棉花加工工艺与水分关系的研究

棉花加工工艺与水分关系的研究

棉货期是影响棉加工质量的最重要因素。棉花的质量由纤维长度、细度、强度、麦克隆值、颜色等内在质量和含水量组成，以及丝绸和牛皮纸的加工质量。到目前为止,我国对棉花质量品评,仍以棉花色泽、长度、麦克隆值为主要评级指标,棉结索丝、含杂、含水作为辅助指标。棉纤维若水分超标,在纤维体积、比重、摩擦系数、导电性、弹性、强度、色泽等方面会发生一系列变化。这些变化均可直接或间接影响轧花工艺的正常运行和皮棉质量。水分超标的棉花由于其比重和摩擦系数的变化,容易引起运输管网和轧花肋条的堵塞,刷棉不净,棉卷箱无法正常转动,毛头率不好控制,衣分大等问题;而且还会在轧花过程中形成大量棉结、索丝和带纤维子屑,严重影响皮棉的加工质量。更麻烦的是由于水分超标棉花双折射率的变化而使棉花色泽发生变化,会使皮棉等级下降,直接给企业带来大的经济损失。棉纤维低水分,在纤维体积、比重、摩擦系数、导电性、弹性、强度、色泽等方面也会发生一系列变化。这些变化均可直接或间接影响轧花工艺的正常运行和皮棉质量。如超低水分会导致棉纤维摩擦系数变小,导电性变小,弹性变强,强度变低因而在加工过程中增加断头,造成毛头率增加。因此棉花回潮率对棉花加工质量有着重大的影响。因此,通过对不同的含水子棉经加工质量变化情况进行试验,分析水分变化影响棉花质量的机理,建立棉花回潮率与棉花质量关系模型,为确定合适的棉花加工工艺,合理配车提高棉花加工厂质量提供技术支撑,提高加工企业经济效益。1试验设计1.1棉纺棉种/织物、纤维的制备试验样品是棉花加工3、4级子棉,均为适当混合均匀,并经均匀度检验合格的子棉。试验品种选择当地具有代表性的棉花品种。试验样品选取子棉回潮率范围定为:4%,4.5%,5%,5.5%,6%,6.5%,7%,7.5%,8%,8.5%,9%,9.5%,10%,10.5%,11%,11.5%,12%,12.5%,13%。品级定为:328和427。工艺设备:选择参加国家棉花体制改革定型的棉花加工厂,其主要设备为400大型打包机、4台新80轧花机以及皮清机、烘干机等主流设备。具体操作方法:首先选择4%～13%每一回潮率段的子棉2～5t,经均匀度检验合格,并每一回潮率段抽取子棉样品5份,同时子棉在加工过程中成包时分5次随机抽取每份约300g皮棉棉样。样品制作后,抽取子棉和皮棉样品寄送郑州棉麻工程技术设计研究所,试验时取30只样品,每个样品重复测试5次,取平均值作为测试结果。1.2束纤维断裂性能试验的项目包括:上半部平均长度(mm)、束纤维断裂比强度(cN·tex-1)、束纤维断裂伸长率(%)、整齐度指数(%)、含杂率(%)、棉结(粒·hg-1)。1.3spss软件多态性为了系统了解棉花回潮率与棉花加工质量的关系,采用相关分析、多元回归分析等统计分析方法,对不同回潮率的棉花在加工过程中主要物理指标试验数据进行统计分析,找出回潮率与加工中上半部平均长度、比强度、整齐度、杂质及棉结主要指标的相关关系,为棉花加工提供依据。具体方法为首先选择Spss软件里常见的10种曲线Linear:直线方程,Y=b0+b1X;Logarithmic:对数曲线Y=b0+b1lnX;Inverse:倒数曲线Y=b0+b1/X;Quadratic:拟二次方程Y=b0+b1X+b2X2;Cubic:三次曲线Y=b0+b1X+b2X2+b3X3;Power:幂函数曲线Y=b0Xb1;Compound:复合曲线Y=b0×b1X;S:S形曲线Y=e(b0+b1/X);Growth:增长曲线Y=e(b0+b1X);Exponential:指数曲线Y=b0eb1X;然后进行数据拟合,每次数据拟合出10种曲线后,查看所有回归方程和各回归系数的显著性检验,通过2次检验并拥有最高拟合度R2值的曲线即为确定曲线。2数据分析的结果2.1主要原因在精色剂和支数之间的关系棉花上半部平均长度在棉花物理性能指标中占据重要位置,主要原因是纺不同支数的纱主要是由纤维长度决定的。棉花长度在加工过程中也会发生变化。2.1.1回归拟合方程的建立上半部平均长度(mm)和回潮率(%)关系分布见图1。经过数据分析,3级棉上半部平均长度(y)与回潮率(x)关系式为:y=0.641x-0.035x2+25.13,决定系数R2=0.378,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。2.1.2回潮率对棉粉粒径的影响上半部平均长度(mm)和回潮率(%)关系分布见图2。