梳棉纤维流中纤维形态与质量控制剖析

2013-01-09史志陶

纺织器材 2013年6期

史志陶

（沙洲职业工学院，江苏张家港 215600）

0 引言

以纤维块或大纤维束形态喂入梳棉机的纤维层，经刺辊的分梳、盖板与锡林两针面的梳理、锡林与道夫之间的纤维转移、纤维层的剥取与成网、集束成条、圈条成形，完成梳棉机中纤维加工的一系列过程。在这一过程中，纤维形态发生了质的变化：由纤维排列并相互纠缠的纤维块或大纤维束状态变为排列结构相对均匀的单纤维状态的生条，其彼此间的联系均匀性提高。

现代梳棉机为了在高产的情况下确保生条质量的相对稳定或提高，配置了各种辅助装置：预分梳板，锡林前、后固定盖板，棉网清洁器等。通过梳棉机刺辊下方的预分梳固定盖板对刺辊齿尖面负荷的预分梳有利于全面提高产品质量［1］；单独加装棉网清洁器或固定盖板对成纱质量也是有利的，隔距应偏大掌握，且根数不宜过多；固定盖板与棉网清洁器配合使用，其效果更佳；安装位置在后罩板压力最大处为宜［2］。不同风量条件下，后罩板处棉网清洁器风量太小或太大对生条质量均不利，棉网清洁器的风量在180m3/h～240m3/h时对生条质量的提高比较有利［3］；而对于不同型式棉网清洁器，在相同风量条件下，反齿导向盖板式棉网清洁器所生产的生条质量总体上要好于导板式棉网清洁器，梳棉机后罩板处棉网清洁器以采用反齿导向盖板式棉网清洁器为宜［4］。齿条刺辊在排除13mm以下短纤维方面远优于梳针刺辊，而小前角的齿条刺辊对纤维损伤较梳针刺辊严重，齿条刺辊下的落物中13mm以下短纤维含量较梳针刺辊的远低［5］。盖板速度增大，盖板花中长纤维含量随之增加，而短纤维含量相应减少；在锡林与盖板分梳过程中，长纤维不易转移，充塞到盖板上的长纤维需要较长的时间才能转移到锡林上；所以盖板速度以不超过450mm/min为宜［6］。

在实际生产应用中，以上这些辅助装置并不能在任何场合发挥其应有的效能，有些情况不尽人意。问题出在哪里？此外，随着盖板梳针、锡林齿尖变得细、矮、密，针/齿面负荷变小情况下，盖板针面纤维负荷的吸放纤维作用，对输出条的均匀度真的起着重要作用？锡林与道夫的转移纤维区域仅起着纤维的转移功能吗？

笔者通过对在梳棉机梳理过程中纤维形态变化的研究，及纤维在加工过程中受控情况的探讨，寻求确保纤维损伤较少的前提下，找到梳棉机梳理、除杂、均匀、混合4个作用的实现机理与加工工艺，使梳理、除杂作用更加有效，均匀、混合功能更加显著。

1 梳棉纤维流的运动

在实际生产的梳棉机中，经刺辊分梳转移给锡林针面的纤维流绝大部分为纤维块或纤维束，而经锡林转移给道夫后成条输出机外的为生条，其中只含有极少量的细小纤维束，其他绝大部分为单纤维。纤维块只经过锡林—盖板梳理区梳理，且经梳理后从锡林—盖板梳理区转移出的纤维流中，含有单纤维与纤维束。这一过程可归纳为如图1所示的纤维流循环。

图1 在梳棉过程中纤维的梳理循环

从图1中可以看出，锡林—道夫梳理点通过控制纤维的转移率，使单纤维顺利转移到道夫针面上形成纤维层，后形成生条输出机外；而纤维束不能实现转移而继续留在锡林齿面上进入下一梳理循环。锡林—道夫梳理点起着分离纤维束与单纤维输出的功能，从而确保转移到道夫齿面上的绝大部分为单纤维，极少量为极细小束纤维，保证生条结构良好，为后续工序加工创造良好基础。

在梳棉机的刺辊、锡林纤维转移点处，将从锡林道夫处带回的纤维束与锡林从刺辊上剥取的纤维块、纤维束等混合形成新的锡林负荷，带进锡林—盖板梳理工作区进行梳理。在锡林—盖板梳理工作区利用两运动的针齿对纤维层的握持、穿刺与相对运动，实现对纤维块的有效梳理。

