紅外干燥短流程制絲工藝探析

馬成龍，陳文興，江文斌，傅雅琴

(1.湖州大東吳絲綢有限公司，浙江 湖州313000;2.浙江理工大學材料與紡織學院，杭州310018)

現行常規的制絲工藝包括煮繭、繅絲、真空給濕、復搖、整理。其中，在繅絲工序中，將絲條卷繞成小絲片，并在卷繞過程中對小絲片進行適當的干燥，使小絲片的回潮率在25%左右;在真空給濕工序中，將繅絲過程中基本干燥的小絲片在水中真空給濕，給濕后絲片的回潮率達300%左右;在復搖工序中，將真空給濕并適當平衡后的小絲片卷繞成大絲片，并在卷繞過程中對絲片進行干燥，使大絲片的落絲回潮率在8.5%左右。因此，如果在繅絲工序中直接將絲條卷繞成大絲片，進行短流程制絲，不但可以省去真空給濕和復搖工序，而且可以大大節省能耗。但實現有效的短流程制絲，必須在繅絲過程中將回潮率為140%左右的絲條干燥至8%～9.5%，而傳統的加熱方式往往難以達到該要求。干燥工藝成為能否實現短流程制絲工藝的關鍵技術。譚之虎[1-3]對短流程制絲的干燥工藝進行了系統的研究，確立了以電熱原件加熱的絲條干燥工藝，并對相關設備進行了研制。但到目前為至，還停留在40緒的試繅水平[2]。為了盡快地實現短流程制絲工藝的產業化，本課題組設計了短流程制絲的裝置，并研究了紅外干燥工藝對短流程制絲的生絲品質影響。

紅外加熱是一種在綜合傳熱基礎上強化輻射傳熱的技術。紅外輻射以電磁波的形式傳遞熱量，當輻射體發出的紅外線到達物體上時，會出現反射、吸收或穿透等現象。當被加熱物體中的固有振動頻率和射入該物體的紅外線頻率一致時，該物體就會大量吸收遠紅外線，產生強烈的共振，物體中的分子或原子運動加劇，因而溫度迅速升高。由于紅外輻射能以光速傳播，特別是在高溫區域，其所載輻射熱流密度可達對流熱密度的幾十倍，具有損耗小、升溫快、無需傳熱介質等特點[4]，已在國內外被作為一門節能技術而廣泛應用于紙張、薄膜、油漆、搪瓷、糧食等產品的表面干燥和脫水[5]。浙江理工大學的王瑞等[6]利用紅外干燥技術對復搖工序中的絲片干燥進行了研究，取得了良好的效果，并在企業進行了產業化應用。

筆者將紅外干燥工藝應用于短流程制絲工藝中，研究紅外干燥對短流程制絲的生絲品質的影響，為實現短流程制絲的產業化提供參考。

1 實驗

1.1 短流程制絲的設備

短流程制絲工藝是指在制絲生產中，將傳統的繅絲工序和復搖工序合二為一，實現大繅絲。為此，對常規的繅絲機進行了設計改裝。主要設計改裝的結構是加大繅絲機頂端的空間，將常規繅絲機中安裝的小替換成大，并對絡絞機構和傳動機構進行了改裝，使繅絲工序中的絲條能直接卷繞到大上面，通過安裝在大上面的紅外加熱裝置對卷繞過程中的大絲片進行干燥。

1.2 短流程制絲的干燥裝置

圖1 短流程制絲工藝中紅外燈管的位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of infrared lamp position inshort-processsilk making process

1.3 樣絲的制備

樣絲制備在湖州大東吳絲綢有限公司內進行。在改裝的自動繅絲機中，直接將生絲卷繞到大上，大的轉速為90 r/min(相當于常規繅絲的小轉速207 r/min)。在3個不同位置的紅外燈管分別制備樣絲(即在繅絲過程中，每次只開一個位置的燈管)，每個位置采用40、50、60℃等3個不同的干燥溫度，每個溫度下制作4個樣品，共得到9組36個樣品。另外，為了比較，對同樣的原料繭，進行常規制絲工序(小繅絲后，真空給濕及復搖)制絲，小絲片的干燥方式為常規的蒸汽管加熱干燥。

1.4 絲片的回潮率測試

按GB/T 1798—2008《生絲試驗方法》的規定，利用烘箱法測量樣品的實際回潮率。

1.5 力學性能測試

采用XL-2型紗線強伸度儀對生絲的強伸力進行測 試[7]。拉伸速度為500 mm/min，夾距為500mm，預加張力為0.05 cN/dtex(0.45 cN/D)。每組測試50個有效試樣。

