新疆北疆机采细绒棉加工在线皮棉回潮率与入库含杂率关系初步研究

秦建锋，贾勉，夏彬，孟永法

（1.中华全国供销合作总社郑州棉麻工程技术设计研究所，郑州 450004；2.河南轻工职业学院，郑州 450000）

含杂率是棉花加工质量要求之一，也是贸易中计算棉花公定质量的关键指标[1]。棉花含杂率过高，会导致纺纱过程中落棉率增加，疵点增加，棉纤维可纺性降低和纺纱成本增加[2-3]。现阶段新疆机采棉加工中， 棉花干燥热源正由燃煤热源向电热源转变，干燥成本增加。为控制棉花加工成本，部分棉花在加工过程中存在干燥不足的情况，导致机采棉清杂效率降低[4]，存在皮棉含杂率高于GB 1103.1－2012[5]规定的标准含杂率2.5%的现象。 因此，研究棉花含杂率的影响因素并降低棉花含杂率是现阶段棉花加工行业亟待解决的技术难题。 徐守东等[6]对南北疆共4 个机采棉轧花厂抽取的1 080 个含杂率试验样品测试结果进行分析，发现机采棉在未经清理加工之前杂质含量较高，但通过相关的加工工艺清理后，机采棉的含杂量逐渐下降，且不同工艺流程下，结果均趋向一致，最终的皮棉含杂率为2%左右。李孝华等[7]对比了棉花加工中不同工艺环节的棉花含杂率、上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度指标，结果表明新疆机采棉加工工艺在清理杂质的同时，降低了棉纤维的上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度，其中含杂率与棉纤维上半部平均长度、长度整齐度指数极显著相关。 周万怀等[8]对比了棉花加工中每道工序前后棉花杂质含量的变化趋势，研究得出现行主流锯齿加工工艺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清理杂质效果。

目前针对锯齿机采细绒棉加工含杂率的研究主要集中在棉花加工过程的影响，而关于回潮率与皮棉入库含杂率的关系研究尚未见报道。 为此，选取新疆生产建设兵团第七师2 条典型的机采细绒棉加工生产线2021 年度按批抽样公检数据， 忽略加工过程中除回潮率外其他因素的变化对皮棉含杂率的影响，研究在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率的关系，分析皮棉入库含杂率随在线皮棉回潮率的变化，为降低含杂率、优化棉花加工工艺和促进棉花加工提质增效提供依据。

1 材料与方法

1.1 棉花加工工艺和清杂特点

所选取的2 条生产线采用了目前典型的4 台MY171-17 型机采棉加工工艺，该工艺包括6MKM-20 喂花机、MQZY-15D 籽棉异性纤维清理、一道烘干、一道籽棉清理（MQZT-12 提净式籽棉清理机和MQZX-12 倾斜式籽棉清理机）、二道烘干、二道籽棉清理（MQZX-12 倾斜式籽棉清理机和MQZH-12回收式籽棉清理机）、MY171-17 型轧花机、 一道MQPQ-3000 气流式皮棉清理、 二道MQP-600×3000 锯齿皮棉清理机和打包机[9]，设备生产厂家为山东天鹅棉业机械股份有限公司。

我国新疆植棉区的机采棉具有回潮率和含杂率高的特点[10]。 为提高清理效率，在每道籽棉清理前应首先对籽棉进行干燥。 通常回潮率越低，棉花清理效率越高，但过低的回潮率会增加对棉纤维的损伤，导致棉纤维长度变短，长度整齐度指数和断裂比强度降低。

1.2 研究方法

选取新疆生产建设兵团第七师加工工艺相近的2 条锯齿机采细绒棉生产线2021 年整个轧季的按批抽样公检数据， 生产线1 有效数据为163 组，生产线2 有效数据为180 组。数据来自中国纤维质量监测中心。按批抽样公检数据包括在线皮棉回潮率、 入库含杂率等。 在线皮棉回潮率严格按照GB/T 6102.2―2012 《原棉回潮率试验方法 电阻法》[11]进行检测，入库含杂率检验严格按照GB/T 6499―2012《原棉含杂率试验方法》[12]进行。

影响成包皮棉含杂率的因素比较多，包括采收后籽棉含杂率、 加工过程的回潮率和设备类型等。在棉花加工前将不同的籽棉混合堆垛，加工前籽棉的含杂率一致性较好，在10%左右，所选取的2 条生产线的设备类型一致，并且棉花加工过程中设备参数保持不变， 故忽略采收后籽棉含杂率微小差异、设备差异等对成包皮棉含杂率的影响。 棉花加工过程中，影响成包皮棉含杂率的关键因素是各清理环节的棉花回潮率，影响清理环节棉花回潮率的因素包括烘干强度和加工前棉花回潮率，清理环节棉花回潮率的大小最终反映在皮棉回潮率的大小上，且皮棉回潮率检测准确性较好。因此，本研究拟分析皮棉回潮率与皮棉含杂率的关系。

