苧麻機(jī)械連續(xù)化脫膠后整理技術(shù)研究

陳祥平，方佳，李喬蘭，譚天富，張勇

(1.四川省絲綢科學(xué)研究院，四川成都610031;2.四川省絲綢工程技術(shù)研究中心，四川成都610031)

1 前言

苧麻脫膠后需利用機(jī)械、物理等手段清除已脫除的游離膠質(zhì)物質(zhì)和粘附在纖維表面的煮練液或生物脫膠劑殘液，進(jìn)一步分離、松散纖維，并通過(guò)漂白、上油增柔等工藝處理，賦予纖維更好的外觀效果和紡織特性。目前通行的脫膠后整理一般包括敲麻打洗、酸漂、氯漂、水洗、脫水、上油、脫油、抖麻、烘干等諸多工序。并且這些工序彼此獨(dú)立，除敲麻和抖麻是采用半機(jī)械操作外，其余工序及工序間的半成品裝載、排料、卸料都需手工作業(yè)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)械連續(xù)化生產(chǎn)，存在流程長(zhǎng)、用工多、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境差，水耗高、效率低等問(wèn)題。而且敲麻工序由于敲麻機(jī)木錘的反復(fù)擊打和人工不斷翻麻，使麻束凌亂，纖維糾結(jié)、損傷，加重了后工序的開(kāi)松梳理負(fù)荷，機(jī)器燥聲大［1－2］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在麻類(lèi)纖維制備方面的新技術(shù)研究主要側(cè)重于以生物脫膠或其它脫膠新工藝取代或部分取代傳統(tǒng)化學(xué)脫膠的煮練工序，并已取得重大成效［3］。但對(duì)煮練后整理技術(shù)的研究一般僅涉及以其它機(jī)械開(kāi)纖方式取代半機(jī)械式的圓盤(pán)敲麻機(jī)，并多因纖維纏繞嚴(yán)重，開(kāi)纖力度不足等原因未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，而對(duì)整個(gè)脫膠后整理技術(shù)的系統(tǒng)性研究不夠。目前采用的洗、漂、上油等后部整理仍沿用化學(xué)脫膠的生產(chǎn)流程，存在與上述工藝相同的弊病。本文介紹了一種由四川省絲綢科學(xué)研究院和四川省絲綢工程技術(shù)研究中心聯(lián)合研發(fā)的苧麻機(jī)械連續(xù)化脫膠后整理生產(chǎn)工藝和設(shè)備。

2 苧麻連續(xù)化脫膠后整理機(jī)的設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 連續(xù)后整理機(jī)的設(shè)計(jì)

連續(xù)后整理機(jī)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵難題包括:適應(yīng)連續(xù)化作業(yè)的開(kāi)纖方式和機(jī)械開(kāi)纖、洗、漂、軟麻等各工藝環(huán)節(jié)作業(yè)時(shí)間的匹配問(wèn)題，并能根據(jù)不同的產(chǎn)品品質(zhì)要求，方便增減某些工藝環(huán)節(jié)。本技術(shù)采用羅拉作用與麻片在夾持狀態(tài)下的高壓水沖擊相結(jié)合的開(kāi)纖方式，并以結(jié)構(gòu)相同的多臺(tái)單機(jī)設(shè)備串聯(lián)組合，形成功能完整的脫膠后整理生產(chǎn)線，完成對(duì)纖維的脫膠后處理。基礎(chǔ)配置包括四臺(tái)主機(jī)，也可以根據(jù)生產(chǎn)和質(zhì)量需要選擇配置兩級(jí)或三級(jí)水洗開(kāi)纖機(jī)等主機(jī)數(shù)量，配置靈活、簡(jiǎn)單方便、適用。

2.2 連續(xù)后整理機(jī)的工作原理

苧麻脫膠后整理機(jī)如圖所示，基礎(chǔ)配置主要由依次配置的水洗開(kāi)纖機(jī)［4］Ⅰ、漂練機(jī)Ⅱ、清漂機(jī)Ⅲ、給油增柔機(jī)Ⅳ構(gòu)成。

圖1 苧麻脫膠后整理聯(lián)合開(kāi)纖機(jī)示意圖Fig.1 Diagram of combined machine for degummed-ramie-fiber opening

