储存时间对机采棉和手采棉色特征、断裂比强度的影响

曹吉强 徐红 张俐敏

摘 要：探究儲存时间对机采棉和手采棉性能的影响。从新疆北疆棉区采集机采棉与手采棉皮棉样品，每隔半年用HVI分别检测其各项纤维性能指标，并对检测结果得出的数据进行统计分析。结果表明：随着储藏时间的增加，棉纤维断裂比强度和反射率呈下降趋势，黄度呈增大趋势，机采棉的变化情况较手采棉明显。棉纤维长度、整齐度指数等其他指标变化不大。

关键词：棉花；储藏；色泽级；断裂比强度

中图分类号：TS111

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2018）04-0017-04

Abstract：In this paper， the influence of storage time on the properties of machine-picked cotton and hand-picked cotton is explored. The ginned cotton samples were picked mechanically and manually from northern Xinjiang cotton region. HVI was used to detect various fiber property indexes at the interval of half year， and the test data were statistically analyzed. The experimental results show that： with the increase of storage time， the breaking tenacity and reflectivity of cotton fiber decrease and yellowness index increases. The changes of machine-picked cotton are more obvious than that of hand-picked cotton. The length of cotton fiber and the uniformity index change little.

Key words：cotton； storage； color grade； breaking strength

目前，全球棉花库存量仍处高位，其中中国棉花库存量约占全球储量的60%，特别是拥有巨大库存量的国储棉长期储存后棉花色泽、断裂比强度等品质下降严重，受到中国棉纺织行业上下游极大关注。

众所周知，纤维素是构成棉纤维的主要成分，其余为纤维素伴生物。棉纤维素及其伴生物的含量取决于棉纤维的成熟程度，成熟度差的纤维，纤维素含量低，伴生物含量高[1]。其中一些伴生物受温度、湿度及光的影响，可导致纤维断裂强度降低和色泽改变，从而降低棉花的等级和品质，影响纱线的质量。在国家新标准GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉》中，颜色级取代了品级指标，成为评价棉花质量的重要指标之一，评级要素为黄度、反射率。本文主要研究储存时间对棉花色特征、断裂比强度的影响。

1 试 验

1.1 试验原料及条件

样品取自新疆北疆某轧花厂，均来自石河子某团场同一植棉片区，确保棉花样品生长因素相同。同时，机采棉与手采棉均为大片种植的代表性品种，机采皮棉、手摘皮棉试样各取20 kg。

1.2 试验仪器

检测设备：乌斯特HVI-1000C。

供应商名称：乌斯特技术有限公司。

配备软件：HVI软件版本为2.0.0.106。

1.3 试验方法

将20 kg机采棉与手采棉样品各分为5组，即每组4 kg，置于新疆同一常温实验室储存。实验室温度波动范围在（25±5）℃，相对湿度变化范围较大，最高75%左右，最低30%左右，平均45%～50%。

每隔半年一次取出机采棉与手采棉各1份放入恒温恒湿环境（温度（27±3）℃，相对湿度65%±3%）中预调48 h后进行HVI测试。测试时，在机采棉与手采棉1个4 kg试样中，各分成20个样品，测试20次取平均值。

2 结果与分析

2.1 HIV测试结果

通过两年半的跟踪测试，HVI实验结果如表1所示。

从表1中可以看出，变化率较大的有反射率、黄度、断裂比强度，其中黄度变化最大，其值达到9%，研究认为是由储存时间造成的；长度、整齐度指数、短纤维指数值、成熟度及马克隆值变化率较小，研究认为其变化由实验误差引起。

棉纤维的每一项指标对后续的加工都有至关重要的影响，其中反射率、黄度这两项指标反映棉纤维成熟度的大小及轧花加工质量的高低，同时也在一定程度上反映棉纤维断裂比强度的大小，这些指标主要影响成纱的颜色及后续加工；断裂比强度主要影响着纱线强度、条干以及织成布的质量。棉纤维的强度高，不仅成纱强度高，而且织成的布质量好、牢固耐用，纤维断裂比强度较差时，在工艺过程中易折断，增加短纤维率，影响条干均匀度，增加断头率和用棉量，降低劳动生产率，这也是本文研究的重点之一。

