國內外工業大麻加工處理機械發展現狀

馬蘭 龍超海 劉佳杰 何宏彬 呂江南

摘要工業大麻的四氫大麻酚（THC）質量分數小于0.3%，無毒品吸食的價值，是大麻的品種類型之一，其纖維、麻籽、稈芯等產品具有極高的經濟價值，可以進行工業化種植與利用。隨著工業大麻產業的發展，對生產機械需求也越來越大，其中工業大麻加工處理機械是工業大麻生產機械中的關鍵設備之一，對其后序用途影響很大，已成為促進產業發展的重要因素。簡述了國內工業大麻處理機械的發展現狀，對國外的工業大麻處理機械的研究及發展情況進行了歸納總結，以期為促進我國工業大麻發展和其莖稈處理機械的研究提供參考。

關鍵詞工業大麻；莖稈處理機械；發展現狀

中圖分類號S226.7+2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）19-0205-09

The Development Status of Industrial Hemp Stalk Processing Machinery at Home and Abroad

MA Lan， LONG Chaohai， LIU Jiajie， L Jiangnan* et al

（Institute of Bast Fiber Crops， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Changsha， Hunan 410205）

AbstractIndustrial hemp is one of the hemp breed type， its THC mass fraction is less than 0.3% that has not the value of drug， its products such as fiber， seed， stalk core have a very high economic value， and can undertake industrialized cultivation and utilization. The demand for production machine is increasing with the development of hemp industry. Industrial hemp stalks processing machinery is one of the key equipments which has a great influence on its later use in the production machinery of industrial hemp. This paper sketched the research status of Chinese industrial hemp stalks processing machinery， summarized the research and development of foreign industrial hemp stalk processing machinery. The aim is to promote the development of industrial hemp and provide reference on the research of hemp stalks processing machinery.

Key wordsIndustrial hemp；Stalks processing machinery；Development status

大麻（Cannabis sativa L.）為大麻科大麻屬一年生草本植物[1]，別名線麻、火麻、漢麻、小麻子等，是一種古老和多用途的農作物。大麻可以提供纖維、麻屑、種子和藥品用原料等。目前纖維用于紡織、造紙、絕緣材料和生物復合材料等，因其獨特的性質，如吸濕性、散熱性、高韌性、抗靜電性、防輻射等[2-5]，越來越受到人們的青睞；麻屑是莖稈的木質部，主要用于建筑。大麻種子是一種具有較高營養價值的小堅果，內含豐富獨特的脂肪酸，可生吃或壓制成麻籽油，用于人類食品和動物飼料生產[6]。

近年來，隨著人們環境意識的增強和對天然產品的喜愛，大麻在造紙、紡織、食品、飼料、建筑和裝飾材料等領域的應用日益頻繁[7-8]，種植面積也不斷增加。專供工業用途的大麻品種，植株中含四氫大麻酚（THC）<0.3%，無直接作為毒品吸食價值，稱為工業大麻[9]，經國家許可后，可以進行規模化種植與工業化利用。現在國內外廣泛應用的大麻為工業大麻（以下文中簡稱為大麻）。工業大麻莖高1～4 m，直徑平均為7 mm[10]，莖中心木質化，周圍包裹著一層韌皮，其中含有許多纖維，其纖維長而堅韌，但含有很高的纖維素和木質素等。工業大麻自身的這些特點使得其莖稈的處理加工與苧麻、紅麻、黃麻等麻類作物不同。工業大麻收獲后的莖稈處理加工工序，一般包括剝制分離和清潔。首先將脫膠后的干莖稈切割成長度約80 mm[11]，再喂入碾壓機構，然后進行剝制分離，對余下的纖維和麻屑的混合物（俗稱二粗）再進行清潔處理，提高二粗的利用率。筆者綜述了國內外工業大麻處理機械的研究情況，旨在為我國工業大麻處理機械的研制提供參考。

1國內工業大麻加工處理機械發展概況

1.1國內工業大麻莖稈處理機械概況

考古發現，我國是栽培大麻最早的國家，也是把大麻纖維應用到紡織工業最早的國家[12]。

工業大麻收獲目的不同，生產上有的需要高質量的纖維，有的需要種子，有的纖維和種子兼收，其收獲方式也有一定的差別，但為了提高大麻物料的利用率，都需要對其莖稈等副產物進行加工處理。在我國黑龍江等地區，主要以收獲纖維為目的，一般是把收割后的大麻平鋪地上（一般是8—9月份）雨露漚麻60 d左右（根據當地氣候條件，確定漚制時間的長短），再用撿拾機拾起打捆，送工廠切斷后，采用亞麻打麻線處理工業大麻干莖。而我國湖南、云南等地，一般是收割后，采用鮮莖剝麻機械剝制出工業大麻長纖維，經集中脫膠處理，用作紡織原料。以收獲籽粒為目的的繁種，一般采用人工收割后，機械去籽粒，余下的較粗大的大麻莖稈，再經過收獲纖維的加工程序處理；也有留種大麻經密植后，大麻籽粒集中在植株梢部，用收割梢部的收割機進行收獲作業。

