生條中短纖維含量與成紗指標的相關性分析

曹繼鵬， 張志丹， 張明光， 陸惠文

(1. 遼東學院 服裝與紡織學院， 遼寧 丹東 118003； 2. 遼寧省功能紡織材料重點實驗室(遼東學院)， 遼寧 丹東 118003； 3. 無錫萬寶紡織機電有限公司， 江蘇 無錫 214161)

原棉經開清棉工序后，纖維一般都有一定損傷、斷裂，短纖維含量增加。清棉后的筵棉經梳棉機加工后，在梳理轉移過程中，短纖維含量會進一步增加，但梳棉機排除短纖維的能力比開清棉工序大一些，故一般短纖維含量增加不大或者會稍有降低[1]。很多研究證實原棉中短纖維的含量對成紗質量有重要的影響[2-3]，也有文獻探討了生條質量與紗線質量指標之間的關系，通過線性擬合方式得出生條指標對紗線指標影響的關聯順序[4-5]。文獻[6]采用大容量棉花纖維測試儀(HVI)、單纖維測試系統(AFIS)和手工檢測3種方法，測試原棉中的短纖維含量(小于12.7 mm)對29.5 tex環錠紗線質量的影響，得出AFIS短纖維含量與紗線強力、伸長、斷頭、棉結、粗節、細節和條干不勻率之間的相關系數分別為-0.725、-0.164、0.472、0.485、0.810、0.777、0.830，可見原棉中AFIS短纖維含量與紗線強力指標呈強負相關，與斷頭、棉結、粗節、細節和條干不勻率之間呈較高的正相關。但文中沒有指出短纖維含量指標是質量短纖維含量(以下簡稱Sw)還是根數短纖維含量(以下簡稱Sn)，對于粗細節和棉結指標也沒有詳細劃分。文獻[7]研究指出，纖維長度和直徑與環錠紗和轉杯紗的條干CV值、棉結、毛羽及粗細節的平方根有很高的相關性，Sw與毛羽和細節的平方根顯著相關，所紡的紗線線密度為 20 tex。Hequet[8]通過紡制線密度為16.4 tex和 11.8 tex紗線，研究了AFIS數據對紗線質量指標的影響，指出原棉中AFIS 檢測的Sw與紗線的條干、細節、粗節、棉結和毛羽指標具有顯著的相關性。文獻[9]研究指出，中支紗的原料中12.7 mm以下短纖維含量每增加3%, 則相應細紗CV值增加1%，高支紗原料中10 mm以下短纖維含量每增加2%, 則相應細紗CV值增加1%。Srinivasan等[10]提出了相對短纖維含量的概念，指出相對短纖維含量與絕對短纖維含量相比是一個更好的參數，其測量參考級別對棉紗質量的結果也有一定影響，認為采用棉結和短纖維測試儀aQura測得纖維的5%長度(纖維中最長5%的平均長度指標)的30%作為相對短纖維含量指標較為合適。

從上述文獻分析中可以看出，以往主要針對原棉中短纖維含量對成紗質量指標的影響進行研究，采用的是AFIS一貫設定的指標，即小于12.7 mm短纖維含量，關于生條中短纖維含量與成紗質量指標間的相關性研究報道不多。本文根據生條中AFIS測量的纖維長度分布情況，統計出4種短纖維含量指標，即分別為小于10、12、14和16 mm短纖維含量，分別計算這些指標的Sw和Sn與成紗各質量指標之間的相關系數，進而得出生條短纖維含量與成紗質量指標之間的相關性。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

新疆棉，采用微型清梳聯系統喂入梳棉機，實驗過程中使用2種原棉，其中筵棉1的AFIS檢測指標如下：根數平均長度為20.2 mm，Sn(小于12.7 mm)為25.1%，Sw(小于12.7 mm)為7.8%，5%長度為34.5 mm，棉結含量為308粒/g(其中帶籽屑棉結含量為22粒/g)，棉結的平均尺寸為700 μm，雜質總含量為246粒/g(其中塵雜含量為206粒/g，粒雜含量為40粒/g)，雜質平均尺寸為324 μm，可見異物含量為0.82%；筵棉2的AFIS檢測指標如下:根數平均長度為20.3 mm，Sn(小于12.7 mm)為22.9%，Sw(小于12.7 mm)為7.3%，5%長度為33.8 mm，棉結含量為219粒/g(其中帶籽屑棉結含量為 12粒/g)，棉結的平均尺寸為690 μm，雜質總數含量為127粒/g(其中塵雜含量為102粒/g，粒雜含量為 25粒/g)，雜質平均尺寸為379 μm，可見異物含量為0.65%。

