小濕返成筒干燥裝置及工藝研究

趙蘭 江文斌 黃思思 周雨

摘 要：為縮短絲、綢生產(chǎn)工藝流程、減少勞動(dòng)使用，采用小濕返成筒干燥新工藝，使小絲片經(jīng)浸泡后直接成筒，省去復(fù)搖整理、拆包、絞絲浸泡晾絲等工序。在此過程中干燥技術(shù)是關(guān)鍵所在，以紅外燈管為加熱源，設(shè)計(jì)一種小濕返成筒干燥裝置，通過探究小濕返成筒干燥工藝，并在干燥工藝條件下制備后續(xù)性能測(cè)試用絲，與傳統(tǒng)工藝所制常規(guī)絲進(jìn)行性能對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證紅外加熱技術(shù)在小濕返成筒方面的可行性。結(jié)果表明：在實(shí)驗(yàn)條件下，紅外加熱技術(shù)可應(yīng)用于小濕返成筒干燥，其對(duì)生絲的性能影響極小。

關(guān)鍵詞：濕返成筒;小成筒裝置;紅外加熱技術(shù);干燥工藝;性能測(cè)試

中圖分類號(hào)：TS195.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2020）05-0077-07

Research on the Drying Device and Process of Wet Cone Windingof Re-reeling Machine on Small Reels

ZHAO Lana， JIANG Wenbina，b， HUANG Sisia， ZHOU Yua

（a.International Institute of Silk， College of Materials and Textiles;

b.National and Local Joint Engineering Laboratory for Textile Fiber Materials and

Processing Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：In order to shorten the production process of silk and weave and reduce labour use， a new process of drying and winding silk slices on small reels is adopted， so that silk slices on small reels are directly immersed into a cylinder， which omits the processes of re-reeling， unpackaging， silk winding， soaking and drying. Drying technology is the key in this process. The infrared tube was used as a heating source to design a drying device of wet cone winding of re-reeling machine on small reels. The drying process of wet cone winding of re-reeling machine on small reels was investigated， and the silk for subsequent performance testing under the drying process conditions was prepared. This silk was compared with the conventional silk made by the traditional process to further verify the feasibility of the infrared heating technology in the wet cone winding of re-reeling on small reels. The results show that under the experimental conditions， the infrared heating technology can be applied in the drying of wet cone winding of re-reeling on small reels， which has little effect on the performance of raw silk.

Key words：wet cone winding of re-reeling machine; cone winding device on small reels; infrared heating technology; drying process; performance testing

繭絲綢行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)[1]，原料的季節(jié)性強(qiáng)，加上該行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，投入多產(chǎn)出少。面對(duì)這些問題，絲、綢一體的企業(yè)渴望尋求智能化、自動(dòng)化的生產(chǎn)工藝，通過減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、減少勞動(dòng)力使用，來減少企業(yè)投入，緩解企業(yè)壓力。以往絲、綢加工分別歸屬于絲廠和綢廠，互相之間獨(dú)立，以絞裝絲形式進(jìn)行交易和運(yùn)輸[2]，在綢廠，將白廠絲拆包、浸泡、晾絲[3]等工序后進(jìn)行絡(luò)、并、捻等工序，使絞裝絲變成滿足織造要求的筒裝絲。工藝繁瑣復(fù)雜、重復(fù)勞動(dòng)較多、生產(chǎn)效率低。目前急需通過縮短絲、綢加工工藝流程，減少用工、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)減少因各工序操作而引起的生絲損傷以及原料損耗。因此本研究采用小濕返成筒干燥新工藝，使小經(jīng)浸泡后直接成筒，省去復(fù)搖整理、拆包、絞絲浸泡晾絲等工序。小濕返成筒過程中的干燥問題直接影響到筒裝生絲的質(zhì)量和后道生產(chǎn)，采用合適的干燥技術(shù)是小濕返成筒的關(guān)鍵所在。紅外加熱技術(shù)[4]是利用紅外輻射元件發(fā)出的紅外線被物料吸收直接轉(zhuǎn)變成熱能而達(dá)到加熱干燥目的的一種方法，國(guó)內(nèi)已在很多行業(yè)逐步采用了這一新技術(shù)[5-7]。目前紅外加熱技術(shù)在繅絲、復(fù)搖等工序中的應(yīng)用已取得可觀的成績(jī)，相關(guān)研究人員對(duì)紅外加熱技術(shù)在制絲工藝上進(jìn)行了可行性研究。張孟麗等[4]、馬成龍等[8]探究了紅外加熱輻射時(shí)間對(duì)生絲性能的影響和大紅外繅絲技術(shù)，表明紅外加熱技術(shù)可用于繅絲生產(chǎn)。Wang等[9]利用紅外加熱技術(shù)對(duì)復(fù)搖工序中的絲片干燥進(jìn)行了研究，并在企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

