初加工过程中棉结演变规律比较研究

张雪莹　崔玉梅　李雪婷

摘要：采用梳棉网棉结杂质计数法，通过观察机采棉与手采棉在初加工过程中棉结性状变化，分析了棉结在初加工过程中的一般演变规律。结果表明：初加工过程中机采棉机械棉结数量要明显高于手采棉机械棉结数。清理工序的增加能使生物棉结得到有效清除，但工艺参数配制不当会造成机械棉结的大幅度再生。

关键词：计数法；棉花初加工；机械棉结；生物棉结；演变规律

多年来，众多学者对纺纱过程棉结的形成规律与演变规律进行了细致而严谨的研究，纺纱过程中对棉结的检测技术及改善措施已日渐成熟，但对初加工过程中棉结的形成机理与演变规律的研究却鲜有报道。刘承晋等提出在初加工过程中产生的索丝、棉结，特别是紧棉结是造成成纱棉结的主要因素。秦贞俊指出轧花生产对棉结的产生影响极大。欧怀林在研究中指出，因棉花原料中存在籽屑或不成熟纤维，使得原料经軋花或清梳处理时形成短绒而集聚纠缠形成大量棉结。且这个阶段形成的棉结对棉花的后期加工影响极大。

为了更便捷的研究棉结形成原因及机理，Pearson在其4种纤维类型（厚壁纤维棉结、中等壁厚纤维棉结、薄壁纤维棉结和绒毛纤维棉结）的基础上，将棉结按构成纤维的胞壁厚度分为15种棉结进行了讨论分析。Alon等将棉结按大小进行分类，即从小棉结的5根到大棉结24根，并指出每一个棉结有一个密集中心，在中心处有一根或者更多的纤维造成棉结。这些纤维抱成一个团，外形复杂，且中心处均有一个真正的结点。邵东锋等将棉结分为机械棉结、生物棉结和起绒性棉结，其中起绒性棉结分布于染过色的织物表面。

经过对棉花初加工过程中机采棉与手采棉棉结性状的观察分析，本研究将棉花初加工过程的棉结分为两大类：机械棉结（如图1（a）所示）、生物棉结（如图1（b）-（d）所示）。机械棉结仅由纤维构成，纤维扭结在一起经手扯后无法分解，且具有明显的核心；生物棉结是由纤维与外源物质扭结而成，并以外源物质为核心的棉结，包括不孕籽、僵瓣棉经机械加工后转化成的棉结，以及形成于枯叶和碎棉籽壳杂质周围的纤维结，或者以杂质为核心的纤维结，带籽屑棉结形成于带纤维软籽表皮和带纤维籽屑。本文还对比分析了初加工过程中棉结的演变规律及形成原因。以便为棉花初加工过程中的技术改进提供实验依据。

1.试验材料及方法

1.1试样

试样材料的产地等相关信息见表1。其初加工工艺及设备型号如下。

机采棉：籽棉垛-重杂物分离机-籽棉卸料器-籽棉自动控制喂料器-头道籽棉清理机（10 t倾斜式回收籽棉清理机）-板式烘干塔-二道籽棉清理机（10 t冲击式籽棉清理机）-籽棉清铃机（MQZL-10）-双籽清机-轧花机（MY-128轧花机加10 t冲击式籽棉清理机）-气流皮棉清理机（MQPQ 2000）-锯齿式皮棉清理机（MQP400-2000）-集棉器-加湿-打包机。

手采棉：籽棉垛-重杂物分离机-籽棉卸料器-籽棉自动控制喂料器-头道道籽棉清理机（MQZXH-8籽棉清理设备）-棉叶清理机（MQZK-1800籽棉棉叶清理设备）-板式烘干塔-轧花机（锯齿MYT-15加10 t提净式籽棉清理机）-气流皮棉清理机（MQPQ_2000）-锯齿式皮棉清理机（MQP-2000）-集棉器-加湿-打包机。

1.2检测条件

检测仪器：小型手工梳棉板（型号：CIRAD）、梳棉清洁刷、无纺布清洁刷、挑针、电子天平（感量0.01 g）。

测试样品的处理：采取随机抽取具有代表性样品的原则，从棉花样品中随机抽取棉样30 g，充分混匀后，均匀分成30份。试验样品的制样方法按照标准GB/T 6097-2012《棉纤维试验取样方法》操作。抽取和制备样品时应注意避免外部污染。