如圖所示，脫膠后整理聯(lián)合開(kāi)纖機(jī)，由進(jìn)料傳送帶1、整理羅拉2、送料帶3和四臺(tái)結(jié)構(gòu)相同的專(zhuān)用設(shè)備串聯(lián)組合而成。羅拉整理區(qū)設(shè)置三組齒根處鑲嵌有彈性中空材料的防粘溝槽羅拉，主要承擔(dān)機(jī)械開(kāi)纖作用。麻片中的纖維在該整理區(qū)除受張力牽伸產(chǎn)生一定的縱向位移外，在羅拉鉗口處還受上下羅拉齒體的擠壓產(chǎn)生屈曲。當(dāng)脫離羅拉鉗口后，由于羅拉擠壓力解除，麻片可借齒根中彈性材料的反彈力，便于退出齒間，大大減少了纏繞羅拉的現(xiàn)象。水洗開(kāi)纖后整理區(qū)由四臺(tái)結(jié)構(gòu)相同的設(shè)備組成。為了簡(jiǎn)明，在圖中只對(duì)水洗開(kāi)纖機(jī)I的部件進(jìn)行了標(biāo)記。單臺(tái)設(shè)備主要由機(jī)箱13、前脫水滾筒14、后脫水滾筒11，輸送簾 (外網(wǎng)簾)8和機(jī)箱內(nèi)封套在主軸上的閉環(huán)式內(nèi)網(wǎng)簾5以及噴淋裝置7、貯液器10等裝置構(gòu)成。內(nèi)、外網(wǎng)簾之間有均勻間隔分布的隔距條支撐，構(gòu)成該機(jī)的主體部分洗滌腔6，洗滌腔外設(shè)置有高壓噴淋裝置，纖維帶在隔距條和內(nèi)、外網(wǎng)簾的夾持下被控制在洗滌腔內(nèi)，受到噴淋裝置內(nèi)外高壓噴射水流的交叉沖擊和清洗，充分去除膠質(zhì)雜物。每臺(tái)設(shè)備的噴淋裝置與外部的貯液器10相連通，可按工藝要求，噴入高壓清洗水、漂練液、清漂液和油劑［5］。

此外，在機(jī)體的進(jìn)口和出口端安裝有排放水擋板4和回收水擋板12，第一級(jí)前排放水擋板用于排放前脫水滾筒碾壓出的纖維帶殘液，防止其進(jìn)入機(jī)體中;而本機(jī)回收水擋板和次級(jí)前排水擋板，將相應(yīng)的脫水滾筒碾壓出的液體引入本機(jī)箱內(nèi)，起到再次利用的目的，降低生產(chǎn)成本。并且每級(jí)處理后采用兩次碾壓也使脫水效果更好。

3 連續(xù)化脫膠后整理生產(chǎn)工藝

3.1 工藝流程

煮練脫膠后的苧麻原料——脫膠后整理機(jī) (機(jī)械開(kāi)纖、水洗開(kāi)纖、漂練、清漂、給油增柔)

3.2 工藝特點(diǎn)

3.2.1 利用防粘整理羅拉和結(jié)構(gòu)相同并依次設(shè)置的水洗開(kāi)纖機(jī)、漂練機(jī)、清漂機(jī)和給油增柔機(jī)組成脫膠后整理聯(lián)合開(kāi)纖生產(chǎn)線，對(duì)經(jīng)化學(xué)煮練或生物脫膠處理后的苧麻原料，作連續(xù)化清洗、漂練、清漂和上油增柔處理。

3.2.2 所采用的脫膠后整理工藝，包括羅拉開(kāi)纖、水洗開(kāi)纖工藝，漂整工藝和配方、清漂工藝和配方、上油工藝和配方以及機(jī)械作用方式等綜合技術(shù)，使現(xiàn)行工藝的敲麻沖洗所需的8～10分鐘 (含解把、排料等時(shí)間)，酸漂、氯漂10～20分鐘和上油浸泡的45～180分鐘處理時(shí)間，統(tǒng)一縮短到現(xiàn)在的8～12分鐘。由于該技術(shù)省去了多工序間的半成品搬運(yùn)和大量的手工作業(yè)，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

