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技术轧花工艺对手摘棉品质指标的影响

文章来源：皮角发布时间:2022-4-1 9:50:44 点击数：次

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来源/《棉纺织技术》

作者/李勇陈晓川吴炜张彪邵玉涛

采编/棉纺织技术新传媒-Cindy

原文刊自：年10月

第44卷（总第期）

摘要

探讨轧花工艺与手摘棉品质指标间的关系。以库尔勒尉犁县某轧花厂为试验场，测试了一天中不同时间段皮棉的回潮率，分析了回潮率、轧花速度和喂花量对皮棉上半部平均长度、纤维强度和短纤维指数的影响规律。试验发现，皮棉回潮率受车间温湿度影响会发生变化；皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三因素与轧花品质存在相关性，是轧花过程的重要参数；皮棉回潮率、轧花速度和喂花速度三变量因素对棉纤维上半部平均长度影响不显著，对棉纤维强度、短纤维指数影响显著，数据拟合效果均较差。认为:原棉的品质指标与其各影响因素存在着复杂的非线性关系。

关键词

原棉；回潮率；轧花速度；喂花量；品质指标

1研究背景

纺织行业是我国重要支柱产业。近年，国内原材料、能源和人力成本价格上涨，使得国内纺织行业产品利润大幅下降，导致国内纺织行业生存与发展困难，并产生了严重的负面影响。新疆是我国重要的棉花生产基地，全疆棉花年产量已达到.9万t，约占全国棉花产量的60%。随着“一带一路”战略的推进，棉纺织行业在新疆地区将以产业化集群模式发展，其需求大量优质棉花与配套加工设施。然而新疆地区棉花种植与加工仍存在较大不足，特别是轧花厂片面追求高产，棉花轧花加工过程粗放，致使所轧制棉纤维机械损伤大，纤维长度偏短、短绒率偏高，未能充分发挥地区资源优势。新疆地区人力、物力成本远高于内地，纺织企业生存与发展关键在于纺制优质的中高档纱线。随着人们生活水平逐步提升，对高档纺织品的追求日盛，推动着高质量的原棉需求。

纺优质纱线需选用棉纤维等级、长度、成熟度、单纤维强度和短绒率等指标较好的优质原棉。原棉的各项技术指标因原棉品种和产地不同、轧花质量有差异，致使原棉质量差异大、难调控。在棉花存储、加工过程中，回潮率控制不当，会导致皮棉等级的降低和棉花价值的损失。研究表明，选择合适的轧花速度、喂花量和匹配的籽棉回潮率可有效提升原棉品质。在南疆地区，秋季空气干燥，棉花收储采用开放式堆垛，籽棉含水率受空气温湿度影响普遍偏低（籽棉含水率控制在6.5%~8.5%，能获得最佳的加工质量）。轧花厂轧制棉花速度采用装机调试速度，以单一速度轧制各类、各时段的棉花，其无法实现不同品质、回潮率条件下籽棉轧制品质的优化，致使棉纤维损伤较大。

为此，本文选南疆库尔勒尉犁县某轧花厂为试验场地，以该地区手摘籽棉为原料，从影响原棉品质的回潮率、轧花速度和喂花量入手，采用单因素与多因素试验方法，研究不同参数下手摘皮棉的上半部平均长度（Len）、强度（Str）、短纤维指数（SFI）品质指标的变化规律，为后期轧花参数调节设计奠定研究基础。

2试验

2.1材料与仪器

原料为南疆库尔勒尉犁县新陆中37手摘籽棉。

MY-96型锯齿轧花机（山东天鹅棉业机械有限公司），台时籽棉加工量为kg~kg，电机功率45kW，速度r/min（实测）；Y-B型原棉水分测定仪（南京思欧仪器有限公司），回潮率测量范围：4%~15%，分辨率0.01%；DTC型智能数字转速表（深圳市欣宝瑞仪器有限公司），测量范围2.5r/min~.99r/min，分辨率0.1r/min，有效测距范围50mm~mm；PTI-G型通用变频器（广州保瓦科技有限公司），适配功率45kW，电源相数3相，额定电压V。

