■史書偉 李孝華

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所，河南鄭州 450004〕

引言

籽棉干燥在棉花加工過程中發(fā)揮著重要作用，通過籽棉干燥既能提高加工效率，又能保證加工質(zhì)量。干燥溫度是籽棉干燥的一個(gè)重要因素，干燥溫度是否合適，對(duì)棉纖維的品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生較大的影響。尤其是高溫干燥過程會(huì)對(duì)棉纖維表面的蠟質(zhì)層造成破壞，降低棉纖維的可紡性，破壞棉纖維的原生品質(zhì)。所以，課題組希望通過此項(xiàng)研究，探尋溫度對(duì)棉纖維原生品質(zhì)影響的機(jī)理，獲得保持棉纖維原生品質(zhì)干燥的低溫窄帶范圍，為保持棉纖維原生品質(zhì)的干燥關(guān)鍵技術(shù)研究提供指導(dǎo)和支撐。

一、棉纖維原生品質(zhì)的試驗(yàn)性定義

目前，對(duì)于棉纖維的原生品質(zhì)沒有權(quán)威的定義，為了方便此研究項(xiàng)目的開展，和后期試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，筆者首先對(duì)棉纖維的原生品質(zhì)做一個(gè)試驗(yàn)性定義。

籽棉采摘后，其纖維長(zhǎng)度、纖維細(xì)度、纖維強(qiáng)度、纖維成熟度都已經(jīng)確定，長(zhǎng)度整齊度與加工手段直接相關(guān)。根據(jù)目前的棉花加工工藝，并結(jié)合本課題的研發(fā)目標(biāo)，假定棉纖維原生品質(zhì)就是籽棉采摘后自然形成的棉纖維品質(zhì)。先把采摘后的籽棉放在試驗(yàn)室平衡，使其回潮至8.5%，使用鋸齒衣分試軋機(jī)加工成皮棉，檢定其品質(zhì)并標(biāo)定為棉纖維的原生品質(zhì)。

使用相關(guān)設(shè)備最終加工出來的皮棉檢定其品質(zhì)，和標(biāo)定的棉纖維原生品質(zhì)比對(duì)，指標(biāo)越接近原生品質(zhì)，說明研發(fā)的相關(guān)設(shè)備越符合保持棉纖維原生品質(zhì)加工技術(shù)的要求。

二、研究方法及方案

要研究干燥溫度影響棉纖維原生品質(zhì)的機(jī)理，也就是要研究干燥溫度對(duì)棉纖維各項(xiàng)指標(biāo)的影響，研究干燥溫度的高低對(duì)棉纖維各項(xiàng)指標(biāo)影響的程度。為此，筆者確定了以試驗(yàn)研究為主要手段的研究方法。通過設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)，取得不同干燥溫度下棉纖維樣品，然后通過檢驗(yàn)其各項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)而找出干燥溫度對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生影響的機(jī)理。為了更好地模擬實(shí)際干燥環(huán)境，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)試驗(yàn)來完成研究工作。

（一）實(shí)驗(yàn)室烘箱干燥試驗(yàn)

1.試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

同一品種、同一品級(jí)的籽棉，通過不同干燥溫度的烘箱干燥試驗(yàn)，獲得不同溫度干燥后的樣品，樣品經(jīng)過專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢定其品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)，分析指標(biāo)數(shù)據(jù)，找出干燥溫度與棉纖維品質(zhì)指標(biāo)間相互影響的量性關(guān)系。

2.試驗(yàn)儀器。

烘箱、天平、原棉水分電測(cè)器、秒表、鋸齒衣分試軋機(jī)、HVI（送檢機(jī)構(gòu)）。

3.試驗(yàn)方案。

（1）購(gòu)買50 kg品級(jí)在3級(jí)以上的同品種、同品級(jí)籽棉一批。

（2）取籽棉2000 g，在實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕自然回潮到回潮率8.5%（用原棉水分電測(cè)器測(cè)值），使用鋸齒衣分試軋機(jī)試軋成皮棉后，再使用原棉水分電測(cè)器測(cè)回潮率并記錄，皮棉樣編號(hào)為0，用塑料袋密封保存待檢。

（3）取籽棉2000 g，使用原棉水分電測(cè)器測(cè)回潮率并記錄，調(diào)整烘箱溫度為60℃，放入棉樣，烘干10 s后，取出棉樣自然散熱30 s后，再使用原棉水分電測(cè)器測(cè)回潮率并記錄。

（4）使用鋸齒衣分試軋機(jī)將烘干后籽棉軋成皮棉，再使用原棉水分電測(cè)器測(cè)回潮率并記錄，皮棉樣編號(hào)為1，用塑料袋密封保存待檢。

（5）每次調(diào)高烘箱溫度10℃，直到180℃，重復(fù)步驟（3）和（4），皮棉樣依次編號(hào)，密封保存待檢。

（6）全部棉樣送第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，通過HVI檢定纖維長(zhǎng)度（上半部長(zhǎng)度）、纖維強(qiáng)度（斷裂比強(qiáng)度）、長(zhǎng)度整齊度（整齊度指數(shù)）等指標(biāo)。

