生条中短纤维含量与成纱指标的相关性分析

曹继鹏， 张志丹， 张明光， 陆惠文

(1. 辽东学院 服装与纺织学院， 辽宁 丹东 118003； 2. 辽宁省功能纺织材料重点实验室(辽东学院)， 辽宁 丹东 118003； 3. 无锡万宝纺织机电有限公司， 江苏 无锡 214161)

原棉经开清棉工序后，纤维一般都有一定损伤、断裂，短纤维含量增加。清棉后的筵棉经梳棉机加工后，在梳理转移过程中，短纤维含量会进一步增加，但梳棉机排除短纤维的能力比开清棉工序大一些，故一般短纤维含量增加不大或者会稍有降低[1]。很多研究证实原棉中短纤维的含量对成纱质量有重要的影响[2-3]，也有文献探讨了生条质量与纱线质量指标之间的关系，通过线性拟合方式得出生条指标对纱线指标影响的关联顺序[4-5]。文献[6]采用大容量棉花纤维测试仪(HVI)、单纤维测试系统(AFIS)和手工检测3种方法，测试原棉中的短纤维含量(小于12.7 mm)对29.5 tex环锭纱线质量的影响，得出AFIS短纤维含量与纱线强力、伸长、断头、棉结、粗节、细节和条干不匀率之间的相关系数分别为-0.725、-0.164、0.472、0.485、0.810、0.777、0.830，可见原棉中AFIS短纤维含量与纱线强力指标呈强负相关，与断头、棉结、粗节、细节和条干不匀率之间呈较高的正相关。但文中没有指出短纤维含量指标是质量短纤维含量(以下简称Sw)还是根数短纤维含量(以下简称Sn)，对于粗细节和棉结指标也没有详细划分。文献[7]研究指出，纤维长度和直径与环锭纱和转杯纱的条干CV值、棉结、毛羽及粗细节的平方根有很高的相关性，Sw与毛羽和细节的平方根显著相关，所纺的纱线线密度为 20 tex。Hequet[8]通过纺制线密度为16.4 tex和 11.8 tex纱线，研究了AFIS数据对纱线质量指标的影响，指出原棉中AFIS 检测的Sw与纱线的条干、细节、粗节、棉结和毛羽指标具有显著的相关性。文献[9]研究指出，中支纱的原料中12.7 mm以下短纤维含量每增加3%, 则相应细纱CV值增加1%，高支纱原料中10 mm以下短纤维含量每增加2%, 则相应细纱CV值增加1%。Srinivasan等[10]提出了相对短纤维含量的概念，指出相对短纤维含量与绝对短纤维含量相比是一个更好的参数，其测量参考级别对棉纱质量的结果也有一定影响，认为采用棉结和短纤维测试仪aQura测得纤维的5%长度(纤维中最长5%的平均长度指标)的30%作为相对短纤维含量指标较为合适。

从上述文献分析中可以看出，以往主要针对原棉中短纤维含量对成纱质量指标的影响进行研究，采用的是AFIS一贯设定的指标，即小于12.7 mm短纤维含量，关于生条中短纤维含量与成纱质量指标间的相关性研究报道不多。本文根据生条中AFIS测量的纤维长度分布情况，统计出4种短纤维含量指标，即分别为小于10、12、14和16 mm短纤维含量，分别计算这些指标的Sw和Sn与成纱各质量指标之间的相关系数，进而得出生条短纤维含量与成纱质量指标之间的相关性。

1 实验部分

1.1 实验原料

新疆棉，采用微型清梳联系统喂入梳棉机，实验过程中使用2种原棉，其中筵棉1的AFIS检测指标如下：根数平均长度为20.2 mm，Sn(小于12.7 mm)为25.1%，Sw(小于12.7 mm)为7.8%，5%长度为34.5 mm，棉结含量为308粒/g(其中带籽屑棉结含量为22粒/g)，棉结的平均尺寸为700 μm，杂质总含量为246粒/g(其中尘杂含量为206粒/g，粒杂含量为40粒/g)，杂质平均尺寸为324 μm，可见异物含量为0.82%；筵棉2的AFIS检测指标如下:根数平均长度为20.3 mm，Sn(小于12.7 mm)为22.9%，Sw(小于12.7 mm)为7.3%，5%长度为33.8 mm，棉结含量为219粒/g(其中带籽屑棉结含量为 12粒/g)，棉结的平均尺寸为690 μm，杂质总数含量为127粒/g(其中尘杂含量为102粒/g，粒杂含量为 25粒/g)，杂质平均尺寸为379 μm，可见异物含量为0.65%。

