初加工過程中棉結(jié)演變規(guī)律比較研究

張雪瑩　崔玉梅　李雪婷

摘要：采用梳棉網(wǎng)棉結(jié)雜質(zhì)計數(shù)法，通過觀察機(jī)采棉與手采棉在初加工過程中棉結(jié)性狀變化，分析了棉結(jié)在初加工過程中的一般演變規(guī)律。結(jié)果表明：初加工過程中機(jī)采棉機(jī)械棉結(jié)數(shù)量要明顯高于手采棉機(jī)械棉結(jié)數(shù)。清理工序的增加能使生物棉結(jié)得到有效清除，但工藝參數(shù)配制不當(dāng)會造成機(jī)械棉結(jié)的大幅度再生。

關(guān)鍵詞：計數(shù)法；棉花初加工；機(jī)械棉結(jié)；生物棉結(jié)；演變規(guī)律

多年來，眾多學(xué)者對紡紗過程棉結(jié)的形成規(guī)律與演變規(guī)律進(jìn)行了細(xì)致而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯浚徏嗊^程中對棉結(jié)的檢測技術(shù)及改善措施已日漸成熟，但對初加工過程中棉結(jié)的形成機(jī)理與演變規(guī)律的研究卻鮮有報道。劉承晉等提出在初加工過程中產(chǎn)生的索絲、棉結(jié)，特別是緊棉結(jié)是造成成紗棉結(jié)的主要因素。秦貞俊指出軋花生產(chǎn)對棉結(jié)的產(chǎn)生影響極大。歐懷林在研究中指出，因棉花原料中存在籽屑或不成熟纖維，使得原料經(jīng)軋花或清梳處理時形成短絨而集聚糾纏形成大量棉結(jié)。且這個階段形成的棉結(jié)對棉花的后期加工影響極大。

為了更便捷的研究棉結(jié)形成原因及機(jī)理，Pearson在其4種纖維類型（厚壁纖維棉結(jié)、中等壁厚纖維棉結(jié)、薄壁纖維棉結(jié)和絨毛纖維棉結(jié)）的基礎(chǔ)上，將棉結(jié)按構(gòu)成纖維的胞壁厚度分為15種棉結(jié)進(jìn)行了討論分析。Alon等將棉結(jié)按大小進(jìn)行分類，即從小棉結(jié)的5根到大棉結(jié)24根，并指出每一個棉結(jié)有一個密集中心，在中心處有一根或者更多的纖維造成棉結(jié)。這些纖維抱成一個團(tuán)，外形復(fù)雜，且中心處均有一個真正的結(jié)點(diǎn)。邵東鋒等將棉結(jié)分為機(jī)械棉結(jié)、生物棉結(jié)和起絨性棉結(jié)，其中起絨性棉結(jié)分布于染過色的織物表面。

經(jīng)過對棉花初加工過程中機(jī)采棉與手采棉棉結(jié)性狀的觀察分析，本研究將棉花初加工過程的棉結(jié)分為兩大類：機(jī)械棉結(jié)（如圖1（a）所示）、生物棉結(jié)（如圖1（b）-（d）所示）。機(jī)械棉結(jié)僅由纖維構(gòu)成，纖維扭結(jié)在一起經(jīng)手扯后無法分解，且具有明顯的核心；生物棉結(jié)是由纖維與外源物質(zhì)扭結(jié)而成，并以外源物質(zhì)為核心的棉結(jié)，包括不孕籽、僵瓣棉經(jīng)機(jī)械加工后轉(zhuǎn)化成的棉結(jié)，以及形成于枯葉和碎棉籽殼雜質(zhì)周圍的纖維結(jié)，或者以雜質(zhì)為核心的纖維結(jié)，帶籽屑棉結(jié)形成于帶纖維軟籽表皮和帶纖維籽屑。本文還對比分析了初加工過程中棉結(jié)的演變規(guī)律及形成原因。以便為棉花初加工過程中的技術(shù)改進(jìn)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1.試驗(yàn)材料及方法

1.1試樣

試樣材料的產(chǎn)地等相關(guān)信息見表1。其初加工工藝及設(shè)備型號如下。

機(jī)采棉：籽棉垛-重雜物分離機(jī)-籽棉卸料器-籽棉自動控制喂料器-頭道籽棉清理機(jī)（10 t傾斜式回收籽棉清理機(jī)）-板式烘干塔-二道籽棉清理機(jī)（10 t沖擊式籽棉清理機(jī)）-籽棉清鈴機(jī)（MQZL-10）-雙籽清機(jī)-軋花機(jī)（MY-128軋花機(jī)加10 t沖擊式籽棉清理機(jī)）-氣流皮棉清理機(jī)（MQPQ 2000）-鋸齒式皮棉清理機(jī)（MQP400-2000）-集棉器-加濕-打包機(jī)。