1 小濕返成筒干燥裝置的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的絡(luò)絲工藝為白廠絲經(jīng)過浸泡、晾曬[10]后，將絞裝、筒裝的絲按照下道工序的要求，再卷繞成無邊或有邊筒子，并通過清糙裝置，除去絲條上的颣節(jié)、糙塊等疵點(diǎn)。以往的生絲生產(chǎn)是將小經(jīng)復(fù)搖卷繞到大上，再經(jīng)整理、打包成件變成白廠絲。小退繞過程中，由于絲膠的黏連導(dǎo)致復(fù)搖時(shí)斷頭增多，需對(duì)小進(jìn)行真空給濕處理。本研究的目的是將小卷繞到無邊筒子上，對(duì)小進(jìn)行模擬真空浸泡，使小退解順利，隨后干燥卷繞在無邊筒子上，傳統(tǒng)的絡(luò)絲機(jī)只能卷繞絞裝或筒裝形式的絲，不能滿足小濕返成筒干燥，因此本研究在精密絡(luò)筒機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種小濕返成筒干燥裝置。

1.1 儀器與材料

精密絡(luò)筒機(jī)、溫度控制儀、溫度傳感器、燈罩、紅外燈管、絲道加熱器、保溫箱體等。

1.2 干燥裝置

1.2.1 干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，為使小在濕返成筒時(shí)能夠充分干燥，小濕返成筒干燥裝置由絲片卷繞干燥系統(tǒng)和絲道干燥系統(tǒng)兩部分組成，絲片卷繞干燥系統(tǒng)主要由絲片紅外燈管2、絲片溫度傳感器5、絲片溫度控制儀7組成。絲片紅外燈管2安裝方向與無邊筒子平行，在兩者之間設(shè)有檢測(cè)紅外加熱溫度的絲片溫度傳感器5，絲片溫度傳感器5與溫度控制儀7連接，溫度控制儀7根據(jù)絲片溫度傳感器5檢測(cè)到的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度比較，通過PID調(diào)節(jié)控制絲片紅外燈管2工作狀態(tài)，干燥成筒后絲片。絲道干燥系統(tǒng)主要由絲道紅外燈管10、絲道溫度控制儀16、絲道溫度傳感器13、保溫箱體15組成，絲道紅外燈管10與絲條經(jīng)過絲條加熱通道平行。在絲道紅外燈管10與絲條加熱通道中的絲條之間設(shè)有絲道溫度傳感器13，絲道溫度傳感器13與絲道溫度控制儀16連接，絲道溫度控制儀16根據(jù)絲道溫度傳感器13檢測(cè)到的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度比較，通過PID調(diào)節(jié)控制絲道紅外燈管10工作狀態(tài)，以干燥絲條。

1.2.2 保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，保溫裝置由左支架8、右支架12通過連接板4、后罩板17、上罩板6連接，在機(jī)器的正面，上擋板1通過固定鉸鏈3與上罩板6連接，可以繞固定鉸鏈3上翻，下?lián)醢?4掛在上罩板6的下邊沿，絲條在絡(luò)筒卷繞時(shí)處于由絲道加熱器11、下?lián)醢?4、上擋板1、上罩板6、后罩板17組成的加熱空間，具有更好的加熱效果。實(shí)際使用時(shí)，當(dāng)發(fā)生斷頭需要處理時(shí)，可以取下下?lián)醢?4，并把上擋板1繞固定鉸鏈3轉(zhuǎn)動(dòng)上翻靠在上罩板6上，上罩板6正面角度小于85°，可以保持上擋板1不會(huì)自由倒落。為了便于觀察無邊筒子及絲片紅外燈管2的工作狀態(tài)，上擋板1上設(shè)有透明板9，以便觀察機(jī)器運(yùn)行狀況，并及時(shí)處理故障。

1.3 干燥裝置的使用方法

如圖1（a）所示，小經(jīng)模擬真空浸泡給濕后，從小上退繞出來的絲條，通過導(dǎo)絲鉤，經(jīng)過絲道加熱器、斷頭感應(yīng)器、張力器后，再繞到導(dǎo)絲器上，卷繞到絡(luò)筒機(jī)的無邊筒子上，每個(gè)無邊筒子對(duì)應(yīng)一個(gè)小。圖2是改造前的精密絡(luò)筒機(jī)，圖3為改造后小濕返成筒干燥裝置。