2.2轧花流程

试验样品提取于该轧花厂2#车间手摘棉轧花样品，手摘籽棉轧花流程如下。

籽棉→重杂分离器→籽棉卸料器→喂料控制器→倾斜式籽棉清理机→籽棉轧花机→气流式皮清机→锯齿式皮清机→（打包）

2.3试验方法

2.3.1单因素试验

2.3.1.1回潮率对轧花品质影响

在10月中旬时段，测量全天不同时段车间内温湿度，从该轧花厂2#车间气流式皮清机后端管道内人工提取不同时段棉样（轧花机轧花速度r/min，喂花量18kg/min），并用回潮率测量仪测量皮棉回潮率，每组棉样提取10次，每次提取g。将各组样品编号送至巴州纤检所，采用Uster公司HIV型皮棉检测系统检测Len、SFI、Str等品质指标。

2.3.1.2轧花速度对轧花品质影响

采用2.3.1.1所述的方法选取某天19点（皮棉回潮率4.65%）生产的棉样，利用变频器调节轧花机锯齿辊筒速度（喂花量10.8kg/min），并利用数字转速表校对锯齿辊筒实际速度。锯齿轧花机的锯齿辊筒电机频率由变频器控制调节，锯齿辊筒速度计算见公式（1）。

n=f/50（1）

式中：n为锯齿辊筒速度，f为试验设置调频器频率。试验设置变频器调频依次为35Hz、38Hz、40Hz、45Hz、50Hz。

2.3.1.3喂花量对轧花品质影响

采用2.3.1.1所述的方法选取某天10点（皮棉回潮率5.12%）生产的棉样，轧花速度r/min，通过轧花机控制台调节喂花量，待棉卷调整稳定后（手触轧花箱体内壁，感触判断棉卷对手压力，判别棉卷紧密度以识别轧花是否处于稳定状态），提取棉样。籽棉喂花量调节设置18kg/min、16.2kg/min、14.4kg/min、12.6kg/min、10.8kg/min五个档次。

2.3.2多因素试验

以皮棉回潮率（按时段测量所提皮清机后棉样回潮率）、轧花速度、喂花量三轧花参数为变量，依据2.3.1所述变量范围设置，从多因素评价轧花品质变化寻优，并建立基础试验数据多元线性回归方程。试验参数见表1。

3结果分析

3.1温湿度变化对籽棉回潮率的影响

籽棉回潮率是轧花过程中最为重要的因素之一。在轧花厂，对籽棉进行人工堆垛调湿在操作上是一项极为困难的工作，且籽棉的回潮率受空气温湿度影响。相关研究表明，棉花内部相对湿度、温度与棉花回潮率之间存在确定的关系。全天各时段空气湿度随气温的变化而变化，表2记录了库尔勒尉犁县某轧花厂某天（10月中旬）各时段车间内温湿度状况，以及各时段同一批次皮清机管道内皮棉的回潮率和皮棉打包段在线监测回潮率的变化状况。

由表2可知，该轧花厂在一天中，随着车间（开放式）内气温的升高，车间内空气相对湿度呈先增后降规律，皮棉（皮清机后和打包段）的回潮率也呈先增后降规律。早上9时，空气相对湿度达到50%，皮棉的回潮率均达6.53%；下午16时半，空气相对湿度达到34%，皮棉的回潮率均达4.23%。对空气相对湿度与皮棉回潮率做相关性分析可知相关系数R为0.6，空气相对湿度与皮棉回潮率存在一定的相关性。由此可知，全天内不同时段皮棉回潮率随空气温湿度变化而变化，变化范围为4.23%~6.53%。因棉纤维的聚合度非常高，大分子链长，随着回潮率的升高，大分子相对滑动增强了大分子的张力均匀性，使纤维强力增强；否则反之。故选全天各时段皮清机内皮棉回潮率作为轧花过程中籽棉脱籽时棉纤维回潮率（即籽棉轧前回潮率），亦可作为轧花试验的重要因素。

