馬克隆值對成紗質(zhì)量影響的灰色聚類分析

趙春生，王秋霞

(河南工程學(xué)院 紡織工程系，河南 鄭州 450007)

馬克隆值是原棉細(xì)度和成熟度的綜合指標(biāo)[1].棉纖維的細(xì)度即線密度(單位長度所具有的質(zhì)量)與棉纖維的形態(tài)和構(gòu)造有關(guān).棉纖維成熟度指纖維細(xì)胞壁加厚的程度，它是與纖維線密度直接相關(guān)的指標(biāo).馬克隆值對紗線的成紗強度、條干CV值、紗線毛羽、成紗結(jié)雜、染色性能等指標(biāo)的影響極大.馬克隆值高的棉纖維能經(jīng)受機械打擊，易清除雜質(zhì)，成紗條干均勻，外觀光潔，疵點少，成品的制成率高,但馬克隆值過高，也會影響成紗強力.馬克隆值過低的棉纖維，往往成熟度差，易產(chǎn)生有害疵點，染色性能差.因此，只有馬克隆值適中的棉花，才能兼顧兩個方面，獲得較全面的經(jīng)濟效果.馬克隆值是否適中是一個模糊概念，它對各項指標(biāo)的影響并沒有確切的量化關(guān)系.為了探討棉纖維馬克隆值的高低對成紗質(zhì)量的影響，本文采用同一品種不同馬克隆值的原棉單嘜試紡27.8 tex 紗，并對反映成紗綜合質(zhì)量的各項指標(biāo)進行測試，以灰色系統(tǒng)理論進行灰色聚類分析.

1 單嘜試紡成紗質(zhì)量的測試

采用馬克隆值為2.9～5.1的同一品種的原棉在同機臺同錠上進行單嘜試紡，全部試紡樣品短時期內(nèi)連續(xù)紡?fù)?，以減少溫濕度等造成的誤差，并對成紗后的27.8 tex紗進行綜合質(zhì)量測試.

紡紗工藝流程：A002抓棉機→A006B混棉機→A036C梳針打手開棉機→A092雙箱給棉機→A076E成卷機×2→1181C梳棉機→FA302并條機→FA302并條機→A454粗紗機→FA502細(xì)紗機.

實驗儀器： YG135E條干均勻度測試分析儀、YG061F電子單紗強力機、YG171B-1型紗線毛羽儀.

實驗條件：溫度(20±2)℃，相對濕度(65±3)%.

試樣數(shù)量30管.測試結(jié)果見表1.

2 灰色聚類分析

所謂灰色聚類就是區(qū)分聚類元素在聚類指標(biāo)下的所屬類別.根據(jù)灰色聚類法[2]，確定聚類元素、聚類指標(biāo)、典型類別如下.

聚類元素(i)：表1中12種馬克隆值原棉作為評價對象.

聚類指標(biāo)(j)：表1中6種紗線質(zhì)量指標(biāo)作為評價指標(biāo)，分別記為S1～S6.

典型類別(k)：分為三類，即成紗綜合質(zhì)量的好、中、差，用a、b、c表示.

表1 馬克隆尼值與成紗綜合質(zhì)量關(guān)系Tab.1 Relation of the Micronaire value and spinning quality of cotton fiber

2.1 灰色聚類方法

2.1.1 無量綱處理

(1)

2.1.2 區(qū)間劃分

將測試白化值按典型類別進行區(qū)間劃分，若灰數(shù)?在α區(qū)間內(nèi)取值，則α區(qū)間內(nèi)的任意數(shù)都是?的一個可能白化值.在區(qū)間內(nèi)灰數(shù)的取值機會不一定均等，白化權(quán)函數(shù)表示這種機會的多少.白化權(quán)函數(shù)的確定見參考文獻(xiàn)[3].已知單紗強度值越大越好，條干CV值、毛羽指數(shù)、斷頭率、棉結(jié)和CVb越小越好，顯然經(jīng)過無量綱處理后也遵循同樣的道理.根據(jù)這個特點定出灰數(shù)白化區(qū)間，如表2所示.

根據(jù)白化權(quán)函數(shù)，定義λjk為j聚類指標(biāo)k典型類別的邊界值，見式(2).

(2)

其中，j∈{S1，S2，…S6}，k∈{a，b，c}.

