刺輥速度對棉結(jié)變化和重新分布的影響

曹繼鵬，張明光，于學(xué)智

(1. 遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院，遼寧 丹東 118003； 2. 遼東學(xué)院 遼寧省功能紡織材料重點實驗室，遼寧 丹東 118003)

刺輥作為梳棉機的主要部件之一，對梳理過程中棉結(jié)和雜質(zhì)的去除、纖維的轉(zhuǎn)移等均會產(chǎn)生重要的影響，因此，對刺輥的研究也一直是梳棉理論研究的重要環(huán)節(jié)之一。刺輥握持梳理是短絨的主要產(chǎn)生點與最大排除點[1]。Artzt[2]通過研究指出，增加刺輥速度會引起紗線疵點增加。Juzo Hosokawa[3]研究了梳棉機速度對棉結(jié)形成的影響，實驗中錫林速度固定為340 r/min，刺輥速度分別取630、840、1 260和1 680 r/min ，結(jié)果表明，刺輥速度在840 r/min時，生條中的棉結(jié)含量最小。該實驗中還測試了1 g棉卷產(chǎn)生的生條、蓋板花和刺輥落棉中的棉結(jié)數(shù)，指出大多數(shù)棉結(jié)存在于生條中，蓋板花與刺輥落棉中的棉結(jié)僅占少數(shù)；但是文獻中并沒有提及錫林漏底下落棉的情況，而且限于當(dāng)時的技術(shù)手段還只能用手工進行檢測，也沒有提及帶籽屑棉結(jié)的情況。

Mills[4]研究指出，對于高速梳棉機來說，如果必須通過增加刺輥速度才能保證每個針齒上最優(yōu)的纖維數(shù)量是1根時，那么應(yīng)該增加刺輥速度，但是過高的刺輥速度可能會損傷纖維[5]。G?ktepe等[6]在三刺輥梳棉機上研究了刺輥速度對纖維性能的影響，發(fā)現(xiàn)刺輥速度對棉結(jié)數(shù)量和尺寸沒有顯著影響，但當(dāng)刺輥速度較高時，生條中粒雜、塵雜和異物率的含量較高。研究還指出，在較高刺輥速度下，落棉中的纖維有更大的伸長，但是不包括刺輥下落棉。此外，在低刺輥速度下，錫林后部分落棉中的纖維長度更長，強力更高一些。Ishtiaque等[7]指出，對于固定的給棉板隔距，纖維開松隨著刺輥速度的增加而增加，生條中的棉結(jié)數(shù)量降低到一個最小值，然后由于纖維進一步的開松而開始增加。Prakash Vasudevan[8]指出，刺輥區(qū)的開松是一個包含多因素的復(fù)雜過程。原材料的特性，如纖維長度、細度和抱合性等都對原料的開松起顯著的作用，要求開松應(yīng)該與原料的特性相適應(yīng)。例如對于單刺輥梳棉機，在加工抱合性較高的纖維時，較低的刺輥速度對減少小棉束的數(shù)量更有利。研究結(jié)果表明，單刺輥對加工較細又長的纖維(抱合性較好的纖維)更有利，而三刺輥對加工短及中長棉纖維(大于平均細度)更為有利。孫鵬子[9]通過對比不同時期的刺輥速度得出, 隨著梳棉機產(chǎn)量的提高, 梳棉機刺輥速度總體上是下降的，同時給出了不同梳理條件下刺輥速度的選擇范圍。于學(xué)智等[10]探討了梳棉機錫林與刺輥速比對生條質(zhì)量的影響，指出在確保纖維正常分梳和轉(zhuǎn)移的條件下, 適當(dāng)提高速比有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。Gangwar[11]研究了梳理參數(shù)對棉纖維加工的影響，發(fā)現(xiàn)隨著刺輥速度增加，棉網(wǎng)中的棉結(jié)先減少然后增加，減少的原因是由于對纖維進行更好地開松，但是進一步增加刺輥速度將會造成纖維損傷，因此，棉網(wǎng)中的棉結(jié)增加也可能與錫林-刺輥表面的速比變化有關(guān)。文獻[12-14]從錫林與刺輥速比、刺輥齒條的創(chuàng)新及梳理工藝方面探討了其對梳理及成紗質(zhì)量的影響。