1.6 生絲的清潔、潔凈及抱合測定

委托浙江省商品檢驗檢疫局絲類檢驗中心、湖州國家第三繭質鑒定所，對所制備樣絲的清潔、潔凈及抱合等生絲品質指標進行測定。由于短流程及紅外干燥不會影響偏差、總差二度等品質指標，因此，這些品質指標不進行具體測定。

1.7 XRD 測試

采用X'TRA型X射線多晶粉末衍射儀(Cu靶，Kα射線)對絲纖維結晶度進行測試。操作條件:管電壓40 kV，管電流 40 mA，掃描范圍 5 ～50°，掃描速度2°/min。并根據下公式計算各樣品的結晶度。

式中:Xc為樣品的結晶度，Ic樣品中結晶區對X射線的衍射程度，I0樣品中無定形區(非晶區)對X射線的散射強度。

2 結果與討論

2.1 紅外干燥位置及干燥溫度對絲片落絲回潮率的影響

圖2為不同干燥位置和干燥溫度下得到的樣絲回潮率。從圖2可以看出，在同一個位置下干燥溫度越高，樣絲回潮率越低。在同一溫度下，3號位的干燥效果最好，2號位次之，1號位最差。這可能是由于3號位卷繞的生絲最早進入干燥區。當干燥溫度為60℃時，利用1號位、2號位和3號位紅外燈管干燥的絲片的落絲回潮率平均值分別為10.5%、9.5%、8.7%。在后續的研究中，均采用3號位置的紅外燈管，且溫度為60℃。

圖2 燈管位置和溫度對絲片落絲回潮率的影響Fig.2 Influence of the position and temperature of infrared lamp on the moisture regain ofsilk falling

2.2 紅外干燥短流程制絲工藝對生絲斷裂強度和伸長率的影響

生絲的斷裂強度和伸長率與蠶絲的絲膠含量及絲素蛋白的聚集態結構有關，主要是由絲素的結晶區和非結晶區結構決定的。表1為常規制絲工藝制備的生絲和短流程制絲工藝生產的生絲的斷裂強度和斷裂伸長率。從表1中可以看出，2組樣品的平均斷裂強度值相差較小，短流程制絲工序所制備的生絲的斷裂伸長率要稍稍高于常規干燥，這與文獻[3]的結果一致。

表1 生絲斷裂強伸度Tab.1 Breakingstrength and elongation of rawsilk

2.3 紅外干燥短流程制絲工藝對生絲清潔、潔凈、抱合成績的影響

將制備的生絲分別委托浙江省商品檢驗檢疫局絲類檢驗所檢驗和國家第三繭質鑒定所檢測，得到的結果見表2。從表2可以看出，利用紅外技術干燥短流程制絲生產的生絲的清潔和潔凈成績與常規制絲生產的生絲基本一致，而抱合成績稍高于常規制絲工藝生產的生絲。

表2 生絲清潔、潔凈、抱合成績Tab.2 Cleanliness，neatness and cohesion of rawsilk

2.4 紅外干燥對短流程繅絲生絲結晶度的影響

圖3為兩組樣品的XRD衍射譜圖。圖3可見2組樣品的曲線形狀基本相同。利用PeakFit[6]軟件對其進行分峰處理后，可以清楚地看到生絲的主要衍射吸收峰出現在 2θ為 10.8、18.3、20.6、24.4、28.3°左右的位置，與文獻[7]基本相同。各樣品在20.6°位置左右的峰值比較明顯，該特征峰對應于SilkⅡ結構，說明2組樣品的主要結構是β折疊結構，兩者之間晶體結構基本相同。

圖3 生絲的XRD衍射圖Fig.3 XRD diffraction pattern of rawsilk

表3為兩組樣品的結晶度。從表3可以看出，2組樣品的結晶度僅相差0.23%，說明2種生絲的結晶結構沒有明顯差別。

表3 生絲的結晶度Tab.3 Crystallinity of rawsilk

3 結論

2)與常規繅絲生產的生絲相比，紅外技術干燥短流程制絲工藝，對生絲的斷裂伸長率和斷裂強度、潔凈、清潔品質指標沒有明顯影響。

3)與常規繅絲生產的生絲相比，紅外技術干燥短流程制絲工藝生產的生絲的結晶度沒有明顯的變化。

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