漿箔用棉短絨清理機的設計

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

一、棉短絨簡介

棉短絨是國防、紡織、化纖、造紙等輕、化工業的重要原料，是重要的戰略物資。我國是世界上最大的棉花生產國，如將軋花后的棉籽全部剝絨，所得短絨量約占皮棉總產量的15%～20%，所以我國棉短絨資源十分豐富。

（一）棉短絨定義

經過軋花后的棉籽（毛籽）上還殘留著短纖維，用剝絨機把這些短纖維剝下來，這些短纖維就稱做棉短絨。棉短絨由三部分組成：第一部分是來自“毛頭”的較長纖維；第二部分是來自毛籽上被軋花機軋斷的纖維；第三部分是棉籽表皮上天然生長發育成的一層短而密集的纖維。

（二）特點

棉短絨纖維短而粗，每粒棉籽上短絨的根數較長纖維多一倍，有20000根～30000根；顏色常呈灰白色或白色，有時也呈灰棕色或灰綠色；棉短絨的成熟度比長纖維高，這是營養物質較易輸送到短絨中的緣故；棉短絨的化學成分與長纖維近似，纖維素含量在90%以上。

（三）分類

Ⅰ類棉短絨（又稱“頭道絨”）：頭道剝絨機剝下的棉短絨，大多是軋花過程中因斷裂而殘留在棉籽上的較長纖維。一般主體長度在13mm以上，它的產量一般為毛棉籽毛頭量的3倍左右。

Ⅱ類棉短絨（又稱“二道絨”）：二道剝絨機剝下的棉短絨。這部分棉短絨是棉短絨的主體，一般占棉短絨產量的50%～60%，其長度在3mm～6mm，成熟度也是三類棉短絨中最高的。

Ⅲ類棉短絨（又稱“三道絨”）：三道剝絨機剝下的棉短絨，這類棉短絨長度最短（一般在3mm以下），含雜量高，纖維成熟度雖不及二道絨，但比頭道絨高。

（四）傳統用途

Ⅰ類棉短絨，由于長度較長，而成熟度不及Ⅱ、Ⅲ類棉短絨，因此，一般用做紡織原料，如：絮棉、藥棉等，還常用于制造高級紙張的原料。Ⅱ、Ⅲ類棉短絨，雖然長度短，但是成熟度高，是工業上提取纖維素的主要漿箔原料，還可用于制造無煙火藥、賽璐珞和人造纖維、高級紙張等。

二、棉短絨在漿箔中的應用及雜質的影響

化纖、造紙等需要大量能提供高質量纖維素原料制成的漿箔。世界上最主要的漿箔是木漿漿箔，木漿漿箔是以木質原料來制取纖維素漿箔的。我國的森林資源貧乏，砍伐后再生周期長，而我國巨大的化纖、造紙需求量使木漿漿箔遠遠無法得到滿足。我國棉花產量一直居世界前列，提供了大量的棉短絨，棉短絨纖維素含量在90%以上，制成漿箔完全能滿足化纖、造紙等行業對漿箔的質量和產量要求。

棉短絨制漿的工藝方法主要有以下幾種：燒堿法、氧-堿法、堿-過氧化氫法、過氧化氫-氧堿法和連續法制漿工藝，基本都是采用堿法蒸煮的方式，利用NaOH（亦稱苛性鈉）與棉短絨所含的脂肪及蠟質發生皂化和乳化反應，達到去除非纖維素，破壞纖維素的初生細胞壁，提高它在化學反應中的膨潤性和反應能力，并使聚合度降到工藝要求范圍，盡可能使纖維素少受損失。棉漿箔的生產過程實質就是一個降聚、提純、改善和提高反應性能，使非纖維素類雜質含量不斷降低，纖維素含量不斷提高的生產過程。純凈的棉短絨質態均勻、纖維素含量高，只需要較少的堿、較少的蒸煮時間即可去除脂、蠟、果膠、含氮化合物。但現實中的棉短絨往往包含大量棉籽皮、棉籽殼、棉桃殼、棉稈、塵土、金屬物等多種雜質。棉短絨在蒸球中，通過高溫高壓在NaOH的作用下的反應過程，實際上就是化學除雜過程，同時提高纖維素的聚合度和化學反應性能。