为避免公检入库、存储等因素对皮棉回潮率的影响， 采用打包过程中在线皮棉回潮率作为自变量，选择皮棉入库含杂率作为因变量。 由于回潮率检测值通常保留1 位小数，对按批抽样的回潮率没有完全覆盖每一个可能的回潮率值，并且回潮率检测存在一定的误差，为更好分析出在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率的相关性，根据回潮率实际分布情况，按照回潮率间隔0.5 百分点将同一生产线的数据分组如下： 组1 [4.0%，4.5%）、 组2 [4.5%，5.0%）、组3[5.0%，5.5%）、组4[5.5%，6.0%）、组5[6.0%，6.5%）。

采用Microsoft Excel 2016 软件统计不同生产线每个在线皮棉回潮率组对应的入库含杂率。为保证样本的代表性，采用拉依达检验法去除每组内的异常值（α＝0.01），频数较少的组不包括在分析范围之内。采用单因素方差分析研究在线皮棉回潮率对皮棉入库含杂率的影响，采用单变量皮尔逊相关（简称为Pearson 法）检验两者的相关性。 根据统计得出的不同回潮率组对应的含杂率，采用一元多项式回归分析在线皮棉回潮率与入库含杂率的关系。数据统计与分析中，异常值处理、单因素方差分析、相关性检验和回归分析均使用Origin 2018 软件完成。

2 结果与分析

2.1 在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率分布

生产线1 和生产线2 的在线皮棉回潮率分布见图1。 统计结果表明，生产线1 在线皮棉回潮率的中位数为5.50%， 平均值为5.517%， 最小值为4.5%，最大值为6.3%，标准差为0.400%，90%分布在4.9%～6.2%； 生产线2 在线皮棉回潮率的中位数为5.4%，平均值为5.408%，最小值为4.3%，最大值为6.9%， 标准差为0.457%，90%分布在4.0%～6.0%。 从在线皮棉回潮率分布可以看出，这2 条生产线的在线皮棉回潮率均低于公定回潮率8.5%。

图1 在线皮棉回潮率分布

生产线1 和生产线2 的皮棉入库含杂率的分布见图2。 统计结果表明，生产线1 皮棉入库含杂率的中位数为2.5%，平均值为2.542%，最小值为1.8%，最大值为4.0%，标准差为0.402%，90%分布在2.0%～3.2%， 生产线1 皮棉入库含杂率高于2.5%的占比为43.293%；生产线2 皮棉入库含杂率的中位数为2.4%， 平均值为2.437%， 最小值为1.7%，最大值为3.4%，标准差为0.368%，90%分布在1.9%～3.1%， 生产线2 皮棉入库含杂率高于2.5%的占比为35.165%。

图2 皮棉入库含杂率分布

对比2 条生产线，生产线1 的在线皮棉回潮率均值、皮棉入库含杂率均值和皮棉入库含杂率高于2.5%的占比均高于生产线2。相比生产线2，生产线1 的在线皮棉回潮率均值高0.109 百分点， 皮棉入库含杂率均值高0.105 百分点，皮棉入库含杂率高于2.5%的占比高8.128 百分点。

2.2 在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率的相关分析结果

分别对2 条生产线的皮棉入库含杂率数据采用Shapiro-Wilk 法检验，结果显示皮棉入库含杂率符合正态分布。 分别对2 条生产线，以在线皮棉回潮率为因素，以皮棉入库含杂率为指标，采用单因素方差分析，得出在0.05 水平下，不同在线回潮率皮棉的入库含杂率显著不同。 针对生产线1，单变量Pearson 法检验结果显示，在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率呈正相关关系 （r＝0.369，P＜0.05）。针对生产线2，单变量Pearson 法检验结果显示，在线皮棉回潮率与皮棉入库含杂率呈正相关关系（r＝0.263，P＜0.05）。

分别将生产线1 和生产线2 的数据按照回潮率间隔0.5 百分点分组统计对应的皮棉入库含杂率均值， 以在线皮棉回潮率每组组中值为自变量，以每组皮棉入库含杂率均值为因变量，得出不同在线皮棉回潮率对应的皮棉入库含杂率（图3）。 由图3 可以看出，随着在线皮棉回潮率的增加，这2 条生产线的皮棉入库含杂率均呈连续上升趋势。