2.2 试验分析

2.2.1 机采棉和手采棉反射率及黄度的变化趋势

下文就反射率、黄度、断裂比强度的测试结果进行分析，由于断裂伸长率与断裂比强度有较强的相关性，这里就不展开介绍。图1、图2、图3中分别为机采棉与手采棉的色特征指标（反射率、黄度）和断裂比强度的动态变化趋势。

由图1可见，机采棉的反射率比手摘皮棉低[2]，两者的反射率均呈下降趋势，其中机采棉与手采棉在第一次和第二次测试结果中反射率下降较为明显，尤其是手摘棉，其值下降了2.3%=（82.3-80.4）/82.3×100%。由图1所示，机采棉的变化趋势幅度大于手采棉，可知机采棉的稳定性不如手摘棉，机采棉反射率比手摘棉差，5次测试结果的平均值手采棉比机采棉高出4%。究其原因应该是机采棉的成熟度低，且成熟度差异性大。棉纤维储存时间久，反射率低，所纺纱线无光泽纱线质量差。另外，从直线的斜率看，机采棉的斜率大，手采棉的斜率小，说明随存储时间的延长，机采棉反射率的下降速度较手摘棉要大。

由图2可见，机采棉与手采棉的黄度整体呈上升趋势，机采棉在第一次和第二次测试结果中黄度上升较为明显。两年时间里，机采棉黄度由9.5增加到10.4，增加了0.9，手摘棉黄度也增加了0.9，机采棉的变化趋势幅度大于手采棉，可知机采棉的稳定性不如手摘棉，机采棉黄度比手摘棉高，5次测试结果的均值机采棉比手采棉高出0.5。Gamble[3]在仓库内将棉花样品贮藏2年，结果表明，纤维的糖分和水分大幅降低，黄度增加，其它参数变化不显著，但纱线强力显著下降。Hun[4]的另一项研究表明，过高的水分使棉包中的棉结和短纤维含量上升，纤维变暗，黄度增大，色泽等级由31级下降到43级。试验结果表明，储存时间久，棉纤维黄度大，故而棉纤维所纺出纱线色泽不精亮。另外，从直线的斜率看，两者斜率基本相同，说明两者黄度增加的速度基本一致。

本研究分析认为，影响反射率及黄度指标主要是因为混在棉纤维中杂质的色素以及微生物的作用。首先，棉纤维在采摘的过程中，不可避免的会混入一些破籽、棉叶、棉杆皮等杂质，轧花加工也不可能完全去除，而且机采棉加工比手摘棉杂质含量更多。这些杂质均含有一些色素，在一定湿度环境下会沾染在棉纤维上，时间越长，湿度越大，这类杂质含量越高，沾染可能性就越大，颜色也会越深。其次，棉纤维上不可避免的附着的微生物，在潮湿的情况下，微生物极易生长繁殖，分泌出纤维酶和酸，促使棉花纤维发霉变质、变色[5-6]，湿度越大，这种霉变越大。此外，高温会使纤维加速变黄、变质，研究资料表明：在-5 ℃储存条件下一年时间内几乎没有色泽变化；16 ℃条件下，色泽也许有些变黄，但被霉菌引起的变暗覆盖；29℃和高相对湿度条件下，即使在最初的3个月储存后色泽变化也是很明显的[7]。

2.2.2 机采棉和手采棉断裂比强度变化趋势

由图3可见，机采棉与手采棉的断裂比强度整体上呈下降趋势，5次测试结果的平均值显示，手采棉比机采棉高出0.4 cN/tex。两年半的时间，机采棉断裂比强度由27.7 cN/tex降为26.3 cN/tex，降低了1.4 cN/tex，手摘棉断裂比强度降低了1.7 cN/tex，相比手采棉的降低幅度更大。棉纤维断裂比强度高，纺纱过程中断头少，成纱强度高，王美红[8]研究指出，纤维强度对棉纱强力影响的大小为20%，于小新[9]也认为断裂比强度占成纱强力的20%，王美红[8]等研究则认为原棉断裂比强度对成纱强度的影响为37%，徐红等[10-11]的研究结果显示手摘棉的单纱断裂强度比机采棉断裂强力高5.5%～10%。显然，在纺纱过程中，手摘棉的纱线强力高会使加工过程中断头率降低，有利于纺纱过程中后加工和织造工艺的顺利进行，织成的布质量好、牢固耐用。通过储存两年半的时间，棉纤维断裂比强度的结果趋势是显示减小，从而得知纺出纱线强力也弱。