2 刺辊对纤维层的分梳

从广义的角度来看，纤维层接受刺辊的分梳过程是一个牵伸的过程。在这个过程中，无效的牵伸作用是排除梳棉落物与飞花，有效的牵伸过程是将较厚的纤维层通过高速旋转的刺辊表面的针齿分梳，沿着刺辊圆周表面均匀地分布，为后续实现盖板与锡林两针面的细致梳理创造良好的基础。

首先探讨一枚针齿分梳纤维的状况：一枚针齿分梳纤维块（束）时钩取一束纤维，其状态如图2所示。其纤维束组成：由横向虚线分割成三段，包围运动梳针的纤维束称为纤维束圆弧段，不包围梳针部分的两段称为纤维束尾段。

理想状态下，纤维块被刺辊针齿分梳的过程可看作：临近给棉板的刺辊齿尖由上而下运动，依次从给棉钳口喂入、分布在给棉板工作面上的纤维层头端由下而上分梳纤维层。刺辊表面前一排齿尖刺入给棉板上纤维层头端并钩取纤维束，而后排齿尖透过前排齿尖钩取的纤维束尾参与分梳纤维层，并钩取纤维束；其形成如图3所示。这样，刺辊表面的纤维束的分布状态：被每一枚针齿尖钩取的纤维束圆弧段外露在表面，而其纤维束尾却被后排齿尖所钩取的纤维束圆弧段所覆盖；因此刺辊表面的纤维头端都被压入纤维层内而不外露。

图2 齿尖钩取的纤维束结构

图3 理想状态下刺辊齿尖钩取的纤维束的分布状态

在实际生产中，刺辊针布分梳纤维层后，其钩取的纤维束不如前述的规整，因前、后排针齿分梳纤维层的时间间隔极短，会出现前一个齿尖的钩取的纤维束尾纤维部分也是后一个齿尖钩取的纤维束，同时，部分针齿钩取的是小纤维块或大的纤维束，其体积大，不能进入齿隙而其部分纤维头端外露，但总体情况应该是前述的状态。

除尘刀除杂过程：纤维层受到刺辊针齿的穿刺拉扯作用而使纤维块解体，也导致尘杂外露或分离；分离的杂质进入刺辊表面气流附面层，被除尘刀切割而实现去除；外露而粘附在纤维层表面的杂质，因除尘刀与刺辊针齿的隔距较微小，纤维层的弹性变形而从除尘刀刀口刮过实现除杂，如“低刀紧隔距工艺”；如果采用纤维层大定量，大给棉的分梳牵伸，则易造成纤维损伤严重、杂质不易分离；所以，要提高除尘刀的除杂能力，最有效的方式是由给棉罗拉钳口喂入纤维层，其结构松散，纤维彼此间的联系较弱，有利于刺辊针刺分梳纤维层，其杂质易被分离或外露［7］。

刺辊下方安装分梳固定盖板，在实际生产中应用广泛，使生条的棉结、短绒等质量指标得到进一步优化，这得益于分梳板对刺辊表面分布不均匀的纤维层进行整理，在刺辊与锡林的纤维转移中，更有利于牵伸与锡林针面负荷的均匀分布，减轻盖板针齿的梳理负荷，减少纤维在梳理中的损伤及产生棉结的概率。

3 纤维从刺辊向锡林转移后的状态

锡林针齿与刺辊针齿相接近的区域，两针面的齿向相同、运行方向相同，且锡林齿尖的线速度远大于刺辊齿尖的线速度，锡林齿尖抓取刺辊表面外翘纤维，快速提升刺辊针面的纤维，从而实现锡林针面对刺辊表面纤维的剥取。纤维在锡林表面分布的状态如图4所示。这样纤维的尾端就能实现被盖板针齿等梳理的目的。当遇到超长或倍长纤维组成的纤维层时，因被刺辊针齿钩牢的纤维束尾段较长，其长长的两尾段被后续多排针齿所钩取的纤维束覆盖并挤压在针齿底部，在被锡林针齿快速提升时，其运动阻力特别大，而不能实现纤维束的剥取与转移。这里也就解释了超长或倍长纤维含量达到一定比例时，会出现纤维绕刺辊而压坏锡林针齿与除尘刀刀口的问题。

