棉花初加工對機(jī)采棉雜質(zhì)及棉結(jié)影響程度研究

曹吉強(qiáng) 徐紅 謝占林

摘?要：為研究棉花初加工對機(jī)采棉雜質(zhì)及棉結(jié)程度的影響，在8個位置對經(jīng)過不同工藝設(shè)備處理后的機(jī)采棉纖維進(jìn)行取樣，利用HVI及AFIS對其含雜率、棉結(jié)等指標(biāo)進(jìn)行檢測和分析。結(jié)果表明：隨加工工序的進(jìn)行，雜質(zhì)面積、雜質(zhì)顆粒數(shù)均呈下降趨勢，棉結(jié)總數(shù)呈增加趨勢，影響比較大的3個工序分別是軋花、籽清2、鋸齒皮清1;籽清2工序?qū)Υ箅s有很好的清理作用，籽清4工序?qū)γ藿Y(jié)的影響百分比達(dá)到了21%;對纖維品質(zhì)影響程度最大的是軋花工序，占到整個加工中棉纖維內(nèi)在品質(zhì)損傷的40%以上，尤其是軋花后雜質(zhì)顆粒（62.7%）和棉結(jié)數(shù)（51.2%）增幅較大。建議企業(yè)采取合理的軋花速度與清理道數(shù)，從而改善機(jī)采棉纖維的各項性能。

關(guān)鍵詞：初加工;纖維品質(zhì);雜質(zhì);棉結(jié);機(jī)采棉

中圖分類號：TS111

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）06-0021-05

Abstract：In order to study the influence of ginning process on impurities and neps in machine picked cotton， the machine picked cotton fiber samples processed by different processes and equipment were taken in eight locations， and tested and analyzed for impurities， neps and other indicators via HVI and AFIS. The results indicate that with the progression of the process， both the impurities area and particle number take on a decreasing trend， and the total number of neps increases. The three processes that have a relatively large impact are ginning， seed clearing 2， and saw tooth skin cleaning 1. Most big impurities can be cleaned via the process of seed clearing 2， and the impact percentage of seed clearing 4 on neps reaches 21%. The ginning process has the greatest influence on the fiber quality， accounting for more than 40% of intrinsic quality damage of the whole cotton fiber processing. In particular， impurity particles （62.7%） and the number of neps （51.2%） increased significantly after ginning. It is suggested that appropriate ginning speed and number of scotching channels should be adopted so as to improve the properties of machine picked cotton.

Key words：cotton ginning process; fiber quality; impurities; neps; machine picked cotton

棉花初加工是整個棉花生產(chǎn)中的關(guān)鍵部分，加工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到紡紗質(zhì)量指標(biāo)的優(yōu)劣以及紡紗成本。尤其是機(jī)采棉初加工，由于機(jī)采棉特殊的采摘方式，雜質(zhì)含量較高，客觀上需增加清理次數(shù)。而多次的機(jī)械打擊不僅對纖維的內(nèi)在品質(zhì)損傷明顯，使纖維長度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)降低，同時增加了在紡紗過程中不易清除的棉結(jié)和帶纖維籽屑[1]。隨著皮棉清理次數(shù)的增加，條干CV值、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)以及毛羽、特數(shù)偏差、強(qiáng)力等指標(biāo)都隨之惡化，三道皮棉清理工序后紡出的紗線指標(biāo)比第一道、第二道增加更為明顯[2]，對棉纖維的原生品質(zhì)不可避免會產(chǎn)生一定程度的影響。雜質(zhì)、棉結(jié)問題是目前棉花加工中亟待解決的問題，加大清理力度后問題有所好轉(zhuǎn)，皮棉清理使雜質(zhì)面積明顯降低，雜質(zhì)粒數(shù)適當(dāng)降低，但增加了紡織廠最為頭疼的棉結(jié)粒數(shù)，棉結(jié)很難被清除，它不僅影響紗線及坯布的外觀質(zhì)量，而且影響染色效果，棉結(jié)粒數(shù)增多[3]，在染色后會形成深細(xì)點或淺細(xì)點，造成紗、織物等降級[4]。本文通過研究實際生產(chǎn)中初加工流程各個工序?qū)γ蘩w維雜質(zhì)、棉結(jié)影響程度，為成套機(jī)采棉清理加工設(shè)備的設(shè)計研發(fā)和軋花企業(yè)實際生產(chǎn)中調(diào)整工藝參數(shù)、車速等提供參考，同時特別注意機(jī)采棉以及原生品質(zhì)差的棉花品種等，逆向促使植棉戶或植棉單位注重良種種植和機(jī)采要求，重產(chǎn)量的同時更要重質(zhì)量。