中國農業科學院麻類研究所研制有2種類型的工業大麻剝皮機，主要用來剝制工業大麻鮮莖。一種是4BD-400型大麻剝皮機[13-14]，該機主要由喂料斗、直齒碎莖輥、螺旋齒碎莖輥、剝皮梳理滾筒、接麻裝置、機架和行走裝置等部件組成。它以大麻鮮莖為原料，通過多對碎莖輥的碾壓、揉搓、分離和剝皮滾筒的刮打梳理去掉麻骨、麻葉、麻屑等，分離出干凈的鮮皮。已獲實用新型專利（專利號：ZL 201220116953.0）。機型照片見圖1所示，其主要技術參數如表1所示。

中國農業科學院麻類研究所研制的另一種4BM-780

型剝麻機，是用于工業大麻、紅麻、黃麻等纖維剝制加工的大型機

器。該機采用模塊化設計方法，方便裝配，其主要由喂入裝置、剝皮裝置、輸出裝置、傳動系統及控制系統等部分組成。該機剝皮工效可達到2 400 kg/h，已獲得國家實用新型專利（專利號CN201520146726.6）。機型照片見圖2，其主要技術參數如表2所示。

近幾年，黑龍江省工業大麻種植面積逐年上升，2016年種植面積約1.33萬hm2，多由大戶和農民合作社集中種植。目前在該地區，采用的是對脫膠后的干莖稈進行加工處理。目前沒有專用設備，大多采用舊亞麻打麻設備或改進的舊亞麻打麻設備加工工業大麻。如佳木斯東華收獲機械制造有限公司生產的6DY-870型亞麻打麻聯合機[17]，目前也用來加工切斷后的雨露脫膠的工業大麻。該機適用于大、中型工業大麻原料廠。6DY-870亞麻打麻聯合機由以下13個部分組成：鋪麻臺，喂入機，一號碎莖機，一次換向裝置，二號碎莖機，一打手，二打手，二次換向裝置，三打手，四打手，引出部分，傳動系統，控制系統。機型圖片如圖5所示，其主要技術參數見表5。

要由喂入平臺、薄層喂入機構、碎莖機構、剝麻機構、夾持機構、換向機構、接麻機構、電機等部分構成。該機的核心部件是剝麻裝置，該裝置安裝有2個相向運動的剝麻輥，該剝麻輥上布置有呈螺旋型的片狀刮刀。整個剝麻輥由圓錐形向圓柱形過渡，使得莖稈在通過剝麻輥時，有一個從遠到近的滑移刮麻過程，減小了對纖維的破壞力。其主要技術參數見表6。

1.2國內工業大麻麻屑處理機械概況

在國內，生產上還有一種用于各種麻類（亞麻、胡麻、工業大麻）下腳加工和亂麻等一次性加工的機械，俗稱“二粗加工機械”，處理設備如圖7所示。該機械能從中分離（提取）含雜為5%～25%的短纖維，在生產中應用較廣泛。其主要技術參數如表7所示。

2國外工業大麻加工處理機械發展概況

2.1國外工業大麻莖稈處理機械概況

近年來，國外對以工業大麻等纖維為原料的天然纖維增強復合材料的需求越來越多，促進了工業大麻收獲后莖稈加工處理技術的發展。

加拿大的阿爾伯塔省、馬尼托巴省種植工業大麻較多，該省內主要采用氣爆法處理大麻莖稈。處理設備如圖8所示。

運輸到固定場地-切斷-打麻-清選[20]。撿拾后的大麻莖稈從種植地運送到固定地點，進行集中剝制打麻，增加了運輸和場地成本。2004年，加拿大馬尼托巴大學生物工程系[21-22]研究了掛在飼料收獲機上的在田間使用的大麻纖維分離機械，直接在種植地里加工處理大麻莖稈，降低了莖稈運送和存放場地的成本。該機械可以撿拾大麻莖稈，并對莖稈進行剝制分離、清潔。該機械上的圓柱型分離刀盤具有切斷、打擊、梳理等功能，該刀盤配置有3把原始刀，刀盤直徑為378 mm，長度為476 mm；還配置了9把打麻刀，傾斜均布安裝在刀盤上，用來剝制纖維，樣機如圖9所示，物料流如圖10所示。

2004年，Münder等[24]提出一種處理工業大麻的生產線。包括從撿拾莖稈捆到分離及處理大麻纖維和碎屑。該生產線既可以處理直徑達1.8 m的圓捆也能處理各種尺寸的方捆。其工藝流程如圖14所示。

主要操作過程是：①打開捆并與切斷預切斷莖稈。②去除葉子，種籽，沙子，石頭和其他雜質。③測量莖稈把喂入的莖稈換算成體積量。④利用沖擊力剝制莖稈。⑤清潔莖稈。⑥梳理和疏松纖維。⑦短纖維和麻屑的分離。⑧去除短纖維。⑨除塵設備清理廢氣。

