機采棉主要加工工序對棉纖維品質(zhì)影響

文/路 超 白 英 董紅強 陳國棟 胡守林 趙書珍

1 引言

近年來，受勞動力成本上升等因素的影響，棉花生產(chǎn)成本逐年上升，越來越多的棉農(nóng)選擇了機械種植及采收，新疆作為我國棉花種植面積最大的省份，現(xiàn)已成為最大的機采棉種植加工基地。但機械采收會使籽棉的含雜率驟然提升，為降低棉花含雜率及提升棉纖維品質(zhì)，機采后的棉花在加工時一般會采用多道清理工序，主要分為籽棉清理和皮棉清理，這在一定程度上會對棉纖維的品質(zhì)造成影響。那么，機采棉清理加工過程中纖維品質(zhì)是如何變化的，不同的清理工序會對棉纖維品質(zhì)造成多大影響？基于此，通過對機采棉清理加工過程中纖維品質(zhì)的變化分析，研究不同清理工序對纖維品質(zhì)的影響程度，為確定合理的機采棉加工工藝，優(yōu)化加工關鍵技術提供科學評價依據(jù)，最終達到滿足機采棉清理加工的要求及提高質(zhì)量、降低成本、增加效益的目的。

2 機采棉加工工序流程

國家標準GB/T 22335—2018《棉花加工技術規(guī)范》規(guī)定了機采棉的加工技術要求，并給出了具體加工工序流程，見圖1。由圖1可知，隨著機采棉加工工序的不斷發(fā)展與完善，一般機采棉在籽棉清理工序中的道數(shù)為4，皮棉清理工序中的道數(shù)為2，即四清二排。本文按照四清二排的加工工藝研究機采棉在加工過程中的變化情況。

圖1 機采棉加工工序流程圖

3 試驗設計

3.1 材料與方法

試驗于2020年在阿克蘇地區(qū)的新疆金豐源種業(yè)股份有限公司（溫宿縣）和阿克蘇市金田農(nóng)場有限責任公司（阿克蘇市）兩個育種企業(yè)的棉花加工廠進行棉樣采集。每個棉種企業(yè)選擇阿克蘇地區(qū)主栽1～2個細絨棉品種，每個品種的種植面積均在600畝以上，各品種按照當?shù)馗弋a(chǎn)田管理模式進行，將區(qū)域內(nèi)的種植管理環(huán)節(jié)統(tǒng)一。選定的棉花品種為：J206-5、新陸中68、新陸中80，共計3個棉花品種。待各品種棉花90%以上棉鈴吐絮時進行機械采收。采收后的棉花統(tǒng)一到本地的棉花加工廠加工。各品種棉花的具體加工工序、試樣個數(shù)和試驗方案見表1。

表1 主要加工工序對棉纖維品質(zhì)的影響研究試驗方案

3.2 籽棉加工前的準備

國家標準GB/T 22335—2018《棉花加工技術規(guī)范》規(guī)定，在籽棉的交售、收購中不得混入危害性雜物，因此在籽棉加工前需挑揀干凈棉垛中的危害性雜物以及進行異性纖維的清理工作。同時籽棉的回潮率和含雜率也是影響棉花加工產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素，因此在籽棉加工前需進行含雜率測試和回潮率測定，確保機采籽棉的含雜率不大于12%，回潮率不大于12%，若回潮率過高，需進行烘干或晾曬。參試品種籽棉在加工前的回潮率和含雜率均符合加工要求，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 各品種機采籽棉加工前含雜率和回潮率

3.3 采樣點設置

經(jīng)機械采摘的各品種棉花進行機采加工時，圍繞籽棉從開模清理到加工完畢這一流程，設置4個取樣點，分別為：大垛取樣（簡稱“大垛”），籽棉清理后、鋸齒軋花前取樣（簡稱“籽清”），鋸齒軋花后、皮棉清理前取樣（簡稱“軋花”），氣流皮清后、鋸齒皮清前取樣（簡稱“皮清”）。

3.4 棉樣采集與品質(zhì)檢驗

（1）棉樣采集

大垛取樣：在單一品種的籽棉大垛中，在不同方位、多點、多層隨機取樣，取樣深度不低于30cm，每個樣品不低于1500g。

籽清、軋花和皮清取樣：待儀器設備狀態(tài)良好，生產(chǎn)線穩(wěn)定后，安排人員在3個取樣點同時取樣，每隔10分鐘取樣一次。籽清取樣點每個樣品不少于1.5kg，軋花和皮清取樣點每次取樣量不少于500g。

