棉短絨在大棚保溫中的應(yīng)用及專用生產(chǎn)線的初步研究

■　王澤武　胡之浩　孫亞楠〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南　鄭州　450004〕〔鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司，河南　鄭州　45000〕

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棉短絨在大棚保溫中的應(yīng)用及專用生產(chǎn)線的初步研究

■王澤武1胡之浩2孫亞楠2
〔1鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕〔2鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司，河南鄭州450001〕

大棚種植（養(yǎng)殖）技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國北方，是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段。我國的大棚種植面積長久以來一直占據(jù)世界第一的地位。大棚種植有著低成本、高回報的特點。

一、大棚保溫至關(guān)重要

大棚蔬菜種植的特點是充分利用光能、熱能進行高效生產(chǎn)。冬季地溫較低，特別是遇上極寒天氣，會直接降低棚內(nèi)的溫度，影響蔬菜的生長，甚至發(fā)生蔬菜被凍傷、凍死的事故。利用保溫措施有效地管理棚室溫度，是大棚生產(chǎn)的關(guān)鍵。其中大棚結(jié)構(gòu)中起主要保溫作用的是草簾保溫，因其成本較低，被我國大部分大棚所采用，而在使用中發(fā)現(xiàn)，草簾明顯沒有棉被保溫效果好。受到雨雪的侵蝕，草簾的使用年限較短，一般是2年左右，而棉被可多年反復(fù)使用。草簾較粗糙，在頻繁地鋪蓋、卷取時容易擦傷棚面薄膜，降低薄膜的透光性，使薄膜提前老化、破損；棉被則不會產(chǎn)生這樣的問題，并且棉被在鋪放、收卷時較節(jié)省人力。

二、棉短絨應(yīng)用于大棚保溫領(lǐng)域的探索

雖然用棉被為大棚保溫的效果明顯優(yōu)于草簾保溫，但是由于保溫覆蓋面幾乎是整個大棚的外露面，需要量極大，而棉被的成本遠大于草簾，其高昂的成本使種植戶難以承受，因此，造成了棉被保溫?zé)o法在實際應(yīng)用中推廣的局面。

棉短絨是軋花企業(yè)最主要的副產(chǎn)品之一，由于其價格一直低迷，很多軋花企業(yè)剝毛棉籽的利潤甚至彌補不了人工、電費的成本消耗。本文認為，解決棉短絨加工產(chǎn)業(yè)虧損狀況，必須調(diào)整下游產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，拓寬棉短絨產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，在深加工中提高棉短絨的附加值。筆者認為，利用價格低廉的棉短絨，運用非織造布技術(shù)中的氣流成網(wǎng)、針刺、貼膜、熱軋等復(fù)合技術(shù)制作大棚保溫材料，不僅能大大降低大棚保溫被的成本，而且其保溫及耐用度還要優(yōu)于傳統(tǒng)的棉絮被，成本的降低有利于推廣。

三、應(yīng)用非織造布技術(shù)制造以棉短絨為主要材料大棚保溫被的探討

現(xiàn)代非織造布技術(shù)飛速發(fā)展，筆者經(jīng)過研究認為，利用已有的非織造布技術(shù)與設(shè)備，經(jīng)設(shè)計、改造、重新排布生產(chǎn)工藝與流程，能較容易地設(shè)計出大棚保溫被生產(chǎn)線。

非織造布工藝完全不同于傳統(tǒng)的紡織過程，它的最大特點是不需要紡紗過程，其織造過程類似于造紙工藝。非織造布通常是在一條生產(chǎn)線上直接實現(xiàn)從纖維到成布的連續(xù)加工過程。非織造布介于傳統(tǒng)紡織品、塑料、皮革和紙四大柔性材料之間的材料。由于原料選擇的多樣性，非織造布生產(chǎn)工藝的多樣性，必然產(chǎn)生出非織造產(chǎn)品在性能、外觀、結(jié)構(gòu)等方面的多樣性，因此，可根據(jù)非織造終端成品的用途來設(shè)計材料的性能，進而選擇確定相應(yīng)的非織造布工藝技術(shù)和原料。

