籽棉中雜質及其清除機理研究

■沈潔強 李付堂

〔北京中棉機械成套設備有限公司，北京 100089〕

一、籽棉中雜質的產生

籽棉中雜質一部分是先天自然生成的，一部分是后天混入的。筆者根據多年觀察與實踐，籽棉中雜質分別產生在如下環節。

1.在與孕育生長過程中自然形成的雜質。

棉鈴中的胚珠不可能100%受精，沒有受精的胚珠成為不孕籽，為此籽棉中不可避免會產生不孕籽棉，也稱不孕籽雜質。一般籽棉中不孕籽的粒數占棉籽數量的10%～30%，具體數量決定于胚珠受精率的高低。

2.籽棉在生長過程中因病蟲害及環境影響產生的雜質。

籽棉生長周期長，尤其吐絮期棉纖維暴露在大氣中，表面易黏附灰沙等雜質。籽棉生長期間要經歷風吹雨打、太陽暴曬，碎的棉枝葉以及枯草枝葉均會落入籽棉表面；候鳥的遷徙也會產生各種羽毛等雜質。另外，由于棉纖維中含有大量的纖維素、糖分、蛋白質以及脂肪等物質，生長過程中易發生病蟲危害，而受蟲傷病害的籽棉定會產生各種不同的未正常吐絮的籽棉瓣，即僵瓣。

3.籽棉在收獲過程中混入各種雜質。

如采棉時會將鈴殼、碎棉葉、草枝葉等籽棉表面的沙土、羽毛等雜質帶入籽棉中；手摘棉過程中若使用編織袋，還會產生各類編織袋絲、頭發絲等異性纖維；機械采棉時雜質會更多，除了大量的鈴殼、枝葉、草桿外，還有地膜碎片、滴灌帶碎片等雜質。

4.在晾曬、運輸、交售、儲存、加工環節混入的雜質。

此類雜質主要有人畜毛發、各種家禽羽毛、編織袋絲、塑料薄膜、尼龍線絲、布條、布塊、毛線、磚瓦石塊、金屬塊等其他雜質。

二、雜質的影響

1.雜質對棉花加工質量的影響。

籽棉中含有僵瓣棉，因其纖維短、強力弱、成熟度差，會增加皮棉的短絨率，影響皮棉色澤。

籽棉中雜質不清除，會使皮棉含雜增多，皮棉品級降低。皮棉中雜質的粒數增加會使皮棉中疵點增多，不僅影響品質，而且影響纖維染色性，最終增加棉針質織品疵點數。

2.雜質對加工工藝的影響。

籽棉中雜質含量大會使清理工藝復雜化，不僅增加排雜時的落棉量，而且影響產品質量和使用價值。

籽棉中含有繩索、布片、線繩等粗大雜質易堵塞機器設備，影響設備正常運轉或加速機件磨損，縮短機器壽命。

磚石塊、金屬塊等硬雜質與運動部件撞擊，易損壞機件，還容易產生火星造成火災，嚴重影響生產安全。

三、雜質的特性

1.雜質種類多。

據不完全統計，籽棉中雜質的種類達百余種，幾乎包括了人們生活中常見的所有物質，而且隨著人們生活方式的改變，雜質的種類還在增多。表1是河北某家棉花加工企業手摘籽棉中異性纖維雜質的含量情況。整體研究表明，籽棉中雜質種類與籽棉收獲模式有關，手摘棉雜質種類比機采棉要多。從整體趨勢看，籽棉中所含的單體質量、表面積較大的雜質數量所占的比例相對較小，質量所占的比例較大；而籽棉中所含的單體質量、表面積較小的雜質質量所占的比例較小，數量所占的比例較大。

表1 籽棉中異性纖維雜質含量統計

2.雜質含量大。

加工前籽棉中雜質的含量與棉花品種、生長期的天氣狀況、后期加工環節的多少直接相關。一般情況下，手摘籽棉雜質含量8%～10%，機采籽棉中雜質含量為15%～30%。

3.雜質形態差異大。

籽棉中雜質的形狀、大小、材質、顏色等差異巨大，很難用一種方法完全清除，需采用不同的設備進行清理。

4.清理難度大。

由于籽棉纖維柔軟、蓬松，具有天然轉曲，其相互之間以及與各種雜質之間相對滑動時，不僅有摩擦力，而且存在抱合力（正壓力為零時的摩擦力），因此，當它們混在一起時就互相糾纏、勾掛而抱成一團，不易松散。要想使籽棉與混在其中的雜質分離十分困難，尤其對那些體積質量較小而數量龐大的細小雜質，清理難度非常大。

四、籽棉中雜質的類型及清除原理

1.籽棉中雜質的類型。

籽棉中雜質有很多分類方法，如按雜質形成方式的不同可以分天然雜質與外附雜質；按質量不同又可分為輕雜與重雜；按雜質的性質還可分為纖維性雜質與非纖維性雜質等。筆者結合雜質形態以及它們的清除機理，將雜質分為條狀類雜質、塊狀類雜質、細小雜質以及其他雜質4大類，簡要介紹它們的清除原理。常見的各類雜質見表2。

表2 常見的各類雜質

籽棉中常見的雜質部分照片，如圖1所示。

圖1 籽棉中常見雜質

2.條狀類雜質的清除原理。

編織袋絲、布條、麻繩及線繩等這類雜質一般呈長條狀且大于10 cm，柔韌性好，與籽棉纖維黏結力大。這類雜質依靠傳統的刺釘輥筒打擊或齒條輥筒勾拉不但無法將其清除，而且在清理過程中長條還會被打斷或勾碎，形成更多、更小、更難清理的雜質。

