南北疆同期同品种棉花物理性能的比较研究大学本科毕业论文

新疆大学毕业论文(设计)

题目: 南北疆同期同品种棉花物理性能的比较研究指导老师: 刘瑞

学生姓名: 吴洋坤

所属院系: 纺织与服装学院

专业: 纺织工程

班级: 纺织工程11-1班

完成日期: 2015年5月27日

新疆大学

毕业论文（设计）任务书

班级：纺织工程11-1班姓名：吴洋坤

论文（设计）题目：南北疆同期同品种棉花物理性能的比较研究要求完成的内容：1.制定试验计划和方案

2.进行南北疆同期同品种棉花物理性能测试

3.对所获数据进行处理分析

4.撰写毕业论文

完成日期：2015年5月27日

实习实训单位：新疆大学地点：乌鲁木齐市

论文页数24页；图纸张数：

指导教师：刘瑞

教研室主任：孙晓明

院长：杨其

本人声明，所呈交的论文系本人在老师指导下独立完成的研究成果。文中依法引用他人的成果，均已作出明确标注或得到认可。论文内容未包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果。本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。

作者签名：

日期：2015年5月27日

新疆是我国最古老的棉区之一,有悠久的植棉历史。新疆自然条件独特,水土光热资源丰富,平原地区无霜期长、有效积温高,非常适合棉花种植。在国家的大力支持下,经过几十年的不懈努力,特别是自治区党委确定“一黑一白”为重点的优势资源转换战略以来,新疆棉花生产发展迅速,建成了全国最大的商品棉基地。但目前新疆棉花生产仅以数量优势取胜,而无明显质量优势,其原因是新疆仍未从根本上解决影响棉花生产及原棉品质的品种优化问题。通过对南北疆同期同品种棉花物理性能的测试分析，比较同一棉花品种在不同地域种植后棉花在长度、强度、马克隆值等物理性能上的差异，以期对该棉花品种的选育提供一定可借鉴的参考依据。

关键字：南北疆；同期同品种；棉花；物理性能；比较研究；

ABSTRACT

Xinjiang is one of the oldest in our country, has a long history of cotton. Xinjiang unique natural conditions, soil, light and heat resources are abundant, plain area long frost free period, effective accumulated temperature is high, very suitable for cotton cultivation. Under the strong support of the country, after years of unremitting efforts, especially since the Autonomous Region Party committee to determine the "black and white" is the focus of resources transformation strategy, the rapid development of cotton production in Xinjiang, and built the biggest commodity cotton base. But the Xinjiang cotton production only in quantity advantage to win, and no obvious advantages in quality, the reason is in Xinjiang has not fundamentally solve varieties of affecting cotton production and the cotton quality optimization problem. Through to northern and southern Xinjiang earlier with the physical properties of cotton varieties of test and analysis, the same cotton cultivars in different regional planting cotton in length, strength, micronaire value on the physical properties of the difference, in order to the cotton varieties planted provide some useful reference.

Keywords：North and South Xinjiang；pearlier the same species；cotton；physical properties；Comparative study；

目录

第一章绪论 (1)

1.1 新疆棉花与品种 (1)

1.1.1 新疆棉花生产现状 (1)

1.1.2 新疆棉花品种现状 (2)

1.1.3 新疆棉花品种现状对新疆棉花生产及原棉品质的影响 (2)

1.2 本论文的目的、意义及研究内容 (3)

1.2.1本论文研究的目的与意义 (3)

1.2.2本论文研究的内容及方法 (3)

第二章棉纤维物理指标 (4)

2.1 棉纤维检验 (4)

2.2 仪器化检验 (5)

2.2.1 HVI大容量纤维测试仪 (5)

2.2.2 仪器化检验的特点 (7)

2.2.3 HVI 检测指标 (7)

第三章南北疆同期同品种棉花物理性能比较分析 (8)

3.1 测试原理与条件 (8)

3.2 测试结果与比较分析 (10)

第四章结果与讨论 (18)

4.1 结果与讨论 (18)

4.2 存在的问题与展望 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

致谢 (22)

