文/路 超 白 英 董紅強(qiáng) 陳國(guó)棟 胡守林 趙書珍

1 引言

近年來(lái)，受勞動(dòng)力成本上升等因素的影響，棉花生產(chǎn)成本逐年上升，越來(lái)越多的棉農(nóng)選擇了機(jī)械種植及采收，新疆作為我國(guó)棉花種植面積最大的省份，現(xiàn)已成為最大的機(jī)采棉種植加工基地。但機(jī)械采收會(huì)使籽棉的含雜率驟然提升，為降低棉花含雜率及提升棉纖維品質(zhì)，機(jī)采后的棉花在加工時(shí)一般會(huì)采用多道清理工序，主要分為籽棉清理和皮棉清理，這在一定程度上會(huì)對(duì)棉纖維的品質(zhì)造成影響。那么，機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維品質(zhì)是如何變化的，不同的清理工序會(huì)對(duì)棉纖維品質(zhì)造成多大影響？基于此，通過(guò)對(duì)機(jī)采棉清理加工過(guò)程中纖維品質(zhì)的變化分析，研究不同清理工序?qū)w維品質(zhì)的影響程度，為確定合理的機(jī)采棉加工工藝，優(yōu)化加工關(guān)鍵技術(shù)提供科學(xué)評(píng)價(jià)依據(jù)，最終達(dá)到滿足機(jī)采棉清理加工的要求及提高質(zhì)量、降低成本、增加效益的目的。

2 機(jī)采棉加工工序流程

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22335—2018《棉花加工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了機(jī)采棉的加工技術(shù)要求，并給出了具體加工工序流程，見(jiàn)圖1。由圖1可知，隨著機(jī)采棉加工工序的不斷發(fā)展與完善，一般機(jī)采棉在籽棉清理工序中的道數(shù)為4，皮棉清理工序中的道數(shù)為2，即四清二排。本文按照四清二排的加工工藝研究機(jī)采棉在加工過(guò)程中的變化情況。

圖1 機(jī)采棉加工工序流程圖

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 材料與方法

試驗(yàn)于2020年在阿克蘇地區(qū)的新疆金豐源種業(yè)股份有限公司（溫宿縣）和阿克蘇市金田農(nóng)場(chǎng)有限責(zé)任公司（阿克蘇市）兩個(gè)育種企業(yè)的棉花加工廠進(jìn)行棉樣采集。每個(gè)棉種企業(yè)選擇阿克蘇地區(qū)主栽1～2個(gè)細(xì)絨棉品種，每個(gè)品種的種植面積均在600畝以上，各品種按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理模式進(jìn)行，將區(qū)域內(nèi)的種植管理環(huán)節(jié)統(tǒng)一。選定的棉花品種為：J206-5、新陸中68、新陸中80，共計(jì)3個(gè)棉花品種。待各品種棉花90%以上棉鈴?fù)滦鯐r(shí)進(jìn)行機(jī)械采收。采收后的棉花統(tǒng)一到本地的棉花加工廠加工。各品種棉花的具體加工工序、試樣個(gè)數(shù)和試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 主要加工工序?qū)γ蘩w維品質(zhì)的影響研究試驗(yàn)方案

3.2 籽棉加工前的準(zhǔn)備

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22335—2018《棉花加工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，在籽棉的交售、收購(gòu)中不得混入危害性雜物，因此在籽棉加工前需挑揀干凈棉垛中的危害性雜物以及進(jìn)行異性纖維的清理工作。同時(shí)籽棉的回潮率和含雜率也是影響棉花加工產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素，因此在籽棉加工前需進(jìn)行含雜率測(cè)試和回潮率測(cè)定，確保機(jī)采籽棉的含雜率不大于12%，回潮率不大于12%，若回潮率過(guò)高，需進(jìn)行烘干或晾曬。參試品種籽棉在加工前的回潮率和含雜率均符合加工要求，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 各品種機(jī)采籽棉加工前含雜率和回潮率