1?實?驗

1.1?實驗原材料準(zhǔn)備

南、北疆各取一軋花廠，具有機(jī)采棉加工生產(chǎn)線。棉樣選擇：北疆兵團(tuán)某師某棉花軋花廠，南疆兵團(tuán)某師某團(tuán)棉花軋花廠，在同一時期采取樣品，采樣過程要求待生產(chǎn)穩(wěn)定后，安排8人差時（30 s）分別在喂花口、異性纖維清理機(jī)后、提凈式籽棉清理機(jī)后、回收式籽棉清理機(jī)后、軋花后、氣流皮清后、一道鋸齒皮清后、二級鋸齒皮清后采集樣品[5]，各采集30 kg。

1.2?軋花設(shè)備與實驗儀器

1.2.1?軋花設(shè)備及工藝流程

機(jī)采棉軋花加工主要工藝流程如下：

貨棉→重雜物分離器→異性纖維清理機(jī)→烘干塔→傾斜式籽棉清理機(jī)→提凈式籽棉清理機(jī)→烘干塔→傾斜式籽棉清理機(jī)→傾斜回收籽清機(jī)→軋花機(jī)→氣流式皮棉清理機(jī)→一道鋸齒式皮棉清理機(jī)→二道鋸齒式皮棉清理機(jī)→皮棉加濕→取樣、打包

由于棉花加工工序的全程比較長，本文為使做表、作圖簡潔明了，用簡稱代指，具體對應(yīng)如下：機(jī)采貨場棉-貨棉;機(jī)采異性纖維清理機(jī)后-三絲;機(jī)采傾斜式籽棉清理機(jī)后-籽清1，提凈式籽棉清理機(jī)后-籽清2;機(jī)采傾斜式籽棉清理機(jī)后-籽清3，傾斜回收籽清機(jī)后-籽清4;機(jī)采軋花后-軋花;機(jī)采氣流皮清后-氣皮;機(jī)采一道鋸齒皮清后-鋸皮1;機(jī)采二道鋸齒皮清后-鋸皮2。

注：由于取樣困難，本試驗只取籽清2與籽清4。

1.2.2?實驗儀器

棉纖維性能檢測設(shè)備為新疆維吾爾自治區(qū)纖維檢驗局試驗中心USTER HVI-1000C、USTERAFIS。

1.3?測?試

針對取回的試樣處理，首先對其中較大的雜質(zhì)（棉殼、棉葉、滴灌帶、棉桿等）進(jìn)行人為去除，避免大雜質(zhì)對檢驗設(shè)備的損傷，但試驗結(jié)果仍具有代表性;其次將分好組的30個試樣在實驗室的平衡間放置48 h;最后為降低實驗誤差，將平衡間的30組試樣分別在HVI上測試10次，求其平均值，得出30個數(shù)據(jù)，對測試出的結(jié)果進(jìn)行分析對比，同時選取樣品進(jìn)行AFIS棉結(jié)指標(biāo)檢測。

