棉花初加工对机采棉杂质及棉结影响程度研究

曹吉强 徐红 谢占林

摘 要：为研究棉花初加工对机采棉杂质及棉结程度的影响，在8个位置对经过不同工艺设备处理后的机采棉纤维进行取样，利用HVI及AFIS对其含杂率、棉结等指标进行检测和分析。结果表明：随加工工序的进行，杂质面积、杂质颗粒数均呈下降趋势，棉结总数呈增加趋势，影响比较大的3个工序分别是轧花、籽清2、锯齿皮清1;籽清2工序对大杂有很好的清理作用，籽清4工序对棉结的影响百分比达到了21%;对纤维品质影响程度最大的是轧花工序，占到整个加工中棉纤维内在品质损伤的40%以上，尤其是轧花后杂质颗粒（62.7%）和棉结数（51.2%）增幅较大。建议企业采取合理的轧花速度与清理道数，从而改善机采棉纤维的各项性能。

关键词：初加工;纤维品质;杂质;棉结;机采棉

中图分类号：TS111

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2019）06-0021-05

Abstract：In order to study the influence of ginning process on impurities and neps in machine picked cotton， the machine picked cotton fiber samples processed by different processes and equipment were taken in eight locations， and tested and analyzed for impurities， neps and other indicators via HVI and AFIS. The results indicate that with the progression of the process， both the impurities area and particle number take on a decreasing trend， and the total number of neps increases. The three processes that have a relatively large impact are ginning， seed clearing 2， and saw tooth skin cleaning 1. Most big impurities can be cleaned via the process of seed clearing 2， and the impact percentage of seed clearing 4 on neps reaches 21%. The ginning process has the greatest influence on the fiber quality， accounting for more than 40% of intrinsic quality damage of the whole cotton fiber processing. In particular， impurity particles （62.7%） and the number of neps （51.2%） increased significantly after ginning. It is suggested that appropriate ginning speed and number of scotching channels should be adopted so as to improve the properties of machine picked cotton.

Key words：cotton ginning process; fiber quality; impurities; neps; machine picked cotton

棉花初加工是整个棉花生产中的关键部分，加工质量的好坏直接关系到纺纱质量指标的优劣以及纺纱成本。尤其是机采棉初加工，由于机采棉特殊的采摘方式，杂质含量较高，客观上需增加清理次数。而多次的机械打击不仅对纤维的内在品质损伤明显，使纤维长度指标、强度指标降低，同时增加了在紡纱过程中不易清除的棉结和带纤维籽屑[1]。随着皮棉清理次数的增加，条干CV值、粗节、细节、棉结以及毛羽、特数偏差、强力等指标都随之恶化，三道皮棉清理工序后纺出的纱线指标比第一道、第二道增加更为明显[2]，对棉纤维的原生品质不可避免会产生一定程度的影响。杂质、棉结问题是目前棉花加工中亟待解决的问题，加大清理力度后问题有所好转，皮棉清理使杂质面积明显降低，杂质粒数适当降低，但增加了纺织厂最为头疼的棉结粒数，棉结很难被清除，它不仅影响纱线及坯布的外观质量，而且影响染色效果，棉结粒数增多[3]，在染色后会形成深细点或浅细点，造成纱、织物等降级[4]。本文通过研究实际生产中初加工流程各个工序对棉纤维杂质、棉结影响程度，为成套机采棉清理加工设备的设计研发和轧花企业实际生产中调整工艺参数、车速等提供参考，同时特别注意机采棉以及原生品质差的棉花品种等，逆向促使植棉户或植棉单位注重良种种植和机采要求，重产量的同时更要重质量。

1 实 验

1.1 实验原材料准备

南、北疆各取一轧花厂，具有机采棉加工生产线。棉样选择：北疆兵团某师某棉花轧花厂，南疆兵团某师某团棉花轧花厂，在同一时期采取样品，采样过程要求待生产稳定后，安排8人差时（30 s）分别在喂花口、异性纤维清理机后、提净式籽棉清理机后、回收式籽棉清理机后、轧花后、气流皮清后、一道锯齿皮清后、二级锯齿皮清后采集样品[5]，各采集30 kg。