鑒于刺輥速度對棉結(jié)有重要的影響，本文設(shè)計在4種刺輥速度條件下，分別檢測棉花經(jīng)過分梳后刺輥落棉、蓋板花、生條、錫林漏底落棉中棉結(jié)數(shù)量的變化情況，研究棉花經(jīng)過分梳后棉結(jié)的重新分布規(guī)律。

1 試驗部分

1.1 原 料

原料采用的是新疆棉，用USTER公司生產(chǎn)的先進纖維信息系統(tǒng)(AFIS)進行檢測，其結(jié)果如表1所示。

表1 試驗原料的AFIS 測試結(jié)果 Tab.1 AFIS test results of materials used in experiment

1.2 試驗工藝流程

原棉開清流程采用鄭州紡織機械廠生產(chǎn)的A系列開棉設(shè)備，即A002型抓棉機→A006B型混棉機→A034型多滾筒開棉機→A036型豪豬開棉機→A092型雙棉箱給棉機→A076A型單打手成卷機，制備成卷后，在青島紡織機械廠生產(chǎn)的A186F型梳棉機上進行梳理成條。

1.3 試驗條件

試驗所用的棉卷均為同系列清棉機在同一時間內(nèi)所加工，棉卷定量為425 g/m。

試驗所用的梳棉機為A186F型：錫林速度為360 r/min；道夫速度為30 r/min；刺輥速度取4檔，分別為800、1 000、1 200和1 400 r/min；4檔刺輥速度下對應(yīng)的錫林與刺輥線速比分別為2.3、1.9、1.5和1.3；錫林與蓋板之間的隔距為0.20、0.18、0.18、0.18和0.20 mm；小漏底隔距入口為6 mm，第4點為1 mm，出口為1 mm；除塵刀隔距為0.36 mm；后固定蓋板根數(shù)為4，其隔距從下至上分別為0.89、0.76、0.64、0.51 mm，齒密為90齒/(25.4 mm)2；生條定量為25.0 g/(5 m)。

1.4 試驗方法

每個試驗方案紡2個棉卷，每個方案分別取生條、蓋板花、刺輥落棉、錫林漏底落棉各30個子樣，用USTER AFIS單纖維測試儀分別對其進行測試，以保證測試結(jié)果的可靠性[15-16]。其中錫林漏底落棉主要包含錫林漏底下方落棉及錫林-道夫三角區(qū)下方落棉，與刺輥落棉同時收集，在刺輥與錫林隔距點下方用垂直于地面的擋板分開。

2 試驗結(jié)果

4種不同的刺輥速度下取樣的棉結(jié)AFIS檢測結(jié)果如表2所示，根據(jù)檢測結(jié)果對棉卷、生條、蓋板花、刺輥落棉、錫林漏底落棉中的總棉結(jié)數(shù)和帶籽屑棉結(jié)數(shù)(SCN)進行了計算。在此基礎(chǔ)上計算出棉卷經(jīng)過梳理后棉結(jié)在生條、蓋板花、刺輥落棉、錫林漏底落棉中的重新分布情況。表3示出不同刺輥速度下梳理過程總棉結(jié)及帶籽屑棉結(jié)平均尺寸的變化情況。

表2 梳理過程中不同刺輥速度時棉結(jié)總數(shù)和帶籽屑棉結(jié)的重新分布情況Tab.2 Redistribution of total neps and SCNs in carding process under different taker-in speeds

表3 不同刺輥速度下生條及幾種落物中棉結(jié)總數(shù)和帶籽屑棉結(jié)的平均尺寸Tab.3 Average size of total neps and SCNs in card sliver and several droppings under different taker-in speeds

需要說明的是，棉卷、蓋板花、刺輥落棉、錫林漏底落棉均通過實際稱量得出，由于生產(chǎn)的連續(xù)性，生條質(zhì)量由棉卷與其他幾種落棉質(zhì)量的差值估算得出，考慮到實際生產(chǎn)中灰塵及飛花等的影響，生條實際產(chǎn)出質(zhì)量可能略低于該估算值。

