棉卷性能与成纱质量关系模型的建立与验证

程浩南

江西省现代服装工程技术研究中心(中国)

在纺纱过程中，半成品的质量直接影响纱线的品质等级[1-2]。近年来，研究人员开展了大量有关利用纺纱半成品性能对成纱质量进行预测的研究，并取得了一些研究成果[3-5]。这不仅可以节约生产成本，而且对纺纱工艺设计及质量控制方面起到了积极的作用[6-7]。然而，对纺纱企业的生产实际情况进行统计发现，有关利用棉卷质量指标预测成纱质量的研究与应用仍较少[8-11]。

本文从一些纺织企业收集到很多棉卷试样，并记录了采用相应的棉卷纺制的14.5 tex棉纱的成纱质量，对相关的测度数据进行了统计与分类。然后，利用XJ128型快速棉纤维性能检测仪等[11-12]检测14项棉卷性能主要指标(上半部平均长度XLuhm、整齐度指数XUi、断裂比强度XStr、断裂伸长率XELg、马克隆值XMic、成熟度指数XMat、色泽指标(XRD、X+B、XCG)、杂质指标(XTC、XTA、XTG)、短绒率XSFC和含杂质量百分率XPTC)，以表征棉卷性能，再分析这些测试数据与成纱强力、条干CV、细节、粗节及棉结5项指标的关系，最终建立棉卷性能与成纱质量的关系模型，并进行验证。研究旨在为成纱质量的预测与控制提供一些理论参考。

1 试验

1.1 试验原料

本文在相关棉纺企业共收集取样100余组，为确保收集到的成品具有一定均匀的跨度，最终选取了具有代表性的50组棉卷，通过XJ128型快速棉纤维性能检测仪等设备测试这些棉卷性能指标数据，得到各个指标的变化范围，棉卷测试指标范围具体如表1所示。

表1 棉卷测试指标范围

1.2 试验仪器

试验仪器：XJ128型快速棉纤维性能检测仪，XJ128型取样器，YG046型原棉杂质分析仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司)，Y111型罗拉式纤维长度分析仪(莱州市电子仪器有限公司)及电子天平(上海恒平科学仪器有限公司)。除此之外，试验还需准备稀梳、密梳、镊子及小刚尺等工具。

1.3 试验原理

运用相关试验仪器对棉卷的14项性能指标进行测试，并对纺制的14.5 tex棉纱的成纱质量数据进行分析。利用多元线性回归分析建立棉卷性能指标与对应成纱强力、条干CV、细节、粗节和棉结5项指标的多元线性回归方程模型。最后，将模型的预测值与实际测量值进行对比，验证模型的适用性。

2 棉卷性能与纱线质量关系模型

在建立棉卷性能与纱线质量的多元线性回归方程模型前，需确定回归方程中符号的含义。定义成纱强力品质预测值为YP、成纱条干CV品质预测值为YCV、成纱细节品质预测值为YT1、成纱粗节品质预测值为YTN及成纱棉结品质预测值为YN。

2.1 试验测试数据分析

在对棉卷中的各种原棉纤维进行性能检测后进行数据处理与分类，对记录的企业成纱质量测试数据进行分析，再对棉卷各性能指标与成纱质量各指标之间的相关性进行分析。

分析结果发现：棉卷性能的各项测试指标与成纱性能单个指标之间基本上不具有线性关系，无法进行线性拟合，但可用多元线性回归法对棉卷性能指标与成纱性能各指标之间进行回归分析，研究并确定它们之间的非确定性关系。本文分析获得棉卷性能指标与成纱质量各指标间的单相关性关系及其拟合值(R2)如表2和表3所示。

通过对棉纺各工序的理论分析，结合表2及表3中的数据可知：棉卷性能各个指标与成纱条干、强力、细节、粗节、棉结的相关性及拟合值均不太高，且每个指标之间存在差异。其中纱线强力、条干CV和细节主要受棉卷短绒率、含杂质量百分率和马克隆值的影响；纱线粗节主要受短绒率、含杂质量百分率和整齐度指数的影响；纱线棉结主要受马克隆值和成熟度指数的影响。即成纱质量受原棉多个指标性能共同影响，因此单一指标性能与成纱质量间的相关性并不高。因此，采用多元线性回归法构建棉卷性能指标与成纱质量之间的关系模型。

表2 棉卷性能指标与纱线质量指标相关性

注：PC为相关系数，Sig为显著性水平

表3 成纱质量指标与对应棉卷性能指标的R2值

2.2 棉卷性能与成纱质量关系的构建与分析

对测试数据进行分类整理，利用SPSS数据分析软件进行分析，并将棉卷性能各项测试指标与成纱质量中的纱线强力、条干CV、细节、粗节和棉结分别进行拟合，拟合程度如图1～图5所示，对应的回归方程如表4所示。

图1 成纱实际强力与预测强力的拟合程度

图2 成纱实际条干CV与预测条干CV的拟合程度

图3 成纱实际细节与预测细节的拟合程度

图4 成纱实际粗节与预测粗节的拟合程度

图5 成纱实际棉结与预测棉结的拟合程度

建立模型后，需进一步了解模型对于总体样本的拟合程度。将棉卷各性能指标代入相应的模型进行计算，得出10组预测值，将预测值与实测值进行比较，得到实际成纱指标值与预测成纱指标值间的判定系数F。分析可知：大多模型的判定系数均可达到可信度大于0.6，表明这种预测方法是可行的。

通过对图1～图5进行观察，结合对表4的拟合方程进行分析可知：棉卷品质分别与对应14.5 tex成纱强力、条干CV，细节、粗节和棉结5项质量指标构建多元线性回归模型，其预测值与实测值间的相关性较高，但也存在一定的差异，相关系数为0.795～0.893之间，其中棉卷品质与成纱条干CV之间建立的模型有效性最高，其预测值与实测值之间的相关系数高达0.893。

表4 棉卷性能与成纱质量各指标之间的拟合方程

3 结语

利用XJ128型快速棉纤维性能检测仪等设备检测14项棉卷性能主要指标，将棉卷性能各单项指标分别与成纱条干、强力、细节、粗节和棉结进行拟合，结果表明相关性及拟合值均不太高，且存在一定的差异，这证明了成纱质量是由原棉多个性能指标共同决定的。通过数据分析，建立棉卷性能与对应成纱的强力、条干CV、细节、粗节和棉结5项质量指标关系模型，并得到棉卷与对应14.5 tex成纱强力、条干CV，细节、粗节和棉结质量指标的多元线性回归模型。预测值与实测值间的相关系数为0.795～0.893，具有实用效果。将该模型应用于棉纺企业的配棉工序，不仅容易操作而且可以节约成本。