（二）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樣機(jī)干燥試驗(yàn)

1.試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

通過基于試驗(yàn)樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究干燥溫度與棉纖維原生品質(zhì)要素之間存在的量值變化關(guān)系；研究中低溫干燥和高溫干燥對(duì)棉花品級(jí)的影響差異，奠定研制中低溫窄帶干燥裝置的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.試驗(yàn)儀器。

試驗(yàn)樣機(jī)、溫濕度檢測(cè)儀、手持式溫度計(jì)、籽棉回潮率在線檢測(cè)裝置（該裝置一分鐘取測(cè)兩組數(shù)據(jù)）、鋸齒衣分試軋機(jī)、原棉水分電測(cè)器、對(duì)講機(jī)、秒表、HVI（送檢機(jī)構(gòu)）。

3.試驗(yàn)方案。

（1）取貨場(chǎng)籽棉2000 g，使用鋸齒衣分試軋機(jī)試軋成皮棉后，再使用原棉水分電測(cè)器測(cè)回潮率并記錄，皮棉樣編號(hào)為0，用塑料袋密封保存待檢。

（2）調(diào)整熱風(fēng)溫度到60℃時(shí)，試驗(yàn)開始，用秒表記錄時(shí)間；讀取干燥前后兩臺(tái)籽棉回潮率在線檢測(cè)裝置的回潮率數(shù)值，并記錄；1 min后在總集棉管道開口處取皮棉約500 g，用原棉水分電測(cè)器測(cè)其回潮值并記錄；然后將皮棉用塑料袋密封，皮棉樣編號(hào)為1，保存待檢。

（3）每次調(diào)整熱風(fēng)溫度上升10℃，直到熱風(fēng)溫度達(dá)到180℃，重復(fù)步驟（2）工作，試樣編號(hào)依次上升，保存待檢。

（4）全部皮棉樣送到第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，檢定纖維長(zhǎng)度（上半部長(zhǎng)度）、纖維強(qiáng)度（斷裂比強(qiáng)度）、長(zhǎng)度整齊度（整齊度指數(shù)）、品級(jí)、含雜量、疵點(diǎn)等參數(shù)；

完成上述兩個(gè)試驗(yàn)以后，分析處理記錄的數(shù)據(jù)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)返回的棉纖維品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別繪制干燥溫度與回潮率、纖維長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、纖維強(qiáng)度等品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系曲線，分析試驗(yàn)結(jié)果，得出研究結(jié)論。

三、研究過程

2012年棉花加工季度，筆者集中課題組技術(shù)人員在伊犁州伊欣棉業(yè)機(jī)采棉生產(chǎn)線和128團(tuán)機(jī)采棉生產(chǎn)線上進(jìn)行了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樣機(jī)干燥試驗(yàn)，取得了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)檢驗(yàn)了試驗(yàn)樣機(jī)的生產(chǎn)性能和基于籽棉回潮率在線檢測(cè)的熱風(fēng)溫度控制裝置的性能。

圖1 實(shí)驗(yàn)室烘箱干燥

2012年底到2013年初，利用市場(chǎng)銷售工作和售后服務(wù)工作的間歇期，筆者集中課題組技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室通過TestsLab烘箱系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室烘箱干燥試驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行了大量的籽棉干燥試驗(yàn)，取得了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)；試驗(yàn)樣品送第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了HVI全指標(biāo)檢驗(yàn)，取得了寶貴的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖2 籽棉試軋

四、研究結(jié)果及分析

1.干燥溫度對(duì)烘干效果（回潮率）的影響。

無論是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樣機(jī)的干燥試驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)室烘箱干燥試驗(yàn)，筆者都是最大限度地模擬實(shí)際生產(chǎn)過程中的干燥環(huán)境，這樣測(cè)得的數(shù)據(jù)才更能反應(yīng)出干燥溫度對(duì)回潮率的作用機(jī)理。根據(jù)對(duì)獲得的大量回潮率數(shù)據(jù)進(jìn)行分溫度區(qū)域做加權(quán)平均，筆者繪制出如下關(guān)系曲線。

圖3 干燥溫度與回潮率的關(guān)系曲線

通過圖3可以看出，干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間時(shí)，回潮率明顯下降較快，初始回潮率14%左右的機(jī)采籽棉經(jīng)過試驗(yàn)樣機(jī)此溫度區(qū)間二道干燥后，能達(dá)到軋花機(jī)付軋標(biāo)準(zhǔn)。