经过数据分析,4级棉上半部平均长度(y)与回潮率(x)关系式为:y=0.479x-0.025x2+25.826,决定系数R2=0.438,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。从图1和图2可看出,不同品级棉花在不同回潮率状态下加工,其上半部平均长度变化趋势基本相同。同一品级的棉花随着回潮率的增加上半部平均长度有明显变化,回潮率在7%以下加工的棉花长度,随着回潮率的提高长度有一定增加,但回潮率在10%以上时,长度反而有所降低。2.2单纤维断裂比强度的变化2.2.1分布图式分析束纤维断裂比强度(cN·tex-1)和回潮率(%)关系分布图见图3。经过数据分析,3级棉束纤维断裂比强度(y)与回潮率(x)关系式为:y=25.474x0.043,决定系数R2=0.567,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。2.2.2维断裂比强度与回潮率关系式束纤维断裂比强度(cN·tex-1)和回潮率(%)关系分布见图4。经数据分析,4级棉束纤维断裂比强度(y)与回潮率(x)关系式为:y=25.674x0.043,决定系数R2=0.657,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。从图3和图4可看出,不同品级棉花在不同回潮率状态下加工,其束纤维断裂比强度变化趋势相同,同一品级的棉花束纤维断裂比强度随回潮率的增加而增加。2.3断裂伸展率的变化断裂伸长率(%)随着棉花回潮率(%)变化而基本不变,无法拟合Spss软件里常见的10种曲线方程。2.4排序指数的变化整齐度指数(%)随着棉花回潮率(%)变化没有明显变化,无法拟合Spss软件里常见的10种曲线方程。2.5随机性的变化2.5.1棉含杂率和回潮率的关系式含杂率(%)和回潮率(%)关系分布见图5。经过数据分析,3级棉含杂率(y)和回潮率(x)的关系式为:y=e0.663-(2.005/x),决定系数R2=0.810,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。2.5.2棉含杂率和回潮率含杂率(%)和回潮率(%)两者关系分布见图6。经过数据分析,4级棉含杂率(y)和回潮率(x)关系式为:y=e0.822-(1.765/x),决定系数R2=0.816,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。从图5和图6可看出,棉花回潮率越高,含杂率越高。2.6在不同的回波率下，棉结变化2.6.1棉棉结、回潮率模型的建立棉结(粒·hg-1)和回潮率(%)关系分布见图7。经过数据分析,3级棉棉结(y)与回潮率(x)关系式为:y=136.077e0.028x,决定系数R2=0.706,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。2.6.2回潮率的关系式和决定系数棉结(粒·hg-1)和回潮率(%)关系分布见图8。经过数据分析,4级棉棉结(y)与回潮率(x)关系式为:y=154.104e0.019x,决定系数R2=0.601,经过F和t检验,方程和系数的回归显著。从图7和图8可看出,棉花回潮率与棉结呈中度正相关,表明棉纤维回潮率越大,棉花在加工过程产生的棉结越多。3棉纤维回潮率对棉棉花回潮率是棉花标准重要指标,是棉花交易各方结价的重要依据,同时在加工生产过程中对棉花其它物理性能指标也产生一定影响,其中影响较大的指标有上半部平均长度、束纤维断裂比强度、杂质和棉结等主要指标,而这些指标对棉花使用价值影响很大。通过对试验样品主要物理指标的检测结果做相关分析,表明:棉花上半部平均长度与回潮率呈中度相关,表明回潮率越低棉花在加工过程中容易损伤纤维,使纤维变短,但棉花水分过高也会损伤纤维,因此合适的棉花水分含量是棉花加工中必须考虑的。另外棉花含杂和棉结与棉花的水分呈中度正相关,表明棉花在加工过程中含水量越高,杂质在加工过程中不容易清除,同时棉纤维在加工过程中所产生的棉结也越多。因而过高的含水量对棉花的质量将产生不良的影响。我国现行棉花标准中,棉花共分7个级别。这次试验只做了有代表性的3级和4级,2个级别各指标数学模型差异很小,可以通用,在实际应用都可选用。这次试验有些指标没有做,如麦克隆值、反射率和短绒率等,根据以往经验,棉纤维不同回