基于棉纖維HVI數據的轉杯紗強力預測方法

張宏偉

(常州紡織服裝職業技術學院 常州市生態紡織技術重點實驗室，江蘇 常州 213164)

強力是紗線最重要的性能指標之一，它直接影響到紡紗、紗線后整理、織造及織物后整理等工藝，影響紗線強力的因素包括纖維性能、紡紗方法及工藝等。最初采用單嘜試紡法和統計分析法[1]研究棉纖維性能與成紗強力關系。20世紀50年代以來，采用傳統方法對棉纖維性能進行測試，研究棉纖維性能與環錠紗強力之間關系的成果較多：環錠紗強力與棉纖維強力和長度成正比[1]；紗線模量與棉纖維模量成正比[2]；馬克隆值在正常范圍內(3.15～5.15)，紗線強力與馬克隆值和短纖維含量成反比[3]，棉纖維斷裂伸長率對紗線強力影響很小[4]。20世紀70年代以來，美國Spinlab公司發明了高容量棉纖維性能測試儀(HVI)，它能在1小時內對100包原棉進行性能測試。Mogahzy Y E等人[5]，儲才元，凌導宏[6]均采用回歸分析方法研究了棉纖維性能指標對環錠紗強力的貢獻率。進入21世紀，多采用神經網絡技術或其它統計方法研究棉纖維HVI性能與環錠紗質量的關系[7-10]。

本文選取了30種純棉普梳熟條，使用FA622型中頻轉杯紡紗機分別紡制了30種58.3 tex和24種18.2 tex轉杯紗。使用多元線性回歸分析方法研究熟條中纖維綜合性能指標與轉杯紗強力的關系，然后結合課題組前期對棉條生產過程中棉纖維性能變化規律的研究結果[11]，進一步得出原棉性能與轉杯紗強力的關系，明顯提高了回歸方程的預測精度。

1 實驗

從多個棉紡廠收集純棉普梳熟條30種，采用FA622型中頻轉杯紡紗機生產30種58.3tex和24種18.2tex轉杯紗，其中25～30號熟條質量較差，不能生產出18.2 tex轉杯紗，表現為紡紗過程中斷頭頻繁，成紗強力很低。轉杯紡紗主要工藝參數見表1。

表1 轉杯紡紗主要工藝參數

利用HVI 900系統測得熟條中棉纖維七項性能指標為：纖維長度(FL)、長度均勻度(LU)、纖維強度(FS)、纖維伸長率(FE)、纖維細度(FF)用馬克隆值來表示、反射率(Rd)和黃度(b)。采用Uster單紗強力儀測得30種58.3 tex和24種18.2 tex轉杯紗的單紗強力，每種紗線強力測試30次取平均值，結果見表2。

表2 熟條中棉纖維性能與轉杯紗強力

2 分析與討論

2.1 單因素相關分析

由表2數據計算出熟條中棉纖維性能與兩種轉杯紗強力之間的單相關系數，見表3。

表3 熟條中棉纖維性能與兩種轉杯紗強力之間的單相關系數

從表3可知，兩種轉杯紗強力與纖維長度(FL)、長度均勻度(LU)、纖維強度(FS)、纖維伸長率(FE)和反射率(Rd)呈明顯的線性正相關，相關系數在0.429～0.831，多在0.7以上，表明隨著棉纖維性能指標的提高，轉杯紗強力有著明顯的上升趨勢；兩種轉杯紗強力與纖維細度(FF)和黃度(b)有不明顯的線性負相關，這些結果與前面研究成果一致[1-10]。

2.2 多元線性回歸分析

分別以熟條中棉纖維的七項性能指標為自變量，以兩種轉杯紗的強力為因變量，得出58.3 tex和18.2 tex轉杯紗的單紗強力(Str)預測多元線性回歸方程，分別見式(1)和式(2)。

Str(58.3 tex)=-9.054+0.004FL+0.444LU+0.780FS+0.038FE-1.803FF+0.060Rd-0.810b(r=0.939、Error=3.86%)

(1)

Str(18.2 tex)=-9.104+0.492FL+0.097LU+0.588FS+0.720FE-0.206FF-0.038Rd-0.064b(r=0.877、Error=4.22%)

(2)