在非織造布技術(shù)中，最關(guān)鍵的是成網(wǎng)技術(shù)和加固技術(shù)，對于纖維長度較短的棉短絨重要的成網(wǎng)手段是氣流成網(wǎng)，成網(wǎng)后再繼續(xù)深加工。成網(wǎng)前的短絨配比、添加劑的種類、生產(chǎn)線參數(shù)等不同條件，可產(chǎn)生不同性狀的網(wǎng)，不同性狀的網(wǎng)經(jīng)過后續(xù)不同工藝設(shè)備的加工，能衍生出豐富多樣的大棚保溫產(chǎn)品。

（一）氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線簡介

1.由產(chǎn)品決定的氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線的工藝配置探討舉例。

棉短絨相比皮棉含有大量的雜質(zhì)，特別是Ⅱ、Ⅲ道棉短絨雜質(zhì)更多，這些雜質(zhì)嚴(yán)重影響了成網(wǎng)及以后的產(chǎn)品質(zhì)量。棉短絨原料若進入氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線，必須先進行預(yù)清理。清理時可選用國內(nèi)常用的棉短絨清理機，組成預(yù)清理生產(chǎn)線（如圖1）進行多次清理，清理后作為原料打包備用。

圖1　棉短絨清理生產(chǎn)線

應(yīng)用非織造布技術(shù)中的氣流成網(wǎng)技術(shù)加工棉短絨，要靠多種設(shè)備按一定的工藝流程進行有機的配置，根據(jù)所要產(chǎn)品的性質(zhì)來配置不同的工藝流程。同一種工藝流程，因原料、配比、添加劑、生產(chǎn)線參數(shù)的不同也可生產(chǎn)出各式各樣的產(chǎn)品。在氣流成網(wǎng)工藝流程配置中，各個設(shè)備按功能有機地組合，一般要完成：抓棉→預(yù)開松→清棉→稱重喂棉（多種原料配比）→開、混棉→喂棉→氣流成網(wǎng)→牽伸的工序。

圖2　棉短絨氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線

如圖2，在氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線中，纖維經(jīng)過開松、除雜、配棉、混和后喂入氣流成網(wǎng)機的主梳理機構(gòu)，纖維得到進一步的梳理后呈單纖維狀態(tài)，在錫林高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和氣流的共同作用下，纖維從針布鋸齒上脫落，由氣流輸送并凝聚在成網(wǎng)簾（或塵籠）上，形成纖維三維雜亂排列的纖網(wǎng)，最終產(chǎn)品基本呈各向同性。氣流成網(wǎng)通常要求纖維長度不大于80 mm，纖維過長會破壞纖網(wǎng)外觀和均勻度。氣流成網(wǎng)可有效地處理短纖維，如長度小于10 mm的棉短絨纖維等。

目前，在國內(nèi)還沒有以棉短絨為主要原料的氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線的例子。借鑒非織造布行業(yè)，可組成氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線設(shè)備，市場上有能套用的成熟設(shè)備，也有許多設(shè)備需根據(jù)最終產(chǎn)品及棉短絨的特點進行改造或重新設(shè)計。

2.幾種適應(yīng)棉短絨加工的氣流成網(wǎng)機簡介。

在利用氣流成網(wǎng)技術(shù)加工棉短絨的工藝中，最重要的核心設(shè)備是氣流成網(wǎng)機。目前氣流成網(wǎng)機成網(wǎng)主要的幾種方式是：自由飄落式（離心力+纖維自重）、壓入式（離心力+氣流吹入）、抽吸式（離心力+氣流抽吸）、封閉循環(huán)式（離心力+上吹下吸）、壓吸結(jié)合式（離心力+上吹下吸）。氣流成網(wǎng)機的類型較多，目前較常用的是壓吸結(jié)合式和封閉循環(huán)式氣流成網(wǎng)機，筆者選擇適用于棉短絨加工的氣流成網(wǎng)機做簡介。