據新疆阿拉爾市新農棉漿有限責任公司李勝利統計，每生產1t棉漿箔，棉短絨平均耗用量為1420kg，即需去除的雜質量為420kg。生產工藝中，蒸球投放棉短絨為6t/球，消耗17.5m3濃度為58g/L的NaOH溶液，假設NaOH全部用于蒸煮消耗，通過給定的生產工藝條件，可以粗略得出如下分析數據：平均1kg雜質耗堿為0.57kg，非絨雜質耗堿總量為669.5kg，以上數據分析充分說明蒸煮用堿液大部分被外來機械性雜質所消耗。

棉短絨中的雜質在制備漿箔中的影響主要是以下幾種：從上面數據可看到，雜質增加了用堿量、用水量、耗電量，還會加長生產周期，增加工人勞動負荷，降低設備使用壽命，給企業帶來巨大的經濟損失；用堿量、用水量的增加，也使蒸煮后的黑液增加，這些黑液回收困難、污染嚴重，加大了企業的環保負擔；雜質的存在，特別是金屬雜質的存在對漿箔質量有不可逆的降低。

三、目前棉短絨雜質的處理

在棉花加工和榨油行業，對棉籽剝絨的原則是一道少剝，二道多剝，三道剝凈。Ⅰ類棉短絨（又稱“一道絨”）由于棉纖維較長，一般都用于附加值更高的不太重要的紡織品。制備漿箔所用短絨一般是Ⅱ類棉短絨（又稱“二道絨”），更多的是“三道絨”。Ⅲ類棉短絨（又稱“三道絨”）纖維長度很短，一般在3mm以下，由于要將棉籽上棉纖維剝凈，鋸片反復刮削棉籽使得大量棉籽表皮、棉籽破籽殼、帶纖維籽屑進入到短絨中成為雜質。同時在加工、轉運中大量的塵灰和少部分鐵器也夾雜其中，加大了短絨產品中雜質的復雜性。所有棉漿箔企業都認識到，能盡量在蒸煮堿化前用物理方式提前去除棉絨中大部分的雜質，是提高企業效益保證漿箔質量的關鍵措施。目前國內有棉短絨清理機，但主要是清理一道絨的，對清理較短棉短絨的棉漿箔用短絨清雜機還沒有較成熟的產品。由于急需，很多棉漿箔企業自造或改造了棉紡的開清棉，用于棉漿箔短絨清雜，雖有一定效果，但由于技術、工藝水平有限，除雜率較低，仍不能滿足需要。

圖1 目前常用棉漿箔用短絨清理機

目前常用棉漿箔短絨清雜機如圖1所示，可以看出，棉短絨包被小刺輥開松，再由大刺輥鉤掛纖維與篩板進行打擊，使纖維表面附屬雜質被擊落，由篩板孔中排出雜質。棉絨由上部引風管被風機負壓抽走，完成除雜。此原理結構雖有開松和除雜的功能，但也存在很多缺陷，使除雜效果遠不能達到要求。由于棉漿箔短絨很短，篩板孔必須小于短絨長度才能不使短絨被當做雜質排出，所以篩板孔一般直徑1mm～1.5mm，但大部分的碎棉籽殼、表皮、棉桿、棉碎葉、金屬物大于篩板孔直徑而不能被排走，這大部分雜質在引風及刺輥的作用下和短絨一起進入了蒸煮制漿工序。經篩板的落雜主要是顆粒直徑小于1 mm的塵土類雜質。由于短絨質量較小，也有部分被小刺輥轉移后直接沒經過除雜而被短路吸走。