图3 不同在线皮棉回潮率对应的皮棉入库含杂率

2.3 皮棉回潮率与含杂率拟合关系

根据分组后数据统计结果， 针对这2 条生产线，以在线皮棉回潮率组的组中值为自变量，以每组对应的皮棉入库含杂率平均值为因变量，进行在线皮棉回潮率和皮棉入库含杂率的回归分析。

针对生产线1， 拟合结果为y1＝7.179 22－2.037 34x1＋0.215 90x12。 式中：x1为生产线1 的在线皮棉回潮率（%），y1为皮棉入库含杂率（%）。 在0.05 显著性水平下，F检验显著（F＝1 692.685），并且调整的多重判定系数为0.999 81，接近1，可判断所建立的模型可靠程度较高。 由拟合方程可知，棉花加工中在线皮棉回潮率由4.7%增加到6.2%，皮棉入库含杂率由2.371%增加到2.848%， 增加0.477百分点，在线皮棉回潮率每增加0.5 百分点，皮棉入库含杂率平均增加0.159 百分点。

针对生产线2， 拟合结果为y2＝0.606 90＋0.376 04x2－0.005 38x22。 式中：x2为生产线2 的在线皮棉回潮率（%），y2为皮棉入库含杂率（%）。 在0.05 显著性水平下，F检验显著（F=380.014），并且调整的多重判定系数为0.994 75，接近1，可判断所建立的模型可靠程度较高。 由拟合方程可知，棉花加工中在线皮棉回潮率由4.2%增加到6.2%，皮棉入库含杂率由2.100%增加到2.726%， 增加0.626百分点， 即在线皮棉回潮率每增加0.5 百分点，皮棉入库含杂率平均增加0.156 5 百分点。

3 讨论

2 条生产线按批抽样检验数据统计结果表明：生产线1 皮棉入库含杂率高于2.5%的占比达到43.293%，生产线2 皮棉入库含杂率高于2.5%的占比为35.165%；棉花加工中回潮率对皮棉入库含杂率影响显著；随着在线皮棉回潮率的增加，皮棉入库含杂率呈上升趋势， 皮棉在线回潮率每增加0.5%，皮棉入库含杂率增加0.158%左右。由此得出现阶段，皮棉入库含杂率高于2.5%的占比较大，需要进一步优化棉花加工工艺来降低皮棉入库含杂率。 针对目前普遍采用的棉花加工工艺，仅从调控含杂率的角度出发， 将皮棉入库含杂率控制在2.5%以下，根据皮棉在线回潮率与皮棉入库含杂率的拟合关系， 需要将在线皮棉回潮率控制在5.5%以下。考虑到新疆植棉区棉花加工过程中由籽棉清理环节到打包环节， 棉花回潮率下降1%左右，与5.5%在线皮棉回潮率对应的籽棉清理环节的棉花回潮率在6.5%。 研究表明，适宜籽棉清理的棉花回潮率在5.5%左右[13]。 回潮率还对棉纤维长度、长度整齐度指数、断裂比强度等品质指标有较为显著的影响[14-15]。 当皮棉回潮率低于7%时，随着皮棉回潮率的增加，棉纤维长度、长度整齐度指数及断裂比强度均呈上升趋势[16-18]。可以看出，针对目前的新疆北疆机采棉加工工艺，仅通过控制回潮率降低皮棉入库含杂率是不利于提高棉花加工质量的。

分析得出，为了提高清杂效果，控制皮棉入库含杂率不高于2.5%的标准， 降低加工过程对棉纤维的损伤，需要在保证清杂效果的同时，尽可能提高轧花前棉花回潮率。 研究表明，籽棉清理环节对籽棉的损伤小于皮棉清理环节[19]。 为减轻清理环节对棉纤维的损伤， 需要进一步提高籽棉清杂效率，这就需要进一步提高籽棉干燥强度，将二道烘干后的在线皮棉回潮率控制在6.5%以下， 接近适宜籽棉清理的棉纤维回潮率5.5%。 针对目前我国新疆典型的机采细绒棉加工工艺，为兼顾降低皮棉含杂率和减轻棉纤维物理损伤，既要适度提高烘干强度保证清杂效果，又要避免过度烘干。

4 结论

棉花加工过程中，在线皮棉回潮率对皮棉入库含杂率的影响显著，且两者呈正相关，在线皮棉回潮率每增加0.5 百分点， 皮棉入库含杂率增加约0.158 百分点。 针对目前我国新疆典型的机采细绒棉加工工艺， 为控制成包皮棉的含杂率≤2.5%，应将在线皮棉回潮率控制在5.5%以下， 对应二道烘干后棉花回潮率应在6.5%以下。