3.2轧花单因素对轧花品质的影响

选皮棉回潮率、轧花速度和喂花量为轧花品质的主因素，分别进行单因素试验，分析各变量下皮棉的Len、Str和SFI变化规律。轧花各单因素对轧花皮棉品质的影响见表3、表4和表5。

由表3、表4和表5可知，在单变量下，皮棉Len值随皮棉回潮率增加而增加，随轧花速度和喂花量的增加而下降；皮棉Str值随回潮率、轧花速度增加变化规律不显著，随喂花量增加而增加；皮棉SFI值随皮棉回潮率增加而下降，随轧花速度和喂花量的增加而增加。由此可见，皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三因素与轧花品质存在相关性。同一天同一批籽棉不同时段不同参数下轧花，所得皮棉指标存在显著差异。因此，皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三因素是影响皮棉品质的重要轧花参数。

3.3轧花多因素对轧花品质的影响

在皮棉回潮率、轧花速度和喂花速度三变量因素下，测得不同轧花参数皮棉的Len、SFI、Str值。将三变量和皮棉各品质指标绘制成四维点阵图，x、y和z轴分别代表喂花速度、轧花速度和皮棉回潮率，球体大小代表不同量值的品质指标差值，为了能有效通过四维点阵法表达不同参数下轧花皮棉品质的差异，将所得Len、Str数据均减去最小值，SFI数据均减去最大值，即图中所示最大点球位为各指标最优。具体见图1、图2和图3。

在图1、图2和图3中，Len、SFI、Str差值点球较大的多分布于喂花速度与轧花速度两坐标轴分角面两侧，皮棉回潮率越大点球越大。由此可知，皮棉回潮率对轧花品质指标高低影响程度要大于喂花速度与轧花速度。在同等皮棉回潮率条件下，喂花速度与轧花速度相匹配，轧花品质指标越优。各图中最大点球均标注max，最大点球所对应参数即为本次试验参数范围内最佳值。本次试验参数范围内，皮棉回潮率为6.%、轧花速度为r/min、喂花量为10.8kg/min时，皮棉的Len、Str、SFI值均最佳，分别为29.25mm、30.cN/tex、10.78%。皮棉的Len、Str、SFI的最佳值与最劣值差值分别达2.mm、3.cN/tex、6.52%。

利用SPSS软件对多因素试验数据进行多元线性回归分析结果，见表6。

由表6可知，皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三变量因素对上半部平均长度Len回归模型的Sig值大于005，影响不显著；三变量因素对断裂比强度Str、短绒率SFI回归模型的Sig值小于0.05，影响显著。皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三变量因素对Len、Str、SFI回归模型拟合系数R2均小于0.5，其线性回归拟合效果较差。故利用多元线性回归方程无法有效预测不同轧花参数下皮棉品质指标，可见其变化规律呈现非线性变化。

4结论

以库尔勒尉犁县某轧花厂为试验场，研究棉花轧工主要参数与皮棉品质指标间的关系，得出以下结论：

（1）在轧花厂，籽棉（轧前）、皮棉（皮清机后）的回潮率随温湿度变化而变化，皮清机后皮棉回潮率变化范围为4.23%~6.53%。

（2）通过单因素试验发现，皮棉回潮率、轧花速度和喂花量三因素与轧花品质存在相关性。同一天同一批籽棉不同时段不同参数下轧花，所得皮棉指标存在显著差异。

（3）通过多因素试验发现，皮棉回潮率对轧花品质指标高低影响程度要大于喂花速度与轧花速度。皮棉回潮率为6.%，轧花速度为r/min，喂花量为10.8kg/min时，皮棉的Len、Str、SFI值均较好，分别为29.25mm、30.cN/tex、10.78%。

（4）对多因素试验数据进行多元线性回归分析，皮棉回潮率、轧花速度和喂花速度三变量因素对Len影响不显著，对Str、SFI影响显著，但所得多元线性拟合方程的拟合效果均较差。籽棉轧制成原棉的品质指标与其影响因素存在着复杂的非线性关系。此次试验为后期非线性模型建立实现参数调控，收获了详实的基础数据。

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