新疆机采棉加工中短纤维率变化分析

李孝华，王瑞霞，王扬，赵倚天

（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.中国纤维质量监测中心，北京100007）

棉花短纤维率是评价棉花加工质量及棉纱配棉质量的重要指标之一，一直以来受到棉花产业链上下游供需双方的极大关注。短纤维率是指棉纤维中短于一定长度界限的纤维质量或根数占纤维总质量或总根数的百分率，称为短纤维率（重量）a或短纤维率（根数）[1-2]。细绒棉短纤维率指标主要包括12.7 mm 短纤维率（重量）、12.7 mm 短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（重量）、16 mm 短纤维率（根数）[1]。 纤维率高的原棉会增加常发性或偶发性纱疵、纱线毛羽，降低成纱制成率及强力[3]。 皮棉中的大多数短纤维来自棉花加工生产过程。其原因是棉花加工企业为了提高籽棉清理效率，改善皮棉的外观质量，往往采用较复杂的棉花加工工艺，反复多次对籽棉进行清理，使机械与纤维之间作用次数增加，作用强度增大，造成棉纤维断裂[4]。

新疆是我国最大的优质商品棉生产基地，棉花产量已占全国产量的87.3%，而不同产地的棉花品质存在差异；因此，对新疆不同产地的棉花短纤维率进行分析很有必要[5]。 鉴于此，本研究团队2017年在新疆机采棉加工生产线进行了取样，记录加工过程中不同工艺环节棉花短纤维率的数据，分析机采棉加工工艺对短纤维率的影响，旨在为降低棉花短纤维率、提高新疆机采棉加工质量指明方向。

1 材料与方法

1.1 取样设计

机采棉加工标准工艺中应设置不少于4 道籽棉清理设备、1 道异性纤维清理设备、2 道烘干设备、1 道锯齿轧花机、2 道锯齿式皮棉清理机， 还应设置旁路系统，从而根据籽棉含杂率、回潮率选择不同的工艺路线[6]。 本研究在新疆昌吉的中棉集团玛纳斯棉业有限公司棉花加工厂、新疆巴音郭楞蒙古自治州（巴州）的新疆生产建设兵团第二师29 团加工厂（数据分析中分别用地名昌吉、巴州代替），各选取1 条采用上述机采棉加工标准工艺的生产线，均采用山东天鹅棉业机械股份有限公司的171锯齿轧花成套设备，在每个取样轧花厂分别设定籽棉货场、轧花前、皮棉清理前、打包前4 个取样点（分别记为取样位置1、2、3、4）进行取样，其中籽棉货场样品为5 个，轧花前、皮棉清理前、打包前各取样点样品为30 个。

为保证试验进度和降低样品运输压力，籽棉样品采用现场取样现场试轧的方式。 试轧选用符合GB/T 19509－2004《锯齿衣分试轧机》[7]规定的试轧机。 现场取样，所有样品统一登记、编码、邮寄、保管，专人负责，科学管理。在同一生产线上抽取的样品尽量在同一时间段测试，测试方法和条件符合国家标准[7]规定。

为了确保采集数据的客观性、 准确性和权威性，昌吉回族自治州纤维检验所、巴州纤维检验所安排技术人员配合项目组在机采棉加工生产过程中现场取样、试轧，为研究新疆机采棉加工工艺对棉花短纤维率的影响提供技术支持。

1.2 样品测试

短纤维率测试按GB/T 35931－2018《棉纤维棉结和短纤维率测试方法光电法》[1]的标准草案执行。以新疆机采棉各加工环节对棉花短纤维率的影响为主要分析目标，选用XJ129 棉结和短纤维率测试仪检测样品12.7 mm 短纤维率（重量）、12.7 mm短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（重量）、16 mm短纤维率（根数）等指标。具体测试工作由河北省纤维检验局完成。

1.3 数据处理方法与工具

检验数据汇总后， 根据性能指标进行分组，使用格鲁布斯（Grubbs）检验法进行异常值检测，显著性水平为0.05，排除异常值后再进行统计分析。 数据分析时主要选择样品属性的平均值、 分布特性，分析新疆机采棉加工中上述4 个取样点的棉花短纤维率变化趋势。 使用的主要工具软件为Microsoft Excel 2019 和SPSS 20.0。

2 结果与分析

2.1 12.7 mm 短纤维率（重量）变化分析

从图1 可知，昌吉和巴州棉花的12.7 mm 短纤维率（重量）在机采棉加工工艺中的变化规律一致：货场上的籽棉经过籽棉清理环节后，12.7 mm 短纤维率（重量）降低；而经轧花环节后，12.7 mm 短纤维率（重量）升高；经皮棉清理环节后，12.7 mm 短纤维率（重量）又降低。