3 結(jié)果分析

3.1 棉卷經(jīng)分梳后棉結(jié)數(shù)量的變化

由表2可知，當(dāng)刺輥速度為800 r/min時，棉卷經(jīng)梳理后產(chǎn)生的刺輥落棉、蓋板花、生條和錫林漏底落棉中棉結(jié)總數(shù)為6 331 421粒，原來棉卷中棉結(jié)總數(shù)為8 060 000粒?？梢钥闯?，梳理過程中棉結(jié)總數(shù)是下降的，下降的比例為21.45%；帶籽屑棉結(jié)在棉卷中總數(shù)為104 000粒，經(jīng)過梳理后各部分總和為107 890粒，比原來略有增加，增幅為3.74%。

采用同樣的方法計算其他3種速度方案(見表2)，可看出，棉結(jié)總數(shù)都是下降的，下降的比例分別為20.58%、21.47%和26.7%，但是帶籽屑棉結(jié)數(shù)都是增加的，增加比例依次為46.12%、8.65%、41.73%。從以上數(shù)據(jù)可以看出：棉結(jié)總數(shù)下降的幅度在20.58%～26.7%之間，可見梳棉過程使棉結(jié)總數(shù)得到降低，但降低幅度較小，這與原料質(zhì)量較差有關(guān)系；其中的帶籽屑棉結(jié)數(shù)量卻是增加的，其主要原因還是由于籽屑的破碎造成的，這一點可以從棉結(jié)尺寸的變化上得到證實。

3.2 棉卷經(jīng)分梳后棉結(jié)的重新分布

由表2可看出棉卷經(jīng)分梳后棉結(jié)的重新分布情況。在4種刺輥速度下，生條中棉結(jié)總數(shù)占比范圍為85.26%～90.17%，蓋板花中棉結(jié)總數(shù)占比范圍為6.95%～7.70%，刺輥落棉中棉結(jié)總數(shù)占比范圍為2.14%～6.08%，錫林漏底落棉中棉結(jié)總數(shù)占比范圍為0.74%～1.04%。就帶籽屑棉結(jié)而言，生條中占比范圍為21.80%～33.18%，蓋板花中占比范圍為33.61%～50.97%，刺輥落棉中占比范圍為25.32%～33.33%，錫林漏底落棉中棉結(jié)占比范圍為0.34%～0.89%。

根據(jù)以上分析可知，棉卷經(jīng)梳理成條后，棉結(jié)發(fā)生重新分布，由于生條是下一步紡紗的主要產(chǎn)品，占據(jù)棉卷的主要質(zhì)量，因此其中的棉結(jié)含量也相應(yīng)占據(jù)很高的比重，最高達90%；但其他幾部分去除棉結(jié)的比例有所不同，蓋板花中去除棉結(jié)的比例是最大的，尤其是帶籽屑棉結(jié)去除比例更大，其次為刺輥落棉，錫林漏底落棉中去除棉結(jié)的比例很小。

3.3 棉結(jié)經(jīng)過分梳后尺寸的變化

由表3可知：就總棉結(jié)的平均尺寸來看，棉卷中棉結(jié)的平均尺寸為681 μm；經(jīng)梳理之后，生條的平均尺寸有所下降，下降幅度在13.1%～14.2%之間；在其他幾種落棉中，刺輥落棉中棉結(jié)尺寸最大(767～812 μm)，蓋板花中的棉結(jié)尺寸其次(738～751 μm)，錫林漏底落棉中的棉結(jié)尺寸最小(650～663 μm)。3種落棉相對于棉卷中的總棉結(jié)平均尺寸而言，刺輥落棉和蓋板花中棉結(jié)的平均尺寸是增加的，增加的幅度范圍分別為12.6%～19.2%和8.4%～10.3%，這與刺輥落棉和蓋板花中所去除的帶籽屑棉結(jié)比例較大有關(guān)；錫林漏底落棉由于經(jīng)過主分梳區(qū)的分梳之后，其中的棉結(jié)尺寸是變小的，減小的幅度范圍為2.6%～4.6%。