說明：此處的主要分析的是細(xì)小雜質(zhì)，因為為方便HVI測試，一些棉殼、棉梗等大雜質(zhì)已經(jīng)被人工去除。

2?結(jié)果與討論

2.1?實驗結(jié)果

用HVI檢測初加工后棉花雜質(zhì)情況，結(jié)果見下表1，用AFIS檢測棉結(jié)數(shù)情況，結(jié)果見下表2。

2.2?結(jié)果分析

2.2.1?各工序后棉花雜質(zhì)面積及雜質(zhì)顆粒數(shù)

圖1、圖2是根據(jù)表1繪制的雜質(zhì)面積及雜質(zhì)顆粒數(shù)目比較直方圖。從數(shù)據(jù)來看，隨著處理工序的進(jìn)行，雜質(zhì)指標(biāo)都在明顯下降，極少出現(xiàn)后道工序的葉雜指標(biāo)較前道工序葉雜含量高的測試結(jié)果，故采用平均值和變異CV值來分析葉雜指標(biāo)。從圖1與表1中可以看出籽清前葉屑等級為6，籽清和軋花階段葉屑等級為5，三道皮清，每經(jīng)過一道皮清，葉屑等級提高一級，隨著加工工序的進(jìn)行含雜面積逐漸下降，下降幅度較高的3個工序分別是籽清2、軋花、皮清1，尤為明顯的是籽清2的含雜面積比三絲工序減少了0.89%，可能是因為籽清2工序?qū)⒚藁▋?nèi)的大雜質(zhì)變?yōu)樾‰s質(zhì)。每百克雜質(zhì)顆粒數(shù)目從貨棉到籽清4呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，其中籽清2工序后雜質(zhì)顆粒數(shù)目下降最多，三絲工序也有一定的除雜作用，說明重雜物分離也除去了部分雜質(zhì);軋花后雜質(zhì)顆粒數(shù)目有較大幅度上升，逼近原雜質(zhì)顆粒含量，主要是鋸齒加工產(chǎn)生了較多的籽屑，同時一些大的雜質(zhì)經(jīng)鋸齒打擊分解為細(xì)小雜質(zhì)，綜合作用使軋花后每百克雜質(zhì)顆粒數(shù)目大幅上升。氣皮除去少量雜質(zhì)顆粒，鋸皮1加工除雜作用較大，降雜比例較高，雜質(zhì)顆粒數(shù)比皮清工序減少了47粒/100 g，然后鋸皮2進(jìn)一步小幅降雜。從其變異CV指標(biāo)來看，雜質(zhì)含量離散性比較大，但每道工序雜質(zhì)含量有明顯區(qū)別。

圖3是根據(jù)表2繪制的各工序棉結(jié)數(shù)，從貨棉到鋸皮2工序，整體棉結(jié)數(shù)呈增加趨勢，尤其經(jīng)過軋花工序后，棉結(jié)數(shù)比籽清4增加了64粒/g，可能是由于軋花工序大幅增加了纖維勾結(jié)、纏繞、揉搓棉結(jié)的數(shù)量。而從貨棉到三絲工序棉結(jié)數(shù)減少了14粒/g，可能是由于重雜物分離出部分雜質(zhì)的同時也帶走了一定量的棉結(jié)，還有可能是由于假性棉結(jié)減少造成的結(jié)果，這也是我們需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

2.2.2?機(jī)采加工主要工序?qū)γ藁s質(zhì)及棉結(jié)絕對變化百分比影響分析

從上表3可以看出對雜質(zhì)及棉結(jié)影響比較大的3個工序分別是軋花、籽清2、皮清1，從整體上看軋花工序?qū)Χ囗椕藁s質(zhì)及棉結(jié)指標(biāo)影響較大，其次是籽棉預(yù)處理工序、皮棉清理，籽清2工序?qū)w維雜質(zhì)粒數(shù)、棉結(jié)的影響百分比基本上在19%左右，而對雜質(zhì)面積影響為30%，說明籽清2工序?qū)Υ箅s質(zhì)有很好的清理作用。需要注意到籽清4工序?qū)γ藁ㄆ焚|(zhì)指標(biāo)絕對變化百分率的影響百分比達(dá)到了21%，說明籽清4是影響棉結(jié)生成的重要因素。而對其它棉花品質(zhì)指標(biāo)的影響基本處在9%作用，為籽清2作用強(qiáng)度的一半。