（2）品質(zhì)檢驗

將采集后的棉樣統(tǒng)一帶回阿克蘇地區(qū)纖維檢驗所實驗室，對大垛取樣后的各品種籽棉統(tǒng)一進行軋花后，將各品種棉花按照加工工序分類，按照國家標準GB 1103.1《棉花 第 1 部分：鋸齒加工細絨棉》中的要求，用烏斯特大容量棉花測試儀（簡稱HVI1000）對棉樣進行測試。測試時將每份棉花樣品分成3份子樣，將3份子樣測定數(shù)值的平均值作為最后的試驗結果。

4 結果與分析

4.1 主要加工工序對棉纖維平均長度和長度整齊度指數(shù)的影響研究

各品種棉花在各加工工序后的棉纖維平均長度和長度整齊度指數(shù)見圖2。由圖2可以看出，各品種棉花的平均長度在經(jīng)過籽清后均有顯著性差異，其中，J206-5和新陸中68兩個品種的棉纖維長度在籽清后都有所升高，但新陸中80的棉纖維長度有所降低。在經(jīng)過軋花后，J206-5的棉纖維長度有所降低，而新陸中68和新陸中80的棉纖維長度有所升高。經(jīng)過皮清后，J206-5和新陸中68的棉纖維長度均有所降低，且降低程度較為明顯，而新陸中80的棉纖維長度卻有一定程度的升高。總體來看，各品種棉花從大垛開始加工到皮清結束后，J206-5和新陸中80的棉纖維長度均有所降低，但新陸中68的棉纖維長度卻有所升高。經(jīng)過機采加工后，可以看出，棉纖維長度總體呈下降趨勢，但各品種的棉纖維長度在加工前后均處于同一長度級，說明機采加工工序對棉纖維長度影響不大。

圖2 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維平均長度和長度整齊度指數(shù)

從棉纖維長度整齊度指數(shù)數(shù)據(jù)中可以看出，J206-5在籽清后的變化不大，但新陸中68的長度整齊度指數(shù)上升明顯，上升0.62%，新陸中80下降明顯，下降了0.95%。從圖2中可以看出，各品種棉花在經(jīng)過籽清—軋花和軋花—皮清后，各品種棉花的長度整齊度指數(shù)差異不顯著。從整體上來看，J206-5和新陸中80的長度整齊度指數(shù)經(jīng)機采加工后，短纖維指數(shù)有所下降，新陸中68有所升高。綜合來看，經(jīng)過機采加工后，棉纖維長度整齊度處于下降趨勢，其中籽棉清理工序對棉纖維長度整齊度指數(shù)的變化影響較大。

4.2 主要加工工序對棉纖維馬克隆值和斷裂比強度的影響研究

從圖3中可以看出，經(jīng)過籽清后，除了J206-5的馬克隆值有所上升外，新陸中68和新陸中80的馬克隆值均下降，新陸中80的馬克隆值下降最為明顯，但其馬克隆值級有所上升，從B2級上升至A級，分析認為，這與其在加工前的雜質(zhì)含量較高有關。經(jīng)過軋花和皮清后，各品種棉花的馬克隆值變化均不明顯。綜合來看，棉花含雜率較高，對馬克隆值具有一定的影響，經(jīng)過雜質(zhì)清理或雜質(zhì)含量較低的棉纖維馬克隆值在各工序的變化不顯著，說明各機采加工工序對馬克隆值影響不顯著。

圖3 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維馬克隆值和斷裂比強度

棉纖維的斷裂比強度由圖3中可以看出，經(jīng)過籽清后，J206-5和新陸中68的斷裂強度均有所上升，且差異顯著，而新陸中80的斷裂比強度卻有所下降，但差異不顯著。經(jīng)過軋花和皮清后，J206-5和新路中68的斷裂比強度均有所降低，新路中80的斷裂比強度有所上升。綜合來看，各品種棉花的斷裂比強度在加工過程中受雜質(zhì)和加工工序的影響，均有所上升或下降，但其變化程度均未超過1cN/tex，斷裂比強度分檔檔次均未改變，說明斷裂比強度經(jīng)過各機采加工工序后，差異不顯著。