本研究分析认为，材料按照其变形性质可分为弹性体和粘性体。弹性体变形与时间呈线性关系，外力去除，变形恢复；粘性体变形与时间有关，时间越长变形越大，外力去除后不能恢复。纺织纤维介于两者之间，属于粘弹体，其变形分为急弹性变形、缓弹性变形和塑性变形。棉花属于蓬松体，为了便于运输，会做打包处理，打包赋予纤维的压缩力，长期的压缩力使得棉纤维的缓弹性变形得不到恢复继而转变为塑性变形，导致断裂比强度下降断裂伸长率增加；另外，微生物的分泌出纤维酶和酸也致使断裂比强度下降断裂伸长率增加。

新疆夏季相对湿度低、冬季虽然室外相对湿度大，但绝对湿度低，室内放暖后相对湿度也很低，春秋季虽然相对湿度较冬夏季高，但仍明显低于内地，因此总体新疆偏干，室内平均相对湿度约在45%～50%，较65%的标准回潮率低，因此，相比于湿度较大的内地，本研究的试验数据要比实际低，即实际情况要比本研究的试验结果严重。

3 结论与建议

3.1 结 论

长期储存对棉纤维品质影响较大，具体如下：

a）对纤维的色特征值影响极大，其中机采棉的反射率比手采棉低约4%；黄度比手摘棉高约0.6，对机采棉的影响大于手摘棉；影响色特征的因素主要是杂质的色素对棉纤维的染色以及微生物的作用

b）对纤维的断裂比强度影响很大，机采棉比手采棉低约0.4 cN/tex。断裂比强度下降主要原因是棉包长期受打包压力的影响，缓弹性变形得不到及时恢复，此外微生物作用也有一定的影响。

c）由于试验条件所限，试验环境的湿度偏低，样品未经过打包处理，因此试验数据要比实际低，即实际情况要比试验结果严重。

d）长期存储对纤维的各项长度指标影响很小，对细度指标基本没有影响。

3.2 建 议

a）国家加强监管。国家应减少棉花库存，加大对国储棉的使用量，监管各部门的功能与链接，合理分配资源，能有效的节约国家资源，避免国家资源浪费。

b）棉纺企业合理选配。棉纺企业注意棉纤维储存时间对纺纱的影响，尤其是要充分考虑混棉的黄度变异系数、反射率变异系数等指标以防纱线出现色差等质量问题，针对纱线需求，合理分配储存较久的棉花。

c）轧花企业量力而行。让棉加工企业根据企业加工能力和储存条件，合理控制籽棉收购储存数量，避免因加工不及时棉花捂垛变质造成企业亏损，减轻加工企业因长期储存致使棉花变质的压力。

d）储存企业灵活应对。仓管员应每天查库，做好相关记录，按照《棉花储备库管理办法》的规定，贮备棉入库时的含水率不得超过10%，库内相对湿度不得超过70%，温度要求在30 ℃以下，最高不得超过35 ℃[11]。控制、调好温（湿）度，可根据天气变化和库内外温（湿）度差异，适时采取通风散湿或关闭仓库等措施。

e）由于在新疆夏季相对湿度、冬季绝对湿度都不大，形成夏季干热，冬季干冷的特点，因此，相比于湿度较大的内地，黄度指标受湿度影响较大，故而今后可做深入研究。

参考文献：

[1] 杨伟华，熊宗伟，许红霞，等.棉花贮藏期间质量变化及控制技术研究评述[J].中国棉花，2011，38（3）：2-4.

[2] 徐红，夏鑫.机采棉与手采棉的性能比较[J].纺织学报，2009，30（9）：5-10.

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[4] DTW C， ANTHONY W S. Effects of adding moisture at the gin lint slide on cotton bale microbial activity and fiber quality[J]. Journal of Cotton Science， 2004，8（2）：83-90.

[5] 鄭芝奖.浅析环境温湿度对储备棉质量的影响[J].中国纤检，2003（9）：43-44.

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[7] 佚名.棉花颜色变异的影响因素[J].中国棉花加工，2014（1）：40-41.

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[10] 徐红，郭琳.新疆棉与进口美棉、印度棉的纺织性能比较[J].纺织导报，2009（6）：80-80.

[11] 徐红，李岩，谢占林，等.机采棉与手摘棉的纺纱性能研究[J].上海纺织科技，2015（3）：5-7.

[12] 全国供销合作总社.棉花储备库管理办法[S].供销棉字[1997180号]1997.