2.干燥溫度對(duì)纖維長(zhǎng)度和整齊度的影響。

HVI檢驗(yàn)給出上半部平均長(zhǎng)度和整齊度指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來共同反應(yīng)纖維長(zhǎng)度受到加工破壞的程度，這兩個(gè)指標(biāo)是棉纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)，通過對(duì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，剔除不合理數(shù)據(jù)。筆者分別繪制了干燥溫度與纖維上半部平均長(zhǎng)度的關(guān)系曲線、干燥溫度與纖維整齊度指數(shù)的關(guān)系曲線，如下所示。

圖4 干燥溫度與纖維上半部平均長(zhǎng)度的關(guān)系曲線

圖5 干燥溫度與纖維整齊度指數(shù)的關(guān)系曲線

通過圖4、圖5我們可以看到，干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間內(nèi)，纖維的上半部平均長(zhǎng)度值和整齊度指數(shù)均處在一個(gè)較高水平。當(dāng)干燥溫度達(dá)到130℃時(shí)，纖維長(zhǎng)度和整齊度指數(shù)均有一個(gè)快速下降。

3.干燥溫度對(duì)纖維強(qiáng)度的影響。

棉纖維的強(qiáng)度在HVI檢驗(yàn)中通過斷裂比強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率兩個(gè)指標(biāo)來反應(yīng)，通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，筆者分別繪制了干燥溫度與斷裂比強(qiáng)度的關(guān)系曲線、干燥溫度與伸長(zhǎng)率的關(guān)系曲線，如下圖所示。

圖6 干燥溫度與斷裂比強(qiáng)度的關(guān)系曲線

圖7 干燥溫度與伸長(zhǎng)率的關(guān)系曲線

由圖6可以看出，纖維的斷裂比強(qiáng)度在干燥溫度60℃時(shí)處于較低水平，說明回潮率過大，纖維的強(qiáng)度也會(huì)受到不良影響。干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間時(shí)，斷裂比強(qiáng)度處于較理想的區(qū)間。130℃時(shí)有較大波動(dòng)。圖7說明，干燥溫度在80℃～120℃區(qū)間時(shí)，纖維伸長(zhǎng)率指標(biāo)較好。綜合圖6和圖7，筆者認(rèn)為干燥溫度在80℃～120℃區(qū)間時(shí)，干燥過程對(duì)纖維的強(qiáng)度影響較小。

4.干燥溫度對(duì)紡紗均勻性指數(shù)的影響。

紡紗均勻性指數(shù)是HVI提供的一個(gè)多重回歸經(jīng)驗(yàn)性公式計(jì)算而得出的指數(shù)，它能反映纖維的可紡性和估算成紗強(qiáng)力。涉及測(cè)試項(xiàng)目中纖維斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度、反射率、黃色深度6個(gè)參數(shù)，其中前4個(gè)為主要參數(shù)，影響較大。紡紗均勻性指數(shù)的數(shù)值越大，說明纖維的成紗強(qiáng)力和可紡性越好。

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，筆者繪制出了干燥溫度與紡紗均勻性指數(shù)的關(guān)系曲線，如下圖所示。

圖8 干燥溫度與紡紗均勻性指數(shù)的關(guān)系曲線

通過圖8可以得出，干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間時(shí)，棉纖維的紡紗均勻性指數(shù)處于較高的水平。干燥溫度低于70℃時(shí)，紡紗均勻性指數(shù)急速下降；干燥溫度高于120℃時(shí)，紡紗均勻性指數(shù)也有所下降。這說明，干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間時(shí)，籽棉經(jīng)過干燥，軋花生產(chǎn)出來的皮棉具有較高的可紡性能。也可以說此溫度區(qū)間干燥最大限度地保持了棉纖維的原生品質(zhì)。

五、結(jié)論

通過前后將近一年的多次試驗(yàn)研究，課題組技術(shù)人員一致認(rèn)為，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

1.干燥溫度過高或者過低均會(huì)對(duì)棉纖維原生品質(zhì)產(chǎn)生較大影響，最有利于保持棉纖維原生品質(zhì)的干燥溫度區(qū)間為70℃～120℃。

2.確定將“低溫窄帶干燥關(guān)鍵技術(shù)研究”的干燥溫度區(qū)間設(shè)定為70℃～120℃。

3.需要進(jìn)一步研制“熱風(fēng)溫度精確控制”裝置，以便準(zhǔn)確控制干燥溫度在70℃～120℃區(qū)間內(nèi)。

4.加快“增大水分蒸發(fā)梯度和散失速率”的關(guān)鍵技術(shù)研究，提高試驗(yàn)樣機(jī)干燥效率。以保證手摘棉生產(chǎn)應(yīng)用一道烘干時(shí)，也能在70℃～120℃區(qū)間內(nèi)達(dá)到干燥效果。