第一章绪论

新疆自20世纪60年代开始规模化种植棉花,经过五十多年的努力,新疆已发展成为我国最大的棉花生产基地,同时棉花已成为新疆的支柱性经济产业。但目前新疆棉花生产仅以数量优势取胜,而无明显质量优势,其原因是新疆仍未从根本上解决影响棉花生产及原棉品质的品种优化问题。依据新疆棉花产生现状、品质品种问题，自治区政府提出以优化品种促进新疆棉花生产,使新疆棉花生产由数量型向质量型转变。在将新疆棉区建设成为我国最大的优质商品棉生产基地的同时,使新疆棉区成为植棉强省。在此背景下，对新疆棉花品种进行探讨就显得尤为重要。本论文采用南北疆同期同品种棉花进行对比的方式，能更客观地反映出棉花品种存在的问题。

1.1 新疆棉花与品种

1.1.1 新疆棉花生产现状

全国棉花生产区域布局发生了重大变化，长江流域、黄河流域棉花种植面积逐年在减少，尤其是2014呈大面积的减少局面，而西北地区尤其是新疆棉花种植面积在逐年扩大。新疆棉区已经成为我国棉花种植的主产区。2014年新疆棉花总产值连续21年居中国首位，逐步形成世界棉花形势看中国，中国棉花市场看新疆的格局。

2014年新疆棉花的播种面积占全国的63%，总产量占全国的73%。新疆皮棉单产超出全国平均水平15公斤。

新疆植棉区分布在60多个县乡和110多个团场。2014年棉花总产值占新疆全区农业总产值的40%。棉花在新疆农业生产中占主导地位，棉花收入在新疆总收入中占主导地位，因此棉花在新疆农业农村中的发展具有重大的意义。

2014新疆棉花总体呈现出两増一减的趋势，即棉花种植面积和棉花总产量增，棉花单产在减少。

新疆棉花发展面临的问题：①棉花品种多、乱、杂。②棉花库存已满，棉花需求量不高。③棉花种植成本逐年增加，棉农种棉积极性不高。④棉花国际市场不景气，棉价逐年下跌。其中棉花品种为主要问题。

1.1.2 新疆棉花品种现状

新疆棉花生产一直存在种植品种多、乱、杂现象,其原因主要有以下几方面: （1）新疆棉花品种审定较快,且数量较多。“十五”至今,新疆审定棉花品种60余个,是“九五”审定棉花品种的5—6倍,平均每年审定10余个,但综合性状优良、广适、突破性的品种少,使各棉区在选择主栽品种时很难做出正确的判断。

（2）种子机制不完善,地域间引种、调种频繁,加之原棉类型不一致导致价格不均,植棉效益差异显著等原因,使新疆棉花种植很难从品种上进行规范管理,或管理落实难度较大。出现同一棉区具有多个种植品种现象。据初步调查:全疆3333hm2以上的种植品种现有140余个。如此多的棉花品种不仅不利于新疆棉花的正常发展,而且严重影响了原棉的品质与植棉效益[1]。

（3）新疆棉区辽阔,地域间差异大,可种植棉花类型较多,适宜种植不同类型棉花的多样性气候条件也是造成棉花种植品种多、乱、杂的一个重要客观因素。

1.1.3 新疆棉花品种现状对新疆棉花生产及原棉品质的影响

（1）由于没有对棉区种植品种进行统一、有序、合理的品种优化,部分棉区主栽品种难以确定,棉花的种植存在很大的盲目性及从众性。而确定主栽品种的棉区,由于没有科学地规划及优化品种,加之良繁力度不足、落实不到位等原因,主栽品种退化严重,一些优良性状不能充分表达,出现高产不稳产,高产重演性差。同时引进品种抗逆性下降,棉田病虫危害加剧。

