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发布时间：2022-05-09 11:08所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：为研究新疆轧花车间温湿度对棉花加工过程中棉结、杂质及颜色级的影响程度，在新疆某轧花厂进行了跟踪试验采样分析。结果表明：车间温湿度对棉结指标影响很大，对杂质有一定影响，对反射率和黄度影响微弱。环境温湿度主要影响轧花、皮清工序的棉结和杂质指标，
摘要：为研究新疆轧花车间温湿度对棉花加工过程中棉结、杂质及颜色级的影响程度，在新疆某轧花厂进行了跟踪试验采样分析。结果表明：车间温湿度对棉结指标影响很大，对杂质有一定影响，对反射率和黄度影响微弱。环境温湿度主要影响轧花、皮清工序的棉结和杂质指标，随着环境温度的降低，相对湿度增加，清杂效果差，棉结增长多;温度相对高一点、相对湿度低时，利于除杂和降低棉结的生成，但是当相对湿度低于 45%时，会产生静电，棉结会有增多的趋势。籽清工序的棉纤维指标主要受烘棉温度和籽棉本身回潮率影响。认为：合理控制棉花初加工环境温湿度有利于提高棉花初加工的皮棉质量。
关键词：棉花;初加工;温湿度;回潮率;棉结;杂质;反射率;黄度
自 2010 年以来，新疆棉花产量在我国棉花总产量中的占比越来越高，2018 年新疆皮棉总产量达到 511.1 万 t，占据全国皮棉总产量的 83.8%，2020 年棉花新疆棉花产量占全国棉花总产量的87.3%，并且在 40 年间皮棉总产量增加了 40 倍[1 3]。新疆皮棉产量与质量直接影响我国棉纺织产品的水平与产业安全。
因此，提高新疆地区皮棉质量是至关重要的。新疆棉花初加工大多集中在每年 10 月至次年 1 月份，棉花加工厂是不封闭的，这一阶段棉花加工车间的温湿度随室外环境的变化而变化，多数情况在 10 ℃~15 ℃，其中有 2/3 时间生产车间温度处于 10 ℃以下，低温往往伴随着高湿，而温湿度对棉纤维性能影响较大[4]。尤其是温度低的时候，环境相对湿度较高，容易在加工过程中产生棉结和索丝，也不利于清杂。文献[5]主要研究了轧花工序和回潮率对棉纤维外观指标的影响。鲜有轧花环境温湿度对加工过程中棉纤维外观指标的研究。本研究通过在初加工各工艺流程测取温湿度并采样，分析温湿度和回潮率对加工过程中棉结、杂质和颜色级等外观质量的影响程度，为轧花工艺与设备改进提供理论支撑。
1 车间取样实验
1.1 取样安排取样日期：2020 年 10 月 10 日至 2020 年 12 月 10 日。取样地点：新疆昌吉州玛纳斯县某轧花厂。采样及温湿度测试：首先在喂棉口(自动喂棉机)采集约 1 kg 棉样，30 s~60 s 后依次在第二道复式籽清机、复式锯齿轧花机、气流皮清机和锯齿轧花机后同样采集样品约 1 kg，并测取取样口的温湿度、车间温湿度以及室外环境温湿度。
1.2 轧花加工流程和试验仪器机采棉初加工流程：棉垛→喂棉口→重杂物清理器→一道烘干塔→卸料式棉叶清理机→一道复式籽棉清理机(上清花机+提净机+下清花机)→二道烘干塔→二道复式籽棉清理机(上清花机+提净机+下清花机)→复式锯齿轧花机→气流式皮棉清理机→锯齿式皮棉清理机→打包机。第一道复式籽清机因没有合适的取棉口未取样。试验仪器：温湿度检测箱(自制)，XJ130 型原棉回潮率测定仪，USTER AFIS PRO2 型检测仪，电子天平，USTER HVI 1000 型大容量纤维检测仪。
1.3 指标测试每次取样结束后立即到实验室利用原棉回潮率仪测定各工序棉花的回潮率，每个环节样品测试 10 次，取平均值。然后从各棉样中留取 100 g~200 g 样品，将留取棉样带到纺织厂实验室进行温湿度平衡，采用 AFIS 和 HVI 测试棉样中棉结、杂质、黄度和反射率等质量指标。每组样品测试 10 次，取平均值。此处纤维测试分析的主要是细小杂质，在进行 USTER HVI 大容量纤维检测仪测试前已将其中的棉秆、棉壳等大杂质人工去除。
2 车间取样试验的结果与分析