如圖15所示，利用動刀打開圓捆，同時把莖稈切成特定的長度供后續工序應用。剝制莖稈采用的是如圖16、17所示的設備，該設備的工作過程是莖稈垂直進入錘子和機器間的工作區域，及內部指盤區域，通過錘子指盤的反彈力，剝制

纖維，剝制后的碎屑通過底部的篩子到卸貨區，被氣動機吸

德國波茨坦萊布尼斯農業工程研究所（ATB）等[25] 對上述生產線進一步完善，開發了一套完整的處理纖維作物的生產線（圖18），包括所有處理階段，從撿拾、切斷打包到最后得到清潔的纖維及麻屑混合物。

生產線中用到的拆包機（圖19）主要用來打開莖稈包，它是由4個聯鎖控制的結構單位組成，包括提升莖稈包，莖稈包的控制和轉向裝置、切割機構和卸料輸送系統。莖稈包的控制和轉向設備把莖稈包從提升位置定位到中心切割位置。工作時，一個驅動刀盤沿著莖稈包的表面軸線移動，莖稈包被一層層剝離，層的寬度和厚度可調，以滿足后續機器的要求。所用刀盤是用一種特殊的工具鋼制成，具有切削刃重復自銳效應。

生產線用的錘式粉碎機，是根據1999年擺錘式粉碎機的原理制造的，其結構如圖20所示。這臺機器能從硬莖稈中分離出纖維，其良好的剝皮效果使得下道工序的纖維清潔更簡單。通常情況下，只有一個清潔階段便可以使剩余的碎片含量低于2%，因此該設備能滿足大多數工業應用的要求。

德國Pecenka等[26-27]研制了新的大麻處理生產線（圖21），并研究和試驗了在纖維作物處理中纖維和麻屑分離的新技術（圖22）。現代錘磨式生產線需要11道工序，后面9個工序中都有碎屑和麻殼等混合物產生，生產線較長，碎屑和麻殼等混合物分散產生，不利于收集。與現代錘磨式生產線相比較，改進的德國萊布尼茨農業工程研究所加工線，減少了剝制工序，增加與預處理莖稈的工序，整個加工線僅需要7個工序，使得整個加工線縮短，碎屑和麻殼等較集中地產生，便于收集。從圖23、24中可以看出，德國萊布尼茨農業工程研究所加工線能起到較好的分離效果。

2001年，英國Hobson等[28]研究了剝制未脫膠大麻的纖維質量。工作過程如圖25所示，莖稈經過凹槽輥和后續滾筒的碾壓，最后被針狀滾筒分離出纖維。所用的剝制工作部件如圖26所示。分別剝制了脫膠和未脫膠的大麻，結果顯示，兩者纖維的產量、長度和強度相同。脫膠后莖稈剝制后的纖維含雜率為2%，而未脫膠的纖維粗糙，含雜率約為4%，但色澤好且真菌數量低，更具有市場的優勢，非常適合在紙漿產品和強化復合材料中應用。

2.2國外工業大麻麻屑處理技術概況

纖維和麻屑的混合物占工業大麻物料質量的50%～60%。剝制的纖維最多僅占30%。目前，收獲的約50%大麻纖維碎屑的處理需要高效的碎片處理和清潔技術。清潔優質的麻屑不僅可以用作動物房用料，還可以用作刨花板或復合材料生產原料。

德國萊布尼茨農業工程研究所開發了一個簡單但有效的清潔麻屑和纖維混合物的技術[29]。他們研制出了可靠的機械分離裝置，僅需要1個處理步驟（圖27），纖維麻屑的混合物通過旋轉葉輪等的綜合作用，就能分離出清潔的麻屑、麻絨以及較好的短纖維，解決了用傳統的分級技術分離不干凈的問題。

3促進我國工業大麻發展的建議

工業大麻生產上有鮮莖（收獲后的鮮株）剝制和干莖（雨露脫膠后的）剝制2種處理工藝。干莖是以自然脫膠后的工業大麻干莖為原料，受自然條件限制，僅在氣候條件較適宜地區適用，例如黑龍江省孫吳縣等。國外以干莖處理加工機械為主，采用的是舊的亞麻打麻線加工工業大麻。目前生產上急需專用的工業大麻干莖加工機械，提高工業大麻出麻率和纖維的質量。工業大麻鮮莖加工處理是以收獲后的鮮株為原料，直接剝制加工出鮮皮。該工藝可以對鮮莖集中及時剝制加工處理，不影響下茬作物種植，而且降低了天氣對脫膠影響的風險，可節約成本，有助于產業發展。鮮莖加工處理工藝如與鮮皮脫膠技術相配合，實現工廠化集中鮮皮脫膠，在各個工業大麻主產區都較容易實現，符合產業化的發展方向，是今后的發展方向之一。

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