（2）目前新疆原棉纤维品质存在类型单一、纤维一致性差、强力不足、含糖量偏高等问题,其原因:首先新疆虽然适宜种植多类型棉花,但中绒棉年均种植面积达90%以上,其次仅有少量的普通长绒棉,未对优质中长绒棉、超级长绒棉、低酚棉、短绒棉等特种棉未形成合理的配置,因而类型单一,不能满足多元化市场需求。其次,虽然中绒棉的种植占主导地位,但由于地域间频繁调种、引种,加之良繁不配套,造成品种混杂、退化,进而使原棉纤维一致性差。第三,强力不足是新疆原棉品质的突出问题,新疆原棉纤维比强度一直在25—28cN/tex,低于全国平均水平30.8cN/tex。如“十五”新疆审定的60余个棉花品种,除北疆新陆早系列棉花品种平均比强度为30.6cN/tex,基本与全国平均水平持平,南疆新审定的品种平均比强度为29cN/tex,而比强度在28cN/tex以下的品种占审定品种的60%。第四纤维含糖量偏高,主要原因是昼夜温差较大[2]。

1.2 本论文的目的、意义及研究内容

1.2.1本论文研究的目的与意义

品种是重要的农业生产资料,优良品种能显著提高产量、增加收入和带来很好的社会效益。正因为如此,优良品种的选育和推广,一直是农业管理、科研和生产单位的中心工作之一。近年来随着新疆农业的持续发展,新疆已发展成为我国最重要的棉花生产基地,植棉业、棉纺业成为新疆经济的主要支柱,但是近年来新疆许多棉区品种的多、乱、杂现象十分严重,正成为我区棉产业持续、高效发展的障碍。因此依据新疆棉花产生现状、品质及品种问题,提出以优化品种改变棉花品种多乱杂的现象促进新疆棉花生产，对新疆同期同品种不同地域这样较严格意义上同样条件下出产的棉花，做物理机械性能方面的综合检测，从而分析出两者性能的差异，这样的工作是较为客观且很有必要的。研究成果也会对有棉花品种的选育提供理论依据。

1.2.2本论文研究的内容及方法

本论文主要以仪器化测试仪检验的纤维品质指标为对象，通过统计分析，用统计表和统计图详细分析各项指标的详细情况，因为原棉的性能指标是设计纺纱工艺的依据，所以可以通过对棉纤维指标的详细分析而优化其纺纱工艺，对改善纺纱工艺、提高纱线质量及提高生产效率和降低成本有重要作用。

本论文所采集数据，主要以HVI测试仪检验指标为主。用HVI检测仪对采集样本进行测试。所包含指标有：上半部平均长度(Len)、断裂比强度(Str)、马克隆值(Mic)、反射率（Rd）、黄色深度（+b）、色泽等级、成熟度（Mat）、长度整齐度（Unf）、断裂伸长率(Elg)、短纤维率(SFI)、杂质数(TA)、杂质面积(TC)、杂质级别、可纺系数(SCI)等。

第二章棉纤维物理指标

2.1棉纤维检验

棉纤维物理性能指标是棉花检验的对象，是制定棉花检验标准的基础。而棉花检验标准是指导生产，促进棉花产业健康发展，实现我国棉花产业的规模化和现代化的依据。同时也有利于我国棉花产业与国际棉花市场接轨。我国的棉花检验标准，是农产品中制定最早的标准。中华人民共和国成立初期就制定了棉花实物标准，并在全国范围内统一执行，这对促进棉花品种的改良，合理使用原棉，提高纺织产品质量，便利贸易结算起了良好的作用。现行棉花国家标准，是棉检工作的准则和依据，棉花检验的整个过程，也就是贯彻执行国家标准的过程[3]。

目前我国棉花的质量检验是按照细绒棉国家标准GB1103－1999进行的。棉花标准规定，棉花的感官检验（即人工分级）品质指标有：品级、长度、异性纤维；常规仪器检验的品质指标有：马克隆值、断裂比强度。同时标准还规定要对棉花公量进行检验，包括：含杂率、回潮率、净重、准重和公定重量。我国棉花检验的方法是：以感官检验为主，仪器测试为辅。品级、长度、异性纤维和棉结以感官检验为准，马克隆值、回潮率、杂质和短纤维率以仪器测试为准。