1.2 實驗條件

實驗采用FA203C型梳棉機。梳棉機刺輥分別采用500、550、600、650、700、750、800、850、900、950和1 000 r/min共11種速度，每檔速度下調節錫林速度，分別采用3種錫林刺輥速比，分別為1.5、2.0和2.5。梳棉出條速度設定為140 m/min，生條定量為25 g/(5 m)，熟條定量為22.33 g/(5 m)，粗紗定量為7 g/(10 m)，粗紗捻系數為130，刺輥與給棉板隔距為0.76 mm，刺輥與除塵刀隔距為0.46 mm，除塵刀角度為90°，刺輥與預分梳板隔距為1.0 mm，后固定蓋板(由下到上4根)隔距分別為0.76、0.76、0.64、0.64 mm，前固定蓋板(由上到下4根)隔距分別為0.2、0.2、0.18、0.18 mm。紡紗線密度為 18.5 tex。原棉1采用刺輥速度為500～900 r/min，原棉2采用刺輥速度為950和1 000 r/min。

1.3 實驗方案

實驗采用上面提到的11種刺輥速度，每種刺輥速度下3種錫林刺輥速比，總計33個方案分別進行梳理，然后采用同樣的后續工藝紡制18.5 tex純棉紗。對每個實驗方案生產的生條隨機取樣30個進行AFIS檢測，以保證檢測結果的可靠性[11]。每個實驗方案生產10管紗，用于紗線條干、強力和毛羽指標的檢測。

2 實驗結果

對33個不同實驗方案條件下生產的生條取樣，使用AFIS測試儀檢測其纖維長度分布情況，實驗結果取30個試樣的均值。通過纖維長度分布統計出小于10、12、14和16 mm 4種短纖維含量指標(包括Sw和Sn)，在此基礎上計算每種短纖維含量指標的變異系數，結果如表1所示。使用USTER ME100型條干儀、USTER ZWEIGLE HL400型毛羽儀 和 YG063T型強力儀分別對每個實驗方案生產的紗線進行條干、毛羽和強力指標檢測，取10次檢測結果的均值，具體結果見表2、3。

表1 生條中不同標準的短纖維含量統計結果及變異系數Tab.1 Sn and Sw of different length and their coefficient of variation

表2 不同方案條件下生產的紗線條干指標Tab.2 Yarn evenness parameters under different experiment plans

續表2

表3 不同方案條件下生產的紗線強力和毛羽指數Tab.3 Yarn strength and hairiness under different experiment plans

3 實驗結果分析

3.1 短纖維含量與成紗條干指標的相關性

對照每個方案所紡紗線的條干指標，使用下式計算其相關性。

r=∑ni=1xi-yi-∑ni=1xi-2∑n1yi-2

式中：r為相關系數；xi和yi分別代表2個變量的個體值，i=1，2，…，n；和分別代表2個變量總體的平均值；n為方案個數，可以計算出2個變量之間的Pearson相關系數。在此使用SPSS統計分析軟件進行計算，得到不同水平下Sw和Sn指標與成紗條干指標之間的相關系數如表4所示。

由表4可知，對于Sw而言，4種短纖維含量指標對條干CV值、+35%粗節、+50%粗節和+140%棉結4個指標的相關性十分顯著(均為0.01水平)：4種短纖維含量與條干CV值指標的相

表4 生條中不同水平Sw、Sn指標與成紗條干指標的相關性分析結果Tab.4 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn evenness parameters

關系數分別為0.538、0.521、0.528和0.551，其中小于16 mm短纖維含量指標的相關系數最大；與+35%粗節的相關系數分別為0.637、0.620、0.619和0.626，其中小于10 mm短纖維含量指標的相關系數最大；與+50%粗節的相關系數分別為0.510、0.496、0.494和0.490，其中小于10 mm短纖維含量指標的相關系數最大；與+140%棉結指標的相關系數分別為0.686、0.665、0.648和0.631，其中小于10 mm短纖維含量指標的相關系數最大，依次為小于12、14和16 mm短纖維含量指標。

從以上數據可以看出，4種短纖維含量與條干CV值的相關系數以小于16 mm短纖維含量相關系數最大，但小于10 mm短纖維含量相關系數排第二，相關性十分顯著；與+50%粗節雖然在相關顯著性水平上看均達到0.01水平，但僅有小于10 mm短纖維含量指標的相關系數超過0.5，其他幾個短纖維含量指標的相關系數依次降低。

對于-40%細節指標，4種短纖維含量指標中只有小于16 mm短纖維含量指標與其相關顯著性水平達到0.01，其他3個指標與其相關顯著性水平為0.050。對于-50%細節指標，4種短纖維含量指標中只有小于16 mm短纖維含量指標與其相關顯著性水平達到0.05，其他3個指標與其相關性均為不顯著。可見對于細節指標來說，小于16 mm短纖維含量指標表現出顯著的相關性。但是從相關系數來看均小于0.5，相關程度不高。所有短纖維含量指標與+200%棉結指標均不存在顯著的相關性。

根據表1中不同短纖維含量指標的檢測結果，計算出每個指標下33個方案短纖維含量的變異系數(CV值)。可以看出，無論是Sw還是Sn，從小于10 mm到小于16 mm短纖維含量的CV值呈逐漸降低趨勢，其中Sw依次為14.6%、8.4%、7.5%和6.8%，Sn依次為9.4%、8.0%、6.8%和6.1%。可見隨著短纖維含量指標變異系數的降低，其與細節的相關程度逐漸增加，因此，這種相關性反映了2個變化因素之間變異的一致性程度。