4.3 主要加工工序對棉纖維短纖維指數(shù)和雜質(zhì)粒數(shù)的影響研究

從圖4中可以看出，經(jīng)過籽清后，J206-5和新陸中68的棉纖維短纖維指數(shù)明顯下降，具有顯著性差異，而新陸中80的變化不大。各品種棉花在經(jīng)過籽清—軋花—皮清后，均差異不顯著，但J206-5和新陸中68的短纖維指數(shù)有所上升。綜合來看，棉纖維短纖維率經(jīng)過各加工工序后，整體呈下降趨勢，其中在籽清環(huán)節(jié)下降較為明顯，差異顯著，但在皮清環(huán)節(jié)卻呈現(xiàn)上升趨勢，差異不顯著。

圖4 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維短纖維率和雜質(zhì)粒數(shù)

雜質(zhì)粒數(shù)由圖4可以看出，各品種棉花在經(jīng)過籽清后下降十分明顯，具有極顯著差異，經(jīng)軋花和皮清工序后，雜質(zhì)粒數(shù)雖然也在下降，但皮清工序后的棉纖維雜質(zhì)粒數(shù)與軋花后的棉纖維差異不顯著。綜合來看，籽清工序能大大降低棉纖維的雜質(zhì)粒數(shù)，其次是軋花工序，皮清工序對雜質(zhì)粒數(shù)的降低作用不顯著。

4.4 主要加工工序對棉纖維顏色級的影響研究

從圖5中可以看出，各品種棉花經(jīng)過籽清后，其反射率和黃色深度均有顯著性提高，說明棉纖維雜質(zhì)對棉花顏色級具有顯著性的影響；在軋花后各品種棉纖維的反射率和黃色深度均呈上升趨勢，但上升程度明顯降低；在皮清后，各品種棉纖維的反射率有所上升，但新陸中68和新陸中80的黃色深度有所降低，降低程度不顯著。綜合來看，各品種棉花經(jīng)過籽棉清理后，雜質(zhì)與棉纖維分離，使棉纖維的反射率和黃色深度均有顯著性提高，各品種棉花顏色級均提高了一個等級，軋花和皮清工序對棉纖維的顏色級影響不大。

圖5 各品種棉花在各加工工序后的Rd值和+b值

5 結論與討論

本文按照國家標準GB/T 22335—2018《棉花加工技術規(guī)范》中四清二排的技術要求對機采棉進行了清理和加工，并對加工過程中的大垛—籽清—軋花—皮清4個主要加工點的棉樣進行抽樣和物理指標檢驗后，通過分析結果可知：（1）籽棉清理對雜質(zhì)粒數(shù)和顏色級的影響最大，籽棉清理后，雜質(zhì)粒數(shù)呈極顯著下降趨勢，同時棉纖維的反射率和黃色深度均有所上升。籽清后棉纖維的長度整齊度和短纖維率均呈下降趨勢。籽清對纖維長度和馬克隆值的影響較小。（2）皮棉清理對纖維長度和長度整齊度的影響都以負效應為主，均呈遞減趨勢，但皮清后斷裂比強度有上升趨勢。皮棉清理工序對馬克隆值、短纖維指數(shù)和顏色級的影響不大。

綜上，在機采棉的加工過程中，籽棉清理主要是清除籽棉中較大的雜質(zhì)，改善籽棉外觀形態(tài)，為軋花提供支持，籽棉清理對棉纖維的顏色級和短纖維率影響較大，對纖維長度、比強度和馬克隆值影響較小；軋花工藝主要實現(xiàn)棉纖維和棉籽的分離工作；皮棉清理則是再次清除皮棉中的雜質(zhì)，主要包括不孕籽、棉結、碎葉片、小棉稈以及軋花產(chǎn)生的籽屑和種皮等較小的雜質(zhì)，皮棉清理對纖維長度、長度整齊度和比強度的影響都以負效應為主。同時在機采棉加工過程中，籽棉設備型號、軋花機型號、軋花機車速及皮棉設備型號等參數(shù)對皮棉的品質(zhì)也會造成一定的影響。因此要提高皮棉品質(zhì)，減少皮棉的損傷，就要根據(jù)各設備的工作作用及原理出發(fā)，從各個設備的參數(shù)、工作方式、設備間距以及工作速度等各方面考慮，結合棉花品種及所得纖維的實際性能，合理設計加工工藝。