我国现行棉花质量检验体制包括棉花加工企业自行检验，专业纤维检验机构公证检验两部分。棉花质量检验体制，对促进棉花生产经营企业提高棉花质量，打击掺杂使假，保障购销双方的利益，发挥了重要作用。随着棉花流通体制改革的进一步深化，现行棉花质量检验体制不能适应建立棉花市场、发展市场交易的需要。主要体现在三方面：一是棉花质量标识缺乏公信度和权威性。现行的棉花质量等级是由棉花加工企业自行标注的，在供不应求时，虚标等级、名实不符的情况时有发生；供大于求时，买方又极力压低棉花等级，买卖双方缺乏互信。企业购买棉花后，往往要重新开包确认等级，造成重复检验，引发争议，增加交易成本，降低流通效率。二是感官检验缺乏科学性且容易产生纠纷。我国现行的棉花质量检验，均以感官检验为主，目测手扯，主要依赖检验人员的经验，购销双方难以对检验结果达成一致。三是现行公证检验模式存在局限性。依据现行的棉花国家标准，公证检验尚不能做到包包普遍检验，而且只对进入纺织厂后的棉花进行售后公证检验，不能适应棉花市场交易的需要。

随着棉花市场化流通体制改革步伐的加快，迫切要求改革现行棉花质量检验体制，改善棉花检验手段，建立科学性、普遍性、权威性的公证检验体制，保证棉花质量，促进棉花进入市场交易。采用快速检验仪进行仪器化科学检验，改变

目前主要靠检验人员经验确定等级的传统检验方式，采用国际上通用的大容量快速检验仪（HVI）检验棉花质量，可提高公证检验的科学性和权威性[4]。

2.2 仪器化检验

2.2.1 HVI大容量纤维测试仪

HVI是英文High Volume lnstrument的缩写，即大容量纤维测试仪。早在1980年美国Spinlab公司首先开发生产HVI纤维测试仪，1988年发展为900系列，HVI900系列曾在国外和我国使用，其试验方法在1995年列入美国标准：A5TM D5807-1995。同时美国Motion Control（MCI）公司开发了HVI3000系列和3500 系列测试仪，1988年发展为4000系列和5000系列，20世纪90年代Zellweger Uster公司兼并了Spinlab和MCI公司，研制了多款HVI改进型仪器，1999年推出了HVI Spectrum大容量光谱纤维测试仪，2002年又向市场推出了HVI C1assing 棉花分级仪，体现了当今棉花测试的先进水平，现已获得较广泛的使用[5]。

目前，快速、自动化、大容量棉花测试仪器应首推Uster公司的HVI系统，该系统通过多台仪器联机对各项指标自动综合分析，能够全面判定试样性能并为生产工艺和后道产品品质预测提供有价值的信息，代表了当今世界棉花品质检验的最高水平和发展趋势。该仪器自80年代问世以来，至今已有近2000台套在世界各地广泛应用。其检验项目多、速度快、样本容量大和数据正确性高、客观性强的特点，使棉花质量检测手段从人工手感目测过渡为仪器检测。它由五个独立的基本组件组成，即长度/强力组件、马克隆组件、颜色组件、杂质组件和终端组成，可在40秒内测试出一份样品棉纤维的长度、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值、色特征度(反射率和黄度)等多项指标(表2.1)[6]。

HVI 测试仪的特点是快速、试验项目多、样本容量大和数据正确，使棉花质量检测手段从人工手感目测转向科学的仪器分析。目前国际上棉花检测正朝着HVI转化，我国加入WT0后棉花检测与国际接轨已是必然的趋势。

表2.1 HVI Spectrum测试项

测试项目数据格式缩写纺纱系数×××SCI 马克隆值×.×Mic 成熟系数×.××Mat

上半部平均长度(mm) ×.××(英制)

××.×(公制)

Len

长度整齐度(%) ××.×Unf

短纤维率(%) ××.×SFI

断裂比强度

(cN/tex )

××.×Str

断裂伸长率(%) ××.×Elong 回潮率(%) ×.×Moist 反射度××.×Rd

黄色深度××.×+b 色级××.× C Ggrade 杂质数量×××TC

杂质面积(%) ×.××TA 杂质级×Tr Grade 荧光度×××UV

棉结×××Nep

2.2.2 仪器化检验的特点

为突出棉花内在质量指标，客观评价棉花内在质量，为棉花流通和纺织企业服务。仪器化检验中引入了马克隆值、断裂比强度、长度、长度整齐度、杂质颗粒与面积、短纤维指数、棉结等对纺织企业来说比较使用的指标，为纺织配棉提供更加科学有效的依据。取消了品级这一等级判定指标，引入色特征级和轧工质量两相等级指标，并提供反射率与黄色深度两项测试值，对棉花的外观质量进行判定。目前仪器化检验只涉及棉花的品质，不涉及重量。以仪器检验为主，辅之以个别指标的感官检验，实现了包包取样检验。

