新疆機采棉加工過程中顏色級的變化趨勢研究

李孝華，王瑞霞，王揚，趙倚天

（1. 中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，鄭州 450004；2. 中國纖維質(zhì)量監(jiān)測中心，北京 100007）

新疆植棉區(qū)是我國棉花種植面積最大和產(chǎn)量最高的棉區(qū)[1-2]。 近幾年，我國棉花加工質(zhì)量整體呈下降趨勢，尤其是顏色級指標(biāo)下降明顯[3-4]。 棉花顏色級是棉纖維外表物理現(xiàn)象的反映，又與棉花的內(nèi)在質(zhì)量有密切聯(lián)系[5]，在一定程度上能反映棉纖維的內(nèi)在品質(zhì)[6-7]。世界上大多數(shù)國家把顏色級作為皮棉質(zhì)量指標(biāo)之一[8]。在紡織行業(yè)中，顏色級不僅影響紗線適紡性，還影響成紗的色澤[9-10]。 加工過程是影響棉纖維質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也是影響顏色級的重要環(huán)節(jié)[11]。 王莉等[5]對新疆不同地區(qū)的細絨棉品質(zhì)進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)新疆各地棉花品質(zhì)指標(biāo)存在顯著差異，其中南疆、東疆棉纖維顏色級優(yōu)于北疆。谷國富[12]對棉花加工過程中不同工藝環(huán)節(jié)棉花品質(zhì)變化進行了分析，發(fā)現(xiàn)棉花反射率、黃色深度隨加工進程的推進而上升。 趙鳳友[13]通過試驗得出加工工藝參數(shù)設(shè)置不排雜或少排雜會降低顏色級。萬少安等[14]研究了棉花貯存過程中回潮率對顏色級的影響，發(fā)現(xiàn)在高回潮率條件下，反射率與貯存時間呈負相關(guān)，黃色深度與貯存時間呈正相關(guān)；中低回潮率條件下，反射率、黃色深度變化不明顯。目前棉花加工中針對顏色級的研究，主要集中在反映顏色級的反射率、黃色深度的單項指標(biāo)的整體變化趨勢上，而新疆機采棉加工過程中各工藝環(huán)節(jié)和同一環(huán)節(jié)不同工序?qū)︻伾壍挠绊懮胁幻鞔_。 為此，選取具有代表性的新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團機采棉加工生產(chǎn)線開展試驗，研究不同工藝環(huán)節(jié)之間顏色級與相關(guān)指標(biāo)的變化及各工藝環(huán)節(jié)對顏色級變化的影響，為優(yōu)化棉花加工工藝和加工過程質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與檢測

2017 年和2019 年棉花加工季節(jié)在我國主產(chǎn)棉區(qū)新疆，選取具有工藝代表性的機采棉加工生產(chǎn)線作為試驗點。 取樣生產(chǎn)線所在地、設(shè)備配置情況和取樣數(shù)量見表1。 在每條生產(chǎn)線上各工序的前后設(shè)置取樣點，共9 個，編號1～9，如圖1 所示。 其中，前5 個取樣點采集的是籽棉樣，后4 個取樣點采集的是皮棉樣。 每條生產(chǎn)線選取6 個棉模，編號1～6，每個棉模加工過程中分別在每個取樣點等時間間隔取5 個棉樣。 但受取樣條件影響，每條生產(chǎn)線取樣數(shù)量有差別，部分取樣點的各時間間隔實際取樣數(shù)量為3～4 個。為滿足棉樣測試需求，籽棉樣單個樣品質(zhì)量不低于1 kg，皮棉樣單個樣品質(zhì)量不低于0.2 kg。 為避免環(huán)境溫濕度、設(shè)備工藝參數(shù)和產(chǎn)量的變化對試驗結(jié)果的影響，取樣時間選擇在每天的下午2：30 到5：30 之間，同一棉模取樣在同一天內(nèi)完成，取樣過程中，設(shè)備運轉(zhuǎn)參數(shù)保持不變。

圖1 棉花加工生產(chǎn)線取樣點分布

表1 試驗點、設(shè)備配置和取樣情況

對于籽棉樣品，稱取1 kg，采用XJ114 型鋸齒衣分試軋機試軋，試軋后收集對應(yīng)的皮棉。 為減小試驗誤差，試軋由同一檢測人員采用同一臺設(shè)備完成。試軋后的皮棉和直接取樣的皮棉委托河北省纖維檢驗局采用HVI 1000 依據(jù)GB/T 20392－2006《HVI 棉纖維物理性能試驗方法》[15]完成檢測，每個棉樣測試3 次，其中檢測指標(biāo)包括反射率（Rd）、黃色深度（＋b）和顏色級。

