機(jī)采棉中異性纖維的解決方案

■李付堂

〔北京中棉機(jī)械成套設(shè)備有限公司，北京 100089〕

一、異性纖維概況

1.異性纖維的定義。

目前國(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的關(guān)于異性纖維的定義，世貿(mào)組織文件未將異纖單獨(dú)列出，而是將其歸于雜質(zhì)類，稱為纖維性雜質(zhì)。

我國(guó)GB 1103.1—2012《棉花第1部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》棉花標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)異性纖維的定義是指混入棉花中的非棉纖維和非本色棉纖維，如化學(xué)纖維、毛發(fā)、絲、麻、塑料膜、塑料繩、染色線（繩、布?jí)K）等。異性纖維也簡(jiǎn)稱為異纖。

2.異性纖維的產(chǎn)生原因。

棉花中的異性纖維是后天混入的，其產(chǎn)生與開花期的氣候、棉花收獲、流通的方式緊密相關(guān)。由于其主要來(lái)自籽棉的采摘、收售、倉(cāng)儲(chǔ)和加工環(huán)節(jié)，因此，不可能完全杜絕棉花中的異性纖維。

3.異性纖維的危害性。

原棉中的異性纖維由于具有纖維屬性——細(xì)、長(zhǎng)、輕，不但在紡紗工藝中很難清除，而且在清梳等除雜工序易被拉斷、打碎變?yōu)楦?、更?xì)、更小的纖維狀疵點(diǎn)。紡紗時(shí)，形成紗疵并極易造成細(xì)紗斷頭，降低生產(chǎn)效率?？椩鞎r(shí)，大量增加假吊經(jīng)、斷經(jīng)、經(jīng)縮等布面疵點(diǎn)。棉紗、坯布染色后，各種色點(diǎn)暴露于布面形成色疵，嚴(yán)重影響布面外觀質(zhì)量。雖然世界各國(guó)棉紡企業(yè)對(duì)棉花中異性纖維的清理技術(shù)都進(jìn)行了不同程度的研究，但截止目前都沒(méi)有徹底解決這個(gè)問(wèn)題。

二、機(jī)采棉中異性纖維的含量情況

1.世界各主要機(jī)采棉國(guó)棉花中異性纖維含量。

據(jù)世界棉花貿(mào)易組織提供的資料，過(guò)去的8年間，機(jī)采棉國(guó)家中出口的棉花都有異性纖維雜質(zhì)，只是不同國(guó)家的原棉包中異性纖維雜質(zhì)的含量不同。

表1 世界主要機(jī)采棉國(guó)原棉中異性纖維含量

2.我國(guó)機(jī)采棉中異性纖維含量。

2011年，國(guó)家棉花加工技術(shù)工程中心（籌）機(jī)采棉示范線上安裝了3臺(tái)皮棉異纖清理機(jī)。筆者收集了3臺(tái)皮棉異纖清理機(jī)清理700 t皮棉排出的異性纖維數(shù)據(jù)，取樣檢測(cè)了遺漏的異性纖維數(shù)量，經(jīng)過(guò)整理、分析，我國(guó)北疆機(jī)采棉中異性纖維含量情況如下。

表2 異性纖維種類

圖1 新疆機(jī)采棉中的各種異性纖維

（2）新疆異性纖維含量較高的原因。

根據(jù)抽樣檢測(cè)計(jì)算，目前新疆機(jī)采棉中（不計(jì)色棉）異性纖維的含量為8～15 g/t，高于世界其它機(jī)采棉國(guó)家棉花中異性纖維的含量。究其原因主要與我國(guó)機(jī)采棉的種植模式（地膜覆蓋）、機(jī)采棉的收獲（農(nóng)戶多家單獨(dú)采收交易）、運(yùn)輸、暫存（裝車、卸車、堆垛、環(huán)節(jié)多）、喂料方式有關(guān)。

三、機(jī)采棉異性纖維問(wèn)題的解決方案

由于機(jī)采棉中異性纖維種類繁多，其大小、形態(tài)、顏色等各不相同，相互之間的空氣動(dòng)力性能相差較大，因此，目前還沒(méi)有一種原理或技術(shù)可以清除棉花中所有種類的異性纖維。筆者根據(jù)多年對(duì)異纖的研究，認(rèn)為機(jī)采棉加工廠解決異性纖維問(wèn)題有兩個(gè)最佳環(huán)節(jié)，一是籽棉清理環(huán)節(jié)，二是皮棉清理環(huán)節(jié)。

圖2 機(jī)采棉加工流程圖

在籽棉清理環(huán)節(jié)的異纖體積較大，與籽棉黏結(jié)力相對(duì)較小，不僅易清理，而且可減少后續(xù)加工中破碎的數(shù)量。目前在此環(huán)節(jié)已經(jīng)安裝有各種籽棉異纖清理設(shè)備，對(duì)籽棉中一些較大、較長(zhǎng)的異性纖維有明顯清理效果。但是由于籽棉異纖清理設(shè)備只能清除部分大的異性纖維，因此，皮棉中仍含有大量細(xì)小的和破碎的異性纖維，還是無(wú)法保證棉花中異性纖維含量指標(biāo)。