图4 纤维束在锡林针布上分布状态

4 纤维经过锡林—盖板梳理区时的状态

4.1 盖板固定式锡林—盖板梳理

该梳理方式的特点是盖板被固定，被锡林针齿抓取的纤维束的尾端接受盖板针齿的梳理，使纤维束进一步分解成单纤维，通过梳理其上的杂质转移到盖板针齿上，实现清洁、除杂。当固定盖板针齿间隙被充塞满后，就失去了吸纳后纤维与杂质的能力，也失去对锡林针齿上纤维的梳理与除杂作用。

由文献11可知，由于锡林针面负荷厚度较盖板梳理区的入口隔距大，使得超过其入口隔距部分的纤维在锡林针齿的拖动下挤压盖板针齿而实现梳理。此后，随着梳理隔距的逐渐收小，挤压梳理作用仍然存在，但由于锡林针面负荷均匀、纤维已经接受过梳理、尾段纤维基本顺直，加上锡林针面负荷的弹性恢复作用，使锡林针齿拖动的纤维束尾继续接受盖板针齿梳理；但第10块盖板后，因其梳理力较弱，纤维上下转移的可能性较小。

4.2 锡林、盖板同向运动式梳理

该梳理方式的特点是盖板针齿与锡林针齿的运动方向相同，但盖板运动线速度相对锡林针面小得多，充塞纤维与杂质的盖板被逐渐转移出锡林—盖板梳理区；同时，具有清洁针齿的盖板源源不断地进入锡林—盖板梳理区，使盖板针齿始终具有梳理能力与排除杂质的能力。清洁盖板针齿刚进入锡林—盖板梳理区时的纤维充塞速度惊人，而后速度则相当缓和。

图5 锡林—盖板同向梳理、不同运行时间的盖板花分布情况

从图5所示，当盖板运行速度为220mm/min时，前3块盖板产生盖板花量增长较快，其后的盖板花量分布均衡。运行时间短，产生的盖板花量少，10 min后与正常生产产生的盖板花量基本接近；可能是刚启动，5min运行产生的盖板花量明显偏少，锡林、盖板针面清洁，要达到正常生产的状态，需要一个过程。第3块盖板后，其各盖板的盖板花量剧烈波动应该与喂入给棉罗拉钳口的纤维层均匀度、刺辊分梳状态等有关。如果锡林针面负荷厚度陡增，梳理区入口处挤入盖板接受梳理的纤维就多、产生的盖板花量就大；反之，锡林针面负荷厚度较小，梳理区入口处挤入盖板接受梳理的纤维就少、产生的盖板花量就少。此外，梳理区入口处盖板有实现均匀锡林针面负荷的作用。特别说明，最后几块盖板花量陡增，其原因是出口处安装了简易式棉网清洁器，出现喷花问题所致［8-9］。

此外，由于盖板针布针总高小、针密大，锡林针布齿深小、齿密大、运行速度较快，两针面负荷较小；挤压式梳理产生的盖板花致密，故其盖板通过吸放效应均匀锡林针面负荷的作用可能较小。

4.3 锡林、盖板反向运动式梳理

该梳理方式的特点是盖板针齿与锡林针齿的运动方向相反，充塞纤维与杂质的盖板从锡林—盖板梳理区的入口转移出。在正常运转的FA221B型梳棉机取样盖板花，其情况：盖板移出方向的前3～4根盖板针面有盖板花外，其余盖板针面上无纤维与杂质，且针齿没有刚参与梳理纤维后的状态。因此该梳理方式，除了盖板移出方向的前3～4根盖板针面，需使锡林—盖板梳理区的锡林针面负荷均匀而完成对锡林针面纤维的梳理与除杂外，其它盖板不起任何的梳理与除杂作用；因此，在高速状态下，仅靠离心力作用来完成纤维从锡林针面向盖板针面转移梳理是不够的。在该梳理方式下，可能因补风气流产生的拖曳作用，使锡林针面拖动的纤维束尾段不能正常抬头，并使纤维束圆弧段沿锡林针齿工作面而沉底，锡林针面负荷的外现厚度比锡林—盖板各处的隔距小，不能实现梳理［10］。

