棉花雜質含量在鋸齒加工過程中變化狀況研究

周萬懷++++梁后軍++++李浩++++徐守東++++劉從九++++常郝

摘要

本文研究了機采棉加工過程中雜質含量變化情況。本研究選擇雜質含量較高的機采棉為研究對象，選用當前主流的鋸齒加工設備，在每道工序前后設置取樣點，分別采用原棉雜質分析儀YG042和HVI1000檢測雜質含量，并分析每道工序前后棉花雜質含量變化趨勢。研究結果表明，現行主流鋸齒加工整體清理雜質效果顯著，但部分籽棉清理工序和部分皮棉清理工序無顯著雜質清理效果。

關鍵詞：機采棉；雜質；鋸齒加工；YG042；HVI1000

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

新疆的棉花種植在全國具有典型的代表性，尤其是新疆已經大面積推廣機采棉，因此所有試驗樣品均取自新疆；基于地理位置（地域涵蓋南北疆）、加工設備完整性（四道籽清和三道皮清）和代表性等因素，所選取樣點包括石河子8師149團、奎屯7師125團、庫爾勒2師29團、阿拉爾1師13團；每個取樣點選擇一個生產工藝最為完備的加工廠，每個加工廠選取5個棉模、分別在生產線上設置9個取樣點、每個棉模對應的每個取樣點重復取樣6次，每個廠區總計樣品量270個，每個籽棉樣品質量≥1.5kg、每個皮棉樣品質量≥0.3kg。

1.2 試驗儀器

常州市天祥紡織儀器有限公司生產的原棉雜質分析儀YG042，由瑞士伍斯特公司（Uster Technologies）生產的大容量棉花纖維檢測儀（High volume instrument， HVI）。其中，YG042符合棉花雜質含量檢測的國家標準[1， 2]，棉羅拉轉速（1.9±0.03）r/min、刺棍轉速（950±50）r/min、電機轉速1410r/min、測量精度0.01；USTERRHVI1000是全球公認的棉花分級統一標準檢測儀器[3-4]，每個樣品平均測試用時≤1min，檢測指標多達17項，工作溫度（20±2）℃，工作濕度（65±3）%。

1.3 雜質檢測

分別采用YG042和USTERRHVI 1000獨立檢測樣品雜質。對籽棉樣品進行試軋，保留試軋雜質、棉籽和皮棉；將每個皮棉樣品分為三份，分別為供原棉雜質分析儀YG042檢測分析的樣品100g、供HVI檢測分析的樣品100g、其他備用。樣品及雜質稱量均采用HZY-B（美國華志）高精度天平，量程3200g、精確度0.01g。稱量過程中關閉門窗以免氣流對稱量結果造成的影響，待讀數穩定3秒鐘以上記錄數據以保證稱量結果的準確性。

1.4 差異分析

方差分析[5， 6]可用于檢驗兩個及以上樣本均值總體差異性的重要統計方法。

其理論基礎：

（1）

其中，

（2）

（3）

本研究使用ANOVA檢驗多道工序之間棉花樣本雜質含量的差異性。假設工序p1執行前棉花樣品雜質含量為X1={X11，X12，X13，... ，X1n}，工序p1執行后棉花樣品雜質含量為X1={X21，X22，X23 ，... ，X2n}，通過分析X1和X2之間的差異性以確定清理雜質效果的顯著性。

2 結果與分析

2.1 YG042檢測結果與分析

如上所述原棉雜質分析儀YG042利用棉花纖維和雜質的物理特性差異將棉花纖維和雜質分離，容易直接獲取每個加工環節之后的棉花實際雜質含量。以下分別從總體檢測結果和各加工廠檢測結果角度進行分析。

2.1.1 總體檢測結果與分析

各取樣點的加工設備主體相近，通過總體檢測結果分析能夠體現該類加工設備加工過程中棉花雜質含量變化整體趨勢，檢測結果如圖1所示。

圖中所列含雜率數據為對應各取樣點所有樣品檢測數據的平均值，每個取樣點總體樣品量為120個（4廠區數×5棉模數×6每個棉模每道工序取樣數），由此可見該統計結果具有較普遍和較強的代表性。

2.1.2 各加工廠檢測結果與分析

分別針對各個加工廠，經各加工環節處理后對棉花雜質含量進行分析，結果如圖2所示。

由圖2不難發現，各加工廠棉花雜質含量隨著加工工序的不斷推進總體呈遞減趨勢，但在軋花環節后雜質含量較前一加工環節有所上升，主要是由于軋花環節產生的次生雜質所致；第二道籽清至第三道皮清的雜質清理效果存在較大差異，尤其當棉花本身含雜率較低時，清理效果不顯著，如7師125團和1師13團數據顯示雜質清理效果不顯著。進一步深入分析各加工環節前后棉花樣品雜質含量的差異顯著性，結果如表1所示。