在皮棉清理環(huán)節(jié)的棉層較薄而且均勻，有利于異性纖維的視覺(jué)識(shí)別與檢測(cè)，尤其針對(duì)一些細(xì)小的有色異性纖維。在此環(huán)節(jié)增加安裝皮棉異纖清理設(shè)備，可以進(jìn)一步清除籽棉清理設(shè)備未清除干凈的，還遺留在皮棉中的各種異性纖維，確保最終成包皮棉的異性纖維含量指標(biāo)達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。

1.籽棉異纖清理設(shè)備。

該設(shè)備主要清除籽棉中的條狀異纖以及薄膜、毛發(fā)類異性纖維，利用籽棉與異性纖維的纏繞以及懸浮特性的不同，采用機(jī)械纏繞與拋射風(fēng)選結(jié)構(gòu)清除籽棉中的異性纖維。

該設(shè)備可以清除長(zhǎng)度大于100 mm的條狀異纖以及懸浮速度小于籽棉的輕質(zhì)異性纖維，如各種布條、線繩、編織袋絲、薄膜、毛發(fā)等。

圖3 金獅棉機(jī)的異纖清理機(jī)

圖4 南通棉機(jī)的異纖清理機(jī)

圖5 北京中棉成套的籽棉異纖清理機(jī)

常見(jiàn)的籽棉異纖清理設(shè)備其清理效率一般為50%～60%。

2.皮棉異纖清理設(shè)備。

皮棉異纖清理是棉花加工新增的工藝環(huán)節(jié)，主要是為了解決困擾棉紡行業(yè)多年的異性纖維問(wèn)題。皮棉異性纖維清理是指在運(yùn)動(dòng)的棉流中，根據(jù)棉纖維與異性纖維的顏色、材質(zhì)、形狀等物理及光學(xué)特性不同及時(shí)識(shí)別并準(zhǔn)確定位、快速排出的加工過(guò)程。

皮棉異纖清理設(shè)備一般由機(jī)器視覺(jué)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。機(jī)器視覺(jué)就是用攝像機(jī)代替人眼，計(jì)算機(jī)代替人的大腦；執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是用氣動(dòng)噴閥代替人的雙手。在工作過(guò)程中，用攝像機(jī)拍攝（采集）含有異纖的棉花的圖像，在計(jì)算機(jī)中與棉花標(biāo)準(zhǔn)圖像（模板）比較，如果發(fā)現(xiàn)差異并超出設(shè)定的公差范圍，即判定為異纖。發(fā)現(xiàn)異纖后，根據(jù)它的運(yùn)行軌跡及其到達(dá)氣動(dòng)噴閥控制范圍的時(shí)間，向高頻電磁閥發(fā)出延時(shí)動(dòng)作指令，依靠高速射流剔除棉流中的異纖。當(dāng)然，實(shí)際的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)要復(fù)雜得多。

皮棉異纖清理設(shè)備一般應(yīng)用于紡織廠梳棉工藝前或軋花廠皮棉清理工藝后的棉纖維輸送過(guò)程中。

圖6 北京中棉機(jī)械成套設(shè)備的皮棉異纖清理機(jī)現(xiàn)場(chǎng)

該設(shè)備可以清除與棉纖維色差大于5%的各類細(xì)小的異性纖維，安裝紫外光系統(tǒng)的設(shè)備還可以清除含有熒光的白色異纖，對(duì)異性纖維的綜合排檢率可達(dá)60%。

我國(guó)機(jī)采棉所含異性纖維中地膜殘膜的含量較高，當(dāng)殘膜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹、雨淋、日曬后，其顏色發(fā)黃且不含熒光材料，破碎后的小塊在棉花中與棉纖維顏色非常接近，很難被識(shí)別排除。因殘膜與籽棉的懸浮速度不同，利用此特性，可在籽棉清理環(huán)節(jié)對(duì)殘膜進(jìn)行有效地清理。把籽棉異纖清理與皮棉異纖清理結(jié)合起來(lái)，可以較好地解決棉花中各種異性纖維的清理難題。

四、結(jié)論

由于異性纖維含量的多樣性以及普遍性，決定了不可能單靠一種設(shè)備清理出棉花中所有異性纖維，因此，為了全面徹底解決異纖問(wèn)題，應(yīng)在籽棉清理以及皮棉清理環(huán)節(jié)分別對(duì)異纖進(jìn)行清除。

根據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)，對(duì)于安裝有兩種異纖清理設(shè)備的生產(chǎn)線，若按質(zhì)量計(jì)算，一般籽棉異纖清理設(shè)備可以清理出約占總量60%左右的（體積大的）異性纖維，皮棉異纖清理設(shè)備可以清理出約占總量30%左右的（細(xì)小的）異纖，最后棉花中還會(huì)遺漏5%左右的異性纖維。

安裝籽棉異纖清理以及皮棉異纖清理的棉花加工生產(chǎn)線，其異纖的總清除效率最高可達(dá)90%，基本滿足紡織行業(yè)對(duì)異纖的要求。