新疆北疆機采細絨棉加工在線皮棉回潮率與入庫含雜率關系初步研究

秦建鋒，賈勉，夏彬，孟永法

（1.中華全國供銷合作總社鄭州棉麻工程技術設計研究所，鄭州 450004；2.河南輕工職業學院，鄭州 450000）

含雜率是棉花加工質量要求之一，也是貿易中計算棉花公定質量的關鍵指標[1]。棉花含雜率過高，會導致紡紗過程中落棉率增加，疵點增加，棉纖維可紡性降低和紡紗成本增加[2-3]?，F階段新疆機采棉加工中， 棉花干燥熱源正由燃煤熱源向電熱源轉變，干燥成本增加。為控制棉花加工成本，部分棉花在加工過程中存在干燥不足的情況，導致機采棉清雜效率降低[4]，存在皮棉含雜率高于GB 1103.1－2012[5]規定的標準含雜率2.5%的現象。 因此，研究棉花含雜率的影響因素并降低棉花含雜率是現階段棉花加工行業亟待解決的技術難題。 徐守東等[6]對南北疆共4 個機采棉軋花廠抽取的1 080 個含雜率試驗樣品測試結果進行分析，發現機采棉在未經清理加工之前雜質含量較高，但通過相關的加工工藝清理后，機采棉的含雜量逐漸下降，且不同工藝流程下，結果均趨向一致，最終的皮棉含雜率為2%左右。李孝華等[7]對比了棉花加工中不同工藝環節的棉花含雜率、上半部平均長度、長度整齊度指數、斷裂比強度指標，結果表明新疆機采棉加工工藝在清理雜質的同時，降低了棉纖維的上半部平均長度、長度整齊度指數、斷裂比強度，其中含雜率與棉纖維上半部平均長度、長度整齊度指數極顯著相關。 周萬懷等[8]對比了棉花加工中每道工序前后棉花雜質含量的變化趨勢，研究得出現行主流鋸齒加工工藝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清理雜質效果。

目前針對鋸齒機采細絨棉加工含雜率的研究主要集中在棉花加工過程的影響，而關于回潮率與皮棉入庫含雜率的關系研究尚未見報道。 為此，選取新疆生產建設兵團第七師2 條典型的機采細絨棉加工生產線2021 年度按批抽樣公檢數據， 忽略加工過程中除回潮率外其他因素的變化對皮棉含雜率的影響，研究在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率的關系，分析皮棉入庫含雜率隨在線皮棉回潮率的變化，為降低含雜率、優化棉花加工工藝和促進棉花加工提質增效提供依據。

1 材料與方法

1.1 棉花加工工藝和清雜特點

所選取的2 條生產線采用了目前典型的4 臺MY171-17 型機采棉加工工藝，該工藝包括6MKM-20 喂花機、MQZY-15D 籽棉異性纖維清理、一道烘干、一道籽棉清理（MQZT-12 提凈式籽棉清理機和MQZX-12 傾斜式籽棉清理機）、二道烘干、二道籽棉清理（MQZX-12 傾斜式籽棉清理機和MQZH-12回收式籽棉清理機）、MY171-17 型軋花機、 一道MQPQ-3000 氣流式皮棉清理、 二道MQP-600×3000 鋸齒皮棉清理機和打包機[9]，設備生產廠家為山東天鵝棉業機械股份有限公司。

我國新疆植棉區的機采棉具有回潮率和含雜率高的特點[10]。 為提高清理效率，在每道籽棉清理前應首先對籽棉進行干燥。 通?；爻甭试降?，棉花清理效率越高，但過低的回潮率會增加對棉纖維的損傷，導致棉纖維長度變短，長度整齊度指數和斷裂比強度降低。

1.2 研究方法

選取新疆生產建設兵團第七師加工工藝相近的2 條鋸齒機采細絨棉生產線2021 年整個軋季的按批抽樣公檢數據， 生產線1 有效數據為163 組，生產線2 有效數據為180 組。數據來自中國纖維質量監測中心。按批抽樣公檢數據包括在線皮棉回潮率、 入庫含雜率等。 在線皮棉回潮率嚴格按照GB/T 6102.2―2012 《原棉回潮率試驗方法 電阻法》[11]進行檢測，入庫含雜率檢驗嚴格按照GB/T 6499―2012《原棉含雜率試驗方法》[12]進行。