4.4 后固定盖板对锡林针面负荷的影响

机后安装固定盖板，可以稳定或提高生条的质量。从刺辊与锡林转移区移出后，其表面层状态不稳定，或其厚度变化差异较大。通过固定盖板梳理使其纤维层厚度均匀，纤维束尾段相对顺直，更有利于盖板的梳理。采用先反、后下的固定盖板实现先稳、后分梳的策略，更有利于进入盖板—锡林梳理区锡林针面负荷的均匀与纤维束尾段纤维的顺直、降低生条棉结、提高产品质量［11］。

5 转移到道夫针面的纤维状态

锡林与道夫之间的纤维转移是通过分梳的方式实现的。通过分梳作用，将锡林针面上的部分单纤维转移到道夫的针面上，防止束纤维逃离纤维梳理区，实现梳理后生条单纤维化目标，确保后工序的加工质量。道夫针面负荷是逐渐完成的，即道夫针面某个齿尖上钩取的纤维是从进入到离开分梳区的时间段内完成的，每次钩取一根单纤维，一个齿尖多次钩取纤维形成由齿底部向齿尖的多个纤维束；此外，某个齿尖的纤维束与相邻齿尖的纤维束相错、相叠，以提高纤维彼此间的联系，增强纤维层或纤维网的强度，为后续纤维网的形成与剥取创造良好的条件。道夫上的纤维束形态与锡林针面上的相同，控制锡林针面向道夫针面转移单纤维过程，从实际生产经验分析，主要是调整道夫的转速、道夫针布齿条的规格、锡林与道夫两针面间的隔距，其次是锡林针面负荷、锡林—道夫的速比。

6 结论

6.1 纤维在刺辊、锡林、道夫针齿上的形态各不相同：在运动的刺辊针面上，以纤维束的形式出现，其纤维束圆弧段覆盖于前排针齿所带的纤维束尾段之上，显于刺辊针面负荷表面，而其纤维束尾段却沉于针齿底部；在运动的锡林针面上，以纤维束形态出现，从刺辊针面上转移过来的纤维束覆盖于经过锡林与道夫纤维分梳区而保留下的纤维束之上，其纤维束圆弧段被前排针齿所带纤维束的尾段覆盖而沉于锡林针面里而不被显露，其纤维束尾显露于锡林针面负荷表面，其纤维束显得更加规整而细小纤维更加顺直；在运动的道夫针面上，主要以单纤维形式出现，单纤维圆弧段被前排针齿所带纤维束的尾段覆盖而沉于道夫针面里面而不被显露，其纤维束尾显露于道夫针面负荷表面，从进入到离开分梳区的时间段内一个齿尖多次钩取纤维形成由齿底向齿尖的多个纤维束；此外，某个齿尖上的纤维束与相邻齿尖的纤维束相错、相叠形成道夫针面负荷，以提高纤维彼此间的联系，增强纤维层或纤维网的强度，为后续纤维网的形成与剥取创造良好的条件。

6.2 盖板梳理运动锡林所拖动的纤维束尾，因锡林针面负荷厚度不均匀，以及厚度大于锡林-盖板梳理区的隔距，是以纤维束段挤压入盖板针齿的方式而被梳理，而在梳理区后部，其梳理隔距放大，却因锡林针面负荷的弹性变形恢复，锡林针齿所带纤维束尾段继续接受盖板的梳理。

6.3 锡林、道夫两针面发生的梳理作用，使得单纤维才能实现有效转移，实现对纤维的选择性输出，从而确保了后续加工工序的正常进行。

6.4 通过刺辊下安装分梳固定盖板的形式，可有效均匀、理顺刺辊针面的纤维束，使锡林针面对刺辊针面的剥取更加顺畅，确保纤维束更加有利于盖板针面的梳理。

6.5 安装后固定盖板，有利于稳定刚从刺辊针面上转移到锡林针面上的纤维束，理顺纤维束尾，有利于盖板针齿的分梳，减少棉结与纤维断裂。

［1］许兰杰，孙鹏子，于学成，等.梳棉机预分梳对梳理质量的影响［J］.棉纺织技术，2005，33（4）：9-12.

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［6］张明光，孙鹏子，曹继鹏.梳棉机盖板速度对盖板花纤维长度分布的影响［J］.纺织学报，2011，32（3）：47-50.

［7］张志丹，孙鹏子.梳棉机后固定盖板隔距对结杂的影响［J］.棉纺织技术，2007，35（2）：1-5.

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