（1）壓吸結(jié)合式（離心力+上吹下吸）氣流成網(wǎng)機。

圖3　壓吸結(jié)合式氣流成網(wǎng)機（離心力+上吹下吸）原理圖

圖3是奧地利Fehrer公司生產(chǎn)的K12氣流成網(wǎng)機，是典型的離心力+上吹下吸式，在國外是V21/ K12氣流成網(wǎng)機組。國內(nèi)引進消化后將V21（預(yù)喂棉機）改成了氣壓棉箱1。

棉短絨經(jīng)配料、混合、開松、除雜等工序后，進入氣壓棉箱1，經(jīng)過氣壓平衡并與氣壓棉箱1內(nèi)的高速刺輥共同作用，使纖維層在幅寬及長片段內(nèi)保持均勻，這時的纖維層的單位面積質(zhì)量約為200 g/m2～400 g/m2，CV值已降至3%～4%。如此均勻的纖維層喂入K12氣流成網(wǎng)機，為制得均勻的纖網(wǎng)創(chuàng)造了良好的條件。

纖維層經(jīng)出網(wǎng)簾2喂入氣流成網(wǎng)機。在喂棉羅拉3與喂給簾4的喂給下經(jīng)握持喂給棉羅拉5送入錫林7進入主梳理部分。主梳理部分有2對直徑為140 mm的工作羅拉和剝棉羅拉6，錫林直徑450 mm，轉(zhuǎn)速高達2 300 rpm，可使針布鋸齒表面的纖維量減少到0.2 g/m2～0.5 g/m2。纖維被分梳后，在高速回轉(zhuǎn)錫林7產(chǎn)生的離心力和上方橫流風(fēng)機8產(chǎn)生的高速氣流的作用下，短絨纖維從錫林7齒尖脫落，并隨氣流經(jīng)輸棉風(fēng)道9落下。抽吸箱11接有負壓風(fēng)機，產(chǎn)生負壓使纖維凝聚在成網(wǎng)簾12上。預(yù)壓輥10對疏松棉網(wǎng)預(yù)壓，使棉網(wǎng)內(nèi)纖維初步纏結(jié)，部分提高棉網(wǎng)強度，使其在輸送時不易被破壞。

纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量范圍為20 g/m2～2 000 g/m2時，輸出速度為0.5 m/min～50 m/min。常用纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量范圍為60 g/m2～220 g/m2，輸出速度為7 m/min～20 m/min。K12氣流成網(wǎng)機的最大工作寬度為5.4 m。

（2）壓吸結(jié)合式（離心力+上吹下吸）氣流成網(wǎng)機。

圖4　壓吸結(jié)合式（離心力+上吹下吸）氣流成網(wǎng)機原理圖

圖4是采用單塵籠凝聚纖維的壓吸結(jié)合式氣流成網(wǎng)機，此機型是由國外引進吸收的，適合于廢纖維或短絨成網(wǎng)。進網(wǎng)簾1將處理后較均勻的棉層喂入一組給棉羅拉3，再由一組喂棉羅拉4握持喂棉，開松刺輥5高速開松打擊，將單纖維利用離心力拋向塵籠6，這時風(fēng)機2產(chǎn)生的高速氣流將開松刺輥5齒面的纖維剝離，同時，塵籠6內(nèi)產(chǎn)生負壓，致使纖維凝聚在塵籠6的網(wǎng)面上，壓輥7將疏松的棉網(wǎng)預(yù)壓，使其內(nèi)部纖維纏結(jié)，部分增加棉網(wǎng)強度后轉(zhuǎn)至出網(wǎng)簾8完成氣流成網(wǎng)的任務(wù)。