利用上述同樣的方法對帶籽屑棉結(jié)尺寸的變化進行分析，可以得出：棉卷中的帶籽屑棉結(jié)平均尺寸為1 078 μm；經(jīng)過梳理之后，生條中帶籽屑棉結(jié)的平均尺寸(747～782 μm)有所下降，下降幅度在27.5%～30.7%之間。在其他幾種落棉中，蓋板花中的帶籽屑棉結(jié)尺寸最大(1 138～1 204 μm)，刺輥落棉中帶籽屑棉結(jié)尺寸其次(1 035～1 127 μm)，錫林漏底落棉中帶籽屑棉結(jié)尺寸最小(765～889 μm)。這與棉結(jié)平均尺寸的排序有所不同。3種落棉相對于棉卷中的帶籽屑棉結(jié)平均尺寸而言，只有蓋板花中帶籽屑棉結(jié)的平均尺寸是增加的，增加的幅度范圍為5.6%～11.7%，這可能與棉結(jié)在蓋板中充塞有關(guān)；刺輥落棉中帶籽屑棉結(jié)平均尺寸與棉卷中相差不大，這與其早落有關(guān)。錫林漏底落棉中的帶籽屑棉結(jié)尺寸減小的幅度較大，在17.5%～29.0%之間。

3.4 棉結(jié)去除效率的比較

表4、5示出4種刺輥速度下棉卷、生條、蓋板花及其他落棉中棉結(jié)的含量變化情況。

表4 不同刺輥速度下梳理過程棉結(jié)含量變化Tab.4 Content of total neps under different taker-in speeds

表5 不同刺輥速度下梳理過程帶籽屑棉結(jié)含量變化Tab.5 Content of SCNs under different taker-in speeds

由表4、5可看出：對棉結(jié)總數(shù)而言，在4種刺輥速度下，棉卷經(jīng)過分梳產(chǎn)生的3種落棉中均以蓋板花中棉結(jié)含量最高，之后依次為錫林漏底落棉、刺輥落棉；而對于帶籽屑棉結(jié)去除情況，總體上仍以蓋板花去除效率最高，之后依次為刺輥落棉和錫林漏底落棉。同樣由表4可知，隨著刺輥速度的增加，生條中棉結(jié)含量有降低的趨勢，但蓋板花、刺輥落棉、錫林漏底落棉中的棉結(jié)含量并沒有明顯規(guī)律可循。

從以上分析可以得出：在棉結(jié)去除上，蓋板花是最有效的方式；刺輥速度高一些有利于生條中棉結(jié)含量的降低，進而提高生條質(zhì)量。但同時還要兼顧纖維損傷問題，因為刺輥速度提高，在增加刺輥對棉束開松能力的同時，會使纖維損傷進一步加大。

4 結(jié) 論

1)梳棉可以使棉結(jié)總數(shù)得到降低，在4種刺輥速度條件下其降低的幅度在20.58%～26.7%之間；帶籽屑棉結(jié)含量有所增加，幅度范圍較大，在3.74%～46.12%之間，這可能與籽屑在梳理過程中的破碎有關(guān)系。

2)棉卷經(jīng)過分梳后，棉結(jié)重新分布，其中生條中所占的比例最大，4種刺輥速度條件下棉結(jié)總數(shù)占比在85.26%～90.17%之間，其他依次為蓋板花、刺輥落棉和錫林漏底落棉。

3)梳理過程中，相對于棉卷中總棉結(jié)平均尺寸而言，生條中棉結(jié)尺寸降低13.1%～14.2%；3種落棉中的刺輥落棉和蓋板花中棉結(jié)的平均尺寸是增加的，增加的幅度范圍分別為12.6%～19.2%和8.4%～10.3%；錫林漏底及其他落棉由于經(jīng)過主分梳區(qū)的分梳之后，其中的棉結(jié)尺寸是變小的，減小的幅度范圍為2.6%～4.6%。

4)在棉結(jié)去除上，蓋板花是最有效的方式，依次為錫林漏底落棉和刺輥落棉；對于帶籽屑棉結(jié)去除而言，蓋板花也是最有效的方式，依次為刺輥落棉和錫林漏底落棉。刺輥速度高一些有利于生條中棉結(jié)含量的降低，進而提高生條質(zhì)量，但同時要兼顧纖維損傷。