2 小濕返成筒干燥工藝的研究

2.1 試樣制備

每次取一定量的繭，剝?nèi)バQ繭外層較松散的繭衣，放入繭籠內(nèi)進(jìn)行真空滲透，隨后取出煮繭，在繅絲試樣機(jī)上繅制規(guī)格22.2/24.4 dtex（20/22 D）的樣絲備用。繅絲所得小經(jīng)過真空浸泡后在小濕返成筒干燥裝置上進(jìn)行干燥。具體流程為：繅絲→小真空給濕→小濕返成筒干燥。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將繅制好的小真空給濕后放置10 min，在小濕返成筒干燥裝置上進(jìn)行干燥絡(luò)筒。在卷繞干燥系統(tǒng)上分別安裝相同功率的鍍金加熱管、透明石英管、乳白石英管3種紅外燈管，并在這3種燈管類型下制備樣絲，每種紅外燈管類型下采用3個(gè)紅外燈管位置（即絲片距絲片紅外燈管的距離）：13、15、17 cm，每個(gè)位置設(shè)定溫度分別為40、45、50、55 ℃。絲道干燥系統(tǒng)的紅外燈管采用碳纖維管制備樣絲，選取16.5、22 cm共2個(gè)紅外燈管位置（即絲條距絲道紅外燈管的距離），每個(gè)位置下選取40、45、50、55 ℃共4個(gè)紅外干燥溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇回潮率11%～13%的最優(yōu)干燥工藝制備后續(xù)性能測(cè)試用的紅外干燥絲，并與經(jīng)過復(fù)搖整理、絞絲浸泡、絡(luò)絲后的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的常規(guī)絲進(jìn)行性能對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證紅外干燥技術(shù)在小濕返成筒方面的可行性。

2.3 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 絲片回潮率測(cè)試

依據(jù)GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定烘箱干燥法》，將經(jīng)過小濕返成筒干燥裝置紅外干燥后的絲片取下稱重記為濕重，在烘箱140 ℃的條件下烘至恒重后稱重，記為干重，回潮率計(jì)算如式（1）所示。

W/%=G1-G2G2×100（1）

式中：W為回潮率，%;G1為濕重，g;G2為干重，g。

2.3.2 力學(xué)性能測(cè)試

將符合生產(chǎn)要求的樣絲在恒溫恒濕室平衡12 h以上，恒溫恒濕室條件為：溫度（20±2） ℃，濕度60%±5%，在XL-2型紗線強(qiáng)伸力儀上進(jìn)行斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試。測(cè)試條件：拉伸速度500 mm/min，拉伸隔距500 mm，預(yù)加張力（0.05±0.01） cN/dtex，每組測(cè)試50個(gè)試樣，取平均值。

2.3.3 生絲抱合性能測(cè)試

將樣絲在恒溫恒濕室平衡12 h以上，恒溫恒濕室條件為：溫度（20±2） ℃，濕度60%±5%，采用Y731D抱合機(jī)，按照GB/T 1798—2008《生絲試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生絲的抱合性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3.4 生絲表面形態(tài)

剪去一段蠶絲纖維用導(dǎo)電膠貼在樣品臺(tái)上，進(jìn)行鍍金導(dǎo)電處理。利用ULTRA5型掃描電子顯微鏡在2 kV電壓，500倍放大倍數(shù)下，觀察試樣的截面，并進(jìn)行拍照保存。

3 結(jié)果與討論

3.1 紅外燈管類型、干燥溫度與燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響

3.1.1 紅外燈管類型對(duì)絲片回潮率的影響

紅外燈管類型對(duì)絲片回潮率的影響如表1所示。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，乳白石英管和透明石英管最高升溫能達(dá)到55 ℃，因此在卷繞干燥系統(tǒng)中的絲片紅外燈管溫度達(dá)到透明石英管和乳白石英管所能達(dá)到的極限值55 ℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從表1中可以看出，絲片回潮率均是隨著絲道紅外燈管溫度的升高而降低。當(dāng)絲道紅外燈管溫度升至55 ℃時(shí)，在乳白石英管條件下，絲片回潮率為13.40%，在透明石英管條件下，絲片回潮率為14.40%，均達(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)需求，而在鍍金加熱管條件下，絲道紅外燈管溫度升至40 ℃時(shí)的絲片回潮率為10.76%，已滿足生產(chǎn)要求，若絲道紅外燈管溫度繼續(xù)升高，車廂溫度將高達(dá)50 ℃，高溫環(huán)境對(duì)實(shí)際生產(chǎn)不利。因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際生產(chǎn)考慮，采用鍍金加熱管進(jìn)行紅外干燥。