式(1)和式(2)中，r為復相關系數，Error為回歸方程預測強力誤差率絕對值的平均值，對于這兩種紗線來說，復相關系數分別為0.939和0.877，強力誤差率分別為3.86%和4.22%，具有較高的預測精度。

復相關系數的平方為決定系數，也稱貢獻率，分別為88.2%和76.9%。研究結果表明[5，6，10]，直接對原棉性能與轉杯紗強力之間關系進行回歸分析，得到的貢獻率分別為70.25%、71.01%、71.44%和70.69%。由于混合棉經過熟條生產過程，其纖維綜合性能指標有較大變化，采用熟條中纖維綜合性能指標預測轉杯紗強力，預測精度得到提高，貢獻率也有較大提高。

2.3 原棉性能與轉杯紗強力的關系

課題組前期對于棉條生產過程中棉纖維性能變化規律進行研究[11]，選用10種細絨棉，以不同成分、不同比例混合成30種混合棉，分別生產熟條，用HVI 900系統對熟條中棉纖維綜合性能指標進行測試，分析熟條生產過程中纖維綜合性能變化的規律，把熟條實測值與混合棉理論計算值的比值定義為該項性能指標的保持率Ki(i=FL、LU、FS、FE、FF、Rd、b)。Ki反映了熟條生產過程中該項性能指標的變化規律，得到30個實驗方案中棉纖維七項性能指標的Ki平均值分別為0.985、1.018、1.228、1.001、0.944、1.019、1.084。

為了得到原棉性能與轉杯紗強力的關系，將式(1)和式(2)中熟條的棉纖維綜合性能指標替換成原棉混合棉的綜合性能指標，前面的系數分別乘以保持率Ki，得到58.3 tex和18.2 tex轉杯紗的單紗強力(Str)與原棉混合棉性能的關系式分別為式(3)和式(4)。

Str(58.3 tex)=-14.054+0.0039FL+0.4520LU+0.9578FS+0.0380FE-1.7020FF+0.0611Rd-0.8780b

(3)

Str(18.2 tex)=-17.104+0.4846FL+0.0987LU+0.7221FS+0.2703FE-0.1945FF-0.0387Rd-0.0694b

(4)

3 驗證實驗

為了驗證式(3)和式(4)原棉性能與轉杯紗強力之間關系方程式的預測精度，從江蘇新光紡織有限公司收集了用于生產58.3 tex和18.2 tex轉杯紗的混合棉，用HVI 900系統測試混合棉性能指標，采用表1的生產工藝參數，使用FA622 轉杯紡紗機生產這兩種號數的轉杯紗，同樣采用Uster單紗強力儀測得兩種轉杯紗的單紗強力，用式(3)和式(4)計算得到的單紗強力和預測誤差率絕對值，發現誤差率小于4%，接近式(1)和式(2)的預測精度，見表4。

表4 混合棉性能和單紗強力預測結果

4 結語

以熟條中棉纖維綜合性能指標為自變量，轉杯紗強力為因變量，在轉杯紗強力預測回歸方程中，自變量對58.3 tex和18.2 tex轉杯紗強力的貢獻率為88.2%和76.9%。但此前的研究工作中[5，6，11]，以原棉特性為自變量，自變量對轉杯紗強力的貢獻率分別為70.25%、71.01%、71.44%和70.69%。這說明熟條中棉纖維性能與轉杯紗強力的關系更加直接、密切，預測轉杯紗強力精度更高。

結合前期工作得到的熟條生產中棉纖維性能的變化規律[11]，即七種纖維綜合性能指標的保持率Ki(i=FL、LU、FS、FE、FF、Rd、b)，得到原棉性能對轉杯紗強力的預測方程。驗證實驗表明，對58.3 tex和18.2 tex轉杯紗的強力預測精度與熟條中棉纖維性能對轉杯紗強力的預測精度相近，誤差率都在4%左右。

本文的不足之處在于，只對固定紡紗工藝生產的兩種線密度的轉杯紗強力進行了預測分析，要想實現計算機自動化配棉，還要對多種線密度、不同工藝條件生產的轉杯紗進行回歸預測分析，建立數據豐富轉杯紗強力預測數據庫，最終實現自動化配棉。