1.2 轧花设备与实验仪器

1.2.1 轧花设备及工艺流程

机采棉轧花加工主要工艺流程如下：

货棉→重杂物分离器→异性纤维清理机→烘干塔→倾斜式籽棉清理机→提净式籽棉清理机→烘干塔→倾斜式籽棉清理机→倾斜回收籽清机→轧花机→气流式皮棉清理机→一道锯齿式皮棉清理机→二道锯齿式皮棉清理机→皮棉加湿→取样、打包

由于棉花加工工序的全程比较长，本文为使做表、作图简洁明了，用简称代指，具体对应如下：机采货场棉-货棉;机采异性纤维清理机后-三丝;机采倾斜式籽棉清理机后-籽清1，提净式籽棉清理机后-籽清2;机采倾斜式籽棉清理机后-籽清3，倾斜回收籽清机后-籽清4;机采轧花后-轧花;机采气流皮清后-气皮;机采一道锯齿皮清后-锯皮1;机采二道锯齿皮清后-锯皮2。

注：由于取样困难，本试验只取籽清2与籽清4。

1.2.2 实验仪器

棉纤维性能检测设备为新疆维吾尔自治区纤维检验局试验中心USTER HVI-1000C、USTERAFIS。

1.3 测 试

针对取回的试样处理，首先对其中较大的杂质（棉壳、棉叶、滴灌带、棉杆等）进行人为去除，避免大杂质对检验设备的损伤，但试验结果仍具有代表性;其次将分好组的30个试样在实验室的平衡间放置48 h;最后为降低实验误差，将平衡间的30组试样分别在HVI上测试10次，求其平均值，得出30个数据，对测试出的结果进行分析对比，同时选取样品进行AFIS棉结指标检测。

说明：此处的主要分析的是细小杂质，因为为方便HVI测试，一些棉壳、棉梗等大杂质已经被人工去除。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

用HVI检测初加工后棉花杂质情况，结果见下表1，用AFIS检测棉结数情况，结果见下表2。

2.2 结果分析

2.2.1 各工序后棉花杂质面积及杂质颗粒数

图1、图2是根据表1绘制的杂质面积及杂质颗粒数目比较直方图。从数据来看，随着处理工序的进行，杂质指标都在明显下降，极少出现后道工序的叶杂指标较前道工序叶杂含量高的测试结果，故采用平均值和变异CV值来分析叶杂指标。从图1与表1中可以看出籽清前叶屑等级为6，籽清和轧花阶段叶屑等级为5，三道皮清，每经过一道皮清，叶屑等级提高一级，随着加工工序的进行含杂面积逐渐下降，下降幅度较高的3个工序分别是籽清2、轧花、皮清1，尤为明显的是籽清2的含杂面积比三丝工序减少了0.89%，可能是因为籽清2工序将棉花内的大杂质变为小杂质。每百克杂质颗粒数目从货棉到籽清4呈现逐渐下降趋势，其中籽清2工序后杂质颗粒数目下降最多，三丝工序也有一定的除杂作用，说明重杂物分离也除去了部分杂质;轧花后杂质颗粒数目有较大幅度上升，逼近原杂质颗粒含量，主要是锯齿加工产生了较多的籽屑，同时一些大的杂质经锯齿打击分解为细小杂质，综合作用使轧花后每百克杂质颗粒数目大幅上升。气皮除去少量杂质颗粒，锯皮1加工除杂作用较大，降杂比例较高，杂质颗粒数比皮清工序减少了47粒/100 g，然后锯皮2进一步小幅降杂。从其变异CV指标来看，杂质含量离散性比较大，但每道工序杂质含量有明显区别。

