劉 毅,張明英,卜獻(xiàn)鴻,段春穩(wěn),李 帆,李 剛

(1.四川省絲綢科學(xué)研究院有限公司,四川 成都 610031;2.中絲天成(攀枝花)絲綢有限公司,四川 鹽邊 617100;3.四川省絲綢工程技術(shù)研究中心,四川 成都 610031;4.成都海關(guān)技術(shù)中心,四川 成都 610041)

繭絲絲膠由易溶絲膠和難溶絲膠組成,其中易溶絲膠主要分布在繭層外層,難溶絲膠分布在繭層內(nèi)層。易溶性絲膠的分子量在3萬~4萬,難溶性絲膠的分子量在11萬~15萬,絲膠凝固時(shí),稍呈纖維狀,黏著而有彈性,易收縮呈塊狀,透明。難溶性絲膠凝固時(shí)較穩(wěn)定,成雪白的細(xì)粉末,不如易溶性絲膠具有的聚合性和彈性。兩者在一定條件下可以轉(zhuǎn)化,煮繭的目的和作用是圍繞繭絲絲膠適當(dāng)膨潤溶解這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行,因此從繭絲絲膠的特性來看,煮繭要圍繞解決繭層內(nèi)部絲膠的膨潤、溶解程度,使繭絲能夠依次離解。

煮繭的作用是通過水、蒸汽等介質(zhì),將繭絲絲膠膠著點(diǎn)打開、離解,將絲膠從干膠轉(zhuǎn)換為明膠[1],達(dá)到繭絲強(qiáng)力大于繭絲膠著力,使繭絲依次離解,滿足繅絲生產(chǎn)的需要。煮繭過程中,水在滲透中吸入繭腔;在吐水過程中排出繭腔,蒸煮;在調(diào)整中再次吸入繭腔,完成煮繭。三個(gè)過程功能不同,所用溫度也不同。在吐水蒸煮過程中,繭層膨潤增重,同時(shí)由于水分子動(dòng)能大,將絲膠膠著點(diǎn)打開。陳慶管[2]等對單蒸型煮繭機(jī)吐水進(jìn)行了深入研究。為了吐水更均勻,王曉飛[3]等研究了翻面蒸煮對蠶繭吐水的影響。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)采用“真空+蒸汽”方法吐水蒸煮[4],提高了吐水均勻程度,將蒸汽能量更好地傳遞到繭層內(nèi)部,提高了煮繭蒸煮效果。

1 循環(huán)煮繭機(jī)吐水方式和溫度控制

長籠循環(huán)煮繭機(jī),目前廣泛使用的是機(jī)外真空滲透方法,繭腔吸水充分,繭腔氣泡小,因此在吐水時(shí)需要更高的能量,才能保證繭腔的溫度上升并發(fā)生吐水,吐完水后,蒸汽能量才能進(jìn)入到繭層內(nèi)部,為難溶性絲膠的適當(dāng)膨潤溶解創(chuàng)造條件。吐水方式是通過蒸煮室的孔管、盲管的蒸汽熱能實(shí)現(xiàn)的。陳慶管等的試驗(yàn)證明:當(dāng)繭腔的溫度達(dá)到95~98℃時(shí),吐水較快,是蠶繭吐水的主要部分,吐水達(dá)到峰值;溫度達(dá)到99℃時(shí),吐水趨于結(jié)束。吐水的快慢,主要取決于繭腔內(nèi)部溫度上升的快慢,而吐水的多少,主要取決于較高溫度(95℃以上)作用時(shí)間的長短。由于煮繭溫度與繭腔溫度有差別,因此在實(shí)際煮繭中,吐水的溫度在99~100℃,通過蒸汽壓力及蒸煮室蒸汽閥開啟多少來控制溫度。