軋花工序完成了棉纖維和棉籽的分離工作[6]，軋花前自帶的清理裝置對棉花品質(zhì)指標(biāo)的影響也不能忽視，另外從表3中可以看到軋花對雜質(zhì)面積影響較小，但是雜質(zhì)顆粒數(shù)反而增加，可能是由于棉纖維和棉籽分離過程中，纖維和籽皮的粘結(jié)附著力較大，鋸齒勾拉纖維時把籽皮給拉了下來，加上棉籽和肋條撞擊，部分棉籽、不孕籽被打碎，造成了雜質(zhì)顆粒數(shù)目增加、雜質(zhì)面積下降幅度不高的情況。在初加工的各階段棉結(jié)總數(shù)均呈增加趨勢，其中軋花加工使棉結(jié)明顯增多[7]，軋花工序?qū)γ藿Y(jié)作用影響達(dá)到42%，可能是因為在軋花前的清理、軋花中的鋸齒勾拉，纖維不斷受到軸向和徑向應(yīng)力的作用產(chǎn)生應(yīng)變，部分纖維出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，致使自身抗彎剛度和強(qiáng)度下降，產(chǎn)生彎曲變形，進(jìn)一步相互扭結(jié)成棉結(jié)增多;一道鋸皮對雜質(zhì)顆粒數(shù)、雜質(zhì)面積影響更加顯著，這可能與鋸齒皮清機(jī)的作用特點有關(guān)，鋸齒皮清以握持打擊清理為主，比自由打擊作用強(qiáng)烈;二道皮清相對其它品質(zhì)指標(biāo)，作用比較大的是棉結(jié)數(shù)、雜質(zhì)顆粒數(shù)，說明鋸齒皮清去雜質(zhì)顆粒效果較好，但同時增加了后道紡紗中很難去除的纖維棉結(jié)。

2.2.3?機(jī)采加工主要工序?qū)﹄s質(zhì)、棉結(jié)變化相對百分比影響分析

棉結(jié)它具有不易分開、被扯開后纖維易被扯斷的特點，Peters[8]研究指出纖維棉結(jié)和紡紗棉結(jié)的相關(guān)系數(shù)是0.46，因此可以說原棉纖維中的棉結(jié)含量對于成紗質(zhì)量有很大影響。從表2中可以看到貨棉棉結(jié)較三絲后、籽清2后每克纖維棉結(jié)多，分析以為原棉在收獲、運(yùn)輸堆放過程中發(fā)生纖維糾纏，產(chǎn)生棉結(jié)，主要分為兩部分一種是真性棉結(jié)，一種為假性棉結(jié)，假性棉結(jié)雖然纖維打結(jié)構(gòu)成節(jié)點，但打結(jié)比較松弛，在通過喂花機(jī)喂棉，經(jīng)氣流吹拂輸送、三絲機(jī)滾釘開松過程中，假性棉結(jié)打開，棉結(jié)數(shù)量不升反降。

從表4對比中可以看到，各工序除雜效率基本上和纖維內(nèi)在品質(zhì)棉結(jié)增加成正相關(guān)對應(yīng)關(guān)系，但也有個別工序?qū)ζ渲袉我恢笜?biāo)有特別的作用，如軋花工序作用一般都是最高峰值，雜質(zhì)顆粒數(shù)增加最為突出，達(dá)到了62.7%，而在鋸皮1工序中減少最多（52.8%）。但是對于雜質(zhì)面積及雜質(zhì)顆粒數(shù)等指標(biāo)，顯然鋸齒皮清有更高的去雜效果，籽清4對棉花品質(zhì)多項指標(biāo)影響較籽清2小，但對纖維棉結(jié)增長作用比較大。

