马克隆值对成纱质量影响的灰色聚类分析

赵春生，王秋霞

(河南工程学院 纺织工程系，河南 郑州 450007)

马克隆值是原棉细度和成熟度的综合指标[1].棉纤维的细度即线密度(单位长度所具有的质量)与棉纤维的形态和构造有关.棉纤维成熟度指纤维细胞壁加厚的程度，它是与纤维线密度直接相关的指标.马克隆值对纱线的成纱强度、条干CV值、纱线毛羽、成纱结杂、染色性能等指标的影响极大.马克隆值高的棉纤维能经受机械打击，易清除杂质，成纱条干均匀，外观光洁，疵点少，成品的制成率高,但马克隆值过高，也会影响成纱强力.马克隆值过低的棉纤维，往往成熟度差，易产生有害疵点，染色性能差.因此，只有马克隆值适中的棉花，才能兼顾两个方面，获得较全面的经济效果.马克隆值是否适中是一个模糊概念，它对各项指标的影响并没有确切的量化关系.为了探讨棉纤维马克隆值的高低对成纱质量的影响，本文采用同一品种不同马克隆值的原棉单唛试纺27.8 tex 纱，并对反映成纱综合质量的各项指标进行测试，以灰色系统理论进行灰色聚类分析.

1 单唛试纺成纱质量的测试

采用马克隆值为2.9～5.1的同一品种的原棉在同机台同锭上进行单唛试纺，全部试纺样品短时期内连续纺完，以减少温湿度等造成的误差，并对成纱后的27.8 tex纱进行综合质量测试.

纺纱工艺流程：A002抓棉机→A006B混棉机→A036C梳针打手开棉机→A092双箱给棉机→A076E成卷机×2→1181C梳棉机→FA302并条机→FA302并条机→A454粗纱机→FA502细纱机.

实验仪器： YG135E条干均匀度测试分析仪、YG061F电子单纱强力机、YG171B-1型纱线毛羽仪.

实验条件：温度(20±2)℃，相对湿度(65±3)%.

试样数量30管.测试结果见表1.

2 灰色聚类分析

所谓灰色聚类就是区分聚类元素在聚类指标下的所属类别.根据灰色聚类法[2]，确定聚类元素、聚类指标、典型类别如下.

聚类元素(i)：表1中12种马克隆值原棉作为评价对象.

聚类指标(j)：表1中6种纱线质量指标作为评价指标，分别记为S1～S6.

典型类别(k)：分为三类，即成纱综合质量的好、中、差，用a、b、c表示.

表1 马克隆尼值与成纱综合质量关系Tab.1 Relation of the Micronaire value and spinning quality of cotton fiber

2.1 灰色聚类方法

2.1.1 无量纲处理

(1)

2.1.2 区间划分

将测试白化值按典型类别进行区间划分，若灰数⊗在α区间内取值，则α区间内的任意数都是⊗的一个可能白化值.在区间内灰数的取值机会不一定均等，白化权函数表示这种机会的多少.白化权函数的确定见参考文献[3].已知单纱强度值越大越好，条干CV值、毛羽指数、断头率、棉结和CVb越小越好，显然经过无量纲处理后也遵循同样的道理.根据这个特点定出灰数白化区间，如表2所示.

根据白化权函数，定义λjk为j聚类指标k典型类别的边界值，见式(2).

(2)

其中，j∈{S1，S2，…S6}，k∈{a，b，c}.

表2 灰数白化区间表Tab.2 Zone of the whitened gray

2.1.3 规定功率函数

2.1.4 确定标准权

根据边界值λjk的定义，按式(3)可以算出j类指标k典型类别的标准权系数.

(3)

经计算得出j类指标k典型类别的标准权系数，见式(4).

(4)

2.1.5 确定实际权并构造聚类系数矩阵

(5)

由计算出的灰色聚类权系数σjk，构造聚类系数矩阵[σjk]12×3=[σi1,σi2,σi3].经MATLAB运算，得到12种对应的聚类系数矩阵，见式(6).

马克隆值 a b c

(6)

2.2 结果分析

根据聚类系数矩阵评价对象i所属的灰类，进行聚类评价.评价的方法是，计算出的每一横行k个数值，对应着相应某种方案的综合评价属于第k个灰类(典型类别)的可能性大小，数值最大的方案即属于该灰类.

从分析结果看出，马克隆值在3.7～4.3时纱线综合质量最好；在3.3～3.5和4.5～4.7时同居中等；在2.9～3.1和4.9～5.1时纱线综合质量最差.

当其他因素相同，棉花的马克隆值在3.7～4.3时，成纱强度较高，条干CV值较小，毛羽量最少，断头率和棉结也较小.这是由于马克隆值在3.7～4.3时棉花成熟度、细度适中，在纺纱工艺中能经受机械打击，纤维抱合力大,成纱强力较高.在一定范围内，随着棉纤维马克隆值的减小，成纱截面内纤维根数越多[5]，纤维随机分布越均匀，并且纤维间摩擦因数增加，抱合力增大，成纱条干得到改善.因此，成纱条干CV值减小.当马克隆值过低(3.7以下)，纤维过细，成熟度差，天然转曲少，纤维经受机械打击后，易产生棉结等有害疵点和短纤维，不易清除杂质，成纱强力低；在牵伸的过程中，由于纤维过细，易折断且再生短绒增多，纤维端伸出纱体表面的几率增加，所以毛羽过多.当马克隆值过高(4.3以上)，纤维细度增加，天然转曲少，抱合力弱，单位线密度纱条内的纤维根数少，成纱强力反而降低.同时，由于纤维刚性大，纤维挠曲与扭转刚度相对较高，抱合性较差，纤维端(头或尾)伸出纱体的可能性就大[6]，所形成的毛羽数就会多.

3 结 论

(1)马克隆值在3.7～4.3时成纱综合质量最好；

(2)马克隆值过低或过高时，成纱强力低、条干CV值高、产生的毛羽和棉结多，从而影响了纱线的综合质量；

(3)计算过程采用MATLAB进行编程，只要把测试数据输入，就可以准确快捷地得到评价结果，在需要根据测量指标对测量数据进行综合评价的场合都可以使用.

参考文献：

[1] LORD E. Airflow through plugs of textile fibers. part 2: the Micronaire test[J].J Textile Inst, 1956(47):16-30.

[2] 郁崇文,汪 军,王新厚.工程参数的最优化设计[M].上海:东华大学出版社,2003:250-253.

[3] 王厉冰,胡心怡,齐素祯.灰色聚类分析在纺织材料性能综合评价中的应用[J].天津工业大学学报,2006,25(3):23-26.

[4] 汪学骞,王 智.针织物透湿性能的灰色聚类分析[J].纺织学报,1991,12(2):60-62.

[5] 杨洪玲,曹 舰.棉纤维马克隆尼值与成纱条干的关系[J].山东纺织科技,2002(3):18-19.

[6] 赵 博,李 杰,喻红芹,等.半制品质量与纱线毛羽间关系[J].纺织学报,2003,24(3):45-48.