梳棉机净化纤维机理的探析
刘古立［特吕茨勒纺织机械（上海）有限公司］
1 梳棉机梳理净化功能简析
原棉经过清棉工序加工以后，以半开松的棉层状态喂入梳棉机。棉层中除了主要是十几毫克以下的束状纤维以外，其中还夹杂着各种破籽、枝叶碎屑、沙尘、异性物质等等。梳棉机应该在对喂入棉层进行分梳、除杂后，输出纯净单纤维状态的生条，才更适应后道的纺纱加工，从而达到成纱的要求。从梳棉前后棉质的变化，我们可以看出纤维在梳棉机内经历了一个净化过程。对这样一个净化的过程以及机理，我们的研究还非常欠缺，只知其然，还没有完全知其所以然。
长期以来，我们对梳棉的研究一直都聚焦在分梳上，成千上万的文献资料记载、描述和论证了分梳是梳棉质量的决定性因素。但是对分梳作用的分析，不难理解分梳实质是对棉束进行分解的一个加工过程。在分梳作用下，棉束可以被分解为各个单一个体形态，包括纤维、杂质等等。但是分梳做不到完全分离，棉束里的各种物质在分梳作用下，大部分是分而不离，纤维、杂质和疵点等仍然共处共存。显然单纯定义的分梳功能是不能完成对杂质和疵点的清除。在分梳完成分解的基础上，应该要有一个另外的过程或加工，将未分解掉的棉束、杂质和疵点等对纺纱有害物质从纤维中分离出去。
纵观梳棉机的分离除杂过程，首先是刺辊区域的分离除杂。对这一区域的分离除杂机理，我们已经比较清楚了。刺辊区域借助刺辊高速转动产生离心力及气流附面层排除杂质和短绒。但这种分离不够精细，不够彻底，还是有许多细小杂质和疵点难以去除，因此刺辊区域只是一个初级分离。进一步的精细分离是在梳棉机的回转盖板工作区内进行。我们从回转盖板工作区内的几种作用力的状况来分析：
（1）锡林针齿的作用力，这是一种刚性作用力，主要是推动物体向前运动。
（2）盖板针齿的作用力，也属于一种刚性作用力，主要是阻止物体向前运动。
（3）盖板花的作用力，这是一种柔性和细密的作用力，能阻止一些微小物体向前运动。
（4）另外有锡林高速运转产生的离心力，使得物体有离开锡林表面的趋势。
原料由锡林带入回转盖板工作区后，棉束受到盖板针齿的阻截和握持以及盖板花的阻力，无法跟随锡林表面向前运动。在锡林针齿的作用下，棉束被不断分解。当分解到单纤维之后，由于纤维的直径在20 μm以下，向前运动的阻力大大减小，因而易于通过盖板针齿和盖板花的间隙，被锡林带向道夫输出。
盖板花是一种非常细密的介质，与工作区内的物体有着充分的接触。由于单一个体的杂质和疵点，尺寸在50~1200 μm，因此盖板花能比盖板针齿更有效地对已分散的杂质和疵点进行阻截，从而使得纤维与细小杂质、疵点等实现了精细的分离。盖板花对棉质起到了极其重要的净化作用。没有盖板花，就不可能有效地清除细小杂质和疵点。可是长久以来，我们对盖板花基本上一直是抱着偏见的认识，认为盖板花藏污纳垢，威胁生条品质。我们将回转盖板根数减少、将盖板顺转改为倒转、适当地加快盖板运行速度，期望减少盖板花对棉质的重复污染。甚至我们还抱有幻想，能开发出不产生盖板花的梳棉机。这些做法和想法是没有正确理解盖板花的积极作用，与我们想要达到的目的相左。
2 梳棉机净化功能中过滤概念的提出
梳棉机的实际工作中，回转盖板工作区内棉质净化的过程，其机理可以定性为是一种过滤。进入回转盖板工作区的棉流是被过滤的物质，盖板针齿与盖板花是过滤介质。棉流中的单纤维由于直径很小，因此在锡林针齿的拉或推动下，容易穿过过滤介质的间隙，由进口一侧向出口一侧流动，而束状、颗粒状的棉束、杂质和疵点等由于体积较大，容易被过滤介质截留，从而可以实现单纤维与棉束、杂质和疵点的分离操作过程。
过滤介质的密度变化会影响过滤的效果，这是过滤的一个特性。过滤介质密度小，过滤作用较弱，过滤介质密度大，过滤作用则增强。
3 回转盖板及其盖板花过滤功能的验证
为了验证盖板花的过滤功能，我们可以在盖板花形成的前后及不同的盖板速度下，对喂入棉层到输出生条进行AFIS测试，检测在不同的盖板花密度的情况下，梳棉机清除杂质、棉结和短绒效率的变化是否符合过滤的特性。
以上设置了五组不同的盖板花工作状态试样：
（1）在开车喂入棉层的初始阶段，盖板花尚未形成，取样最初的棉网，作为无盖板花即密度几乎为零的试样。
（2）随着棉层的继续喂入，盖板花逐渐形成，在生头以后，达到正常出条速度时，立刻取样生条，作为少盖板花即密度小的试样。
（3）在正常出条速度下，连续运行10 min以上，取输出生条作为正常盖板花即密度正常的试样。
（4）将回转盖板运行速度降低到80 mm/min，运行10 min以上，取输出生条作为较多盖板花即密度较大的试样。