（二）加固生產(chǎn)線簡介

氣流成網(wǎng)生產(chǎn)線主要是利用氣流成網(wǎng)技術(shù)得到合適的棉網(wǎng)，此時的棉網(wǎng)是疏松的，必須經(jīng)加固后才能使用。加固方式也有多種可選，加固方式要根據(jù)最終產(chǎn)品的性質(zhì)和要求靈活采用。筆者認為以棉短絨為材料的大棚保溫被，較好的加固方式是非織造布技術(shù)中的熱軋和針刺加固技術(shù)。

1.大棚保溫材料的熱軋加固技術(shù)。

在棉短絨中混合加入低熔點纖維或黏合粉劑，在一定的溫度下，使棉網(wǎng)中的低熔點纖維或黏合粉劑先行熔化，將其周邊纖維粘結(jié)固化成形（如圖5），形成熱軋生產(chǎn)線（如圖6）。

圖5　低熔點纖維與短絨的熱熔粘連

圖6　氣流成網(wǎng)熱軋生產(chǎn)線流程示意圖

在圖6中的氣流成網(wǎng)熱軋生產(chǎn)線流程中，低熔點纖維與Ⅰ、Ⅱ類棉短絨按比例在圓盤抓棉機1的貨盤中配包。圓盤抓棉機1均勻抓取纖維由輸棉管路2通過風(fēng)機6向后輸送，通過氣纖分離器4完成氣體與纖維的分離，氣體排出車間，纖維落入預(yù)混棉機5。預(yù)混棉機5對兩種纖維進行混合并初步開松清理。經(jīng)初步混合開松清理的纖維經(jīng)氣纖分離器進入大倉混棉機9，大倉混棉機9對纖維進行進一步的混合并具有部分開松清理的功能，大倉混棉機9因有較大的儲料空間，作為生產(chǎn)線的緩沖，可以向下游穩(wěn)定持續(xù)的供料。經(jīng)大倉混棉機9充分混合的物料經(jīng)氣纖分離器依次進入梳針輥筒開棉機10、鋸齒輥筒開棉機11進行進一步的精細除雜、開松。精細除雜、開松后的纖維被風(fēng)機送入氣壓喂棉機12中，在氣壓及喂棉機中的各羅拉作用下，氣壓喂棉機12穩(wěn)定輸出一定厚度的棉層。氣壓喂棉機12喂料的長片段及幅寬方向的均勻性，直接決定了氣流成網(wǎng)后的縱橫向CV值及縱橫向強力比。由氣壓喂棉機12喂料均勻進入氣流成網(wǎng)機13，成網(wǎng)后網(wǎng)隨輸送簾進入多輥牽伸機14，在這里，較厚的網(wǎng)面被包纏針布的多輥牽伸機14穿刺、壓縮、牽伸，這樣使網(wǎng)面具有了一定的強度，并提升了整個生產(chǎn)線的車速。牽伸后經(jīng)軋輥15預(yù)壓，進入多軋輥的軋車16，軋輥具有一定溫度，在這個設(shè)定的溫度下，低熔點纖維熔化與棉短絨粘接、軋壓在一起。從軋車16出來后，形成布狀，進入儲布架17，在卷繞機18上成卷，形成產(chǎn)品?；鼗尴?是用來回收各機風(fēng)運后氣流中所含纖維的裝置，所回收纖維重新回入生產(chǎn)線。橋式吸鐵7在輸棉管路2上多處配置，能將纖維中所含金屬及時吸附，保護了下游設(shè)備的安全并減少發(fā)生火災(zāi)的隱患。軋機16中的軋輥也可根據(jù)需要用刻花輥，這樣軋壓出的“布”就具有所需花紋或商標(biāo)。

