初加工過程中棉結演變規律比較研究

張雪瑩　崔玉梅　李雪婷

摘要：采用梳棉網棉結雜質計數法，通過觀察機采棉與手采棉在初加工過程中棉結性狀變化，分析了棉結在初加工過程中的一般演變規律。結果表明：初加工過程中機采棉機械棉結數量要明顯高于手采棉機械棉結數。清理工序的增加能使生物棉結得到有效清除，但工藝參數配制不當會造成機械棉結的大幅度再生。

關鍵詞：計數法；棉花初加工；機械棉結；生物棉結；演變規律

多年來，眾多學者對紡紗過程棉結的形成規律與演變規律進行了細致而嚴謹的研究，紡紗過程中對棉結的檢測技術及改善措施已日漸成熟，但對初加工過程中棉結的形成機理與演變規律的研究卻鮮有報道。劉承晉等提出在初加工過程中產生的索絲、棉結，特別是緊棉結是造成成紗棉結的主要因素。秦貞俊指出軋花生產對棉結的產生影響極大。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，使得原料經軋花或清梳處理時形成短絨而集聚糾纏形成大量棉結。且這個階段形成的棉結對棉花的后期加工影響極大。

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

經過對棉花初加工過程中機采棉與手采棉棉結性狀的觀察分析，本研究將棉花初加工過程的棉結分為兩大類：機械棉結（如圖1（a）所示）、生物棉結（如圖1（b）-（d）所示）。機械棉結僅由纖維構成，纖維扭結在一起經手扯后無法分解，且具有明顯的核心；生物棉結是由纖維與外源物質扭結而成，并以外源物質為核心的棉結，包括不孕籽、僵瓣棉經機械加工后轉化成的棉結，以及形成于枯葉和碎棉籽殼雜質周圍的纖維結，或者以雜質為核心的纖維結，帶籽屑棉結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的演變規律及形成原因。以便為棉花初加工過程中的技術改進提供實驗依據。

1.試驗材料及方法

1.1試樣

試樣材料的產地等相關信息見表1。其初加工工藝及設備型號如下。

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

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

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

1.3檢測方法

采用梳棉網棉結雜質計數法，參照GB/T 6103-2006《原棉疵點試驗方法》。

1.4試驗步驟

a）試驗前，用刷子清潔梳棉機，清潔小型手工梳棉板，以防雜物混入棉網。

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。

c）開梳機棉，在梳棉板或開棉機上梳成大約等于輸入棉樣80%的棉網。

d）將梳好的棉網均勻平鋪于黑色檢驗臺上，開始計數各類棉結。計數過棉結的棉網區域用黑色擋板隔開，以避免重復計數。

e）分類記錄棉結粒數。

2.結果與討論

2.1初加工過程中棉結數量變化規律

棉結增加率R可用下式計算：式中：A為前道工序中棉結粒數，B為當前工序中棉結粒數。

2.1.1機采棉

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

2.1.2手采棉

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

2.1.3機采棉與手采棉棉結演變規律比較分析

為更好地分析機采棉和手采棉的棉結演變規律差異，本文選取的兩種棉樣必須經過的四道工序（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備的多少對棉結演變規律的影響。

初加工過程棉結總數演變規律見圖2。由圖2可以看出，機采棉與手采棉棉結總粒數變化規律的相同點是：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總數增加的主要工序。不同的是手采棉的棉結粒數的增加趨勢要緩和一些，而機采棉棉結粒數的增加要急劇一些，表現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的再生。

初加工過程中機械棉結演變規律見圖3。由圖3可得出，其一，在未經軋花和籽清處理時，兩種采摘方式的機械棉結數量都比較低，說明軋花和清理工序會造成機械棉結的產生。初加工過程中機采棉的機械棉結數明顯高于手采棉，這是因為對含雜較高的機采棉初加工的工序較多、加工流程長，對纖維的摩擦搓轉作用多。其二，兩種采摘方式的棉花在初加工過程中機械棉結都呈現出逐漸增長的趨勢，說明初加工的每一個工序都會產生機械棉結，且產生量多于清除量。其三，軋花工序是造成機械棉結產生的關鍵工序，這是因為，一方面軋花加工的機械棉結產生率遠大于清除率，另一方面，大棉結被分解成多個小棉結，致使機械棉結成倍增加。軋花機清雜機件的鋸軸轉速、毛刷轉速、鋸片隔距、肋條間距等配置不當及機械狀態不良會加大機械棉結的再生。

初加工過程中生物棉結演變規律見圖4。由圖4可知，手采棉生物棉結在初加工過程中呈現出逐漸增加的趨勢，而機采棉棉結數則呈現有增有減，具體規律為：經籽棉清理后，生物棉結略微下降，而軋花工序生物棉結有明顯增加，皮棉清理又使得生物棉結得到有效清除。造成這種現象的原因可能為：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，進而產生生物棉結。b）部分受到病蟲傷害或成熟度差的棉籽，其破碎強度低，在軋花過程中，更易產生破籽。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.結論

通過測試分析初加工過程中手采棉與機采棉棉結粒數變化規律，得出結論如下：

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

b）未經籽棉工序清理時，機采棉與手采棉的機械棉結數量均很低；經籽棉工序清理后，兩者的機械棉結開始呈現出增加的趨勢。且軋花工序時，機采棉機械棉結的增加率要明顯高于手采棉。

c）初加工過程中，機采棉的棉結總數要明顯高于手采棉。