Alon等[9]敘述的與棉結(jié)數(shù)相關(guān)的參數(shù)關(guān)系公式。

式中：N為棉結(jié)數(shù)，粒/g;F為纖維應(yīng)力，N;E為彈性模量，N/cm2;I為纖維橫截面積的轉(zhuǎn)動慣量，g/cm4;L為纖維長度，cm。

纖維橫截面積的轉(zhuǎn)動慣量很小、差別不大，因此從上邊關(guān)系模型來看，影響纖維棉結(jié)成因的微觀因素主要有3個，棉結(jié)數(shù)與纖維所受的應(yīng)力、纖維長度成正比，與纖維的彈性模量成反比。因此在棉花加工過程中，應(yīng)注意機(jī)械打手等設(shè)備對棉花纖維的打擊力度，進(jìn)而減輕機(jī)械設(shè)備對纖維品質(zhì)損傷，減少棉結(jié)數(shù)。

纖維棉結(jié)形成的主要原因是纖維間的搓轉(zhuǎn)和擦轉(zhuǎn)[10]，本文從具體棉結(jié)影響程度、分析棉結(jié)初加工產(chǎn)生原因角度出發(fā)進(jìn)一步介紹棉結(jié)。

纖維棉結(jié)上升幅度比較大的4個工序分別是軋花、籽清4、鋸皮1、鋸皮2，經(jīng)軋花工序后每克棉花纖維棉結(jié)增加64粒/g，增幅非常高，達(dá)到51.2%，因此可以說軋花是棉結(jié)產(chǎn)生的主要原因，分析以為纖維經(jīng)清花喂花裝置中與排雜網(wǎng)摩擦，鋼絲刷刷附、隔條柵沖擊、毛刷輥高速刷棉，在經(jīng)過鋸齒反復(fù)勾拉和毛刷梳理中，纖維之間、纖維自身產(chǎn)生纏結(jié)。經(jīng)籽清4工序，纖維棉結(jié)增加31粒/g，上升幅度為33%，分析以為前三道工序中假性棉結(jié)很大部分被消除，傾斜式籽棉清理機(jī)和回收式籽棉清理機(jī)具有刺釘作用，纖維之間反復(fù)摩擦。經(jīng)兩道鋸皮工序處理后每克棉花纖維棉結(jié)增加數(shù)分別為28、20粒/g，增幅較大，而且據(jù)有關(guān)資料顯示鋸齒皮清產(chǎn)生的棉結(jié)，在后道加工中幾乎是無法清理掉的，分析以為棉花集團(tuán)在握持時被鋸齒反復(fù)梳理，作用在每根纖維上的強(qiáng)度較大，纖維平行順直度差，部分纖維被拉斷，部分纖維體相互勾結(jié)纏繞導(dǎo)致纖維間的死結(jié)。

3?結(jié)?論

a）隨初加工的各工序進(jìn)行，雜質(zhì)面積、雜質(zhì)顆粒數(shù)均呈下降趨勢，整體來看對棉花品質(zhì)指標(biāo)影響比較大的3個工序分別是軋花、籽清2、鋸皮1。對于雜質(zhì)面積影響最為明顯的是籽清2，相比三絲工序減少了0.89%，鋸齒皮清有更高的除雜效果，雜質(zhì)顆粒數(shù)比皮清工序減少了47粒/100 g;而棉結(jié)增加量最多的工序是軋花工序，棉結(jié)數(shù)比籽清4增加了64粒/g。

b）籽清2工序?qū)Υ箅s有很好的清理作用，籽清?4工序是棉結(jié)生成的重要因素，對棉結(jié)的影響百分比達(dá)到了21%。

c）從棉花初加工各工序?qū)γ蘩w維品質(zhì)指標(biāo)影響值來看，影響程度最大的是軋花工序，占到整個加工中棉纖維內(nèi)在品質(zhì)損傷的40%以上，尤其是軋花后雜質(zhì)顆粒（62.7%）、棉結(jié)數(shù)（51.2%）增幅度較大，應(yīng)予以特別關(guān)注。

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