3.3 工藝過(guò)程

3.3.1 機(jī)械開(kāi)纖:將化學(xué)煮練或生物脫膠處理后的苧麻原料，通過(guò)進(jìn)料傳送帶喂入整理開(kāi)纖區(qū)，經(jīng)三組防粘整理羅拉的縱向小張力牽伸和羅拉園弧齒對(duì)纖維進(jìn)行反復(fù)擠壓揉搓機(jī)械整理，送入水洗開(kāi)纖機(jī)。

3.3.2 水洗開(kāi)纖:機(jī)械開(kāi)纖后的苧麻原料通過(guò)傳送帶喂入水洗開(kāi)纖機(jī)，經(jīng)水洗開(kāi)纖機(jī)的前脫水滾筒碾壓脫除殘液后，被輸送簾與內(nèi)網(wǎng)簾夾持送入洗滌腔，受到水洗開(kāi)纖機(jī)的噴淋裝置內(nèi)外高壓水柱的交叉沖擊清洗，充分去除果膠、雜物，分解纖維，并經(jīng)后脫水滾筒碾壓脫除部分清洗水。多余的清洗水經(jīng)溢流沉淀、過(guò)濾、處理進(jìn)入水洗開(kāi)纖機(jī)的貯液器循環(huán)使用。

3.3.3 漂練:水洗開(kāi)纖后的纖維自動(dòng)送入漂練機(jī)，經(jīng)漂練機(jī)的前脫水滾筒碾壓進(jìn)一步脫除清洗水后，被牽引送入漂練機(jī)的洗滌腔，通過(guò)漂練機(jī)的噴淋裝置向該洗滌腔中加入增壓后漂練液，漂練液由次氯酸鈉4～6%(o.w.f)、氧漂穩(wěn)定劑0.2～0.4%(o.w.f)配制而成。漂練溫度保持在50～60℃，對(duì)纖維帶作漂練處理，進(jìn)一步松解纖維，增加纖維的光澤和白度。多余的漂練液經(jīng)溢流沉淀、過(guò)濾、處理進(jìn)入漂練機(jī)的貯液器循環(huán)使用，并通過(guò)漂練機(jī)的噴淋裝置自動(dòng)保持漂練液濃度穩(wěn)定。經(jīng)漂練后的纖維帶通過(guò)后脫水滾筒碾壓脫除部分漂練液，脫除的漂練液經(jīng)回水擋板回流進(jìn)入漂練機(jī)的洗滌腔再次使用。

3.3.4 清漂:漂練脫水后的纖維自動(dòng)送入清漂機(jī)，經(jīng)清漂機(jī)的前脫水滾筒碾壓進(jìn)一步脫除漂練殘液后 (脫除的漂練液經(jīng)前排水擋板引入漂練機(jī)內(nèi))，被牽引送入清漂機(jī)的洗滌腔，通過(guò)清漂機(jī)的噴淋裝置向該洗滌腔中加入增壓后的清漂液，清漂劑由硫酸0.1～0.3%(o.w.f)配制而成。清漂溫度為常溫，對(duì)纖維作清漂處理，進(jìn)一步整理纖維，并清除少量殘余的氯離子，多余的清漂液經(jīng)溢流過(guò)濾、處理進(jìn)入清漂機(jī)的貯液器循環(huán)使用，并通過(guò)清漂機(jī)的噴淋裝置自動(dòng)保持清漂液濃度穩(wěn)定。經(jīng)清漂后的纖維通過(guò)后脫水滾筒碾壓脫除部分清漂液，脫除的清漂液回流進(jìn)入清漂機(jī)的洗滌腔再次使用。