图1 12.7 mm 短纤维率（重量）在棉花加工中的变化

结合本研究中机采棉加工生产线和工艺特点，对上述结果原因解析如下：（1）籽棉清理环节。机采棉籽棉清理主要采用机械作用法，利用杂质颗粒大小、表面状态、密度、弹性、硬度等的差别，借助于刺钉滚筒或锯齿滚筒与有关工作部件的配合，将密度大于或小于籽棉的杂质从籽棉中分离出去。智能轧花控制系统对籽棉清理和轧花2 个影响加工品质的核心工艺环节的各类设备进行联动控制，实现籽棉清理和轧花设备等相关参数的检测和控制，并根据轧花的反馈信号自动调整籽棉清理设备关键部件转速、工位等重要参数，在尽量不损伤棉纤维的前提下降低杂质含量，可为轧花机提供状态较理想的籽棉[8-9]。 因此，籽棉清理过程中很少产生新的12.7 mm 短纤维。（2）轧花环节。机采棉轧花机设备上部的提净式清棉喂棉结构进一步清理籽棉，下部将棉纤维与棉籽剥离得到皮棉。 由于受回潮率、籽棉等级等因素的影响，轧花机工作时锯齿辊筒负荷不稳定，籽棉卷密度大小变化频繁，易产生堵塞，导致生产效率降低，皮棉产量下降，衣分亏损增加[10-11]。相比锯齿试轧机，机采棉加工生产线的轧花机锯片转速高、处理量大，在处理非理想状态籽棉时会加重对棉纤维长度的损伤， 增加12.7 mm 短纤维率。（3）清理环节。 机采棉皮棉清理主要通过齿条滚筒与排杂刀等部件的配合，对皮棉纤维进行充分梳理清杂，改善皮棉外观。为了能有效排除杂质，齿条滚筒高速转动，对纤维的撕扯、梳理强度高，对纤维损伤非常严重，会产生新的短纤维[12-13]。但是本研究表明12.7 mm 短纤维率（重量）不仅没有增加，反而降低，经分析其原因是皮棉清理设备在清理细微杂质过程中清除了部分12.7 mm 以下的短纤维。在新疆机采棉加工生产线的取样过程中，发现皮棉清理机排出的杂质中含有相当数量的短纤维，这也佐证了上述推断。

2.2 16 mm 短纤维率（重量）变化分析

从图2 发现， 昌吉和巴州棉花的16 mm 短纤维率 （重量） 在机采棉加工工艺中的变化趋势与12.7 mm 短纤维率（重量）的变化趋势一致。 造成16 mm 短纤维率（重量）上述变化的原因同12.7 mm短纤维率（重量）。

图2 16 mm 短纤维率（重量）在棉花加工中的变化

2.3 12.7 mm 短纤维率（根数）变化分析

从图3 发现，昌吉和巴州棉花的12.7 mm 短纤维率（根数）在机采棉加工工艺中的变化有区别。相同点是货场上的籽棉经过籽棉清理环节后，短纤维率（根数）基本不变，经过轧花环节后，短纤维率（根数）均升高；但是经过皮棉清理环节后，昌吉的短纤维率（根数）继续升高，而巴州的短纤维率（根数）大幅下降。

图3 12.7 mm 短纤维率（根数）在棉花加工中的变化

籽棉清理环节前后，12.7 mm 短纤维率（根数）基本没有变化，再次证明该环节对棉纤维长度损伤很小， 几乎没有新的短纤维生成。 轧花环节后，12.7 mm短纤维率（根数）升高，原因与12.7 mm 短纤维率（重量）升高的一样。 皮棉清理环节，巴州和昌吉的12.7 mm 短纤维率（根数）变化趋势相反，与12.7 mm 短纤维率（重量）的变化趋势也不相同，说明皮棉清理环节的纤维损伤、短纤维清理对短纤维率（重量）和短纤维率（根数）的影响程度是不一样的。 其详细原因有待进一步试验和分析。

2.4 16 mm 短纤维率（根数）变化分析

从图4 可知， 昌吉和巴州棉花的16 mm 短纤维率 （根数） 在机采棉加工工艺中的变化趋势与12.7 mm 短纤维率（根数）的变化趋势一致。

图4 16 mm 短纤维率（根数）在棉花加工中的变化

3 结论

通过在昌吉和巴州171 锯齿轧花机采棉加工生产线的货场、轧花前、皮棉清理前、打包前4 个环节取样， 测试12.7 mm 短纤维率（重量）、12.7 mm短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（重量）、16 mm短纤维率（根数），分析新疆机采棉加工工艺中主要环节对棉花短纤维率的影响。结论如下：（1）籽棉清理环节会降低棉纤维12.7 mm 短纤维率（重量）、16 mm 短纤维率（重量），对12.7 mm 短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（根数）基本没有影响。 （2）轧花环节会增加12.7 mm 短纤维率（重量）、12.7 mm短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（重量）、16 mm短纤维率（根数）。 （3）皮棉清理环节会产生新的短纤维， 也会清理掉一部分短纤维，12.7 mm 短纤维率（重量）、16 mm 短纤维率（重量）降低，而12.7 mm短纤维率（根数）、16 mm 短纤维率（根数）在昌吉和巴州2 条生产线的变化趋势相反。

综上所述， 在新疆机采棉加工中应重视轧花机、皮棉清理机的操作使用，做到因花配车，减小棉纤维长度损失，降低棉花短纤维率，提高新疆机采棉加工质量。 未来新疆机采棉加工逐步向智能化、信息化的方向发展，如何根据加工中棉花品质的变化规律改进机采棉加工工艺，如基于棉花短纤维率等品质指标与工艺关系的自适应调整技术，均有待于进一步研究。