影響成包皮棉含雜率的因素比較多，包括采收后籽棉含雜率、 加工過程的回潮率和設備類型等。在棉花加工前將不同的籽棉混合堆垛，加工前籽棉的含雜率一致性較好，在10%左右，所選取的2 條生產線的設備類型一致，并且棉花加工過程中設備參數保持不變， 故忽略采收后籽棉含雜率微小差異、設備差異等對成包皮棉含雜率的影響。 棉花加工過程中，影響成包皮棉含雜率的關鍵因素是各清理環節的棉花回潮率，影響清理環節棉花回潮率的因素包括烘干強度和加工前棉花回潮率，清理環節棉花回潮率的大小最終反映在皮棉回潮率的大小上，且皮棉回潮率檢測準確性較好。因此，本研究擬分析皮棉回潮率與皮棉含雜率的關系。

為避免公檢入庫、存儲等因素對皮棉回潮率的影響， 采用打包過程中在線皮棉回潮率作為自變量，選擇皮棉入庫含雜率作為因變量。 由于回潮率檢測值通常保留1 位小數，對按批抽樣的回潮率沒有完全覆蓋每一個可能的回潮率值，并且回潮率檢測存在一定的誤差，為更好分析出在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率的相關性，根據回潮率實際分布情況，按照回潮率間隔0.5 百分點將同一生產線的數據分組如下： 組1 [4.0%，4.5%）、 組2 [4.5%，5.0%）、組3[5.0%，5.5%）、組4[5.5%，6.0%）、組5[6.0%，6.5%）。

采用Microsoft Excel 2016 軟件統計不同生產線每個在線皮棉回潮率組對應的入庫含雜率。為保證樣本的代表性，采用拉依達檢驗法去除每組內的異常值（α＝0.01），頻數較少的組不包括在分析范圍之內。采用單因素方差分析研究在線皮棉回潮率對皮棉入庫含雜率的影響，采用單變量皮爾遜相關（簡稱為Pearson 法）檢驗兩者的相關性。 根據統計得出的不同回潮率組對應的含雜率，采用一元多項式回歸分析在線皮棉回潮率與入庫含雜率的關系。數據統計與分析中，異常值處理、單因素方差分析、相關性檢驗和回歸分析均使用Origin 2018 軟件完成。

2 結果與分析

2.1 在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率分布

生產線1 和生產線2 的在線皮棉回潮率分布見圖1。 統計結果表明，生產線1 在線皮棉回潮率的中位數為5.50%， 平均值為5.517%， 最小值為4.5%，最大值為6.3%，標準差為0.400%，90%分布在4.9%～6.2%； 生產線2 在線皮棉回潮率的中位數為5.4%，平均值為5.408%，最小值為4.3%，最大值為6.9%， 標準差為0.457%，90%分布在4.0%～6.0%。 從在線皮棉回潮率分布可以看出，這2 條生產線的在線皮棉回潮率均低于公定回潮率8.5%。

圖1 在線皮棉回潮率分布

生產線1 和生產線2 的皮棉入庫含雜率的分布見圖2。 統計結果表明，生產線1 皮棉入庫含雜率的中位數為2.5%，平均值為2.542%，最小值為1.8%，最大值為4.0%，標準差為0.402%，90%分布在2.0%～3.2%， 生產線1 皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比為43.293%；生產線2 皮棉入庫含雜率的中位數為2.4%， 平均值為2.437%， 最小值為1.7%，最大值為3.4%，標準差為0.368%，90%分布在1.9%～3.1%， 生產線2 皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比為35.165%。

圖2 皮棉入庫含雜率分布

對比2 條生產線，生產線1 的在線皮棉回潮率均值、皮棉入庫含雜率均值和皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比均高于生產線2。相比生產線2，生產線1 的在線皮棉回潮率均值高0.109 百分點， 皮棉入庫含雜率均值高0.105 百分點，皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比高8.128 百分點。

2.2 在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率的相關分析結果

分別對2 條生產線的皮棉入庫含雜率數據采用Shapiro-Wilk 法檢驗，結果顯示皮棉入庫含雜率符合正態分布。 分別對2 條生產線，以在線皮棉回潮率為因素，以皮棉入庫含雜率為指標，采用單因素方差分析，得出在0.05 水平下，不同在線回潮率皮棉的入庫含雜率顯著不同。 針對生產線1，單變量Pearson 法檢驗結果顯示，在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率呈正相關關系 （r＝0.369，P＜0.05）。針對生產線2，單變量Pearson 法檢驗結果顯示，在線皮棉回潮率與皮棉入庫含雜率呈正相關關系（r＝0.263，P＜0.05）。

分別將生產線1 和生產線2 的數據按照回潮率間隔0.5 百分點分組統計對應的皮棉入庫含雜率均值， 以在線皮棉回潮率每組組中值為自變量，以每組皮棉入庫含雜率均值為因變量，得出不同在線皮棉回潮率對應的皮棉入庫含雜率（圖3）。 由圖3 可以看出，隨著在線皮棉回潮率的增加，這2 條生產線的皮棉入庫含雜率均呈連續上升趨勢。