1.2 數(shù)據(jù)處理

為更好地分析棉花加工過程對顏色級的影響，按照加工設(shè)備類型將棉花加工過程分成3 個工藝環(huán)節(jié)：籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)、軋花環(huán)節(jié)、皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)。1、2、3、4、5 取樣點為籽棉預(yù)處理環(huán)節(jié)，6 取樣點為軋花環(huán)節(jié)，7、8、9 取樣點為皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)。 GB 1103.1－2012[16]中規(guī)定棉花顏色級指棉花顏色的類型和級別，類型依據(jù)黃色深度確定，級別依據(jù)明暗程度確定。依據(jù)棉花黃色深度將棉花劃分為白棉、淡點污棉、淡黃染棉、黃染棉4 種類型；依據(jù)棉花明暗程度將白棉分5 個級別，淡點污棉分3個級別，淡黃染棉分3 個級別，黃染棉分2 個級別，共13 個級別。儀器檢測棉花顏色級過程中，通常檢測黃色深度＋b和反射率Rd， 再對比分級圖確定棉花顏色級別。 ＋b和Rd的變化一定程度上反映了顏色級的變化，但不能直觀體現(xiàn)顏色級的變化。為此，對每個棉花顏色級別進行量化，賦值見表2。

表2 不同級別棉花顏色級量化值

使用Microsoft Excel 2010 記錄檢測得到的指標(biāo)值，按照對應(yīng)取樣廠編號、取樣點、棉模序號、工序號和取樣序號分組，采用OriginPro 9.0 軟件進行統(tǒng)計分析和繪圖。 針對每個加工廠每個加工環(huán)節(jié)，采用單因素方差分析法分析取樣點對Rd、＋b和顏色級量化值的影響； 計算各取樣點對應(yīng)的Rd、＋b和顏色級量化值的平均數(shù)，分析其隨著加工過程推進的變化趨勢。 其中，生產(chǎn)線2 和3 部分取樣點數(shù)據(jù)缺失。

2 結(jié)果與分析

2.1 加工過程中顏色級的總體變化

針對每條生產(chǎn)線分別進行單因素方差分析，得出取樣點對Rd、＋b和顏色級量化值的影響顯著（P＜0.05）。 與谷國富[12]、趙鳳友[13]、萬少安等[14]的研究結(jié)果相同，隨著棉花加工過程的推進，Rd、＋b有波動，但整體呈上升趨勢。 從棉花加工過程中顏色級量化值的變化趨勢（圖2）可以看出，其變化波動較大，除生產(chǎn)線3 外，最終的顏色級相比加工初期向更高級別發(fā)展。

圖2 棉花加工過程中顏色級量化值的變化趨勢

2.2 預(yù)處理環(huán)節(jié)顏色級的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線中預(yù)處理環(huán)節(jié)對Rd的影響均顯著（P＜0.05）。從圖3 可以看出：在生產(chǎn)線2、3、4、5 的預(yù)處理環(huán)節(jié)，Rd隨著加工過程的推進逐漸升高；生產(chǎn)線1 中，取樣點1 到取樣點3 的Rd下降， 取樣3 到取樣點5 的Rd逐漸升高。 考慮部分取樣點數(shù)據(jù)缺失、加工等因素的影響，隨著預(yù)處理環(huán)節(jié)加工的進行，Rd呈逐漸增加趨勢。

圖3 各生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)反射率（Rd）的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)對＋b影響的顯著性，其中生產(chǎn)線1 無顯著影響（F＝1.35，P＞0.05），其余5 條生產(chǎn)線有顯著影響（P＜0.05）。 從圖4 可以看出，在預(yù)處理環(huán)節(jié)多數(shù)生產(chǎn)線＋b會增加， 但個別生產(chǎn)線變化趨勢不明顯。

圖4 各生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)黃色深度（＋b）的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線預(yù)處理環(huán)節(jié)對顏色級量化值的影響均顯著（P＜0.05）。 從圖2 可以看出，在預(yù)處理環(huán)節(jié)顏色級量化值隨著加工過程推進有波動，但總體呈上升趨勢。

上述分析表明，預(yù)處理環(huán)節(jié)有助于顏色級的提升，尤其是Rd的增加趨勢明顯。 預(yù)處理環(huán)節(jié)主要是完成籽棉的清理，隨著加工過程的推進，籽棉含雜率逐漸降低。顏色級的變化在一定程度上反映了預(yù)處理環(huán)節(jié)籽棉含雜率的變化。

