生條中短纖維含量與成紗指標(biāo)的相關(guān)性分析

曹繼鵬， 張志丹， 張明光， 陸惠文

(1. 遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院， 遼寧 丹東 118003； 2. 遼寧省功能紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(遼東學(xué)院)， 遼寧 丹東 118003； 3. 無錫萬寶紡織機(jī)電有限公司， 江蘇 無錫 214161)

原棉經(jīng)開清棉工序后，纖維一般都有一定損傷、斷裂，短纖維含量增加。清棉后的筵棉經(jīng)梳棉機(jī)加工后，在梳理轉(zhuǎn)移過程中，短纖維含量會進(jìn)一步增加，但梳棉機(jī)排除短纖維的能力比開清棉工序大一些，故一般短纖維含量增加不大或者會稍有降低[1]。很多研究證實(shí)原棉中短纖維的含量對成紗質(zhì)量有重要的影響[2-3]，也有文獻(xiàn)探討了生條質(zhì)量與紗線質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系，通過線性擬合方式得出生條指標(biāo)對紗線指標(biāo)影響的關(guān)聯(lián)順序[4-5]。文獻(xiàn)[6]采用大容量棉花纖維測試儀(HVI)、單纖維測試系統(tǒng)(AFIS)和手工檢測3種方法，測試原棉中的短纖維含量(小于12.7 mm)對29.5 tex環(huán)錠紗線質(zhì)量的影響，得出AFIS短纖維含量與紗線強(qiáng)力、伸長、斷頭、棉結(jié)、粗節(jié)、細(xì)節(jié)和條干不勻率之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.725、-0.164、0.472、0.485、0.810、0.777、0.830，可見原棉中AFIS短纖維含量與紗線強(qiáng)力指標(biāo)呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與斷頭、棉結(jié)、粗節(jié)、細(xì)節(jié)和條干不勻率之間呈較高的正相關(guān)。但文中沒有指出短纖維含量指標(biāo)是質(zhì)量短纖維含量(以下簡稱Sw)還是根數(shù)短纖維含量(以下簡稱Sn)，對于粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)指標(biāo)也沒有詳細(xì)劃分。文獻(xiàn)[7]研究指出，纖維長度和直徑與環(huán)錠紗和轉(zhuǎn)杯紗的條干CV值、棉結(jié)、毛羽及粗細(xì)節(jié)的平方根有很高的相關(guān)性，Sw與毛羽和細(xì)節(jié)的平方根顯著相關(guān)，所紡的紗線線密度為 20 tex。Hequet[8]通過紡制線密度為16.4 tex和 11.8 tex紗線，研究了AFIS數(shù)據(jù)對紗線質(zhì)量指標(biāo)的影響，指出原棉中AFIS 檢測的Sw與紗線的條干、細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)和毛羽指標(biāo)具有顯著的相關(guān)性。文獻(xiàn)[9]研究指出，中支紗的原料中12.7 mm以下短纖維含量每增加3%, 則相應(yīng)細(xì)紗CV值增加1%，高支紗原料中10 mm以下短纖維含量每增加2%, 則相應(yīng)細(xì)紗CV值增加1%。Srinivasan等[10]提出了相對短纖維含量的概念，指出相對短纖維含量與絕對短纖維含量相比是一個更好的參數(shù)，其測量參考級別對棉紗質(zhì)量的結(jié)果也有一定影響，認(rèn)為采用棉結(jié)和短纖維測試儀aQura測得纖維的5%長度(纖維中最長5%的平均長度指標(biāo))的30%作為相對短纖維含量指標(biāo)較為合適。

從上述文獻(xiàn)分析中可以看出，以往主要針對原棉中短纖維含量對成紗質(zhì)量指標(biāo)的影響進(jìn)行研究，采用的是AFIS一貫設(shè)定的指標(biāo)，即小于12.7 mm短纖維含量，關(guān)于生條中短纖維含量與成紗質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)性研究報道不多。本文根據(jù)生條中AFIS測量的纖維長度分布情況，統(tǒng)計出4種短纖維含量指標(biāo)，即分別為小于10、12、14和16 mm短纖維含量，分別計算這些指標(biāo)的Sw和Sn與成紗各質(zhì)量指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)而得出生條短纖維含量與成紗質(zhì)量指標(biāo)之間的相關(guān)性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