圖3 不同在線皮棉回潮率對應的皮棉入庫含雜率

2.3 皮棉回潮率與含雜率擬合關系

根據分組后數據統計結果， 針對這2 條生產線，以在線皮棉回潮率組的組中值為自變量，以每組對應的皮棉入庫含雜率平均值為因變量，進行在線皮棉回潮率和皮棉入庫含雜率的回歸分析。

針對生產線1， 擬合結果為y1＝7.179 22－2.037 34x1＋0.215 90x12。 式中：x1為生產線1 的在線皮棉回潮率（%），y1為皮棉入庫含雜率（%）。 在0.05 顯著性水平下，F檢驗顯著（F＝1 692.685），并且調整的多重判定系數為0.999 81，接近1，可判斷所建立的模型可靠程度較高。 由擬合方程可知，棉花加工中在線皮棉回潮率由4.7%增加到6.2%，皮棉入庫含雜率由2.371%增加到2.848%， 增加0.477百分點，在線皮棉回潮率每增加0.5 百分點，皮棉入庫含雜率平均增加0.159 百分點。

針對生產線2， 擬合結果為y2＝0.606 90＋0.376 04x2－0.005 38x22。 式中：x2為生產線2 的在線皮棉回潮率（%），y2為皮棉入庫含雜率（%）。 在0.05 顯著性水平下，F檢驗顯著（F=380.014），并且調整的多重判定系數為0.994 75，接近1，可判斷所建立的模型可靠程度較高。 由擬合方程可知，棉花加工中在線皮棉回潮率由4.2%增加到6.2%，皮棉入庫含雜率由2.100%增加到2.726%， 增加0.626百分點， 即在線皮棉回潮率每增加0.5 百分點，皮棉入庫含雜率平均增加0.156 5 百分點。

3 討論

2 條生產線按批抽樣檢驗數據統計結果表明：生產線1 皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比達到43.293%，生產線2 皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比為35.165%；棉花加工中回潮率對皮棉入庫含雜率影響顯著；隨著在線皮棉回潮率的增加，皮棉入庫含雜率呈上升趨勢， 皮棉在線回潮率每增加0.5%，皮棉入庫含雜率增加0.158%左右。由此得出現階段，皮棉入庫含雜率高于2.5%的占比較大，需要進一步優化棉花加工工藝來降低皮棉入庫含雜率。 針對目前普遍采用的棉花加工工藝，僅從調控含雜率的角度出發， 將皮棉入庫含雜率控制在2.5%以下，根據皮棉在線回潮率與皮棉入庫含雜率的擬合關系， 需要將在線皮棉回潮率控制在5.5%以下?？紤]到新疆植棉區棉花加工過程中由籽棉清理環節到打包環節， 棉花回潮率下降1%左右，與5.5%在線皮棉回潮率對應的籽棉清理環節的棉花回潮率在6.5%。 研究表明，適宜籽棉清理的棉花回潮率在5.5%左右[13]。 回潮率還對棉纖維長度、長度整齊度指數、斷裂比強度等品質指標有較為顯著的影響[14-15]。 當皮棉回潮率低于7%時，隨著皮棉回潮率的增加，棉纖維長度、長度整齊度指數及斷裂比強度均呈上升趨勢[16-18]?？梢钥闯?，針對目前的新疆北疆機采棉加工工藝，僅通過控制回潮率降低皮棉入庫含雜率是不利于提高棉花加工質量的。

分析得出，為了提高清雜效果，控制皮棉入庫含雜率不高于2.5%的標準， 降低加工過程對棉纖維的損傷，需要在保證清雜效果的同時，盡可能提高軋花前棉花回潮率。 研究表明，籽棉清理環節對籽棉的損傷小于皮棉清理環節[19]。 為減輕清理環節對棉纖維的損傷， 需要進一步提高籽棉清雜效率，這就需要進一步提高籽棉干燥強度，將二道烘干后的在線皮棉回潮率控制在6.5%以下， 接近適宜籽棉清理的棉纖維回潮率5.5%。 針對目前我國新疆典型的機采細絨棉加工工藝，為兼顧降低皮棉含雜率和減輕棉纖維物理損傷，既要適度提高烘干強度保證清雜效果，又要避免過度烘干。

4 結論

棉花加工過程中，在線皮棉回潮率對皮棉入庫含雜率的影響顯著，且兩者呈正相關，在線皮棉回潮率每增加0.5 百分點， 皮棉入庫含雜率增加約0.158 百分點。 針對目前我國新疆典型的機采細絨棉加工工藝， 為控制成包皮棉的含雜率≤2.5%，應將在線皮棉回潮率控制在5.5%以下， 對應二道烘干后棉花回潮率應在6.5%以下。