对变量或者样本进行分类处理。试验用到的是主因子分析法的分类应用,使用SPSS19.0软件的因子分析功能,因子分析中常用的主要概念是因子负荷、公因子方差比和特征值。

在主因子分析中,通常根据变量的公共因子方差所占方差贡献最大的原则,依次选出第一主因子、第二主因子等,选取的主因子个数k(k＜m),一般由前k个公共因子所对应的特征值之和占全部特征值的累积百分数大于85%确定,即:

其中λ为特征值,m为变量数。

3 结果与分析

3.1 长绒棉HVI指标

取50份新疆长绒棉原棉的HVI指标,检测马克隆值MIC、上半部平均长度LEN、断裂比强度STR、长度整齐度UNF、成熟系数 MAT、短纤维率SFI、断裂伸长率ELG、回潮率MOIST等8个数据的性能指标见表1。

表1 长绒棉原棉的HVI指标

3.2 统计结果

将数据导入SPSS19.0软件中,得到特征值与累积贡献率(表2)、主成分矩阵(表3)和成分得分系数矩阵(表4)。

表2 特征值与累积贡献率

3.3 结果分析

由表1可知,当累积贡献率为87.6%时,主因子数为4,即将前4个特征向量取为主因子。

由表2可知,第一主成分中,马克隆值MIC、上半部平均长度LEN和成熟系数MAT有较大的负荷;第二主成分中长度整齐度UNF和短纤维率SFI有较大的负荷;第三主成分中断裂比强度STR和回潮率MOIST有较大的负荷;第四主成分中断裂伸长率ELG有较大的负荷。

表3 主成分矩阵

表4 成分得分系数矩阵

由表3可知,第一主因子与马克隆值MIC、成熟系数MAT的关系密切,因此第一因子主要反映了长绒棉纤维的成熟程度;第二主因子与长度整齐度UNF、短纤维率SFI的关系密切,因此第二因子主要反映了长绒棉纤维的长度均匀度;第三主因子与断裂比强度STR、回潮率MOIST关系密切,因此第三主因子主要反映了长绒棉纤维的强力;第4主因子与上半部平均长度LEN、断裂伸长率ELG关系密切,因此第四主因子主要反映了长绒棉纤维的伸长率。这4个主因子分别从长绒棉纤维的成熟度、均匀度、强力与弹力4个方面反映了长绒棉的主要性能,累积贡献率达到了87.6%,因此,由这4个主因子得到的新疆长绒棉分类方法是比较全面和客观的。

试验所得最后结果中第一主因子中的马克隆值MIC,第二主因子中的长度整齐度UNF和第四主因子中的上半部平均长度LEN都为HVI直接测试结果,且在第三主因子中回潮率MOIST是测试其他指标的一个参考指标。而第一主因子中的成熟系数MAT,第二主因子中的短纤维率SFI和第四主因子中的断裂伸长率ELG都为测试相关参数后的计算结果,因此,本文所提出的新疆长绒棉的分类方法是由马克隆值MIC、长度整齐度UNF、断裂比强度STR和上半部平均长度LEN来决定,称之为F值分类(即指标测试结果的范围作为分类依据的方法,F为范围的汉语拼音首写字母)。

根据马克隆值MIC、长度整齐度UNF、断裂比强度STR和上半部平均长度LEN的取值范围将收集到的长绒棉试样编号分类,分类方法、结果见表5。

表5 新疆长绒棉的数据编号方法

3.4 分类结果

根据F值分类方法将收集到的新疆长绒棉试样分类见表6。

表6 F值分类结果

由分类结果可知,50份新疆长绒棉试样分为了F0020、F0110、F0111、F1002、F1011、F1012、F1101(共3组)、F1110(共3组)、F1111(共4组)、F1112、F1120(共7组)、F1121(共5组)、F1122(共3组)、F2010、F2100、F2110(共2组)、F2111(共5组)、F2120、F2121(共3组)、F2122(共3组)、F3001、F3110这22个类别。

F0020、F0110、F0111这3种类别的长绒棉是成熟程度较差,纤维长度、强力与均匀度都相对比较低,这几类长绒棉适宜纺中档普支纱线;F1002、F1011、F1012、F1101、F1110、F1111、F1112、F1120、F1121、F1122这10种类别的长绒棉成熟程度较好,纤维长度、强力与均匀度适中,这几类的长绒棉适宜纺高档普支纱线;F2012到F2122这几类长绒棉的成熟度好,纤维长度、强力与均匀度都非常优良,这几种长绒棉适宜纺高档细支纱线;F3001和F3110这两类长绒棉成熟程度高,纤维短而粗,但强力较好,适宜纺低档低支纱线。

4 结论

通过50组长绒棉HVI数据中的8个指标中提取4个影响长绒棉性能的主要因子,即马克隆值MIC、长度整齐度UNF、断裂比强度STR和上半部平均长度LEN,其累积贡献率达到了87.6%,综合反映了长绒棉的基本性能,对分类后的数据进行了分析,得到了不同分类的长绒棉适宜纺不同档次的纱线,达到了主因子法对长绒棉分类的目的,可以作为长绒棉配棉方式的参考。