籽棉中杂质及其清除机理研究

■沈洁强 李付堂

〔北京中棉机械成套设备有限公司，北京 100089〕

一、籽棉中杂质的产生

籽棉中杂质一部分是先天自然生成的，一部分是后天混入的。笔者根据多年观察与实践，籽棉中杂质分别产生在如下环节。

1.在与孕育生长过程中自然形成的杂质。

棉铃中的胚珠不可能100%受精，没有受精的胚珠成为不孕籽，为此籽棉中不可避免会产生不孕籽棉，也称不孕籽杂质。一般籽棉中不孕籽的粒数占棉籽数量的10%～30%，具体数量决定于胚珠受精率的高低。

2.籽棉在生长过程中因病虫害及环境影响产生的杂质。

籽棉生长周期长，尤其吐絮期棉纤维暴露在大气中，表面易黏附灰沙等杂质。籽棉生长期间要经历风吹雨打、太阳暴晒，碎的棉枝叶以及枯草枝叶均会落入籽棉表面；候鸟的迁徙也会产生各种羽毛等杂质。另外，由于棉纤维中含有大量的纤维素、糖分、蛋白质以及脂肪等物质，生长过程中易发生病虫危害，而受虫伤病害的籽棉定会产生各种不同的未正常吐絮的籽棉瓣，即僵瓣。

3.籽棉在收获过程中混入各种杂质。

如采棉时会将铃壳、碎棉叶、草枝叶等籽棉表面的沙土、羽毛等杂质带入籽棉中；手摘棉过程中若使用编织袋，还会产生各类编织袋丝、头发丝等异性纤维；机械采棉时杂质会更多，除了大量的铃壳、枝叶、草杆外，还有地膜碎片、滴灌带碎片等杂质。

4.在晾晒、运输、交售、储存、加工环节混入的杂质。

此类杂质主要有人畜毛发、各种家禽羽毛、编织袋丝、塑料薄膜、尼龙线丝、布条、布块、毛线、砖瓦石块、金属块等其他杂质。

二、杂质的影响

1.杂质对棉花加工质量的影响。

籽棉中含有僵瓣棉，因其纤维短、强力弱、成熟度差，会增加皮棉的短绒率，影响皮棉色泽。

籽棉中杂质不清除，会使皮棉含杂增多，皮棉品级降低。皮棉中杂质的粒数增加会使皮棉中疵点增多，不仅影响品质，而且影响纤维染色性，最终增加棉针质织品疵点数。

2.杂质对加工工艺的影响。

籽棉中杂质含量大会使清理工艺复杂化，不仅增加排杂时的落棉量，而且影响产品质量和使用价值。

籽棉中含有绳索、布片、线绳等粗大杂质易堵塞机器设备，影响设备正常运转或加速机件磨损，缩短机器寿命。

砖石块、金属块等硬杂质与运动部件撞击，易损坏机件，还容易产生火星造成火灾，严重影响生产安全。

三、杂质的特性

1.杂质种类多。

据不完全统计，籽棉中杂质的种类达百余种，几乎包括了人们生活中常见的所有物质，而且随着人们生活方式的改变，杂质的种类还在增多。表1是河北某家棉花加工企业手摘籽棉中异性纤维杂质的含量情况。整体研究表明，籽棉中杂质种类与籽棉收获模式有关，手摘棉杂质种类比机采棉要多。从整体趋势看，籽棉中所含的单体质量、表面积较大的杂质数量所占的比例相对较小，质量所占的比例较大；而籽棉中所含的单体质量、表面积较小的杂质质量所占的比例较小，数量所占的比例较大。

表1 籽棉中异性纤维杂质含量统计

2.杂质含量大。

加工前籽棉中杂质的含量与棉花品种、生长期的天气状况、后期加工环节的多少直接相关。一般情况下，手摘籽棉杂质含量8%～10%，机采籽棉中杂质含量为15%～30%。

3.杂质形态差异大。

籽棉中杂质的形状、大小、材质、颜色等差异巨大，很难用一种方法完全清除，需采用不同的设备进行清理。

4.清理难度大。

由于籽棉纤维柔软、蓬松，具有天然转曲，其相互之间以及与各种杂质之间相对滑动时，不仅有摩擦力，而且存在抱合力（正压力为零时的摩擦力），因此，当它们混在一起时就互相纠缠、勾挂而抱成一团，不易松散。要想使籽棉与混在其中的杂质分离十分困难，尤其对那些体积质量较小而数量庞大的细小杂质，清理难度非常大。

四、籽棉中杂质的类型及清除原理

1.籽棉中杂质的类型。

籽棉中杂质有很多分类方法，如按杂质形成方式的不同可以分天然杂质与外附杂质；按质量不同又可分为轻杂与重杂；按杂质的性质还可分为纤维性杂质与非纤维性杂质等。笔者结合杂质形态以及它们的清除机理，将杂质分为条状类杂质、块状类杂质、细小杂质以及其他杂质4大类，简要介绍它们的清除原理。常见的各类杂质见表2。

表2 常见的各类杂质

籽棉中常见的杂质部分照片，如图1所示。

图1 籽棉中常见杂质

2.条状类杂质的清除原理。

编织袋丝、布条、麻绳及线绳等这类杂质一般呈长条状且大于10 cm，柔韧性好，与籽棉纤维黏结力大。这类杂质依靠传统的刺钉辊筒打击或齿条辊筒勾拉不但无法将其清除，而且在清理过程中长条还会被打断或勾碎，形成更多、更小、更难清理的杂质。