2.2.3 HVI 检测指标

我国的棉花检验体制改革正在向以感官检验为辅，仪器检验为主的过渡。我国目前所制定的仪器化检验从检验指标的设置到检验方法，已经和国际先进国家的棉花检验水平基基本接轨。主要指标的评定见表 2.2。

表2.2 HVI 测试主要指标的评定

项目很低低一般高很高

整齐度指数

(%)

77以下77.0～79.9 80.0～82.9 83.0～85.9 86及以上短纤维(% ) 6以上6～9 10～13 14～17 18及以上

断裂比强度(cN/tex) 24及以

下

24～25.9 26～28.9 29～30.9 31及以上

断裂伸长率

(%) 5.0及

以下

5.0～5.8 5.9～

6.7 6.8～

7.6 7.7及以上

马克隆值 3.0以

下

（很细）3.0～3.6

（细）

3.7～

4.7

（正常）

4.8～

5.9

（粗）

6.0及以上

（很粗）

成熟度指数0.37以

下（不

常见）0.70～0.85

（不成熟）

0.86～1.00

（成熟）

1.00以上

（非常成

熟）

回潮率(%) 4.5以

下

4.5～

5.6

6.5～8.0 8.0～10 10及以上

第三章南北疆同期同品种棉花物理性能比较分析

棉纤维的物理性质直接关系到纤维的可纺性，从而影响后续的生产过程和最终产品。棉纤维品质是描述其物理性质对可纺性影响程度的指标[7]。棉纤维品质的形成是品种遗传特性、环境生态因素、栽培措施等共同作用的结果,此外，棉花的采收方式、棉花的加工、储存方式及储存期的长短等也会影响纤维品质。

本章设置的实验，就是在同一个品种下具有相同管理水平，相同的年份、采收方式、加工条件、储存方式及储存期的条件下进行的，这样两者基本上是地域气候环境的区别，相信在这样的前提下做出物理性能上的比较分析会更加客观。

3.1测试原理与条件

一、测试原理

（1）HVI 长度测试原理：光线对梳夹随机夹持的纤维束进行光学扫描。透射光的强度与棉纤维的根数成一定的函数关系，在对测量光路的光电转换经对数法处理后，输出与棉纤维数量呈正比的电讯号。由于棉纤维是不均匀体，并具有中腔反射特性，因此对光电讯号采用函数发生器校正，然后进行模/数转换，得到精确的照影仪长度曲线，将纤维照影长度曲线经数学转换为长度分布曲线，得到上半部平均长度、长度整齐度、短纤维指数等各种长度指标。

长度整齐度指数（%）=（平均长度/上半部平均长度）*100，其分档表见附录表1所示。

短纤维指数（SFI ）：测试棉纤维长度时，小于12.7mm(1/2英寸)纤维根数（重量）占纤维总根数（或总重量）的百分率。

（2）强度测试原理：强度属等速伸长型试样隔距为3.18mm （1/8英寸），与我国斯特洛束纤维强力实验方法基本一致，测得的强度根据马克隆值的大小，自动修正为g/tex 。其分档表见附录表2所示。

断裂伸长率（Elg ）：束纤维拉伸至断裂负荷最大时的相应伸长率，以3.2mm 隔距长度的百分率表示：

断裂伸长率=（0/I I ?）*100

式中Elg----断裂伸长率

I ?----束纤维断裂负荷最大时，后夹持器移动的距离（mm ）

0I ----3.2mm 隔距长度

（3）成熟度系数是反映样品中棉纤维细胞壁厚度的指标。是以HVI 测试仪测出的马克隆值、断裂比强度和断裂伸长率经过精心推算得到的一个相对值。

（4）马克隆值的测试原理：HVI 马克隆仪属于定流量侧压差式的气流仪，将预定重量的松散棉样放入试样桶，压缩到固定的体积，使用恒定流量的空气流过纤维集合体，采用气桥原理，气路中低压空气分两路进入气桥，一路经零位计量阀和校正阀，另一路经校正计量阀和纤维试样桶排出。计量阀和校正阀的气阻固定，纤维塞得气阻随试样的不同而不同，测得的气流的压差，在桥路的气压差传感器上输出一个与气压差变化成正比的电讯号，经线性放大，A/D 转换送至微机这算为马克隆值并显示。其分档表见附录3所示。