四、漿箔用棉短絨清理機的設計

要最大可能的提高清雜率，第一要對短絨進行足夠的開松，只有開松充分才能落雜充分；第二是單一的除雜單元處理的雜質是有限的，針對不同的雜質要有相應的除雜單元。筆者設計的棉漿箔用短絨清雜機原理圖如圖2所示。

（一）工作過程

短絨包2被放置在自動輸送裝置1上，去除捆扎鋼絲后備用。立架提升上包裝置3上有翻轉卸包裝置4，當翻轉卸包裝置4落下時，輸送裝置1啟動，將短絨包2輸送到翻轉卸包裝置4上，翻轉卸包裝置4將短絨包2提升到一定高度后翻轉，將短絨包2卸到料斗5內。料斗5內有三組輸送壓輥6，輸送壓輥6夾持著短絨包2并向下運行。一組開松輥7利用輥身上的鋸齒刀片，高速對短絨包2進行開松處理。開松后短絨9成蓬松狀態在料斗5繼續下落，經過類似觀察窗的磁鐵裝置8，這時在短絨包2中含的鐵質雜質就會被吸附在磁鐵裝置8上，可定期打開清理。開松后短絨9經過喂棉羅拉10進入箱體11。在箱體11中被刺輥包覆有鋸齒針布的刺輥12高速開松。鋼絲刷17將開松后短絨9壓箱刺輥12輥面，輥面鋸齒針布勾掛短絨與多根塵棒18進行擊打，由于塵棒18間距較大，能使大部分不含纖維的棉籽、石塊、僵瓣、棉桿等大雜通過離心力甩離刺輥12完成與棉絨脫離。此時有部分含纖維的雜質被下部的刺輥12回收，大雜通過鋼絲刷17彈離輥面落到箱體底部。刺輥12回收的含纖維雜質與塵格漏底20繼續打擊，塵格漏底20的隔距小于塵棒18的間距，可去除中等大小的雜質。毛刷輥13高速將兩個刺輥12上的棉短絨刷離輥面，完成開松及大、中雜的清理。從毛刷輥13刷下的棉絨被拋給刺釘輥15，棉絨沿著刺釘輥15輥面斜向下走，進入篩板漏底16。棉絨在刺釘打擊下與篩板漏底16作用，通過篩板漏底16上的網孔排出塵土、細葉碎雜。所有雜質排到箱體11底部，進行定期清理。棉絨在經過四組刺釘輥15與篩板漏底16的組合清理后由出料口14排出本機，進入下道工序。

圖2 棉漿箔用短絨清理機

（二）特點分析

本機相比傳統設備的特點是能根據主要雜質特點、形態進行針對性的處理。對短絨進行多次、逐級開松，使雜質充分暴露，然后通過設置的不同規格的塵棒、塵格、篩板與相應的刺輥配合，排出大、中、小雜，排雜充分。

本機在料斗5中的開松輥7，刺輥12，刺釘輥15三處進行了逐次開松，開松充分，利于棉絨中雜質的充分暴露分離。本機設計了三處除雜點，第一處除雜點是開松輥7下的磁鐵裝置，能吸附金屬雜物，這些在加工中混入的金屬雜物以鐵片、螺栓、螺母較多，這些金屬物會在堿化時發生化學反應，提前去除不但能提高漿箔質量，還能保證本機的正常安全運行。第二處除雜點是刺輥12、鋼絲刷17、塵棒18組合成的。鋼絲刷17將不含纖維的大雜彈出，塵棒18間距較大，與纖維擊打后可甩出加大雜質并對甩出的含纖維物進行回收。第三處除雜點是四組刺釘輥15與篩板漏底16組合的清理單元。通過篩板漏底16上的網孔排出塵土、細葉碎雜。

五、總結

本機除雜率遠高于傳統機型，在制漿中應用能為企業降低成本，提高產品質量。☆