手采棉：籽棉垛-重雜物分離機(jī)-籽棉卸料器-籽棉自動控制喂料器-頭道道籽棉清理機(jī)（MQZXH-8籽棉清理設(shè)備）-棉葉清理機(jī)（MQZK-1800籽棉棉葉清理設(shè)備）-板式烘干塔-軋花機(jī)（鋸齒MYT-15加10 t提凈式籽棉清理機(jī)）-氣流皮棉清理機(jī)（MQPQ_2000）-鋸齒式皮棉清理機(jī)（MQP-2000）-集棉器-加濕-打包機(jī)。

1.2檢測條件

檢測儀器：小型手工梳棉板（型號：CIRAD）、梳棉清潔刷、無紡布清潔刷、挑針、電子天平（感量0.01 g）。

測試樣品的處理：采取隨機(jī)抽取具有代表性樣品的原則，從棉花樣品中隨機(jī)抽取棉樣30 g，充分混勻后，均勻分成30份。試驗(yàn)樣品的制樣方法按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6097-2012《棉纖維試驗(yàn)取樣方法》操作。抽取和制備樣品時應(yīng)注意避免外部污染。

1.3檢測方法

采用梳棉網(wǎng)棉結(jié)雜質(zhì)計數(shù)法，參照GB/T 6103-2006《原棉疵點(diǎn)試驗(yàn)方法》。

1.4試驗(yàn)步驟

a）試驗(yàn)前，用刷子清潔梳棉機(jī)，清潔小型手工梳棉板，以防雜物混入棉網(wǎng)。

b）將所取1 g棉樣用手撕松放于喂棉板上，鋪成11 cm長的棉網(wǎng)。

c）開梳機(jī)棉，在梳棉板或開棉機(jī)上梳成大約等于輸入棉樣80%的棉網(wǎng)。

d）將梳好的棉網(wǎng)均勻平鋪于黑色檢驗(yàn)臺上，開始計數(shù)各類棉結(jié)。計數(shù)過棉結(jié)的棉網(wǎng)區(qū)域用黑色擋板隔開，以避免重復(fù)計數(shù)。

e）分類記錄棉結(jié)粒數(shù)。

2.結(jié)果與討論

2.1初加工過程中棉結(jié)數(shù)量變化規(guī)律

棉結(jié)增加率R可用下式計算：式中：A為前道工序中棉結(jié)粒數(shù)，B為當(dāng)前工序中棉結(jié)粒數(shù)。

2.1.1機(jī)采棉

機(jī)采棉初加工過程中棉結(jié)增加率見表2。由表2可知，機(jī)采棉在初加工過程中，軋花工序后，機(jī)采棉棉結(jié)粒數(shù)增長最多，增長率高達(dá)217.78%。其中，機(jī)械棉結(jié)增長率為276.73%，生物棉結(jié)增長率為106.80%。其次棉結(jié)明顯增長的工序是頭道籽清，增長率為57.12%，其中的機(jī)械棉結(jié)增長率為130.45%，生物棉結(jié)增長率為33.06%。而四道籽清后生物棉結(jié)又成負(fù)增長趨勢，原因有：a）垛廠棉樣經(jīng)頭道籽清前，未經(jīng)烘干設(shè)備，致使原棉含水率較高，造成纖雜不易分離，甚至扭結(jié)成棉結(jié)。b）在原棉含水率較高的情況下，雜質(zhì)經(jīng)清理設(shè)備時易破裂，造成生物棉結(jié)的再生。c）四道籽清時不僅保證了原棉的含水率，促使外源性物質(zhì)較易得到排除，而且增加清理道數(shù)，使得生物棉結(jié)的清理更徹底。

2.1.2手采棉

手采棉初加工過程中棉結(jié)增加率見表3。由表3可以得出，手采棉棉結(jié)在初加工過程中演變規(guī)律為：雙籽清后棉結(jié)粒數(shù)增長最為明顯，增長率高達(dá)240.35%，其中，機(jī)械棉結(jié)增長率達(dá)277.78%，生物棉結(jié)增長率達(dá)223.01%。其次棉結(jié)粒數(shù)增長明顯的工序是軋花工序，增長率達(dá)144.64%，其中，機(jī)械棉結(jié)增長率為232.82%，生物棉結(jié)增長率為53.76%。