新疆棉，采用微型清梳聯(lián)系統(tǒng)喂入梳棉機(jī)，實(shí)驗(yàn)過程中使用2種原棉，其中筵棉1的AFIS檢測指標(biāo)如下：根數(shù)平均長度為20.2 mm，Sn(小于12.7 mm)為25.1%，Sw(小于12.7 mm)為7.8%，5%長度為34.5 mm，棉結(jié)含量為308粒/g(其中帶籽屑棉結(jié)含量為22粒/g)，棉結(jié)的平均尺寸為700 μm，雜質(zhì)總含量為246粒/g(其中塵雜含量為206粒/g，粒雜含量為40粒/g)，雜質(zhì)平均尺寸為324 μm，可見異物含量為0.82%；筵棉2的AFIS檢測指標(biāo)如下:根數(shù)平均長度為20.3 mm，Sn(小于12.7 mm)為22.9%，Sw(小于12.7 mm)為7.3%，5%長度為33.8 mm，棉結(jié)含量為219粒/g(其中帶籽屑棉結(jié)含量為 12粒/g)，棉結(jié)的平均尺寸為690 μm，雜質(zhì)總數(shù)含量為127粒/g(其中塵雜含量為102粒/g，粒雜含量為 25粒/g)，雜質(zhì)平均尺寸為379 μm，可見異物含量為0.65%。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)采用FA203C型梳棉機(jī)。梳棉機(jī)刺輥分別采用500、550、600、650、700、750、800、850、900、950和1 000 r/min共11種速度，每檔速度下調(diào)節(jié)錫林速度，分別采用3種錫林刺輥速比，分別為1.5、2.0和2.5。梳棉出條速度設(shè)定為140 m/min，生條定量為25 g/(5 m)，熟條定量為22.33 g/(5 m)，粗紗定量為7 g/(10 m)，粗紗捻系數(shù)為130，刺輥與給棉板隔距為0.76 mm，刺輥與除塵刀隔距為0.46 mm，除塵刀角度為90°，刺輥與預(yù)分梳板隔距為1.0 mm，后固定蓋板(由下到上4根)隔距分別為0.76、0.76、0.64、0.64 mm，前固定蓋板(由上到下4根)隔距分別為0.2、0.2、0.18、0.18 mm。紡紗線密度為 18.5 tex。原棉1采用刺輥速度為500～900 r/min，原棉2采用刺輥速度為950和1 000 r/min。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)采用上面提到的11種刺輥速度，每種刺輥速度下3種錫林刺輥速比，總計33個方案分別進(jìn)行梳理，然后采用同樣的后續(xù)工藝紡制18.5 tex純棉紗。對每個實(shí)驗(yàn)方案生產(chǎn)的生條隨機(jī)取樣30個進(jìn)行AFIS檢測，以保證檢測結(jié)果的可靠性[11]。每個實(shí)驗(yàn)方案生產(chǎn)10管紗，用于紗線條干、強(qiáng)力和毛羽指標(biāo)的檢測。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對33個不同實(shí)驗(yàn)方案條件下生產(chǎn)的生條取樣，使用AFIS測試儀檢測其纖維長度分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取30個試樣的均值。通過纖維長度分布統(tǒng)計出小于10、12、14和16 mm 4種短纖維含量指標(biāo)(包括Sw和Sn)，在此基礎(chǔ)上計算每種短纖維含量指標(biāo)的變異系數(shù)，結(jié)果如表1所示。使用USTER ME100型條干儀、USTER ZWEIGLE HL400型毛羽儀 和 YG063T型強(qiáng)力儀分別對每個實(shí)驗(yàn)方案生產(chǎn)的紗線進(jìn)行條干、毛羽和強(qiáng)力指標(biāo)檢測，取10次檢測結(jié)果的均值，具體結(jié)果見表2、3。

表1 生條中不同標(biāo)準(zhǔn)的短纖維含量統(tǒng)計結(jié)果及變異系數(shù)Tab.1 Sn and Sw of different length and their coefficient of variation

表2 不同方案條件下生產(chǎn)的紗線條干指標(biāo)Tab.2 Yarn evenness parameters under different experiment plans

續(xù)表2

表3 不同方案條件下生產(chǎn)的紗線強(qiáng)力和毛羽指數(shù)Tab.3 Yarn strength and hairiness under different experiment plans

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 短纖維含量與成紗條干指標(biāo)的相關(guān)性

對照每個方案所紡紗線的條干指標(biāo)，使用下式計算其相關(guān)性。

r=∑ni=1xi-yi-∑ni=1xi-2∑n1yi-2

式中：r為相關(guān)系數(shù)；xi和yi分別代表2個變量的個體值，i=1，2，…，n；和分別代表2個變量總體的平均值；n為方案個數(shù)，可以計算出2個變量之間的Pearson相關(guān)系數(shù)。在此使用SPSS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行計算，得到不同水平下Sw和Sn指標(biāo)與成紗條干指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)如表4所示。

由表4可知，對于Sw而言，4種短纖維含量指標(biāo)對條干CV值、+35%粗節(jié)、+50%粗節(jié)和+140%棉結(jié)4個指標(biāo)的相關(guān)性十分顯著(均為0.01水平)：4種短纖維含量與條干CV值指標(biāo)的相