3.1.2 紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響

在鍍金加熱管條件下進(jìn)行紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率影響的實(shí)驗(yàn)。圖4為絲片紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響。固定絲片紅外燈管溫度為55 ℃，絲道紅外燈管距絲條22 cm，通過改變絲片紅外燈管到絲片的位置，觀察絲片紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響。如圖4所示，當(dāng)絲道紅外燈管溫度改變時(shí)，絲片回潮率隨之改變，絲片回潮率隨絲道紅外燈管溫度的升高而降低。絲片紅外燈管距絲片17 cm時(shí)，絲道紅外燈管溫度升至55 ℃時(shí)，絲片回潮率為15.04%，滿足不了生產(chǎn)的需要，因此絲片紅外燈管距絲片17 cm的位置不適合。絲片紅外燈管距絲片13、15 cm時(shí)，絲片回潮率均在12%以下，但絲片紅外燈管距絲片13 cm時(shí)，由于距離絲片過近，絲片周圍溫度過高，操作工操作不方便。考慮實(shí)際生產(chǎn)需要，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，絲片紅外燈管距絲片15 cm為最佳絲片紅外燈管位置。

圖5為絲道紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響，固定絲道紅外燈管溫度40 ℃，絲片紅外燈管距絲片15 cm，通過改變絲道紅外燈管到絲條的位置，觀察絲道紅外燈管位置對(duì)絲片回潮率的影響。如圖5所示，絲片回潮率隨絲片紅外燈管溫度的升高而下降，改變絲道紅外燈管的距離，絲片回潮率變化不明顯，絲道紅外燈管距絲條16.5 cm時(shí)的絲片回潮率稍大于絲道紅外燈管距絲條22 cm，綜合生產(chǎn)實(shí)際情況，絲道紅外燈管距絲條16.5、22 cm均可以。

3.1.3 紅外燈管溫度對(duì)絲片回潮率的影響

在鍍金加熱管的條件下進(jìn)行紅外輻射溫度對(duì)回潮率的影響實(shí)驗(yàn)，綜合3.1.1和3.1.2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在采用鍍金加熱管，絲片紅外燈管距絲片15 cm，絲道紅外燈管距絲條22 cm的條件下，進(jìn)行最佳紅外燈管溫度實(shí)驗(yàn)。圖6是改變絲片紅外燈管溫度，回潮率的變化規(guī)律。如圖6所示，絲片回潮率隨著絲片紅外燈管溫度的增加而降低，絲片紅外燈管溫度在55 ℃時(shí)回潮率在11%～13%之間，而絲片紅外燈管溫度在55 ℃以下時(shí)，絲片回潮率均大于13 %，與生產(chǎn)要求相悖。因此絲片紅外燈管溫度在55 ℃時(shí)能夠達(dá)到干燥要求，且此時(shí)的車廂溫度在40 ℃左右，對(duì)機(jī)械損害小。若繼續(xù)升高絲片紅外燈管溫度，車廂溫度將高達(dá)50 ℃，車廂溫度過高對(duì)機(jī)械內(nèi)部零件損耗大，機(jī)械使用壽命縮短，生產(chǎn)成本將大大增加，因此絲片紅外燈管溫度最佳為55 ℃。

從圖6中可以看出，改變絲道紅外燈管溫度，絲片回潮率變化不大，但絲片回潮率整體呈隨絲道紅外燈管溫度的升高而下降的趨勢(shì)。當(dāng)絲片紅外燈管溫度在55 ℃時(shí)，絲道紅外燈管溫度均能達(dá)到回潮率要求。為保證整個(gè)車廂環(huán)境處于較低的溫度，絲道紅外燈管溫度選擇40 ℃左右。

綜合章節(jié)3.1.1-3.1.3可知，最佳的紅外干燥工藝為：紅外燈管選擇鍍金加熱管，絲片紅外燈管距絲片15 cm，絲道紅外燈管距絲條22 cm或16.5 cm，絲片紅外燈管溫度55 ℃，絲道紅外燈管溫度40 ℃左右。

3.2 紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲力學(xué)性能、抱合以及表面形態(tài)的影響

