张宏伟

(常州纺织服装职业技术学院 常州市生态纺织技术重点实验室，江苏 常州 213164)

强力是纱线最重要的性能指标之一，它直接影响到纺纱、纱线后整理、织造及织物后整理等工艺，影响纱线强力的因素包括纤维性能、纺纱方法及工艺等。最初采用单唛试纺法和统计分析法[1]研究棉纤维性能与成纱强力关系。20世纪50年代以来，采用传统方法对棉纤维性能进行测试，研究棉纤维性能与环锭纱强力之间关系的成果较多：环锭纱强力与棉纤维强力和长度成正比[1]；纱线模量与棉纤维模量成正比[2]；马克隆值在正常范围内(3.15～5.15)，纱线强力与马克隆值和短纤维含量成反比[3]，棉纤维断裂伸长率对纱线强力影响很小[4]。20世纪70年代以来，美国Spinlab公司发明了高容量棉纤维性能测试仪(HVI)，它能在1小时内对100包原棉进行性能测试。Mogahzy Y E等人[5]，储才元，凌导宏[6]均采用回归分析方法研究了棉纤维性能指标对环锭纱强力的贡献率。进入21世纪，多采用神经网络技术或其它统计方法研究棉纤维HVI性能与环锭纱质量的关系[7-10]。

本文选取了30种纯棉普梳熟条，使用FA622型中频转杯纺纱机分别纺制了30种58.3 tex和24种18.2 tex转杯纱。使用多元线性回归分析方法研究熟条中纤维综合性能指标与转杯纱强力的关系，然后结合课题组前期对棉条生产过程中棉纤维性能变化规律的研究结果[11]，进一步得出原棉性能与转杯纱强力的关系，明显提高了回归方程的预测精度。

1 实验

从多个棉纺厂收集纯棉普梳熟条30种，采用FA622型中频转杯纺纱机生产30种58.3tex和24种18.2tex转杯纱，其中25～30号熟条质量较差，不能生产出18.2 tex转杯纱，表现为纺纱过程中断头频繁，成纱强力很低。转杯纺纱主要工艺参数见表1。

表1 转杯纺纱主要工艺参数

利用HVI 900系统测得熟条中棉纤维七项性能指标为：纤维长度(FL)、长度均匀度(LU)、纤维强度(FS)、纤维伸长率(FE)、纤维细度(FF)用马克隆值来表示、反射率(Rd)和黄度(b)。采用Uster单纱强力仪测得30种58.3 tex和24种18.2 tex转杯纱的单纱强力，每种纱线强力测试30次取平均值，结果见表2。

表2 熟条中棉纤维性能与转杯纱强力

2 分析与讨论

2.1 单因素相关分析

由表2数据计算出熟条中棉纤维性能与两种转杯纱强力之间的单相关系数，见表3。

表3 熟条中棉纤维性能与两种转杯纱强力之间的单相关系数

从表3可知，两种转杯纱强力与纤维长度(FL)、长度均匀度(LU)、纤维强度(FS)、纤维伸长率(FE)和反射率(Rd)呈明显的线性正相关，相关系数在0.429～0.831，多在0.7以上，表明随着棉纤维性能指标的提高，转杯纱强力有着明显的上升趋势；两种转杯纱强力与纤维细度(FF)和黄度(b)有不明显的线性负相关，这些结果与前面研究成果一致[1-10]。

2.2 多元线性回归分析

分别以熟条中棉纤维的七项性能指标为自变量，以两种转杯纱的强力为因变量，得出58.3 tex和18.2 tex转杯纱的单纱强力(Str)预测多元线性回归方程，分别见式(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为复相关系数，Error为回归方程预测强力误差率绝对值的平均值，对于这两种纱线来说，复相关系数分别为0.939和0.877，强力误差率分别为3.86%和4.22%，具有较高的预测精度。

复相关系数的平方为决定系数，也称贡献率，分别为88.2%和76.9%。研究结果表明[5，6，10]，直接对原棉性能与转杯纱强力之间关系进行回归分析，得到的贡献率分别为70.25%、71.01%、71.44%和70.69%。由于混合棉经过熟条生产过程，其纤维综合性能指标有较大变化，采用熟条中纤维综合性能指标预测转杯纱强力，预测精度得到提高，贡献率也有较大提高。

2.3 原棉性能与转杯纱强力的关系

课题组前期对于棉条生产过程中棉纤维性能变化规律进行研究[11]，选用10种细绒棉，以不同成分、不同比例混合成30种混合棉，分别生产熟条，用HVI 900系统对熟条中棉纤维综合性能指标进行测试，分析熟条生产过程中纤维综合性能变化的规律，把熟条实测值与混合棉理论计算值的比值定义为该项性能指标的保持率Ki(i=FL、LU、FS、FE、FF、Rd、b)。Ki反映了熟条生产过程中该项性能指标的变化规律，得到30个实验方案中棉纤维七项性能指标的Ki平均值分别为0.985、1.018、1.228、1.001、0.944、1.019、1.084。

为了得到原棉性能与转杯纱强力的关系，将式(1)和式(2)中熟条的棉纤维综合性能指标替换成原棉混合棉的综合性能指标，前面的系数分别乘以保持率Ki，得到58.3 tex和18.2 tex转杯纱的单纱强力(Str)与原棉混合棉性能的关系式分别为式(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 验证实验

为了验证式(3)和式(4)原棉性能与转杯纱强力之间关系方程式的预测精度，从江苏新光纺织有限公司收集了用于生产58.3 tex和18.2 tex转杯纱的混合棉，用HVI 900系统测试混合棉性能指标，采用表1的生产工艺参数，使用FA622 转杯纺纱机生产这两种号数的转杯纱，同样采用Uster单纱强力仪测得两种转杯纱的单纱强力，用式(3)和式(4)计算得到的单纱强力和预测误差率绝对值，发现误差率小于4%，接近式(1)和式(2)的预测精度，见表4。

表4 混合棉性能和单纱强力预测结果

4 结语

以熟条中棉纤维综合性能指标为自变量，转杯纱强力为因变量，在转杯纱强力预测回归方程中，自变量对58.3 tex和18.2 tex转杯纱强力的贡献率为88.2%和76.9%。但此前的研究工作中[5，6，11]，以原棉特性为自变量，自变量对转杯纱强力的贡献率分别为70.25%、71.01%、71.44%和70.69%。这说明熟条中棉纤维性能与转杯纱强力的关系更加直接、密切，预测转杯纱强力精度更高。

结合前期工作得到的熟条生产中棉纤维性能的变化规律[11]，即七种纤维综合性能指标的保持率Ki(i=FL、LU、FS、FE、FF、Rd、b)，得到原棉性能对转杯纱强力的预测方程。验证实验表明，对58.3 tex和18.2 tex转杯纱的强力预测精度与熟条中棉纤维性能对转杯纱强力的预测精度相近，误差率都在4%左右。

本文的不足之处在于，只对固定纺纱工艺生产的两种线密度的转杯纱强力进行了预测分析，要想实现计算机自动化配棉，还要对多种线密度、不同工艺条件生产的转杯纱进行回归预测分析，建立数据丰富转杯纱强力预测数据库，最终实现自动化配棉。