表2 灰數(shù)白化區(qū)間表Tab.2 Zone of the whitened gray

2.1.3 規(guī)定功率函數(shù)

2.1.4 確定標(biāo)準(zhǔn)權(quán)

根據(jù)邊界值λjk的定義，按式(3)可以算出j類指標(biāo)k典型類別的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)系數(shù).

(3)

經(jīng)計算得出j類指標(biāo)k典型類別的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)系數(shù)，見式(4).

(4)

2.1.5 確定實際權(quán)并構(gòu)造聚類系數(shù)矩陣

(5)

由計算出的灰色聚類權(quán)系數(shù)σjk，構(gòu)造聚類系數(shù)矩陣[σjk]12×3=[σi1,σi2,σi3].經(jīng)MATLAB運算，得到12種對應(yīng)的聚類系數(shù)矩陣，見式(6).

馬克隆值 a b c

(6)

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)聚類系數(shù)矩陣評價對象i所屬的灰類，進行聚類評價.評價的方法是，計算出的每一橫行k個數(shù)值，對應(yīng)著相應(yīng)某種方案的綜合評價屬于第k個灰類(典型類別)的可能性大小，數(shù)值最大的方案即屬于該灰類.

從分析結(jié)果看出，馬克隆值在3.7～4.3時紗線綜合質(zhì)量最好；在3.3～3.5和4.5～4.7時同居中等；在2.9～3.1和4.9～5.1時紗線綜合質(zhì)量最差.

當(dāng)其他因素相同，棉花的馬克隆值在3.7～4.3時，成紗強度較高，條干CV值較小，毛羽量最少，斷頭率和棉結(jié)也較小.這是由于馬克隆值在3.7～4.3時棉花成熟度、細(xì)度適中，在紡紗工藝中能經(jīng)受機械打擊，纖維抱合力大,成紗強力較高.在一定范圍內(nèi)，隨著棉纖維馬克隆值的減小，成紗截面內(nèi)纖維根數(shù)越多[5]，纖維隨機分布越均勻，并且纖維間摩擦因數(shù)增加，抱合力增大，成紗條干得到改善.因此，成紗條干CV值減小.當(dāng)馬克隆值過低(3.7以下)，纖維過細(xì)，成熟度差，天然轉(zhuǎn)曲少，纖維經(jīng)受機械打擊后，易產(chǎn)生棉結(jié)等有害疵點和短纖維，不易清除雜質(zhì)，成紗強力低；在牽伸的過程中，由于纖維過細(xì)，易折斷且再生短絨增多，纖維端伸出紗體表面的幾率增加，所以毛羽過多.當(dāng)馬克隆值過高(4.3以上)，纖維細(xì)度增加，天然轉(zhuǎn)曲少，抱合力弱，單位線密度紗條內(nèi)的纖維根數(shù)少，成紗強力反而降低.同時，由于纖維剛性大，纖維撓曲與扭轉(zhuǎn)剛度相對較高，抱合性較差，纖維端(頭或尾)伸出紗體的可能性就大[6]，所形成的毛羽數(shù)就會多.

3 結(jié) 論

(1)馬克隆值在3.7～4.3時成紗綜合質(zhì)量最好；

(2)馬克隆值過低或過高時，成紗強力低、條干CV值高、產(chǎn)生的毛羽和棉結(jié)多，從而影響了紗線的綜合質(zhì)量；

(3)計算過程采用MATLAB進行編程，只要把測試數(shù)據(jù)輸入，就可以準(zhǔn)確快捷地得到評價結(jié)果，在需要根據(jù)測量指標(biāo)對測量數(shù)據(jù)進行綜合評價的場合都可以使用.

參考文獻(xiàn)：

[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 軍,王新厚.工程參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計[M].上海:東華大學(xué)出版社,2003:250-253.

[3] 王厲冰,胡心怡,齊素禎.灰色聚類分析在紡織材料性能綜合評價中的應(yīng)用[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,25(3):23-26.

[4] 汪學(xué)騫,王 智.針織物透濕性能的灰色聚類分析[J].紡織學(xué)報,1991,12(2):60-62.

[5] 楊洪玲,曹 艦.棉纖維馬克隆尼值與成紗條干的關(guān)系[J].山東紡織科技,2002(3):18-19.

[6] 趙 博,李 杰,喻紅芹,等.半制品質(zhì)量與紗線毛羽間關(guān)系[J].紡織學(xué)報,2003,24(3):45-48.