（5）色特征测试原理：白光光束与棉样表面法线成45°角的方向入射于棉样表面上，在法线方向上测量棉样表面反射光。分析其中光谱成分和反射率大小，获得棉样的Rd 、+b 值以及棉花色特征代码编号。

二、测试条件

（1）样品：测试对象如下表3.1所示

表3.1南北疆同期同品种棉样信息 品种

采样点 采样方式 采样日期 加工单位

新陆早-A

北疆玛纳斯试验站 手摘 14年9月30日 玛纳斯试验站

南疆阿瓦提乡 手摘 14年10月8日

新陆早-B

北疆呼图壁县大丰镇 手摘 14年10月14日 南疆农三师农科所试验地 手摘 14年10月6日

新陆早-C

北疆农八师144团1连 手摘 14年10月7日 南疆阿瓦提乡 手摘 14年10月8日

新陆中-D 北疆博乐无图布拉格镇 手摘 14年9月27日 南疆阿瓦提农科所 手摘 14年10月6日 （2）测试仪器：HVI 1000 C 型 大容量棉纤维快速测试仪

（3）测试方法：国家标准GB/T 20392-2006《HVI 棉纤维物理性能试验方法》

（4）测试环境：测试单位为石河子纤维检验所和乌鲁木齐纤维检验局。温度20℃±2℃，湿度65%±3%，达到GB/T 6529《纺织品的调湿和试验用标准大气》二级水平。样品在恒温恒湿条件下平衡24小时，回潮率达到6.5%-8.8%之间。

（5）样品处理：将采集的有代表性的样品，按照GB/T6097《棉纤维试验取样方法》的要求混合均匀后，每种样品抽取约200克棉花样品待检。每只样品做四次平行试验，取其算数平均值。

（6）测试项目：长度、长度整齐度、短纤维率、断裂比强度、断裂伸长率、马克隆值、颜色级、反射率Rd 、黄色深度（简称黄度）+b 。

3.2 测试结果与比较分析

南北疆同期同品种棉样利用HVI所测得物理性能测试指标分析如下：

（1）长度方面指标比较分析

表3.2南北疆同期同品种棉样长度方面测试结果

项目品种地区平均值最大值最小值

长度（mm）新陆早-A

北疆玛纳斯县29.08 29.52 28.68

南疆阿瓦提乡29.35 30.02 28.83 新陆早-B

北疆呼图壁县26.98 28.30 25.42

南疆农三师27.61 28.34 27.29 新陆早-C

北疆农八师29.03 29.41 28.72

南疆阿瓦提乡31.02 31.92 30.05 新陆中-D

北疆博乐30.24 30.67 29.61 南疆阿瓦提乡28.18 28.98 26.79

长度整齐度（%）新陆早-A

北疆玛纳斯县82.9 83.8 81.0

南疆阿瓦提乡83.5 85.5 81.5 新陆早-B

北疆呼图壁县82.3 84.5 80.9

南疆农三师82.8 83.7 81.5 新陆早-C

北疆农八师83.5 84.3 83.1

南疆阿瓦提乡83.5 84.4 82.5 新陆中-D

北疆博乐84.4 85.4 83.4

南疆阿瓦提乡81.4 83.5 79.0

短纤维率（%）新陆早-A

北疆玛纳斯县14.0 16.3 12.2

南疆阿瓦提乡13.9 16.6 11.1 新陆早-B

北疆呼图壁县15.8 19.7 11.4

南疆农三师13.2 16.0 7.9 新陆早-C

北疆农八师13.6 14.8 12.3

南疆阿瓦提乡13.9 14.8 13.1 新陆中-D

北疆博乐12.5 14.4 11.0

南疆阿瓦提乡18.4 18.7 18.0