2.1 温湿度与回潮率检测的室外、车间及各工序取样口的温湿度和轧花后各工序皮棉回潮率。对数据按温度划分，以 5 ℃左右为一个区间取平均值，数据依次按棉花加工流程顺序排列。相对湿度随着温度的变化而变化，温度降低，相对湿度升高，两月内环境温度下降了约 20 ℃，相对湿度增加了 40%左右。车间温湿度随室外温湿度波动而波动，车间温度比室外约高 1 ℃~3 ℃，其中秋季高 1 ℃~2 ℃，冬季高 2 ℃~3 ℃;车间相对湿度比室外低2%~12%，其中秋季约低 2%~5%，冬季约低 10%，秋季车间的温湿度与室外的差异要小于冬季。各工序在同一时间取样时都有温度差，但轧花机、气流皮清和锯齿皮清这 3 个环节取样口的温度很接近，都高于车间约 2℃左右，这主要是因为棉花的绝热效果比较好，仍有一部分烘棉余热残留。车间温度在 8.4℃时锯齿皮清工序的温度是低于喂花口，其他时间锯齿皮清的温度都是高于喂花口，说明棉烘棉残留余热在环境下温度很低时不再保留。
相对湿度随着加工过程的延续呈下降趋势，从喂花口到锯齿皮清大约降低 20%左右，此外锯齿皮清工序较车间相对湿度低 4%~7%左右，这主要是因为在气流输送过程中一部分湿气被空气带走排出。比较皮棉回潮率可以看出，低温下在这 3 道工序间的皮棉回潮率随着加工过程的延续呈现增加趋势，说明棉花处于吸湿状态，此时皮棉呈现出“内干外湿”状态，潮湿的表面在加工过程中易增加大量的棉结、索丝，影响皮棉加工质量，不利于加工[6 8];相反在温度高时，这 3 个环节的皮棉回潮率是在降低的，这说明皮棉处于放湿状态，空气干燥，棉纤维表面相对干燥，利于除杂;但如果空气过于干燥，如相对湿度小于 40%~45%，则有可能因静电问题影响皮棉的加工质量。
2.2 棉结、杂质、黄度和反射率
为车间不同温湿度和轧花机的实际转速。分别为各取样方案对应各工序棉纤维的外观指标。其中棉样的杂质、反射率和黄度指标利用 USTER HVI 大容量纤维检测仪检测，棉样的棉结用 USTER AFIS PRO2 型检测仪检测。因为车间温湿度和加工机器内温湿度差值小，故本部分研究按车间温湿度进行。
2.2.1 各工序棉结指标分析结合
随着工艺道数增加，棉结数一直在增加，但不同温湿度条件下增加幅度不同。温度 11.8 ℃时棉结增长率较大，主要原因是此时车间相对湿度偏低，平均值不到45%，机器内 40%左右，棉纤维回潮率也是全年最低，干燥的环境及偏低的纤维回潮率容易产生静电，加上此时轧花机转速在最高点，机械作用较强。而在零度以下棉结增长率也较大，主要原因是此时车间相对湿度偏高，棉纤维处于吸湿状态，摩擦因数大，容易纠缠。在 8.4 ℃时棉结增长率最大，尽管此时车速最低，但因为车间相对湿度全年最高，不适宜的温湿度环境使得此时棉花处于外湿内干状态，因而缠绕问题十分严重，车间停台率也是全年最高。
可以看出籽清工序和轧花工序环境温湿度对棉结的影响较大，零度以下锯齿皮清工序受环境温度的影响也比较大，环境温湿度在气流皮清工序中对棉结影响较小;其次可以看出，随着温度的增加，籽清工序的棉结增长率呈现出降低趋势，主要是因为：车间温度高时往往是轧花早期，此时虽然棉籽、棉叶比较潮湿，籽棉纤维的基部与棉籽的连结力也增大，轧花困难，纤维容易纠缠，易生成棉结，但考虑后续工序放湿的缘故，烘棉温度低;相反在低温时，由于籽棉的自然放湿加上烘棉温度高，棉纤维干燥，利于除杂，就会减少棉结的产生。
从中可以看出随着温度的降低，轧花工序和锯齿皮清工序的棉结增长率是在上升的，主要是因为：低温时，环境潮湿，回潮率升高，棉纤维处于吸湿状态，纤维表面潮湿，在机械外力的作用下容易产生棉结索丝[9 12]。其中轧花工序在 11.8℃时的棉结增长率较高是因为此时的相对湿度低、环境较干燥，造成纤维回潮率低、易产生静电，导致棉结增多。
2.2.2 各工序杂质指标分析
58%~76%的杂质清除在籽清工序完成的，随着工艺道数的增加，各工序杂质粒数一直在减少。从车间温湿度上来看，随着温度的降低，相对湿度的增大，总清杂效果是在增加的，从 78.3%增加到 86.5%。数据显示温度越低清杂效果越好，这与我们理解的一般规律不同，一般情况是随着环境温度的降低、相对湿度的增加除杂效果会下降的，尤其在温度接近零下以后，但观察的烘棉温度，我们发现该厂烘棉温度是随车间温度的降低而增加的，因此我们认为烘棉温度的高低是影响清杂效果的主要因素，环境温湿度的影响是次要因素。影响清杂效果的主要是籽清工序。其次可以看出随着温度降低，籽清工序的杂质减少率是在逐步上升的，主要原因是：随着车间温度的降低，烘棉温度的升高，棉纤维表面比较干燥，利于除杂。