3.3.5 上油:清漂脫水后的纖維帶自動(dòng)送入給油增柔機(jī)，經(jīng)給油增柔機(jī)的前脫水滾筒碾壓進(jìn)一步脫除清漂液后 (脫除的清漂液經(jīng)前排水擋板引入清漂機(jī)內(nèi))，被牽引送入給油增柔機(jī)的洗滌腔，通過(guò)給油增柔機(jī)的噴淋裝置向該洗滌腔中加入增壓后的油劑，該油劑采用自主研制的以羧基硅油乳液、抗靜電劑十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽和pH值調(diào)節(jié)交聯(lián)劑氯化銨為核心成分的專(zhuān)用油劑［6］，油液濃度為3～4.5%(o.w.f)，上油溫度保持在45～55℃，對(duì)纖維進(jìn)行給油增柔處理，防止干燥后纖維的重新粘結(jié)，確保后工序?qū)w維加工的順利進(jìn)行。多余的油液經(jīng)溢流過(guò)濾、處理進(jìn)入給油增柔機(jī)的貯液器循環(huán)使用，并通過(guò)給油增柔機(jī)的噴淋裝置自動(dòng)保持油液濃度穩(wěn)定。經(jīng)給油增柔處理后的纖維帶，通過(guò)給油增柔機(jī)的后脫水滾筒碾壓脫除多余油液后，得到纖維精干品。

4 連續(xù)后整理效果

4.1 產(chǎn)品品質(zhì)滿足后加工要求

對(duì)采用現(xiàn)行半機(jī)械半手工后整理作業(yè)方式和該連續(xù)后整理機(jī)生產(chǎn)的苧麻纖維分別檢驗(yàn)，結(jié)果顯示經(jīng)連續(xù)后整理機(jī)處理的精干品各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)行工藝技術(shù)水平，完全能滿足苧麻纖維的質(zhì)量要求，精干麻主要指標(biāo)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 兩類(lèi)工藝苧麻精干品主要指標(biāo)比較Tab.1 Comparison of main indexes of refined ramie fibers between current manual and machine methods

4.2 對(duì)生產(chǎn)環(huán)境、工人勞動(dòng)強(qiáng)度改善顯著

本技術(shù)所采用的后整理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由單機(jī)串聯(lián)組合即可形成操作簡(jiǎn)便、連續(xù)化，機(jī)械化程度高，適用性強(qiáng)、功能完整的脫膠后整理生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線占地面積可節(jié)省65%以上，能夠方便地嵌入傳統(tǒng)化學(xué)脫膠或生物脫膠等新型脫膠生產(chǎn)的工藝流程中，以連續(xù)化的機(jī)械整理，替代現(xiàn)行工藝彼此獨(dú)立、手工或半手工操作的諸多工藝過(guò)程。不僅省去了這些工序間的半成品裝御、排料、搬運(yùn)等，還大大改善了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)環(huán)境，也使麻類(lèi)纖維的脫膠生產(chǎn)過(guò)程更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效。與現(xiàn)工藝相比可減少用工70%以上，提高生產(chǎn)效率三倍以上，減少用水28%左右，該技術(shù)已獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。

5 結(jié)語(yǔ)

高污染、高用工、機(jī)械化程度低是一直困繞苧麻脫膠業(yè)的關(guān)鍵難題［7］，而后兩個(gè)問(wèn)題就集中在脫膠后整理環(huán)節(jié)。目前大量開(kāi)展的苧麻脫膠新技術(shù)研究主要專(zhuān)注于以新的脫膠方式取代化學(xué)脫膠的煮練工序，達(dá)到減少污染的目的，而對(duì)其它環(huán)節(jié)投入較少，關(guān)注不夠。因此，開(kāi)發(fā)機(jī)械連續(xù)化脫膠后整理新技術(shù)，并與新型脫膠工藝相整合，形成完整的現(xiàn)代苧麻纖維制備技術(shù)是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新課題。

目前，本技術(shù)已完成了設(shè)備小樣機(jī)研制和系列工藝試驗(yàn)，取得了良好的小樣試驗(yàn)效果，初步實(shí)現(xiàn)了脫膠后整理全過(guò)程的機(jī)械連續(xù)化作業(yè)，具有用工少、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、環(huán)境改善顯著等特點(diǎn)。下一階段還將結(jié)合小樣試驗(yàn)中反映出的整理羅拉清潔不方便、個(gè)別脫水輥筒脫水效果不良的問(wèn)題，進(jìn)行設(shè)備功能與工藝的生產(chǎn)適應(yīng)性改進(jìn)完善和樣機(jī)擴(kuò)大試驗(yàn)，為苧麻機(jī)械連續(xù)化脫膠后整理技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。

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