这类杂质利用高速旋转的钉齿辊缠绕的机理进行清理效果比较好。一般是在籽棉通道中，设置1组上下左右交错排列的细长的螺旋状长钉齿辊（俗称狼牙棒），利用高速旋转的钉齿，在将籽棉均匀开松的同时，勾拉、套住有一定长度（大于基辊周长）的条状杂质，并将其快速缠绕在细长基辊的表面，不再与钉齿辊分离，相当于完成了条状杂质的挑拣。而被松解的籽棉长度短，虽被勾拉但不够绕辊一周，这样在齿钉的冲击及高速旋转籽棉的离心力作用下，脱离钉齿辊，进入下一个环节，完成了籽棉的开松及输送，其结构见图2。

图2 条状类杂质的清除原理图

影响这类杂质清除效率的因素主要有杂质的长度，钉齿的直径与间距，基辊的直径，钉齿辊的数量、转速以及排列方式。

3.块状类杂质的清除原理。

砖石块、金属块、铃壳、僵瓣、纸块等这类杂质一般呈块状或片状，外表相对光滑，与纤维黏结力较小。其主要特点是密度比籽棉高，单位质量大，在相同角速度情况下，受到的离心力较大。

利用这个特点，目前一般采用齿条辊筒与排杂棒组合结构（见图3），利用锯齿勾拉住夹裹着杂质的籽棉旋转，由于锯齿可以勾住有纤维的籽棉，而不易勾住块状的杂质，因此，随着锯齿旋转，在离心力与排杂棒的共同作用下，块状杂质被甩（撞）出，而籽棉则被锯齿勾拉着前行直到指定位置被刷下，使籽棉得到清理。

图3 块状类杂质的清除原理图

影响块状杂质清除效率的因素主要有：锯齿的形状与密度、锯齿的转速、排杂棒数量、排杂棒与锯齿之间的距离等。

4.细小杂质的清除原理。

不孕籽、棉叶、沙尘等这类籽棉中最传统的杂质，它们体积小、质量轻、数量多，与籽棉纤维黏结力大，尤其是表面有一层短纤维的不孕籽与籽棉纠缠在一起，受摩擦力与抱合力作用，依靠单一运动很难将其分开，一般要对其进行反复打击、搓揉、旋转、摩擦等复合动作，才能将其清除。

目前一般采用表面多个装有交错排列刺钉的辊筒与排杂网组合结构（见图4），依靠辊筒的旋转使籽棉在辊筒与排杂网中间运动，迫使籽棉在随辊筒旋转运动的同时被多次打击、重复搓揉、摩擦，使籽棉中的这些细小杂质充分暴露在表面，靠籽棉与排杂网的反复摩擦让不孕籽等细小杂质与籽棉分离，并在离心力作用下使杂质从排杂网孔排出，完成细小杂质的清除。

图4 细小杂质的清除原理图

影响细小杂质清除效率的因素有：刺钉的转速，刺钉的尺寸与数量，刺钉与排杂网的间距，排杂网的摩擦系数、漏风系数以及网孔的大小等。

5.其它杂质的清除原理。

地膜、羽毛、人畜毛发等这些杂质有的体积细小、质量轻；有的体积较大、柔软并带有绒毛，其与棉纤维的物理性能接近，与籽棉黏附力大。两者不仅难以分开，而且也不易从排杂网孔或排杂棒处排出，有时还会产生静电，使杂质吸附在籽棉表面更难清除，传统的机械打击与勾拉等方法对其清理效果很差。

图5 其他杂质的清除原理图

新型的沸腾床与风力筛选组合装置（见图5），较好地解决了此类杂质的清除难题。该装置利用这类杂质的悬浮速度与籽棉不同的特点，首先采用沸腾床结构，在柔性抖动中松解籽棉，既使籽棉团内的杂质暴露，又避免了静电的产生，为杂质与籽棉的分离奠定了基础；其次采用阶梯风嘴、吹吸联动的风力筛选结构，多次产生与籽棉流方向垂直的悬浮速度的风力，使杂质与籽棉通过风力进行多次分离与筛选，可以有效地清除籽棉的此类杂质。

五、籽棉中杂质清理的基本原则

1.在满足质量前提下，尽量减少清理设备数量以及清理工艺。

机械作用会对棉纤维产生影响。反复打击、搓揉、摩擦、勾拉以及撞击会损伤棉纤维长度，增加皮棉中短纤维含量，使皮棉中疵点增多，影响皮棉的价值。为此，籽棉清理应兼顾清杂效率与皮棉损伤情况，在满足质量的前提下，尽量减少清理设备数量以及清理工艺。

2.先清除条状、块状等重特大杂，后排僵，再松解清杂。

籽棉清理一般应遵循“先清除条状、块状等重特大杂，后排僵，再松解清杂”的工艺流程进行。

首先应除去混入籽棉中的砖瓦石块、铁类、长条状以及块状类杂质，目的一是保证生产的安全，二是尽早把大的杂质清除，不仅容易清理，而且还能避免大杂被破坏，变成更多的不容易清除的小杂质。其次应排僵、清铃壳，一定要在清细小杂质之前进行排僵，否则，部分僵瓣在清理过程中会被打击松解，再要排除出去就变得很困难。最后松解清杂，尽可能清除全部的杂质。

六、结论

籽棉中的杂质种类很多，由于收获方式不同，籽棉中杂质含量地域差异也很大，因此首先要认清付轧籽棉中杂质的种类以及含量情况，在充分了解各种杂质的清除机理基础上，选择杂质清理的方法以及设备，才能取得较好的清理效果。