基于分梳原理的山羊绒净绒率检测设备研究

1 引言

山羊绒是生长在被毛底部的细绒毛，有着“钻石纤维”和“软黄金”的美称。采用特制的铁梳或者钊子从山羊躯体上抓取的绒毛称为瓜子绒，采用剪刀直接从山羊躯体身上剪下来的绒称为套子绒，瓜子绒和套子绒都是山羊原绒。山羊原绒中绒纤维含量越高则价值越高，而山羊原绒中绒纤维含量采用净绒率来表征，因此净绒率的高低直接关系到山羊绒的使用价值及贸易过程中的结价。选择一种高效准确的净绒率检测方法对于增强检测体系建设、加强羊绒质量监管、促进羊绒以质论价、保护企业及牧民权益都十分重要。

2 现有净绒率检测方法

国内外关于山羊原绒净绒率的检测方法概括起来主要有以下3种：纯手工挑拣法、锡莱分析仪（进口开松机）配合手工挑拣法和近红外光谱测量法。

2.1 纯手工挑拣法

纯手工挑拣法检测山羊原绒净绒率指标是较为常用的检测方法，其依据为GB 18267—2013《山羊绒》，测试原理为，将山羊原绒经洗净、烘干且去除粗毛、杂质，以公定回潮率和公定含油脂率修正后的质量占山羊原绒质量的百分数[1]。在试验过程中主要应当注意以下几个方面：（1）取样均匀性；（2）手法熟练程度；（3）作业环境（如光线等）。

2.2 锡莱分析仪配合手工挑拣法

从山羊原绒到水洗山羊绒的步骤，均是按照GB 18267来操作，5g水洗绒试样喂入到锡莱分析仪开松处理3次后，基本粗杂去除效果已经达到限制，将粗杂收集舱中的绒团和绒毛挑拣出来，将绒毛收集舱的绒毛收集起来，通过手工挑拣方法去除少量粗毛和肤皮等杂质。

2.3 近红外光谱测试净绒率[2]

样品成分浓度或性质变化与对应的近红外光谱变化之间存在着相关关系。近红外光谱法测试山羊绒净绒率正是基于这一相关关系，首先建立光谱变化与样品成分浓度或性质变化之间的定量或定性关系，即校正模型，然后应用校正模型和未知样品光谱实现定量预测未知样品一种或多种成分浓度或性质的一种快速分析方法。2.4 几种测试方法对比

纯手工挑拣方法费时费工、样本量少、代表性差，特别是对于那些肤皮含量多、杂质量大的山羊原绒更是很难将山羊绒与其他物质彻底分离干净，尤其是由于操作人员目光、手法及熟练程度不同致使测试结果在不同实验室之间存在较大差异。

锡莱分析仪配合手工挑拣法，在一定程度上能够提高效率，但除粗杂不彻底、噪声大、对绒纤维损伤严重，最后收集到的绒毛中依然混有很多粗毛和杂质，根本无法实现完全替代手工检验。

近红外光谱检测法可以不破坏样品进行检测，并且所需检测时间很短，但近红外光谱进行定性定量的准确性、可靠性，很大程度上取决于建立模型数据库的代表性。笔者认为，不同产地的山羊绒品质都在不断发展变化，甚至同一产地不同阶段的山羊绒品质也在发展变化，要想建立一个随着山羊绒品质变化不断动态发展的模型数据库还有很长的路要走。

3 基于分梳原理的净绒率检测设备

通过对当前几种山羊绒净绒率检测方法的比较，我们探索研发一种能够很大程度上解放人工、更加贴近于实际生产工艺的净绒率检测设备，为企业和社会客户提供更可靠数据。最终，我们从羊绒生产企业采用的联合分梳机上获得灵感，结合联合分梳机能够将山羊原绒经过多道分梳后形成无毛绒，不会对纤维造成大的损伤的特点，研究了一种基于分梳原理的净绒率检测设备。

3.1 基本原理

山羊绒样品经可调节隔距的喂入系统喂入，然后进入甩粗除杂装置去除样品中的杂质和一部分粗毛，粗杂掉落在位于辊体下方的粗杂收集舱中，被开松的山羊绒样品流转至分梳机构梳理成单纤维状态，梳理后的绒样继续向转移甩粗辊机构转移，在转移的过程中再次甩落部分粗杂，剩余的少量粗毛和净绒在离心力和吸风力的作用下进入到收绒箱中。

3.2 基本结构

基于分梳原理的净绒率检测设备采用全封闭式罩壳（如图1所示），包含可调式喂入机构、两级去粗除杂机构、分梳机构、转移甩粗辊机构、吸风装置、粗杂收集舱和分梳绒收集舱；设备的控制装置采用触摸显示屏连接可编程逻辑控制器，由可编程逻辑控制器通过驱动器控制永磁伺服电机，带动各辊子转动。