1.2 实验条件

实验采用FA203C型梳棉机。梳棉机刺辊分别采用500、550、600、650、700、750、800、850、900、950和1 000 r/min共11种速度，每档速度下调节锡林速度，分别采用3种锡林刺辊速比，分别为1.5、2.0和2.5。梳棉出条速度设定为140 m/min，生条定量为25 g/(5 m)，熟条定量为22.33 g/(5 m)，粗纱定量为7 g/(10 m)，粗纱捻系数为130，刺辊与给棉板隔距为0.76 mm，刺辊与除尘刀隔距为0.46 mm，除尘刀角度为90°，刺辊与预分梳板隔距为1.0 mm，后固定盖板(由下到上4根)隔距分别为0.76、0.76、0.64、0.64 mm，前固定盖板(由上到下4根)隔距分别为0.2、0.2、0.18、0.18 mm。纺纱线密度为 18.5 tex。原棉1采用刺辊速度为500～900 r/min，原棉2采用刺辊速度为950和1 000 r/min。

1.3 实验方案

实验采用上面提到的11种刺辊速度，每种刺辊速度下3种锡林刺辊速比，总计33个方案分别进行梳理，然后采用同样的后续工艺纺制18.5 tex纯棉纱。对每个实验方案生产的生条随机取样30个进行AFIS检测，以保证检测结果的可靠性[11]。每个实验方案生产10管纱，用于纱线条干、强力和毛羽指标的检测。

2 实验结果

对33个不同实验方案条件下生产的生条取样，使用AFIS测试仪检测其纤维长度分布情况，实验结果取30个试样的均值。通过纤维长度分布统计出小于10、12、14和16 mm 4种短纤维含量指标(包括Sw和Sn)，在此基础上计算每种短纤维含量指标的变异系数，结果如表1所示。使用USTER ME100型条干仪、USTER ZWEIGLE HL400型毛羽仪 和 YG063T型强力仪分别对每个实验方案生产的纱线进行条干、毛羽和强力指标检测，取10次检测结果的均值，具体结果见表2、3。

表1 生条中不同标准的短纤维含量统计结果及变异系数Tab.1 Sn and Sw of different length and their coefficient of variation

表2 不同方案条件下生产的纱线条干指标Tab.2 Yarn evenness parameters under different experiment plans

续表2

表3 不同方案条件下生产的纱线强力和毛羽指数Tab.3 Yarn strength and hairiness under different experiment plans

3 实验结果分析

3.1 短纤维含量与成纱条干指标的相关性

对照每个方案所纺纱线的条干指标，使用下式计算其相关性。

r=∑ni=1xi-yi-∑ni=1xi-2∑n1yi-2

式中：r为相关系数；xi和yi分别代表2个变量的个体值，i=1，2，…，n；和分别代表2个变量总体的平均值；n为方案个数，可以计算出2个变量之间的Pearson相关系数。在此使用SPSS统计分析软件进行计算，得到不同水平下Sw和Sn指标与成纱条干指标之间的相关系数如表4所示。

由表4可知，对于Sw而言，4种短纤维含量指标对条干CV值、+35%粗节、+50%粗节和+140%棉结4个指标的相关性十分显著(均为0.01水平)：4种短纤维含量与条干CV值指标的相

表4 生条中不同水平Sw、Sn指标与成纱条干指标的相关性分析结果Tab.4 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn evenness parameters

关系数分别为0.538、0.521、0.528和0.551，其中小于16 mm短纤维含量指标的相关系数最大；与+35%粗节的相关系数分别为0.637、0.620、0.619和0.626，其中小于10 mm短纤维含量指标的相关系数最大；与+50%粗节的相关系数分别为0.510、0.496、0.494和0.490，其中小于10 mm短纤维含量指标的相关系数最大；与+140%棉结指标的相关系数分别为0.686、0.665、0.648和0.631，其中小于10 mm短纤维含量指标的相关系数最大，依次为小于12、14和16 mm短纤维含量指标。

从以上数据可以看出，4种短纤维含量与条干CV值的相关系数以小于16 mm短纤维含量相关系数最大，但小于10 mm短纤维含量相关系数排第二，相关性十分显著；与+50%粗节虽然在相关显著性水平上看均达到0.01水平，但仅有小于10 mm短纤维含量指标的相关系数超过0.5，其他几个短纤维含量指标的相关系数依次降低。

对于-40%细节指标，4种短纤维含量指标中只有小于16 mm短纤维含量指标与其相关显著性水平达到0.01，其他3个指标与其相关显著性水平为0.050。对于-50%细节指标，4种短纤维含量指标中只有小于16 mm短纤维含量指标与其相关显著性水平达到0.05，其他3个指标与其相关性均为不显著。可见对于细节指标来说，小于16 mm短纤维含量指标表现出显著的相关性。但是从相关系数来看均小于0.5，相关程度不高。所有短纤维含量指标与+200%棉结指标均不存在显著的相关性。

根据表1中不同短纤维含量指标的检测结果，计算出每个指标下33个方案短纤维含量的变异系数(CV值)。可以看出，无论是Sw还是Sn，从小于10 mm到小于16 mm短纤维含量的CV值呈逐渐降低趋势，其中Sw依次为14.6%、8.4%、7.5%和6.8%，Sn依次为9.4%、8.0%、6.8%和6.1%。可见随着短纤维含量指标变异系数的降低，其与细节的相关程度逐渐增加，因此，这种相关性反映了2个变化因素之间变异的一致性程度。