同樣的設(shè)備配置和原料，氣流成網(wǎng)工藝的不同能衍生出各種差異很大的產(chǎn)品。在生產(chǎn)線中，根據(jù)不同的產(chǎn)品用途可調(diào)整原料的配比、開松除雜工藝、成網(wǎng)工藝，成網(wǎng)工藝中主要是調(diào)整成網(wǎng)的單位質(zhì)量。例如：此生產(chǎn)線不但可以制造大棚保溫被，而且可以制造氈毯與服裝領(lǐng)襯這些厚薄差異很大的產(chǎn)品。雖然設(shè)備配置及原料不變，但由于最終產(chǎn)品的克重不同，氣流成網(wǎng)機的喂料總重與出網(wǎng)速度均需變化。

2.大棚保溫材料的針刺加固技術(shù)。

針對棉短絨大棚被，應(yīng)用針刺技術(shù)能較好的加固。成品較熱軋成形的質(zhì)地軟，棉層內(nèi)含空氣多，保溫效果好，但強度略低于熱軋產(chǎn)品。

圖7　氣流成網(wǎng)針刺生產(chǎn)線流程示意圖

如圖7，與圖6在氣壓棉箱1前的工藝及配置類似，在經(jīng)過氣流成網(wǎng)機2成網(wǎng)后，疏松棉網(wǎng)被牽伸機3初步加固并提高一定車速。棉網(wǎng)進入預(yù)針刺機4進行預(yù)處理，然后再進入多臺主針刺機5中進行加固形成網(wǎng)被。

針刺加工工藝是利用三角截面（或其它截面）棱邊帶倒鉤的刺針對纖網(wǎng)進行反復(fù)穿刺（如圖8）。倒鉤穿過纖網(wǎng)時，將纖網(wǎng)表面和局部里層纖維強迫刺入纖網(wǎng)內(nèi)部。由于纖維之間的摩擦作用，原來蓬松的纖網(wǎng)被壓縮。刺針退出纖網(wǎng)時，刺入的纖維束脫離倒鉤而留在纖網(wǎng)中，這樣，許多纖維束糾纏住纖網(wǎng)使其不能再恢復(fù)原來的蓬松狀態(tài)（如圖9）。經(jīng)過許多次的針刺，相當(dāng)多的纖維束被刺入纖網(wǎng)，使纖網(wǎng)中纖維互相纏結(jié)，從而形成具有一定強力和厚度的網(wǎng)面。

圖8　針刺原理示意圖

圖9　針刺纖維后模型圖

3.提高大棚保溫材料質(zhì)量的其它技術(shù)。

在針刺生產(chǎn)線中可加入放卷機、熱軋輥（圖7中未顯示），可將針刺加固過的網(wǎng)上下附膜，通過熱軋輥的作用使附膜與網(wǎng)被牢牢結(jié)合在一起。這種大棚保溫被不怕風(fēng)吹雨淋，不但保溫效果好、重量適中、防風(fēng)性、防水性好、壽命長，而且在頻繁的收放卷作業(yè)中不容易損壞。同理在熱軋生產(chǎn)線中也可進行網(wǎng)被的附膜以提高耐用度。

4.大棚保溫材料生產(chǎn)線可衍生的其它產(chǎn)品。

以上生產(chǎn)線靈活運用可衍生出很多產(chǎn)品。例如對大棚保溫被就能夠制造出不同克重、厚度的產(chǎn)品，可以多層針刺網(wǎng)被疊加或多層熱軋網(wǎng)被疊加，亦可針刺網(wǎng)被與熱軋網(wǎng)被疊加形成復(fù)合多層芯被，滿足不同保溫環(huán)境的需求。同時，在原料、工藝的變化下，以棉短絨為主要原料的氣流成網(wǎng)針刺、熱軋生產(chǎn)線，還能制造出建筑保溫被、混凝土保溫被、土工布、氈毯、領(lǐng)襯、鞋襯、箱包輔材等。

四、結(jié)語

這些以棉短絨為主要原料，利用非織造布技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品，不但能提升棉短絨的附加值，而且能直接服務(wù)于農(nóng)業(yè)、建筑、服裝等多種行業(yè)，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟及社會效益巨大。