表4 生條中不同水平Sw、Sn指標(biāo)與成紗條干指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.4 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn evenness parameters

關(guān)系數(shù)分別為0.538、0.521、0.528和0.551，其中小于16 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)最大；與+35%粗節(jié)的相關(guān)系數(shù)分別為0.637、0.620、0.619和0.626，其中小于10 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)最大；與+50%粗節(jié)的相關(guān)系數(shù)分別為0.510、0.496、0.494和0.490，其中小于10 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)最大；與+140%棉結(jié)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)分別為0.686、0.665、0.648和0.631，其中小于10 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)最大，依次為小于12、14和16 mm短纖維含量指標(biāo)。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，4種短纖維含量與條干CV值的相關(guān)系數(shù)以小于16 mm短纖維含量相關(guān)系數(shù)最大，但小于10 mm短纖維含量相關(guān)系數(shù)排第二，相關(guān)性十分顯著；與+50%粗節(jié)雖然在相關(guān)顯著性水平上看均達(dá)到0.01水平，但僅有小于10 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)超過0.5，其他幾個短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)依次降低。

對于-40%細(xì)節(jié)指標(biāo)，4種短纖維含量指標(biāo)中只有小于16 mm短纖維含量指標(biāo)與其相關(guān)顯著性水平達(dá)到0.01，其他3個指標(biāo)與其相關(guān)顯著性水平為0.050。對于-50%細(xì)節(jié)指標(biāo)，4種短纖維含量指標(biāo)中只有小于16 mm短纖維含量指標(biāo)與其相關(guān)顯著性水平達(dá)到0.05，其他3個指標(biāo)與其相關(guān)性均為不顯著?？梢妼τ诩?xì)節(jié)指標(biāo)來說，小于16 mm短纖維含量指標(biāo)表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。但是從相關(guān)系數(shù)來看均小于0.5，相關(guān)程度不高。所有短纖維含量指標(biāo)與+200%棉結(jié)指標(biāo)均不存在顯著的相關(guān)性。

根據(jù)表1中不同短纖維含量指標(biāo)的檢測結(jié)果，計算出每個指標(biāo)下33個方案短纖維含量的變異系數(shù)(CV值)?？梢钥闯?，無論是Sw還是Sn，從小于10 mm到小于16 mm短纖維含量的CV值呈逐漸降低趨勢，其中Sw依次為14.6%、8.4%、7.5%和6.8%，Sn依次為9.4%、8.0%、6.8%和6.1%?？梢婋S著短纖維含量指標(biāo)變異系數(shù)的降低，其與細(xì)節(jié)的相關(guān)程度逐漸增加，因此，這種相關(guān)性反映了2個變化因素之間變異的一致性程度。

通過與成紗條干有關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析可以得出，總體上4種短纖維含量指標(biāo)中以小于10 mm短纖維含量與條干CV值、+35%粗節(jié)、+50%粗節(jié)和+140%棉結(jié)4個指標(biāo)的相關(guān)性較好。本文實(shí)驗(yàn)中使用的2種原棉5%長度分別為35.3 mm和 34 mm，依據(jù)文獻(xiàn)[10]的結(jié)論，采用原棉5%長度的 30%(分別為10.6和10.2 mm)作為相對短纖維含量指標(biāo)，其與紗線中+35%粗節(jié)和+50%粗節(jié)表現(xiàn)出較高的相關(guān)性?？梢娫诖止?jié)指標(biāo)上，本文實(shí)驗(yàn)與文獻(xiàn)[10]的結(jié)論相吻合。

分析表4中的數(shù)據(jù)可知，4種Sn指標(biāo)對條干CV值、+35%粗節(jié)、+50%粗節(jié)和+140%棉結(jié)4個

指標(biāo)的相關(guān)性也是十分顯著(均為0.01水平)的，與+200%棉結(jié)指標(biāo)均不存在顯著的相關(guān)性。這與Sw的分析結(jié)果完全相同。有點(diǎn)差異的是，Sn對 -40% 細(xì)節(jié)的顯著性水平均為0.05，與-50%細(xì)節(jié)指標(biāo)均不存在顯著相關(guān)性。

3.2 短纖維含量與成紗強(qiáng)力指標(biāo)的相關(guān)性

表5示出了4種Sw和Sn指標(biāo)與成紗強(qiáng)力指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果。

表5 生條中不同Sw、Sn指標(biāo)與成紗強(qiáng)力指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果Tab.5 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn strength parameters