通过与成纱条干有关指标的相关性分析可以得出，总体上4种短纤维含量指标中以小于10 mm短纤维含量与条干CV值、+35%粗节、+50%粗节和+140%棉结4个指标的相关性较好。本文实验中使用的2种原棉5%长度分别为35.3 mm和 34 mm，依据文献[10]的结论，采用原棉5%长度的 30%(分别为10.6和10.2 mm)作为相对短纤维含量指标，其与纱线中+35%粗节和+50%粗节表现出较高的相关性。可见在粗节指标上，本文实验与文献[10]的结论相吻合。

分析表4中的数据可知，4种Sn指标对条干CV值、+35%粗节、+50%粗节和+140%棉结4个

指标的相关性也是十分显著(均为0.01水平)的，与+200%棉结指标均不存在显著的相关性。这与Sw的分析结果完全相同。有点差异的是，Sn对 -40% 细节的显著性水平均为0.05，与-50%细节指标均不存在显著相关性。

3.2 短纤维含量与成纱强力指标的相关性

表5示出了4种Sw和Sn指标与成纱强力指标的相关性分析结果。

表5 生条中不同Sw、Sn指标与成纱强力指标的相关性分析结果Tab.5 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn strength parameters

根据表5中数据可知，无论是Sw还是Sn指标，其与成纱强力所列的所有指标相关性均为不显著。一般情况下，若纤维的平均长度相同，短纤维含量较高者其成纱强力要相对较低[12]，这种情况下纤维的长度整齐度指标也较差，很多研究表明纤维的长度整齐度与成纱强力具有很高的相关性，纤维整齐度好，纱条每一截面内纤维排列比较均匀一致，存在强力弱环的几率较小，纤维强力利用系数较高，因此，整体上成纱强力较高[13]。

从本文实验中的数据看出：各方案下由于分梳

条件不同，生条中纤维的平均长度也会随之出现差异，同时刺辊和锡林高速条件下对纤维的损伤也会有所加剧，会在提高梳理度的同时导致短纤维含量升高，因此，当梳理工艺条件发生变化而导致生条中的短纤维含量变化时，需要权衡利弊，通过对成纱质量指标进行对比分析，不能单以短纤维含量指标对纱线的强力指标进行预测。

3.3 短纤维含量与成纱毛羽指数的相关性

表6示出生条中Sw和Sn与毛羽指数S3的相关性分析结果。

表6 生条中不同短纤维含量与毛羽指数S3的相关性分析结果Tab.6 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn hairiness parameters S3

由表6可看出，4种Sw和Sn指标与毛羽指数的相关性均为十分显著(0.01水平)，均以小于 10 mm短纤维含量指标与毛羽指数相关性最大。值得注意的是，4种短纤维含量指标均与毛羽指数呈负相关，这与一般情况下，短纤维含量指标与毛羽呈正相关不相符，说明短纤维含量不是决定毛羽的唯一因素。实践表明，毛羽与半制品的结构(包括须条中纤维的分离度、平行伸直度及短纤维含量等)有直接的关系[14]，本文实验中33个方案选取11种刺辊速度，每种刺辊速度下选取3种速比，即对应3种锡林速度，随着刺辊和锡林速度的增加，对纤维的分梳将逐步加强，尽管短纤维含量有一定增加，但同时须条中纤维的分离度和平行伸直度会得到较大幅度提高，这样干扰纤维运动的棉结杂质就会减少，利于细纱牵伸装置对纤维运动的控制，从而减少毛羽的产生[14]。这可能是出现负相关分析结果的原因。这也说明不能仅依靠短纤维含量1个指标来预测纱线的毛羽指标，需要结合具体的分梳工艺，对半制品结构的多个指标进行综合考虑分析，以便能够选取恰当的梳理工艺。

4 结束语

1)生条中质量短纤维含量(Sw)和根数短纤维含量(Sn)与纱线条干、强力、毛羽等的指标相关性趋势是基本一致的，Sw与成纱条干指标的相关系数普遍要高于Sn。

2)4种不同纤维长度下的短纤维含量指标，与条干CV值、-40%细节、-50%细节以小于16 mm短纤维含量指标的相关程度最高；与+35%粗节、+50%粗节和+140%棉结以小于10 mm短纤维含量指标的相关程度最高，依次为小于12、14和 16 mm 短纤维含量指标。在-50%细节指标的预测上，只能根据生条中小于16 mm的Sn进行预测。

3)当梳理工艺条件发生变化而导致生条中的短纤维含量变化时，不能单以短纤维含量指标对纱线的强力和毛羽指标进行预测。仅用短纤维含量 1个指标来预测纱线的强力和毛羽指标是不完全的，应充分考虑梳理工艺条件变化带来的影响，需要结合纤维的分离度、平行伸直度等多个指标进行综合考虑，兼顾提高梳理度与纤维损伤之间的矛盾关系，根据最终产品的质量指标要求，恰当合理地选择梳理工艺。同时，在生条质量控制方面，也不能片面追求单个指标而忽视整体优化。

FZXB