吐水量也是衡量吐水效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)。吐水量不足,會(huì)直接影響生絲的清潔、潔凈成績。主要表現(xiàn)在有較多的環(huán)類和雪糙。吐水過程也是繭層變厚增重過程,繭腔的水轉(zhuǎn)移到繭層中間。吐水過度,在蒸煮過程中又會(huì)使繭層失水。因此在吐水過程中,繭腔要保留少量水,在蒸煮過程中,保證繭層有一定水分,煮出來的蠶繭才能夠充分膨潤,繭層變厚,膠著點(diǎn)充分離解。

圖1 循環(huán)煮繭機(jī)吐水蒸煮結(jié)構(gòu)示意圖

2 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)、PLC時(shí)序控制及吐水蒸煮方式

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)采用一體化的罐式主機(jī)結(jié)構(gòu)(圖2),主要由工藝處理系統(tǒng)、水汽真空復(fù)合系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。主罐設(shè)置上、下對接口,通過復(fù)合管路系統(tǒng),對主罐實(shí)施真空、水、蒸汽作用,主罐罐體內(nèi)設(shè)計(jì)蒸汽反射機(jī)構(gòu),使主罐內(nèi)蒸汽能量能夠均勻。罐體設(shè)置2個(gè)觀察視鏡,溫度探頭,如圖2所示。

圖2 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)主罐罐體結(jié)構(gòu)

2.2 PLC程序控制方法

減壓煮繭采用PLC自動(dòng)控制技術(shù),根據(jù)設(shè)定的7個(gè)工序,即減壓滲透、排水、減壓吐水、減壓雙向蒸煮、調(diào)整吸水、保護(hù)、出繭。目前最新程序設(shè)計(jì)了40個(gè)時(shí)段(T1-T40),在文本上進(jìn)行設(shè)置,減壓煮繭每個(gè)時(shí)間段可調(diào)范圍0~999 s(屏幕顯示值最小單位0.1 s),溫度可調(diào)精度0.1℃,各時(shí)段的溫度和時(shí)間可以根據(jù)原料繭質(zhì)情況靈活設(shè)定,如圖3所示。在吐水、蒸煮工序,針對不同的原料,溫度設(shè)置跳轉(zhuǎn)功能,能夠精準(zhǔn)、便捷執(zhí)行各種工藝路線和工藝參數(shù)要求。

圖3 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)時(shí)間設(shè)置及溫度設(shè)置

2.3 吐水蒸煮方法

減壓煮繭在吐水蒸煮過程中,采用真空、真空+蒸汽方式完成,給予蠶繭繭層蒸汽能量,完成繭腔吐水、蒸煮。真空和蒸汽在罐體內(nèi)形成對流,蒸汽熱能采用熱對流方法給予蠶繭能量,提高了熱效率和均勻程度,根據(jù)需要可以實(shí)現(xiàn)多種熱能組合,如圖4所示,在吐水過程中,蒸汽從主罐上對接口進(jìn)蒸汽噴射,下對接口抽真空,同時(shí)將吐出的水轉(zhuǎn)移到輔罐中,也可以采用下進(jìn)蒸汽上抽真空的方法。在吐水過程中,主罐、輔罐一直處于一定真空狀態(tài)?？赏ㄟ^觀察鏡觀察蠶繭在煮繭過程的變化。

圖4 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)上蒸汽+下真空吐水示意圖

真空的作用一是讓蠶繭繭腔內(nèi)外產(chǎn)生壓力差,使繭腔的水能夠均勻向四周吐出;二是對蒸汽起到導(dǎo)流作用,將蒸汽能量快速均衡送到繭層各處。圖6為蠶繭吐水時(shí),繭腔的水瞬間向四周吐出,改變了長籠煮繭機(jī)向蠶繭下面吐水的方式,向四周全方位吐水能夠更加均勻充分膨潤絲膠,為蒸煮均勻創(chuàng)造了條件。

3 煮繭效果及分析

中絲天成(攀枝花)絲綢有限公司于2015年開始應(yīng)用減壓自動(dòng)煮繭設(shè)備,通過裝備技術(shù)的引進(jìn),顯著提高了煮繭質(zhì)量,生絲質(zhì)量達(dá)到高質(zhì)量要求,原料繭耗大幅下降。