這類雜質利用高速旋轉的釘齒輥纏繞的機理進行清理效果比較好。一般是在籽棉通道中，設置1組上下左右交錯排列的細長的螺旋狀長釘齒輥（俗稱狼牙棒），利用高速旋轉的釘齒，在將籽棉均勻開松的同時，勾拉、套住有一定長度（大于基輥周長）的條狀雜質，并將其快速纏繞在細長基輥的表面，不再與釘齒輥分離，相當于完成了條狀雜質的挑揀。而被松解的籽棉長度短，雖被勾拉但不夠繞輥一周，這樣在齒釘的沖擊及高速旋轉籽棉的離心力作用下，脫離釘齒輥，進入下一個環節，完成了籽棉的開松及輸送，其結構見圖2。

圖2 條狀類雜質的清除原理圖

影響這類雜質清除效率的因素主要有雜質的長度，釘齒的直徑與間距，基輥的直徑，釘齒輥的數量、轉速以及排列方式。

3.塊狀類雜質的清除原理。

磚石塊、金屬塊、鈴殼、僵瓣、紙塊等這類雜質一般呈塊狀或片狀，外表相對光滑，與纖維黏結力較小。其主要特點是密度比籽棉高，單位質量大，在相同角速度情況下，受到的離心力較大。

利用這個特點，目前一般采用齒條輥筒與排雜棒組合結構（見圖3），利用鋸齒勾拉住夾裹著雜質的籽棉旋轉，由于鋸齒可以勾住有纖維的籽棉，而不易勾住塊狀的雜質，因此，隨著鋸齒旋轉，在離心力與排雜棒的共同作用下，塊狀雜質被甩（撞）出，而籽棉則被鋸齒勾拉著前行直到指定位置被刷下，使籽棉得到清理。

圖3 塊狀類雜質的清除原理圖

影響塊狀雜質清除效率的因素主要有：鋸齒的形狀與密度、鋸齒的轉速、排雜棒數量、排雜棒與鋸齒之間的距離等。

4.細小雜質的清除原理。

不孕籽、棉葉、沙塵等這類籽棉中最傳統的雜質，它們體積小、質量輕、數量多，與籽棉纖維黏結力大，尤其是表面有一層短纖維的不孕籽與籽棉糾纏在一起，受摩擦力與抱合力作用，依靠單一運動很難將其分開，一般要對其進行反復打擊、搓揉、旋轉、摩擦等復合動作，才能將其清除。

目前一般采用表面多個裝有交錯排列刺釘的輥筒與排雜網組合結構（見圖4），依靠輥筒的旋轉使籽棉在輥筒與排雜網中間運動，迫使籽棉在隨輥筒旋轉運動的同時被多次打擊、重復搓揉、摩擦，使籽棉中的這些細小雜質充分暴露在表面，靠籽棉與排雜網的反復摩擦讓不孕籽等細小雜質與籽棉分離，并在離心力作用下使雜質從排雜網孔排出，完成細小雜質的清除。

圖4 細小雜質的清除原理圖

影響細小雜質清除效率的因素有：刺釘的轉速，刺釘的尺寸與數量，刺釘與排雜網的間距，排雜網的摩擦系數、漏風系數以及網孔的大小等。

5.其它雜質的清除原理。

地膜、羽毛、人畜毛發等這些雜質有的體積細小、質量輕；有的體積較大、柔軟并帶有絨毛，其與棉纖維的物理性能接近，與籽棉黏附力大。兩者不僅難以分開，而且也不易從排雜網孔或排雜棒處排出，有時還會產生靜電，使雜質吸附在籽棉表面更難清除，傳統的機械打擊與勾拉等方法對其清理效果很差。

圖5 其他雜質的清除原理圖

新型的沸騰床與風力篩選組合裝置（見圖5），較好地解決了此類雜質的清除難題。該裝置利用這類雜質的懸浮速度與籽棉不同的特點，首先采用沸騰床結構，在柔性抖動中松解籽棉，既使籽棉團內的雜質暴露，又避免了靜電的產生，為雜質與籽棉的分離奠定了基礎；其次采用階梯風嘴、吹吸聯動的風力篩選結構，多次產生與籽棉流方向垂直的懸浮速度的風力，使雜質與籽棉通過風力進行多次分離與篩選，可以有效地清除籽棉的此類雜質。

五、籽棉中雜質清理的基本原則

1.在滿足質量前提下，盡量減少清理設備數量以及清理工藝。

機械作用會對棉纖維產生影響。反復打擊、搓揉、摩擦、勾拉以及撞擊會損傷棉纖維長度，增加皮棉中短纖維含量，使皮棉中疵點增多，影響皮棉的價值。為此，籽棉清理應兼顧清雜效率與皮棉損傷情況，在滿足質量的前提下，盡量減少清理設備數量以及清理工藝。

2.先清除條狀、塊狀等重特大雜，后排僵，再松解清雜。

籽棉清理一般應遵循“先清除條狀、塊狀等重特大雜，后排僵，再松解清雜”的工藝流程進行。

首先應除去混入籽棉中的磚瓦石塊、鐵類、長條狀以及塊狀類雜質，目的一是保證生產的安全，二是盡早把大的雜質清除，不僅容易清理，而且還能避免大雜被破壞，變成更多的不容易清除的小雜質。其次應排僵、清鈴殼，一定要在清細小雜質之前進行排僵，否則，部分僵瓣在清理過程中會被打擊松解，再要排除出去就變得很困難。最后松解清雜，盡可能清除全部的雜質。

六、結論

籽棉中的雜質種類很多，由于收獲方式不同，籽棉中雜質含量地域差異也很大，因此首先要認清付軋籽棉中雜質的種類以及含量情況，在充分了解各種雜質的清除機理基礎上，選擇雜質清理的方法以及設備，才能取得較好的清理效果。