根據(jù)表5中數(shù)據(jù)可知，無論是Sw還是Sn指標(biāo)，其與成紗強(qiáng)力所列的所有指標(biāo)相關(guān)性均為不顯著。一般情況下，若纖維的平均長度相同，短纖維含量較高者其成紗強(qiáng)力要相對較低[12]，這種情況下纖維的長度整齊度指標(biāo)也較差，很多研究表明纖維的長度整齊度與成紗強(qiáng)力具有很高的相關(guān)性，纖維整齊度好，紗條每一截面內(nèi)纖維排列比較均勻一致，存在強(qiáng)力弱環(huán)的幾率較小，纖維強(qiáng)力利用系數(shù)較高，因此，整體上成紗強(qiáng)力較高[13]。

從本文實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)看出：各方案下由于分梳

條件不同，生條中纖維的平均長度也會隨之出現(xiàn)差異，同時刺輥和錫林高速條件下對纖維的損傷也會有所加劇，會在提高梳理度的同時導(dǎo)致短纖維含量升高，因此，當(dāng)梳理工藝條件發(fā)生變化而導(dǎo)致生條中的短纖維含量變化時，需要權(quán)衡利弊，通過對成紗質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行對比分析，不能單以短纖維含量指標(biāo)對紗線的強(qiáng)力指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測。

3.3 短纖維含量與成紗毛羽指數(shù)的相關(guān)性

表6示出生條中Sw和Sn與毛羽指數(shù)S3的相關(guān)性分析結(jié)果。

表6 生條中不同短纖維含量與毛羽指數(shù)S3的相關(guān)性分析結(jié)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種Sw和Sn指標(biāo)與毛羽指數(shù)的相關(guān)性均為十分顯著(0.01水平)，均以小于 10 mm短纖維含量指標(biāo)與毛羽指數(shù)相關(guān)性最大。值得注意的是，4種短纖維含量指標(biāo)均與毛羽指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，這與一般情況下，短纖維含量指標(biāo)與毛羽呈正相關(guān)不相符，說明短纖維含量不是決定毛羽的唯一因素。實(shí)踐表明，毛羽與半制品的結(jié)構(gòu)(包括須條中纖維的分離度、平行伸直度及短纖維含量等)有直接的關(guān)系[14]，本文實(shí)驗(yàn)中33個方案選取11種刺輥速度，每種刺輥速度下選取3種速比，即對應(yīng)3種錫林速度，隨著刺輥和錫林速度的增加，對纖維的分梳將逐步加強(qiáng)，盡管短纖維含量有一定增加，但同時須條中纖維的分離度和平行伸直度會得到較大幅度提高，這樣干擾纖維運(yùn)動的棉結(jié)雜質(zhì)就會減少，利于細(xì)紗牽伸裝置對纖維運(yùn)動的控制，從而減少毛羽的產(chǎn)生[14]。這可能是出現(xiàn)負(fù)相關(guān)分析結(jié)果的原因。這也說明不能僅依靠短纖維含量1個指標(biāo)來預(yù)測紗線的毛羽指標(biāo)，需要結(jié)合具體的分梳工藝，對半制品結(jié)構(gòu)的多個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮分析，以便能夠選取恰當(dāng)?shù)氖崂砉に嚒?/p>

4 結(jié)束語

1)生條中質(zhì)量短纖維含量(Sw)和根數(shù)短纖維含量(Sn)與紗線條干、強(qiáng)力、毛羽等的指標(biāo)相關(guān)性趨勢是基本一致的，Sw與成紗條干指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)普遍要高于Sn。

2)4種不同纖維長度下的短纖維含量指標(biāo)，與條干CV值、-40%細(xì)節(jié)、-50%細(xì)節(jié)以小于16 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)程度最高；與+35%粗節(jié)、+50%粗節(jié)和+140%棉結(jié)以小于10 mm短纖維含量指標(biāo)的相關(guān)程度最高，依次為小于12、14和 16 mm 短纖維含量指標(biāo)。在-50%細(xì)節(jié)指標(biāo)的預(yù)測上，只能根據(jù)生條中小于16 mm的Sn進(jìn)行預(yù)測。

3)當(dāng)梳理工藝條件發(fā)生變化而導(dǎo)致生條中的短纖維含量變化時，不能單以短纖維含量指標(biāo)對紗線的強(qiáng)力和毛羽指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測。僅用短纖維含量 1個指標(biāo)來預(yù)測紗線的強(qiáng)力和毛羽指標(biāo)是不完全的，應(yīng)充分考慮梳理工藝條件變化帶來的影響，需要結(jié)合纖維的分離度、平行伸直度等多個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，兼顧提高梳理度與纖維損傷之間的矛盾關(guān)系，根據(jù)最終產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)要求，恰當(dāng)合理地選擇梳理工藝。同時，在生條質(zhì)量控制方面，也不能片面追求單個指標(biāo)而忽視整體優(yōu)化。

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