根據ANOVA分析原理，當F≥1、P≤0.05時，兩者在95%的置信水平下差異顯著，否則無顯著差異。由此可見，整個加工過程清理雜質效果顯著（1～9），部分廠區的中間加工環節無顯著清理雜質的效果，主要集中在第二至四道籽清和軋花環節。

2.2 HVI檢測結果與分析

HVI 1000能夠同時檢測棉花纖維的多項屬性，而本研究中主要討論和分析兩項與棉花雜質含量相關的指標，即“雜質顆粒數”“雜質面積百分率”。

2.2.1 總體檢測結果與分析

樣品總體雜質顆粒數和雜質面積百分率隨加工工序變化趨勢如圖3所示。

顯然，隨著加工工序的不斷推進，雜質顆粒數和雜質面積百分率均大致呈單調遞減趨勢，且兩者相關系數[7]高達0.997，通過軋花環節后兩者均有所升高，分析主要原因為軋花導致籽棉團開松，內部雜質顯現以及軋花導致少量次生雜質，如不孕籽、破籽等。另外，雜質顆粒數和雜質面積百分率與YG042檢測的棉花雜質含量相關系數分別為0.957、0.973，說明YG042和HVI1000的檢測結果也高度一致。

2.2.2 各加工廠檢測結果與分析

進一步對各廠區樣品進行獨立分析。endprint

雜質顆粒數指標變化規律如圖4所示。各廠區樣品雜質顆粒數變化規律與總體樣品雜質顆粒數變化規律基本一致，均隨著加工工序的不斷推進大致呈單調遞減趨勢。分別計算各廠區樣品由HVI 1000檢測的雜質顆粒數和由YG042檢測的雜質含量之間的相關性，得到相關系數分別為0.988、0.861、0.993和0.916，平均相關系數為0.94，具有較高的正線性相關性。

進一步深入分析各廠區、各加工環節樣品雜質顆粒數的差異顯著性，結果如表2所示。整個加工過程清理雜質效果顯著（1～9），與YG042檢測分析結果一致。部分中間加工環節無顯著清理雜質效果，涉及多道籽清、皮清和軋花環節。

繼續對雜質面積百分率指標進行分析，其變化規律如圖5所示。各廠區樣品雜質面積百分率變化規律與總體樣品雜質面積百分率變化規律基本一致，均隨著加工工序的不斷推進大致呈單調遞減趨勢。分別計算各廠區樣品由HVI 1000檢測的雜質面積百分率和由YG042檢測的雜質含量之間的相關性，得相關系數分別為0.984、0.859、0.995和0.947，平均相關系數為0.946，具有較高的正線性相關性。

進一步深入分析各廠區、各加工環節樣品雜質面積百分率的差異顯著性，結果如表3所示。整個加工過程清理雜質效果顯著（1～9），與HVI 1000檢測的雜質顆粒數指標和YG042檢測的雜質含量指標分析結果一致。部分中間加工環節無顯著清理雜質效果，涉及多道籽清、皮清和軋花環節。

綜上所述，現行主流鋸齒加工工藝整體清理雜質效果顯著，但部分雜質清理環節清理雜質效果不顯著，如：第四道籽清和第三道皮清。

3 結論

分別采用YG042和HVI 1000檢測了直接體現或與雜質含量緊密相關的雜質含量、雜質顆粒數和雜質面積百分率指標。檢測結果表明3項指標呈高度線性正相關，平均最低相關系數為0.94，最高相關系數為0.997，表明檢測結果具有較高準確性和可靠性。通過分析雜質含量、雜質顆粒數和雜質面積百分率變化規律，總體雜質含量由8.35%下降至2.00%、總體雜質顆粒數由155下降至55，總體雜質面積百分率由1.91%下降至0.48%，總體雜質清理效果顯著；部分YG042檢測數據和多處HVI1000檢測數據顯示第四道籽棉清理和第三道皮棉清理無顯著雜質清理功效。

參考文獻：

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[7] 李秀敏，江衛華.相關系數與相關性度量[J].數學的實踐與認識，2006，36（12）：188-192.

（作者單位：安徽財經大學管理科學與工程學院、棉花工程研究所）endprint