图3是根据表2绘制的各工序棉结数，从货棉到锯皮2工序，整体棉结数呈增加趋势，尤其经过轧花工序后，棉结数比籽清4增加了64粒/g，可能是由于轧花工序大幅增加了纤维勾结、缠绕、揉搓棉结的数量。而从货棉到三丝工序棉结数减少了14粒/g，可能是由于重杂物分离出部分杂质的同时也带走了一定量的棉结，还有可能是由于假性棉结减少造成的结果，这也是我们需要进一步研究的内容。

2.2.2 机采加工主要工序对棉花杂质及棉结绝对变化百分比影响分析

从上表3可以看出对杂质及棉结影响比较大的3个工序分别是轧花、籽清2、皮清1，从整体上看轧花工序对多项棉花杂质及棉结指标影响较大，其次是籽棉预处理工序、皮棉清理，籽清2工序对纤维杂质粒数、棉结的影响百分比基本上在19%左右，而对杂质面积影响为30%，说明籽清2工序对大杂质有很好的清理作用。需要注意到籽清4工序对棉花品质指标绝对变化百分率的影响百分比达到了21%，说明籽清4是影响棉结生成的重要因素。而对其它棉花品质指标的影响基本处在9%作用，为籽清2作用强度的一半。

轧花工序完成了棉纤维和棉籽的分离工作[6]，轧花前自带的清理装置对棉花品质指标的影响也不能忽视，另外从表3中可以看到轧花对杂质面积影响较小，但是杂质颗粒数反而增加，可能是由于棉纤维和棉籽分离过程中，纤维和籽皮的粘结附着力较大，锯齿勾拉纤维时把籽皮给拉了下来，加上棉籽和肋条撞击，部分棉籽、不孕籽被打碎，造成了杂质颗粒数目增加、杂质面积下降幅度不高的情况。在初加工的各阶段棉结总数均呈增加趋势，其中轧花加工使棉结明显增多[7]，轧花工序对棉结作用影响达到42%，可能是因为在轧花前的清理、轧花中的锯齿勾拉，纤维不断受到轴向和径向应力的作用产生应变，部分纤维出现疲劳现象，致使自身抗弯刚度和强度下降，产生弯曲变形，进一步相互扭结成棉结增多;一道锯皮对杂质颗粒数、杂质面积影响更加显著，这可能与锯齿皮清机的作用特点有关，锯齿皮清以握持打击清理为主，比自由打击作用强烈;二道皮清相对其它品质指标，作用比较大的是棉结数、杂质颗粒数，说明锯齿皮清去杂质颗粒效果较好，但同时增加了后道纺纱中很难去除的纖维棉结。

2.2.3 机采加工主要工序对杂质、棉结变化相对百分比影响分析

棉结它具有不易分开、被扯开后纤维易被扯断的特点，Peters[8]研究指出纤维棉结和纺纱棉结的相关系数是0.46，因此可以说原棉纤维中的棉结含量对于成纱质量有很大影响。从表2中可以看到货棉棉结较三丝后、籽清2后每克纤维棉结多，分析以为原棉在收获、运输堆放过程中发生纤维纠缠，产生棉结，主要分为两部分一种是真性棉结，一种为假性棉结，假性棉结虽然纤维打结构成节点，但打结比较松弛，在通过喂花机喂棉，经气流吹拂输送、三丝机滚钉开松过程中，假性棉结打开，棉结数量不升反降。

从表4对比中可以看到，各工序除杂效率基本上和纤维内在品质棉结增加成正相关对应关系，但也有个别工序对其中单一指标有特别的作用，如轧花工序作用一般都是最高峰值，杂质颗粒数增加最为突出，达到了62.7%，而在锯皮1工序中减少最多（52.8%）。但是对于杂质面积及杂质颗粒数等指标，显然锯齿皮清有更高的去杂效果，籽清4对棉花品质多项指标影响较籽清2小，但对纤维棉结增长作用比较大。