2.1.3機(jī)采棉與手采棉棉結(jié)演變規(guī)律比較分析

為更好地分析機(jī)采棉和手采棉的棉結(jié)演變規(guī)律差異，本文選取的兩種棉樣必須經(jīng)過的四道工序（垛廠籽棉、軋花前、軋花后、皮清后），這樣可以客觀的得出清理設(shè)備的多少對棉結(jié)演變規(guī)律的影響。

初加工過程棉結(jié)總數(shù)演變規(guī)律見圖2。由圖2可以看出，機(jī)采棉與手采棉棉結(jié)總粒數(shù)變化規(guī)律的相同點(diǎn)是：a）兩者都隨著加工工序的增加而增加。b）軋花工序是造成棉結(jié)總數(shù)增加的主要工序。不同的是手采棉的棉結(jié)粒數(shù)的增加趨勢要緩和一些，而機(jī)采棉棉結(jié)粒數(shù)的增加要急劇一些，表現(xiàn)最突出的是在軋花工序。圖2還顯示出，皮棉清理階段兩者的增加趨勢都放緩，說明皮棉清理工序可有效控制棉結(jié)的再生。

初加工過程中機(jī)械棉結(jié)演變規(guī)律見圖3。由圖3可得出，其一，在未經(jīng)軋花和籽清處理時，兩種采摘方式的機(jī)械棉結(jié)數(shù)量都比較低，說明軋花和清理工序會造成機(jī)械棉結(jié)的產(chǎn)生。初加工過程中機(jī)采棉的機(jī)械棉結(jié)數(shù)明顯高于手采棉，這是因?yàn)閷s較高的機(jī)采棉初加工的工序較多、加工流程長，對纖維的摩擦搓轉(zhuǎn)作用多。其二，兩種采摘方式的棉花在初加工過程中機(jī)械棉結(jié)都呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢，說明初加工的每一個工序都會產(chǎn)生機(jī)械棉結(jié)，且產(chǎn)生量多于清除量。其三，軋花工序是造成機(jī)械棉結(jié)產(chǎn)生的關(guān)鍵工序，這是因?yàn)?，一方面軋花加工的機(jī)械棉結(jié)產(chǎn)生率遠(yuǎn)大于清除率，另一方面，大棉結(jié)被分解成多個小棉結(jié)，致使機(jī)械棉結(jié)成倍增加。軋花機(jī)清雜機(jī)件的鋸軸轉(zhuǎn)速、毛刷轉(zhuǎn)速、鋸片隔距、肋條間距等配置不當(dāng)及機(jī)械狀態(tài)不良會加大機(jī)械棉結(jié)的再生。

初加工過程中生物棉結(jié)演變規(guī)律見圖4。由圖4可知，手采棉生物棉結(jié)在初加工過程中呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，而機(jī)采棉棉結(jié)數(shù)則呈現(xiàn)有增有減，具體規(guī)律為：經(jīng)籽棉清理后，生物棉結(jié)略微下降，而軋花工序生物棉結(jié)有明顯增加，皮棉清理又使得生物棉結(jié)得到有效清除。造成這種現(xiàn)象的原因可能為：a）軋花剝絨階段，由于鋸片不平整和鋸軸轉(zhuǎn)速過快，增大了棉籽和帶纖維籽屑被刺破的幾率以及受到的沖擊力，進(jìn)而產(chǎn)生生物棉結(jié)。b）部分受到病蟲傷害或成熟度差的棉籽，其破碎強(qiáng)度低，在軋花過程中，更易產(chǎn)生破籽。c）軋花肋條隔距過寬，致使棉籽在工作箱中滯留的時間過長，從而增大了棉籽的受損傷率。

3.結(jié)論

通過測試分析初加工過程中手采棉與機(jī)采棉棉結(jié)粒數(shù)變化規(guī)律，得出結(jié)論如下：

a）初加工過程中，機(jī)械棉結(jié)隨清理設(shè)備的增多而增加。生物棉結(jié)則隨清理設(shè)備的增多而較少。原棉含水率的高低，直接影響兩種棉結(jié)的再生。

b）未經(jīng)籽棉工序清理時，機(jī)采棉與手采棉的機(jī)械棉結(jié)數(shù)量均很低；經(jīng)籽棉工序清理后，兩者的機(jī)械棉結(jié)開始呈現(xiàn)出增加的趨勢。且軋花工序時，機(jī)采棉機(jī)械棉結(jié)的增加率要明顯高于手采棉。

c）初加工過程中，機(jī)采棉的棉結(jié)總數(shù)要明顯高于手采棉。