棉短絨在大棚保溫中的應用及專用生產線的初步研究

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

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棉短絨在大棚保溫中的應用及專用生產線的初步研究

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

大棚種植（養殖）技術廣泛應用于我國北方，是主要的農業生產手段。我國的大棚種植面積長久以來一直占據世界第一的地位。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。冬季地溫較低，特別是遇上極寒天氣，會直接降低棚內的溫度，影響蔬菜的生長，甚至發生蔬菜被凍傷、凍死的事故。利用保溫措施有效地管理棚室溫度，是大棚生產的關鍵。其中大棚結構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，而在使用中發現，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；棉被則不會產生這樣的問題，并且棉被在鋪放、收卷時較節省人力。

二、棉短絨應用于大棚保溫領域的探索

雖然用棉被為大棚保溫的效果明顯優于草簾保溫，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，造成了棉被保溫無法在實際應用中推廣的局面。

棉短絨是軋花企業最主要的副產品之一，由于其價格一直低迷，很多軋花企業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，解決棉短絨加工產業虧損狀況，必須調整下游產業結構，拓寬棉短絨產品的應用范圍，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，運用非織造布技術中的氣流成網、針刺、貼膜、熱軋等復合技術制作大棚保溫材料，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于傳統的棉絮被，成本的降低有利于推廣。

三、應用非織造布技術制造以棉短絨為主要材料大棚保溫被的探討

現代非織造布技術飛速發展，筆者經過研究認為，利用已有的非織造布技術與設備，經設計、改造、重新排布生產工藝與流程，能較容易地設計出大棚保溫被生產線。

非織造布工藝完全不同于傳統的紡織過程，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線上直接實現從纖維到成布的連續加工過程。非織造布介于傳統紡織品、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，非織造布生產工藝的多樣性，必然產生出非織造產品在性能、外觀、結構等方面的多樣性，因此，可根據非織造終端成品的用途來設計材料的性能，進而選擇確定相應的非織造布工藝技術和原料。

在非織造布技術中，最關鍵的是成網技術和加固技術，對于纖維長度較短的棉短絨重要的成網手段是氣流成網，成網后再繼續深加工。成網前的短絨配比、添加劑的種類、生產線參數等不同條件，可產生不同性狀的網，不同性狀的網經過后續不同工藝設備的加工，能衍生出豐富多樣的大棚保溫產品。

（一）氣流成網生產線簡介

1.由產品決定的氣流成網生產線的工藝配置探討舉例。

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

圖1　棉短絨清理生產線

應用非織造布技術中的氣流成網技術加工棉短絨，要靠多種設備按一定的工藝流程進行有機的配置，根據所要產品的性質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、生產線參數的不同也可生產出各式各樣的產品。在氣流成網工藝流程配置中，各個設備按功能有機地組合，一般要完成：抓棉→預開松→清棉→稱重喂棉（多種原料配比）→開、混棉→喂棉→氣流成網→牽伸的工序。

圖2　棉短絨氣流成網生產線

如圖2，在氣流成網生產線中，纖維經過開松、除雜、配棉、混和后喂入氣流成網機的主梳理機構，纖維得到進一步的梳理后呈單纖維狀態，在錫林高速回轉產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簾（或塵籠）上，形成纖維三維雜亂排列的纖網，最終產品基本呈各向同性。氣流成網通常要求纖維長度不大于80 mm，纖維過長會破壞纖網外觀和均勻度。氣流成網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，在國內還沒有以棉短絨為主要原料的氣流成網生產線的例子。借鑒非織造布行業，可組成氣流成網生產線設備，市場上有能套用的成熟設備，也有許多設備需根據最終產品及棉短絨的特點進行改造或重新設計。

2.幾種適應棉短絨加工的氣流成網機簡介。

在利用氣流成網技術加工棉短絨的工藝中，最重要的核心設備是氣流成網機。目前氣流成網機成網主要的幾種方式是：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）、封閉循環式（離心力+上吹下吸）、壓吸結合式（離心力+上吹下吸）。氣流成網機的類型較多，目前較常用的是壓吸結合式和封閉循環式氣流成網機，筆者選擇適用于棉短絨加工的氣流成網機做簡介。