2.3 軋花環(huán)節(jié)顏色級指標(biāo)的變化趨勢

軋花前取樣點5 和軋花后取樣點6 的Rd、＋b和顏色級量化值的平均值見表3。 對比軋花前后Rd、＋b和顏色級量化值可知： 軋花后3 條生產(chǎn)線的Rd值降低，3 條生產(chǎn)線的Rd值增加， 不同生產(chǎn)線Rd的變化趨勢不一致；軋花后5 條生產(chǎn)線的＋b增加；除生產(chǎn)線5 外，其余生產(chǎn)線軋花后的顏色級量化值均降低。

表3 軋花前后＋b、Rd 和顏色級量化值對比

通過數(shù)據(jù)對比分析得出，軋花過程影響顏色級的主要指標(biāo)是＋b，＋b的增加導(dǎo)致顏色級變差。 軋花完成纖維與棉籽分離的同時，會增加棉結(jié)和帶纖維籽屑，這是顏色級變差的主要原因。 軋花過程中顏色級的變化可在一定程度上反映軋花質(zhì)量，可以為實際軋花過程的控制提供數(shù)據(jù)參考。

2.4 皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)顏色級的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對Rd的影響均顯著（P＜0.05）。從圖5 可以看出，在該環(huán)節(jié)內(nèi)，隨著加工過程的推進，Rd整體呈增加趨勢。

圖5 各生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)反射率（Rd）的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對＋b影響的顯著性， 其中生產(chǎn)線2（F＝1.86，P＞0.05）、生產(chǎn)線3（F＝1.90，P＞0.05）、生產(chǎn)線4（F＝1.65，P＞0.05）影響不顯著，其余3 條生產(chǎn)線影響顯著（P＜0.05）。 從圖6 可以看出，除生產(chǎn)線5 外，＋b在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)沒有明顯的增加或降低。

圖6 各生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)黃色深度（＋b）的變化趨勢

采用單因素方差分析得出6 條生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對顏色級量化值影響的顯著性，其中生產(chǎn)線1（F＝0.68，P＞0.05）、生產(chǎn)線2（F＝0.10，P＞0.05） 影響不顯著， 其余4 條生產(chǎn)線影響顯著（P＜0.05）。 從圖2 可以看出，不同生產(chǎn)線顏色級量化值在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)的變化趨勢不一致，且多數(shù)生產(chǎn)線最終的顏色級量化值與該環(huán)節(jié)初始時相比增加或降低的幅度不大。

上述分析表明：不同生產(chǎn)線皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)對棉花顏色級的影響不一致；現(xiàn)有皮棉清理工藝中，氣流皮棉清理和一道鋸齒皮棉清理對顏色級的變化影響較大，尤其是有助于Rd的增加，但是二道鋸齒皮棉清理對顏色級產(chǎn)生負面效果，導(dǎo)致皮棉清理環(huán)節(jié)對顏色級整體影響較小。初步分析是因為含雜率較低時，二道鋸齒皮棉清理不僅沒有清除雜質(zhì)，還產(chǎn)生新的短纖維、棉結(jié)、索絲等，導(dǎo)致棉花顏色級降低。

3 結(jié)論

棉花加工過程對Rd、＋b指標(biāo)和顏色級具有顯著影響； 隨著加工過程的推進，Rd、＋b出現(xiàn)波動，總體呈上升趨勢，有助于顏色級的提升。在預(yù)處理環(huán)節(jié)， 隨著加工過程推進，Rd逐漸增加，＋b呈波動或上升趨勢，顏色級提高；在軋花環(huán)節(jié)，Rd變化趨勢不一致，＋b增加， 絕大多數(shù)生產(chǎn)線的顏色級降低；在皮棉清理和集棉環(huán)節(jié)，隨著加工過程推進，Rd逐漸增加，大多數(shù)生產(chǎn)線＋b和顏色級沒有明顯的上升或下降。 總體上看，籽棉清理有助于顏色級的提升，軋花會導(dǎo)致顏色級的降低，氣流皮棉清理、 一道鋸齒皮棉清理對顏色級尤其是＋b有利，二道鋸齒皮棉清理對顏色級有負面影響。 但是不同生產(chǎn)線、不同棉花品種、不同棉花初始含雜率對棉花加工環(huán)節(jié)的顏色級都有不同程度的影響，在生產(chǎn)中應(yīng)該結(jié)合實際進行分析。