（5）将回转盖板运行速度提高到320 mm/min，运行10 min以上，取输出生条为较少盖板花即密度较小的试样。
根据以上步骤取样，将试样依次编号1到5，表1为测试结果。
图1 可见外来物质的清洁效率
图2 灰尘去除率
图3 杂质去除率
图4 籽屑棉结去除率
图5 棉结去除率
由图1到图5，可以看到在回转盖板工作区内，在盖板花形成之前，锡林离心力具有很强的清除各类杂质和棉结的能力，但这个作用随着盖板花逐步形成，很快衰减。因为在盖板针面充塞盖板花后，物体离开锡林表面的趋势被盖板针面上充塞的盖板花所阻止，所以物体并不能远离锡林表面。在盖板花形成后，各类杂质和棉结的清除率随着盖板花的密度增加而增加。特别慢的盖板速度，清除杂质和棉结的效率有比较明显的提高。特别快的盖板速度在杂质和灰尘清除方面处于劣势，在清除棉结方面也没有明显优势。
图6 平均长度增/减
图7 上1/4长度增/减
图8 短绒含量的增减率
图6到图8，反映不同盖板花密度对纤维长度和短绒含量增减的影响。在除短绒方面，因为短绒长度较短，锡林针齿对它的握持力偏弱，因而短绒会比较容易被盖板花所捕获。在盖板花的组分中，短绒占到四成以上的事实可以说明盖板花具有清除短绒的作用。但另一方面，短绒的直径与纤维直径相当，盖板针齿和盖板花又不容易对短绒完全拦截，因此仍会有相当数量的短绒随着纤维流而进入生条。从图6到图8，看不出盖板花密度的变化对排除短绒的影响符合相关的过滤特性。图8显示较快的盖板速度有明显的减少短绒优势。这是因为排出盖板花的总量增加了，短绒排除量也有所增加。但太快的盖板速度，有可能因为盖板花密度偏低，对短绒的吸附力下降而导致排除短绒能力下降。张明光、孙鹏子和曹继鹏通过对150 mm/min到960 mm/min不同的9档盖板速度对盖板花纤维长度分布影响进行了试验，发现盖板速度越大，盖板花中短纤维组分含量随之减少，而长纤维组分含量随之增加［1］。因此当盖板花中短绒含量减少，即使盖板花总量增加，排出短绒量也不会增加。图8还显示了盖板在盖板花形成之前，锡林离心力也有助于降低短绒的含量，但盖板花形成后，短绒含量降低的幅度就变小了。
由于一般盖板花的60%是杂质、短绒和棉结，如果增加盖板花的密度，这些组分的比例有可能会增加到80%。这会不会导致生条品质恶化？这其实不用过分担心，在回转盖板工作区内的杂质、短绒、棉结等等可以起到滤饼的作用，它们可以更有效地阻截后面进入的杂质、短绒和棉结。只要在盖板工作区最大纳污容量周期内设定盖板清洁周期，就不会对生条品质造成影响。
4 结语
从梳棉机净化纤维的过滤概念出发，梳理研究中所遇到的一些疑惑可以得到解释。现代高产梳棉机在分梳能力大幅提高的时候，过滤能力却没有提高，甚至回转盖板工作区还有所缩减，因此生条品质难以得到进一步的提高。过去有两道梳棉和双联梳棉机，生条的品质被公认优于一道梳棉，除了经过了两道梳理，更重要的是棉料还经过了两道过滤，这才得到优质的生条。固定盖板因为不能生成细密盖板花，所以不具备足够的过滤功能，因此固定盖板是无法取代回转盖板，用于生产高品质生条。
梳棉机的过滤作用是生产优质生条不可或缺的关键功能之一，具有与分梳相提并论的重要意义。要进一步提高梳棉生产中的棉结、杂质和短绒的去除率，不仅要提高梳棉机的分梳能力，同时要提高梳棉机的过滤能力。由于棉结、杂质以及灰尘的尺寸远大于纤维的直径，这就有可能运用适当的过滤工艺技术，选用适当的过滤介质或优化的器材，达到把棉结、杂质和灰尘与纤维有效分离开来的过滤精度，生产出高纯净度的生条，为进一步改善成纱品质创造基础条件。
参考文献：
［1］ 张明光，孙鹏子，曹继鹏.梳棉机盖板速度对盖板花纤维长度分布的影响［N］.纺织学报，2011年3月第32卷第3期.
《梳理技术》于2017年更名为《纺织技术》，杂志创刊于2000年，由金轮针布公司和原上海纺科院部分老专家，在梅自强院士（已故）的指导下联合创办。黄锡畴（已故）、许鑑良、孙鹏子（已故）、周建平先后任主编。并拥有一支国内外学界权威、行业技术专家组成的编委队伍。《纺织技术》每期发行一万多份，读者覆盖高校、科研机构、纺织企业各层面。成为纺织行业梳理领域内公认的具有极高专业性、权威性的技术刊物。《纺织技术》的宗旨是助力纺织行业进步，致力于行业技术的突破与提升，积极倡导学术争鸣，为技术交流提供平台，坚持免费提供给读者的原则，愿与广大客户和各界朋友携手共创梳理技术美好未来！