1.3檢测方法

采用梳棉网棉结杂质计数法，参照GB/T 6103-2006《原棉疵点试验方法》。

1.4试验步骤

a）试验前，用刷子清洁梳棉机，清洁小型手工梳棉板，以防杂物混入棉网。

b）将所取1 g棉样用手撕松放于喂棉板上，铺成11 cm长的棉网。

c）开梳机棉，在梳棉板或开棉机上梳成大约等于输入棉样80%的棉网。

d）将梳好的棉网均匀平铺于黑色检验台上，开始计数各类棉结。计数过棉结的棉网区域用黑色挡板隔开，以避免重复计数。

e）分类记录棉结粒数。

2.结果与讨论

2.1初加工过程中棉结数量变化规律

棉结增加率R可用下式计算：式中：A为前道工序中棉结粒数，B为当前工序中棉结粒数。

2.1.1机采棉

机采棉初加工过程中棉结增加率见表2。由表2可知，机采棉在初加工过程中，轧花工序后，机采棉棉结粒数增长最多，增长率高达217.78%。其中，机械棉结增长率为276.73%，生物棉结增长率为106.80%。其次棉结明显增长的工序是头道籽清，增长率为57.12%，其中的机械棉结增长率为130.45%，生物棉结增长率为33.06%。而四道籽清后生物棉结又成负增长趋势，原因有：a）垛厂棉样经头道籽清前，未经烘干设备，致使原棉含水率较高，造成纤杂不易分离，甚至扭结成棉结。b）在原棉含水率较高的情况下，杂质经清理设备时易破裂，造成生物棉结的再生。c）四道籽清时不仅保证了原棉的含水率，促使外源性物质较易得到排除，而且增加清理道数，使得生物棉结的清理更彻底。

2.1.2手采棉

手采棉初加工过程中棉结增加率见表3。由表3可以得出，手采棉棉结在初加工过程中演变规律为：双籽清后棉结粒数增长最为明显，增长率高达240.35%，其中，机械棉结增长率达277.78%，生物棉结增长率达223.01%。其次棉结粒数增长明显的工序是轧花工序，增长率达144.64%，其中，机械棉结增长率为232.82%，生物棉结增长率为53.76%。

2.1.3机采棉与手采棉棉结演变规律比较分析

为更好地分析机采棉和手采棉的棉结演变规律差异，本文选取的两种棉样必须经过的四道工序（垛厂籽棉、轧花前、轧花后、皮清后），这样可以客观的得出清理设备的多少对棉结演变规律的影响。

初加工过程棉结总数演变规律见图2。由图2可以看出，机采棉与手采棉棉结总粒数变化规律的相同点是：a）兩者都随着加工工序的增加而增加。b）轧花工序是造成棉结总数增加的主要工序。不同的是手采棉的棉结粒数的增加趋势要缓和一些，而机采棉棉结粒数的增加要急剧一些，表现最突出的是在轧花工序。图2还显示出，皮棉清理阶段两者的增加趋势都放缓，说明皮棉清理工序可有效控制棉结的再生。

初加工过程中机械棉结演变规律见图3。由图3可得出，其一，在未经轧花和籽清处理时，两种采摘方式的机械棉结数量都比较低，说明轧花和清理工序会造成机械棉结的产生。初加工过程中机采棉的机械棉结数明显高于手采棉，这是因为对含杂较高的机采棉初加工的工序较多、加工流程长，对纤维的摩擦搓转作用多。其二，两种采摘方式的棉花在初加工过程中机械棉结都呈现出逐渐增长的趋势，说明初加工的每一个工序都会产生机械棉结，且产生量多于清除量。其三，轧花工序是造成机械棉结产生的关键工序，这是因为，一方面轧花加工的机械棉结产生率远大于清除率，另一方面，大棉结被分解成多个小棉结，致使机械棉结成倍增加。轧花机清杂机件的锯轴转速、毛刷转速、锯片隔距、肋条间距等配置不当及机械状态不良会加大机械棉结的再生。

初加工过程中生物棉结演变规律见图4。由图4可知，手采棉生物棉结在初加工过程中呈现出逐渐增加的趋势，而机采棉棉结数则呈现有增有减，具体规律为：经籽棉清理后，生物棉结略微下降，而轧花工序生物棉結有明显增加，皮棉清理又使得生物棉结得到有效清除。造成这种现象的原因可能为：a）轧花剥绒阶段，由于锯片不平整和锯轴转速过快，增大了棉籽和带纤维籽屑被刺破的几率以及受到的冲击力，进而产生生物棉结。b）部分受到病虫伤害或成熟度差的棉籽，其破碎强度低，在轧花过程中，更易产生破籽。c）轧花肋条隔距过宽，致使棉籽在工作箱中滞留的时间过长，从而增大了棉籽的受损伤率。

3.结论

通过测试分析初加工过程中手采棉与机采棉棉结粒数变化规律，得出结论如下：

a）初加工过程中，机械棉结随清理设备的增多而增加。生物棉结则随清理设备的增多而较少。原棉含水率的高低，直接影响两种棉结的再生。

b）未经籽棉工序清理时，机采棉与手采棉的机械棉结数量均很低；经籽棉工序清理后，两者的机械棉结开始呈现出增加的趋势。且轧花工序时，机采棉机械棉结的增加率要明显高于手采棉。

c）初加工过程中，机采棉的棉结总数要明显高于手采棉。