3.3 采樣點(diǎn)設(shè)置

經(jīng)機(jī)械采摘的各品種棉花進(jìn)行機(jī)采加工時(shí)，圍繞籽棉從開(kāi)模清理到加工完畢這一流程，設(shè)置4個(gè)取樣點(diǎn)，分別為：大垛取樣（簡(jiǎn)稱“大垛”），籽棉清理后、鋸齒軋花前取樣（簡(jiǎn)稱“籽清”），鋸齒軋花后、皮棉清理前取樣（簡(jiǎn)稱“軋花”），氣流皮清后、鋸齒皮清前取樣（簡(jiǎn)稱“皮清”）。

3.4 棉樣采集與品質(zhì)檢驗(yàn)

（1）棉樣采集

大垛取樣：在單一品種的籽棉大垛中，在不同方位、多點(diǎn)、多層隨機(jī)取樣，取樣深度不低于30cm，每個(gè)樣品不低于1500g。

籽清、軋花和皮清取樣：待儀器設(shè)備狀態(tài)良好，生產(chǎn)線穩(wěn)定后，安排人員在3個(gè)取樣點(diǎn)同時(shí)取樣，每隔10分鐘取樣一次。籽清取樣點(diǎn)每個(gè)樣品不少于1.5kg，軋花和皮清取樣點(diǎn)每次取樣量不少于500g。

（2）品質(zhì)檢驗(yàn)

將采集后的棉樣統(tǒng)一帶回阿克蘇地區(qū)纖維檢驗(yàn)所實(shí)驗(yàn)室，對(duì)大垛取樣后的各品種籽棉統(tǒng)一進(jìn)行軋花后，將各品種棉花按照加工工序分類，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1103.1《棉花 第 1 部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》中的要求，用烏斯特大容量棉花測(cè)試儀（簡(jiǎn)稱HVI1000）對(duì)棉樣進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)將每份棉花樣品分成3份子樣，將3份子樣測(cè)定數(shù)值的平均值作為最后的試驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)果與分析

4.1 主要加工工序?qū)γ蘩w維平均長(zhǎng)度和長(zhǎng)度整齊度指數(shù)的影響研究

各品種棉花在各加工工序后的棉纖維平均長(zhǎng)度和長(zhǎng)度整齊度指數(shù)見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，各品種棉花的平均長(zhǎng)度在經(jīng)過(guò)籽清后均有顯著性差異，其中，J206-5和新陸中68兩個(gè)品種的棉纖維長(zhǎng)度在籽清后都有所升高，但新陸中80的棉纖維長(zhǎng)度有所降低。在經(jīng)過(guò)軋花后，J206-5的棉纖維長(zhǎng)度有所降低，而新陸中68和新陸中80的棉纖維長(zhǎng)度有所升高。經(jīng)過(guò)皮清后，J206-5和新陸中68的棉纖維長(zhǎng)度均有所降低，且降低程度較為明顯，而新陸中80的棉纖維長(zhǎng)度卻有一定程度的升高?？傮w來(lái)看，各品種棉花從大垛開(kāi)始加工到皮清結(jié)束后，J206-5和新陸中80的棉纖維長(zhǎng)度均有所降低，但新陸中68的棉纖維長(zhǎng)度卻有所升高。經(jīng)過(guò)機(jī)采加工后，可以看出，棉纖維長(zhǎng)度總體呈下降趨勢(shì)，但各品種的棉纖維長(zhǎng)度在加工前后均處于同一長(zhǎng)度級(jí)，說(shuō)明機(jī)采加工工序?qū)γ蘩w維長(zhǎng)度影響不大。

圖2 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維平均長(zhǎng)度和長(zhǎng)度整齊度指數(shù)