可以看出随着温度的降低，轧花工序的杂质减少率是在逐渐降低的，虽较籽清工序幅度较小，但仍可以看出轧花工序的清杂效果是受温度影响的。其主要原因是：温度降低，环境相对湿度增加，纤维处于吸湿状态，表面潮湿，不利于除杂。可以看出气流皮清工序和锯齿皮清工序的清杂效果受温湿度影响较小，主要原因是：经过轧花之后，皮棉的杂质含量本身就比较少，所以这两道工序的清杂效果主要属于试验误差而产生的波动。
2.2.3 各工序反射率指标分析
可以看出，随着工艺道数的增加，各工序反射率增大，籽清工序反射率增加值在4%~9%，其他工序增加值在 0.6%~1%。大约 60%~80%的增加值在籽清工序完成。从中可以看出除籽清工序外，其他三道工序的反射率增长受温湿度的影响较小，在籽清、轧花、气流皮清工序和锯齿皮清工序中，反射率的增加趋势与杂质减少趋势非常相似，说明反射率增加与杂质的减少密切相关，与温湿度、回潮率的变化几乎没有直接的关系。
3 温度与回潮率对棉结影响的实验室模拟研究
在实际生产中，籽棉质量、轧花机的转速、烘棉温度以及纤维的回潮率、车间温湿度环境等有很多偶然性与不确定性，在有限的数据下探究其规律时可能存在一定的误差。为了避免多因素不确定性的影响，切实掌握在棉纤维在低温环境下受打击作用棉结的产生情况。我们采用实验室模拟环境温湿度对棉结指标的影响，通过控制单因素变量，进一步印证取样试验的结论。
3.1 模拟试验
从初加工企业带回同批次棉样中取出 150 g，分成 15 组，每组 10 g。利用 Y(B)802N 型八篮恒温烘箱对棉样进行烘干，将 15 组棉样分成 3 大组，将棉样回潮率调成 4%、6%以及 8%;然后在温度为 5 ℃、0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃的环境下，利用钢刷自上而下刷击、揉搓每组棉样 40次，最后测试每组棉样的棉结。
3.2 模拟试验结果与分析
随着温度的升高，棉结增长呈下降趋势，在低温区间 5 ℃~0 ℃棉结增长率较高，在 0 ℃~10 ℃温度对棉结增加率影响不大，在 10 ℃~15 ℃棉结减少比较显著，这表明在低温环境下易产生棉结，适当增加温度有利于减少棉结的产生;在同一温度下，回潮率越高棉结增加率较高，当温度为 10 ℃时，回潮率 4%棉样棉结较回潮率 8%棉样棉结低 37.6%。回潮率高，棉样纤维含水相对较高，较高的含水使纤维之间易产生黏连，从而引发棉结的形成，使棉结增多。因此在初加工环节中增设烘干塔，并合理调整车间温湿度有利于减少棉结的产生，提高轧花质量。
4 结论
(1)棉花初加工过程中受车间温湿度影响的外观指标主要是棉结，其次是杂质，反射率和黄度受其影响较小。(2)环境温湿度对加工质量的影响主要体现在轧花工序和锯齿皮清工序。车间温度升高时，相对湿度低，环境干燥，有利于除杂和降低棉结的产生，但当相对湿度低于 45%以后，会产生静电，有棉结增多的趋势;相反，车间温度低时，相对湿度高，环境潮湿，不利于加工，棉结增长多，除杂效果差。(3)籽清工序主要受籽棉的初始回潮率和烘干塔温度的影响，在一定范围内提升烘棉温度，利于除杂，也能减少棉结的形成。(4)实验室模拟试验表明，在单因素条件下，温度降低使棉结增加，并且在零度以下棉结增加幅度更大;回潮率升高也使棉结增加。由本研究可知，棉花初加工环境温湿度对棉花初加工质量有较大的影响，建议棉花加工厂应该根据实际情况采取措施，合理控制棉花初加工车间温湿度，为提高棉花初加工质量创造条件。
参考文献：
[1] 张洪浩,常巧真,丛虎兹,等.新疆棉花生产问题探讨与建议[J].农业科技通讯,2021(11):18 20.
[2] 梁亚军,李雪源,郑巨云,等.新疆 2019 年棉花产业情况概述及存在问题与策略[J].棉花科学,2020,42(1):14 20.
[3] 张贺轩,徐爱武.新疆棉花生产地位分析[J].中国棉花加工,2020(4):4 7.
[4] 郑芝奖.温湿度对棉纤维质量的影响[J].中国棉花加工,1999(3):23 24.
[5] 史书伟,向天明, 刘伟刚, 等. 棉花加工过程中回潮率对皮棉质量的影响 [J].棉纺织技术,2020,48(8):19 23.
作者：张纯宇 周红雷 袁少琦 徐红 方丹丹
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《棉花初加工温湿度对棉结杂质及颜色级的影响》