由3.1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，回潮率在11%～13%的試樣絲實(shí)驗(yàn)參數(shù)主要由表2所示。

3.2.1 紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲力學(xué)性能的影響

生絲是由若干根繭絲依靠絲膠膠著形成的集合體[11]，每根繭絲又由絲素和絲膠組成，當(dāng)受到外力拉伸時(shí)，繭絲受到剪切力的作用，當(dāng)絲膠之間的膠著強(qiáng)度小于剪切力時(shí)，便會(huì)發(fā)生斷裂。表3是經(jīng)復(fù)搖整理、絞絲浸泡、絡(luò)絲等工序的傳統(tǒng)工藝流程制得的常規(guī)絲與小濕返成筒干燥所制的絲的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率對(duì)比，由表3可知，經(jīng)過紅外干燥的絲斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率所差不大，說明紅外溫度在40、45、50、55 ℃，距絲片15 cm，距絲條16.5、22 cm的條件下，濕返成筒所得絲的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率基本不受紅外干燥溫度及距離的影響。與常規(guī)絲對(duì)比，試樣絲與常規(guī)絲的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率沒有發(fā)生明顯變化，因此經(jīng)過小濕返成筒干燥后的試樣絲與常規(guī)絲差別不大，說明紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲的力學(xué)性能影響不大。

3.2.2 紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲抱合性能的影響

抱合是考核生絲內(nèi)繭絲與繭絲間黏附能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，生絲在浸泡時(shí)溶解了一部分絲膠，使得生絲之間互相膠著的面積減小，因而抱合次數(shù)下降、抱合力值低，織綢時(shí)容易起毛、絲條紕裂、斷頭等外觀疵[12-14]。圖7為紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲抱合性能的

影響，從圖7中可以看出，經(jīng)復(fù)搖整理、絞絲浸泡、絡(luò)絲等工序的傳統(tǒng)工藝流程制得的常規(guī)絲抱合為87次，經(jīng)紅外干燥技術(shù)所得的樣絲其抱合次數(shù)與常規(guī)絲相差不多，抱合次數(shù)在86～88次之內(nèi)。由此可知小濕返成筒干燥對(duì)生絲的抱合基本沒有影響，說明本實(shí)驗(yàn)條件下的工藝條件對(duì)生絲抱合的影響可忽略不計(jì)。

3.2.3 紅外干燥技術(shù)對(duì)生絲表面微觀形態(tài)的影響

圖8為經(jīng)復(fù)搖整理、絞絲浸泡、絡(luò)絲等工序的傳統(tǒng)工藝流程制得的常規(guī)絲與試樣絲的表面微觀形態(tài)對(duì)比，通過觀察常規(guī)絲與試樣絲的表面微觀形態(tài)，其形態(tài)基本相同，縱向排列整齊，纖維縱面有凹凸不平的溝槽，繭絲間間隙相差不大，原纖束排列規(guī)則并由絲膠黏著在一起，沒有明顯的區(qū)別和差異。

4 結(jié) 論

設(shè)計(jì)了一種小濕返成筒干燥裝置，利用該裝置進(jìn)行小濕返成筒干燥，研究小濕返成筒干燥工藝，并將滿足回潮率要求的最優(yōu)干燥工藝進(jìn)行留樣，與經(jīng)復(fù)搖整理、絞絲浸泡、絡(luò)絲等工序的傳統(tǒng)工藝流程制得的常規(guī)絲進(jìn)行性能對(duì)比，得到如下結(jié)論：

a）小濕返成筒干燥裝置用于濕小干燥成筒，省去復(fù)搖整理、打包成件、絞絲浸泡、晾曬等工序，縮短了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。

b）在本文的實(shí)驗(yàn)條件下，最優(yōu)的小濕返成筒干燥工藝為：紅外燈管選擇鍍金加熱管，絲片紅外燈管距絲片15 cm，絲道紅外燈管距絲條22 cm或16.5 cm，絲片紅外燈管溫度55 ℃，絲道紅外燈管溫度40 ℃左右。

c）小濕返成筒干燥工藝所得絲其斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、抱合、表面微觀形態(tài)均與傳統(tǒng)工藝所制絲相差不大，因此本文最優(yōu)干燥工藝對(duì)絲纖維性能影響不大，證明紅外加熱技術(shù)可應(yīng)用在小濕返成筒干燥。

致謝：本文在寫作過程中，廣西靖西鑫晟繭絲綢科技有限公司提供了實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備以及場(chǎng)地，并提出建議，作者在此表示衷心感謝。

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