Alon等[9]叙述的与棉结数相关的参数关系公式。

式中：N为棉结数，粒/g;F为纤维应力，N;E为弹性模量，N/cm2;I为纤维横截面积的转动惯量，g/cm4;L为纤维长度，cm。

纤维横截面积的转动惯量很小、差别不大，因此从上边关系模型来看，影响纤维棉结成因的微观因素主要有3个，棉结数与纤维所受的应力、纤维长度成正比，与纤维的弹性模量成反比。因此在棉花加工过程中，应注意机械打手等设备对棉花纤维的打击力度，进而减轻机械设备对纤维品质损伤，减少棉结数。

纤维棉结形成的主要原因是纤维间的搓转和擦转[10]，本文从具体棉结影响程度、分析棉结初加工产生原因角度出发进一步介绍棉结。

纤维棉结上升幅度比较大的4个工序分别是轧花、籽清4、锯皮1、锯皮2，经轧花工序后每克棉花纤维棉结增加64粒/g，增幅非常高，达到51.2%，因此可以说轧花是棉结产生的主要原因，分析以为纤维经清花喂花装置中与排杂网摩擦，钢丝刷刷附、隔条栅冲击、毛刷辊高速刷棉，在经过锯齿反复勾拉和毛刷梳理中，纤维之间、纤维自身产生缠结。经籽清4工序，纤维棉结增加31粒/g，上升幅度为33%，分析以为前三道工序中假性棉结很大部分被消除，倾斜式籽棉清理机和回收式籽棉清理机具有刺钉作用，纤维之间反复摩擦。经两道锯皮工序处理后每克棉花纤维棉结增加数分别为28、20粒/g，增幅较大，而且据有关资料显示锯齿皮清产生的棉结，在后道加工中几乎是无法清理掉的，分析以为棉花集团在握持时被锯齿反复梳理，作用在每根纤维上的强度较大，纤维平行顺直度差，部分纤维被拉断，部分纤维体相互勾结缠绕导致纤维间的死结。

3 结 论

a）随初加工的各工序进行，杂质面积、杂质颗粒数均呈下降趋势，整体来看对棉花品质指标影响比较大的3个工序分别是轧花、籽清2、锯皮1。对于杂质面积影响最为明显的是籽清2，相比三丝工序减少了0.89%，锯齿皮清有更高的除杂效果，杂质颗粒数比皮清工序减少了47粒/100 g;而棉结增加量最多的工序是轧花工序，棉结数比籽清4增加了64粒/g。

b）籽清2工序对大杂有很好的清理作用，籽清 4工序是棉结生成的重要因素，对棉结的影响百分比达到了21%。

c）从棉花初加工各工序对棉纤维品质指标影响值来看，影响程度最大的是轧花工序，占到整个加工中棉纤维内在品质损伤的40%以上，尤其是轧花后杂质颗粒（62.7%）、棉结数（51.2%）增幅度较大，应予以特别关注。

参考文献：

[1] 徐红，李岩，杜卫东，等.新疆机采棉的品质问题与改善建议[J].上海纺织科技，2015，43（10）：65-68.

[2] 谢占林，徐红，曹吉强.皮棉清理道数对机采棉纺纱性能的影响[J].棉纺织技术，2014，42（4）：20-23.

[3] 徐红，曹吉强，叶伟，等.锯齿式皮棉清理对机采棉性能的影响[J].纺织学报，2014，35（1）：35-39.

[4] 徐红，赵琦.皮棉性能对纺织成本与质量的影响[J].中国棉花加工，2009（2）：23-25.

[5] 曹吉强，徐红.轧花加工对机采棉颜色级变化的影响研究[J].中国棉花加工，2017（2）：30-32.

[6] 谢占林.机采棉加工主要工序对棉花品质指标影响程度比较研究[D].新疆：新疆大学，2015：51.

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[10] 罗建红，冉隆奎.对棉结形成原因与减少途径的研讨[J].纺织器材，2003，30（6）：14-16.