從棉纖維長(zhǎng)度整齊度指數(shù)數(shù)據(jù)中可以看出，J206-5在籽清后的變化不大，但新陸中68的長(zhǎng)度整齊度指數(shù)上升明顯，上升0.62%，新陸中80下降明顯，下降了0.95%。從圖2中可以看出，各品種棉花在經(jīng)過(guò)籽清—軋花和軋花—皮清后，各品種棉花的長(zhǎng)度整齊度指數(shù)差異不顯著。從整體上來(lái)看，J206-5和新陸中80的長(zhǎng)度整齊度指數(shù)經(jīng)機(jī)采加工后，短纖維指數(shù)有所下降，新陸中68有所升高。綜合來(lái)看，經(jīng)過(guò)機(jī)采加工后，棉纖維長(zhǎng)度整齊度處于下降趨勢(shì)，其中籽棉清理工序?qū)γ蘩w維長(zhǎng)度整齊度指數(shù)的變化影響較大。

4.2 主要加工工序?qū)γ蘩w維馬克隆值和斷裂比強(qiáng)度的影響研究

從圖3中可以看出，經(jīng)過(guò)籽清后，除了J206-5的馬克隆值有所上升外，新陸中68和新陸中80的馬克隆值均下降，新陸中80的馬克隆值下降最為明顯，但其馬克隆值級(jí)有所上升，從B2級(jí)上升至A級(jí)，分析認(rèn)為，這與其在加工前的雜質(zhì)含量較高有關(guān)。經(jīng)過(guò)軋花和皮清后，各品種棉花的馬克隆值變化均不明顯。綜合來(lái)看，棉花含雜率較高，對(duì)馬克隆值具有一定的影響，經(jīng)過(guò)雜質(zhì)清理或雜質(zhì)含量較低的棉纖維馬克隆值在各工序的變化不顯著，說(shuō)明各機(jī)采加工工序?qū)︸R克隆值影響不顯著。

圖3 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維馬克隆值和斷裂比強(qiáng)度

棉纖維的斷裂比強(qiáng)度由圖3中可以看出，經(jīng)過(guò)籽清后，J206-5和新陸中68的斷裂強(qiáng)度均有所上升，且差異顯著，而新陸中80的斷裂比強(qiáng)度卻有所下降，但差異不顯著。經(jīng)過(guò)軋花和皮清后，J206-5和新路中68的斷裂比強(qiáng)度均有所降低，新路中80的斷裂比強(qiáng)度有所上升。綜合來(lái)看，各品種棉花的斷裂比強(qiáng)度在加工過(guò)程中受雜質(zhì)和加工工序的影響，均有所上升或下降，但其變化程度均未超過(guò)1cN/tex，斷裂比強(qiáng)度分檔檔次均未改變，說(shuō)明斷裂比強(qiáng)度經(jīng)過(guò)各機(jī)采加工工序后，差異不顯著。

4.3 主要加工工序?qū)γ蘩w維短纖維指數(shù)和雜質(zhì)粒數(shù)的影響研究

從圖4中可以看出，經(jīng)過(guò)籽清后，J206-5和新陸中68的棉纖維短纖維指數(shù)明顯下降，具有顯著性差異，而新陸中80的變化不大。各品種棉花在經(jīng)過(guò)籽清—軋花—皮清后，均差異不顯著，但J206-5和新陸中68的短纖維指數(shù)有所上升。綜合來(lái)看，棉纖維短纖維率經(jīng)過(guò)各加工工序后，整體呈下降趨勢(shì)，其中在籽清環(huán)節(jié)下降較為明顯，差異顯著，但在皮清環(huán)節(jié)卻呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，差異不顯著。

圖4 各品種棉花在各加工工序后的棉纖維短纖維率和雜質(zhì)粒數(shù)

雜質(zhì)粒數(shù)由圖4可以看出，各品種棉花在經(jīng)過(guò)籽清后下降十分明顯，具有極顯著差異，經(jīng)軋花和皮清工序后，雜質(zhì)粒數(shù)雖然也在下降，但皮清工序后的棉纖維雜質(zhì)粒數(shù)與軋花后的棉纖維差異不顯著。綜合來(lái)看，籽清工序能大大降低棉纖維的雜質(zhì)粒數(shù)，其次是軋花工序，皮清工序?qū)﹄s質(zhì)粒數(shù)的降低作用不顯著。