3.1 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮熟繭程度

減壓煮繭煮熟繭質(zhì)量情況及絲膠溶失測試見表1。通過減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮出的蠶繭手感稍滑,與長籠煮繭機(jī)有明顯差別,彈性更好?；胁顒e的原因主要是蒸汽能量被蠶繭內(nèi)層吸收,將蒸汽能量傳遞到蠶繭內(nèi)層,將難溶絲膠轉(zhuǎn)化為易溶絲膠;在調(diào)整吸水過程,由于有真空的作用,蠶繭在吸水時(shí)有向外拉的張力,因此繭腔的氣泡及癟繭率指標(biāo)好于長籠煮繭機(jī)。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)的絲膠溶失率[5]比長籠煮繭機(jī)低,其主要原因是吐水溫度低,在適熟的情況下,絲膠溶失率在2.5%~3.5%。

圖5 蠶繭向四周全方位吐水

表1 減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮熟程度鑒定

3.2 潔凈

高等級生絲潔凈成績?yōu)榻导壷饕?近幾年通過海關(guān)、公檢檢測,潔凈平均成績達(dá)到95分以上,生絲質(zhì)量長期穩(wěn)定在大5A級,織造反饋生絲品質(zhì)優(yōu)秀。

3.3 抱合

減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮繭在蒸煮環(huán)節(jié),繭層內(nèi)外受熱程度更加均勻,特別是內(nèi)層繭絲絲膠得到了充分膨潤膨化,絲膠性質(zhì)發(fā)生變化,黏度、膨脹能力、膠凝性增強(qiáng),在聚合成生絲時(shí),絲膠的黏合性能高,因此生絲的抱合好并且穩(wěn)定。在絲織泡絲以后,抱合指標(biāo)幾乎不下降。表2為委托成都海關(guān)技術(shù)中心檢測的生絲浸泡前后的抱合成績。

表2 生絲浸泡前后抱合檢測成績

生絲在浸泡后,會(huì)產(chǎn)生抱合成績下降情況,在織造過程中,會(huì)導(dǎo)致一根生絲分成多股繭絲,造成斷頭率增加等病疵;在染色過程中,會(huì)產(chǎn)生色不均病疵。生絲抱合性能主要取決于繭絲之間相互膠著面積的大小及黏合的緊密程度。在浸泡過程中,柔軟劑進(jìn)入絲膠分子內(nèi)部,破壞了絲膠分子間的結(jié)合力,降低了繭絲之間的黏著力,繭絲間的抱合作用降低。采用傳統(tǒng)煮繭方法,浸泡生絲后的生絲抱合次數(shù)比浸泡前要降低20次左右[6],通過減壓自動(dòng)煮繭的生絲抱合成績下降次數(shù)大幅降低,說明通過減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮熟的蠶繭各層,特別是中內(nèi)層的絲膠膨潤充分、均勻。

3.4 原料繭繭耗

繭耗(繅折)是影響繅絲企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)之一。減壓自動(dòng)煮繭機(jī)煮繭,使得蠶繭煮熟更充分、更均勻、繭絲離解良好,因此車頭索理緒效率提高,條吐率降低,達(dá)到降低繅折的成效。近幾年的繭耗統(tǒng)計(jì)見表3,上車率為93%左右的情況下,實(shí)際完成的光折比解舒光折只增加4.54 kg,遞增率為1.74%,比常規(guī)5%~8%遞增率大幅下降,企業(yè)采用減壓自動(dòng)煮繭機(jī)后,實(shí)繅光折下降了6 kg以上。

表3 繭質(zhì)指標(biāo)及完成繅折情況

4 結(jié)語

減壓煮繭新技術(shù)及設(shè)備,創(chuàng)建了“真空+”煮繭技術(shù)系統(tǒng)框架,在一定真空度完成吐水蒸煮,繭層受熱通過熱對流方式完成,達(dá)到煮熟均勻的目標(biāo),提高了生絲質(zhì)量,大幅降低了原料繭耗。