通過與成紗條干有關指標的相關性分析可以得出，總體上4種短纖維含量指標中以小于10 mm短纖維含量與條干CV值、+35%粗節、+50%粗節和+140%棉結4個指標的相關性較好。本文實驗中使用的2種原棉5%長度分別為35.3 mm和 34 mm，依據文獻[10]的結論，采用原棉5%長度的 30%(分別為10.6和10.2 mm)作為相對短纖維含量指標，其與紗線中+35%粗節和+50%粗節表現出較高的相關性。可見在粗節指標上，本文實驗與文獻[10]的結論相吻合。

分析表4中的數據可知，4種Sn指標對條干CV值、+35%粗節、+50%粗節和+140%棉結4個

指標的相關性也是十分顯著(均為0.01水平)的，與+200%棉結指標均不存在顯著的相關性。這與Sw的分析結果完全相同。有點差異的是，Sn對 -40% 細節的顯著性水平均為0.05，與-50%細節指標均不存在顯著相關性。

3.2 短纖維含量與成紗強力指標的相關性

表5示出了4種Sw和Sn指標與成紗強力指標的相關性分析結果。

表5 生條中不同Sw、Sn指標與成紗強力指標的相關性分析結果Tab.5 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn strength parameters

根據表5中數據可知，無論是Sw還是Sn指標，其與成紗強力所列的所有指標相關性均為不顯著。一般情況下，若纖維的平均長度相同，短纖維含量較高者其成紗強力要相對較低[12]，這種情況下纖維的長度整齊度指標也較差，很多研究表明纖維的長度整齊度與成紗強力具有很高的相關性，纖維整齊度好，紗條每一截面內纖維排列比較均勻一致，存在強力弱環的幾率較小，纖維強力利用系數較高，因此，整體上成紗強力較高[13]。

從本文實驗中的數據看出：各方案下由于分梳

條件不同，生條中纖維的平均長度也會隨之出現差異，同時刺輥和錫林高速條件下對纖維的損傷也會有所加劇，會在提高梳理度的同時導致短纖維含量升高，因此，當梳理工藝條件發生變化而導致生條中的短纖維含量變化時，需要權衡利弊，通過對成紗質量指標進行對比分析，不能單以短纖維含量指標對紗線的強力指標進行預測。

3.3 短纖維含量與成紗毛羽指數的相關性

表6示出生條中Sw和Sn與毛羽指數S3的相關性分析結果。

表6 生條中不同短纖維含量與毛羽指數S3的相關性分析結果Tab.6 Correlation analysis results between Sw and Sn of different length and yarn hairiness parameters S3

由表6可看出，4種Sw和Sn指標與毛羽指數的相關性均為十分顯著(0.01水平)，均以小于 10 mm短纖維含量指標與毛羽指數相關性最大。值得注意的是，4種短纖維含量指標均與毛羽指數呈負相關，這與一般情況下，短纖維含量指標與毛羽呈正相關不相符，說明短纖維含量不是決定毛羽的唯一因素。實踐表明，毛羽與半制品的結構(包括須條中纖維的分離度、平行伸直度及短纖維含量等)有直接的關系[14]，本文實驗中33個方案選取11種刺輥速度，每種刺輥速度下選取3種速比，即對應3種錫林速度，隨著刺輥和錫林速度的增加，對纖維的分梳將逐步加強，盡管短纖維含量有一定增加，但同時須條中纖維的分離度和平行伸直度會得到較大幅度提高，這樣干擾纖維運動的棉結雜質就會減少，利于細紗牽伸裝置對纖維運動的控制，從而減少毛羽的產生[14]。這可能是出現負相關分析結果的原因。這也說明不能僅依靠短纖維含量1個指標來預測紗線的毛羽指標，需要結合具體的分梳工藝，對半制品結構的多個指標進行綜合考慮分析，以便能夠選取恰當的梳理工藝。

4 結束語

1)生條中質量短纖維含量(Sw)和根數短纖維含量(Sn)與紗線條干、強力、毛羽等的指標相關性趨勢是基本一致的，Sw與成紗條干指標的相關系數普遍要高于Sn。

2)4種不同纖維長度下的短纖維含量指標，與條干CV值、-40%細節、-50%細節以小于16 mm短纖維含量指標的相關程度最高；與+35%粗節、+50%粗節和+140%棉結以小于10 mm短纖維含量指標的相關程度最高，依次為小于12、14和 16 mm 短纖維含量指標。在-50%細節指標的預測上，只能根據生條中小于16 mm的Sn進行預測。

3)當梳理工藝條件發生變化而導致生條中的短纖維含量變化時，不能單以短纖維含量指標對紗線的強力和毛羽指標進行預測。僅用短纖維含量 1個指標來預測紗線的強力和毛羽指標是不完全的，應充分考慮梳理工藝條件變化帶來的影響，需要結合纖維的分離度、平行伸直度等多個指標進行綜合考慮，兼顧提高梳理度與纖維損傷之間的矛盾關系，根據最終產品的質量指標要求，恰當合理地選擇梳理工藝。同時，在生條質量控制方面，也不能片面追求單個指標而忽視整體優化。

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