4.4 主要加工工序?qū)γ蘩w維顏色級(jí)的影響研究

從圖5中可以看出，各品種棉花經(jīng)過(guò)籽清后，其反射率和黃色深度均有顯著性提高，說(shuō)明棉纖維雜質(zhì)對(duì)棉花顏色級(jí)具有顯著性的影響；在軋花后各品種棉纖維的反射率和黃色深度均呈上升趨勢(shì)，但上升程度明顯降低；在皮清后，各品種棉纖維的反射率有所上升，但新陸中68和新陸中80的黃色深度有所降低，降低程度不顯著。綜合來(lái)看，各品種棉花經(jīng)過(guò)籽棉清理后，雜質(zhì)與棉纖維分離，使棉纖維的反射率和黃色深度均有顯著性提高，各品種棉花顏色級(jí)均提高了一個(gè)等級(jí)，軋花和皮清工序?qū)γ蘩w維的顏色級(jí)影響不大。

圖5 各品種棉花在各加工工序后的Rd值和+b值

5 結(jié)論與討論

本文按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22335—2018《棉花加工技術(shù)規(guī)范》中四清二排的技術(shù)要求對(duì)機(jī)采棉進(jìn)行了清理和加工，并對(duì)加工過(guò)程中的大垛—籽清—軋花—皮清4個(gè)主要加工點(diǎn)的棉樣進(jìn)行抽樣和物理指標(biāo)檢驗(yàn)后，通過(guò)分析結(jié)果可知：（1）籽棉清理對(duì)雜質(zhì)粒數(shù)和顏色級(jí)的影響最大，籽棉清理后，雜質(zhì)粒數(shù)呈極顯著下降趨勢(shì)，同時(shí)棉纖維的反射率和黃色深度均有所上升。籽清后棉纖維的長(zhǎng)度整齊度和短纖維率均呈下降趨勢(shì)。籽清對(duì)纖維長(zhǎng)度和馬克隆值的影響較小。（2）皮棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)度整齊度的影響都以負(fù)效應(yīng)為主，均呈遞減趨勢(shì)，但皮清后斷裂比強(qiáng)度有上升趨勢(shì)。皮棉清理工序?qū)︸R克隆值、短纖維指數(shù)和顏色級(jí)的影響不大。

綜上，在機(jī)采棉的加工過(guò)程中，籽棉清理主要是清除籽棉中較大的雜質(zhì)，改善籽棉外觀形態(tài)，為軋花提供支持，籽棉清理對(duì)棉纖維的顏色級(jí)和短纖維率影響較大，對(duì)纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度和馬克隆值影響較??；軋花工藝主要實(shí)現(xiàn)棉纖維和棉籽的分離工作；皮棉清理則是再次清除皮棉中的雜質(zhì)，主要包括不孕籽、棉結(jié)、碎葉片、小棉稈以及軋花產(chǎn)生的籽屑和種皮等較小的雜質(zhì)，皮棉清理對(duì)纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度和比強(qiáng)度的影響都以負(fù)效應(yīng)為主。同時(shí)在機(jī)采棉加工過(guò)程中，籽棉設(shè)備型號(hào)、軋花機(jī)型號(hào)、軋花機(jī)車速及皮棉設(shè)備型號(hào)等參數(shù)對(duì)皮棉的品質(zhì)也會(huì)造成一定的影響。因此要提高皮棉品質(zhì)，減少皮棉的損傷，就要根據(jù)各設(shè)備的工作作用及原理出發(fā)，從各個(gè)設(shè)備的參數(shù)、工作方式、設(shè)備間距以及工作速度等各方面考慮，結(jié)合棉花品種及所得纖維的實(shí)際性能，合理設(shè)計(jì)加工工藝。