（1）壓吸結合式（離心力+上吹下吸）氣流成網機。

圖3　壓吸結合式氣流成網機（離心力+上吹下吸）原理圖

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

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

纖維層經出網簾2喂入氣流成網機。在喂棉羅拉3與喂給簾4的喂給下經握持喂給棉羅拉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，在高速回轉錫林7產生的離心力和上方橫流風機8產生的高速氣流的作用下，短絨纖維從錫林7齒尖脫落，并隨氣流經輸棉風道9落下。抽吸箱11接有負壓風機，產生負壓使纖維凝聚在成網簾12上。預壓輥10對疏松棉網預壓，使棉網內纖維初步纏結，部分提高棉網強度，使其在輸送時不易被破壞。

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

（2）壓吸結合式（離心力+上吹下吸）氣流成網機。

圖4　壓吸結合式（離心力+上吹下吸）氣流成網機原理圖

圖4是采用單塵籠凝聚纖維的壓吸結合式氣流成網機，此機型是由國外引進吸收的，適合于廢纖維或短絨成網。進網簾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，這時風機2產生的高速氣流將開松刺輥5齒面的纖維剝離，同時，塵籠6內產生負壓，致使纖維凝聚在塵籠6的網面上，壓輥7將疏松的棉網預壓，使其內部纖維纏結，部分增加棉網強度后轉至出網簾8完成氣流成網的任務。

（二）加固生產線簡介

氣流成網生產線主要是利用氣流成網技術得到合適的棉網，此時的棉網是疏松的，必須經加固后才能使用。加固方式也有多種可選，加固方式要根據最終產品的性質和要求靈活采用。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中的熱軋和針刺加固技術。

1.大棚保溫材料的熱軋加固技術。

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，使棉網中的低熔點纖維或黏合粉劑先行熔化，將其周邊纖維粘結固化成形（如圖5），形成熱軋生產線（如圖6）。

圖5　低熔點纖維與短絨的熱熔粘連

圖6　氣流成網熱軋生產線流程示意圖

在圖6中的氣流成網熱軋生產線流程中，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，纖維落入預混棉機5。預混棉機5對兩種纖維進行混合并初步開松清理。經初步混合開松清理的纖維經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，作為生產線的緩沖，可以向下游穩定持續的供料。經大倉混棉機9充分混合的物料經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機13，成網后網隨輸送簾進入多輥牽伸機14，在這里，較厚的網面被包纏針布的多輥牽伸機14穿刺、壓縮、牽伸，這樣使網面具有了一定的強度，并提升了整個生產線的車速。牽伸后經軋輥15預壓，進入多軋輥的軋車16，軋輥具有一定溫度，在這個設定的溫度下，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，形成產品。回花棉箱3是用來回收各機風運后氣流中所含纖維的裝置，所回收纖維重新回入生產線。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，保護了下游設備的安全并減少發生火災的隱患。軋機16中的軋輥也可根據需要用刻花輥，這樣軋壓出的“布”就具有所需花紋或商標。

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

2.大棚保溫材料的針刺加固技術。

針對棉短絨大棚被，應用針刺技術能較好的加固。成品較熱軋成形的質地軟，棉層內含空氣多，保溫效果好，但強度略低于熱軋產品。

圖7　氣流成網針刺生產線流程示意圖

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

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進行反復穿刺（如圖8）。倒鉤穿過纖網時，將纖網表面和局部里層纖維強迫刺入纖網內部。由于纖維之間的摩擦作用，原來蓬松的纖網被壓縮。刺針退出纖網時，刺入的纖維束脫離倒鉤而留在纖網中，這樣，許多纖維束糾纏住纖網使其不能再恢復原來的蓬松狀態（如圖9）。經過許多次的針刺，相當多的纖維束被刺入纖網，使纖網中纖維互相纏結，從而形成具有一定強力和厚度的網面。

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量的其它技術。

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

4.大棚保溫材料生產線可衍生的其它產品。

以上生產線靈活運用可衍生出很多產品。例如對大棚保溫被就能夠制造出不同克重、厚度的產品，可以多層針刺網被疊加或多層熱軋網被疊加，亦可針刺網被與熱軋網被疊加形成復合多層芯被，滿足不同保溫環境的需求。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針刺、熱軋生產線，還能制造出建筑保溫被、混凝土保溫被、土工布、氈毯、領襯、鞋襯、箱包輔材等。

四、結語

這些以棉短絨為主要原料，利用非織造布技術研發的產品，不但能提升棉短絨的附加值，而且能直接服務于農業、建筑、服裝等多種行業，由此產生的經濟及社會效益巨大。