图1 基于分梳原理的净绒率检测设备整机成型图

3.3 关键突破

3.3.1 部件与参数相配合确保甩粗除杂效果

通过策划设计、设备试制、上机调试、反复论证，调整斩刀、漏底的形状和角度，调节各个工作辊子的速比，设置设备其他工艺参数，找到了甩粗除杂和获取净绒的最佳结合点。

3.3.2 采用全封闭罩壳设计

净绒率检测仪采用全封闭罩壳，在开展检验检测工作过程中，运行经过仪器设备各个部位的样品都会按照物质种类流转至粗杂收集舱和分梳绒收集舱，不存在被气流吹走和流失的现象，更不会出现飞花散布的情况。

3.3.3 设置可调节风量的吸风装置

吸风装置的风量在运行过程中可以根据需要调节，吸风装置可以辅助实现粗、杂和绒的有效分离，粗杂收集容器和绒毛收集舱分别用于收集粗杂和绒毛。

4 净绒率检测设备试验结果及分析

4.1 试验效率和试验效果分析

分别采用锡莱分析仪配合手工挑拣方法以及净绒率检测仪配合手工挑拣方法，在恒温恒湿条件（温度20.8℃，湿度65.4%）下对山羊原绒净绒指标进行检测，记录结果如表1所示。

可以看出，锡莱分析仪3道分梳所用时长要明显少于净绒率检测仪，这是因为锡莱喂入幅宽大、工序少、转速高，本文研究设备在后期可以改进。净绒率检测仪的手工辅助挑拣绒样时长和总时长均小于锡莱分析仪，表明采用净绒率检测仪检测的山羊绒样品更加干净、更有利于后期手工挑拣，采用净绒率检测仪检测效率高。从净绒绝干重量和提取率两项指标来看，最终获得的净绒重量与实际相符，采用净绒率检测仪进行试验基本不会对样品造成损耗，提取率都在95%以上。

4.2 噪声声级

采用经过检定的声级计对电源接通时的噪声声级和开机5分钟后正常运转时的噪声声级进行现场测试，在山羊绒上机试验中共采集了10组数据进行比对分析，比较两种设备噪音大小，见表2。

表1 两种试验仪器测试效率、效果指标结果

表2 噪声比对表

可以看出，电源接通时产生的噪声声级要略高于开机5分钟后正常运转时的噪声声级，由于平均噪声=各次噪声声级之和/测试次数，锡莱分析仪电源接通时产生的平均噪声声级为83.82dB，净绒率检测仪电源接通时产生的平均噪声声级为73.31dB，前者高于后者10.51dB；锡莱分析仪开机5分钟后的平均噪声声级为81.21dB，净绒率检测仪开机5分钟后的平均噪音噪声声级为70.93dB，前者高于后者10.28dB。总体来说，净绒率检测仪在工作时产生的噪音要小，这对于减小作业环境污染，提升检验人员身心健康非常重要。

4.3 长度损耗程度

采用GB 18267—2013中规定的手排法，对经过锡莱分析仪分梳后的绒样长度和经过净绒率检测仪分梳后绒样长度进行测试，检测数据记录如表3所示。

表3 长度损耗比对表

可以看出，经过锡莱分析仪分梳后的绒样受到了较为严重的损伤，长度基本都在28mm以下，而经过净绒率检测仪分梳后的绒样则损伤很小，长度基本都在30mm以上。从单个绒样的长度差来看，锡莱分析仪对绒样的最大损伤比净绒率检测仪多了7.73mm，最小损伤也多了4.08mm。众所周知，长度是山羊绒纤维的重要特征指标，对山羊绒长度的严重损伤，会影响山羊绒的后续加工性能和使用性能。

5 结论

综上，本文研究的基于分梳原理的净绒率检测设备具有以下优点：

（1）能够对粗杂和羊绒进行明显的分离，最终得到的分梳绒中基本不含杂质，净绒率检测的稳定性误差和可靠性误差均能控制在±2%，分梳绒的含粗率＜0.5%，山羊绒上机提取率≥95%。

（2）设备外形小巧美观，适合于实验室使用，上机测试操作简便，检测耗时较短，很大程度上解放了人工，提高了检测效率。

（3）设备噪音较低，降低了作业环境污染，对提升检验人员身心健康非常重要。

（4）相对于进口开松仪器，该设备对山羊绒长度损伤小，能保证山羊绒纤维的后续加工性能和使用性能。

（5）仪器设备成本较低，市场前景广阔，有利于推广。

山羊绒净绒率检测一直都是困扰业界的难题，本文研究的设备只是对基于分梳原理的净绒率检测设备的初探，虽然在速度上还有待提高，但效率上已证实不错。通过后期不断优化，将有机会向全自动化检测、智能化检测迈进，最终实现仪器化自动检验完全代替手工检验，使山羊绒净绒率检验方法实现革命性变革。