国内外工业大麻加工处理机械发展现状

马兰 龙超海 刘佳杰 何宏彬 吕江南

摘要工业大麻的四氢大麻酚（THC）质量分数小于0.3%，无毒品吸食的价值，是大麻的品种类型之一，其纤维、麻籽、秆芯等产品具有极高的经济价值，可以进行工业化种植与利用。随着工业大麻产业的发展，对生产机械需求也越来越大，其中工业大麻加工处理机械是工业大麻生产机械中的关键设备之一，对其后序用途影响很大，已成为促进产业发展的重要因素。简述了国内工业大麻处理机械的发展现状，对国外的工业大麻处理机械的研究及发展情况进行了归纳总结，以期为促进我国工业大麻发展和其茎秆处理机械的研究提供参考。

关键词工业大麻；茎秆处理机械；发展现状

中图分类号S226.7+2文献标识码A文章编号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.）为大麻科大麻属一年生草本植物[1]，别名线麻、火麻、汉麻、小麻子等，是一种古老和多用途的农作物。大麻可以提供纤维、麻屑、种子和药品用原料等。目前纤维用于纺织、造纸、绝缘材料和生物复合材料等，因其独特的性质，如吸湿性、散热性、高韧性、抗静电性、防辐射等[2-5]，越来越受到人们的青睐；麻屑是茎秆的木质部，主要用于建筑。大麻种子是一种具有较高营养价值的小坚果，内含丰富独特的脂肪酸，可生吃或压制成麻籽油，用于人类食品和动物饲料生产[6]。

近年来，随着人们环境意识的增强和对天然产品的喜爱，大麻在造纸、纺织、食品、饲料、建筑和装饰材料等领域的应用日益频繁[7-8]，种植面积也不断增加。专供工业用途的大麻品种，植株中含四氢大麻酚（THC）<0.3%，无直接作为毒品吸食价值，称为工业大麻[9]，经国家许可后，可以进行规模化种植与工业化利用。现在国内外广泛应用的大麻为工业大麻（以下文中简称为大麻）。工业大麻茎高1～4 m，直径平均为7 mm[10]，茎中心木质化，周围包裹着一层韧皮，其中含有许多纤维，其纤维长而坚韧，但含有很高的纤维素和木质素等。工业大麻自身的这些特点使得其茎秆的处理加工与苎麻、红麻、黄麻等麻类作物不同。工业大麻收获后的茎秆处理加工工序，一般包括剥制分离和清洁。首先将脱胶后的干茎秆切割成长度约80 mm[11]，再喂入碾压机构，然后进行剥制分离，对余下的纤维和麻屑的混合物（俗称二粗）再进行清洁处理，提高二粗的利用率。筆者综述了国内外工业大麻处理机械的研究情况，旨在为我国工业大麻处理机械的研制提供参考。

1国内工业大麻加工处理机械发展概况

1.1国内工业大麻茎秆处理机械概况

考古发现，我国是栽培大麻最早的国家，也是把大麻纤维应用到纺织工业最早的国家[12]。

工业大麻收获目的不同，生产上有的需要高质量的纤维，有的需要种子，有的纤维和种子兼收，其收获方式也有一定的差别，但为了提高大麻物料的利用率，都需要对其茎秆等副产物进行加工处理。在我国黑龙江等地区，主要以收获纤维为目的，一般是把收割后的大麻平铺地上（一般是8—9月份）雨露沤麻60 d左右（根据当地气候条件，确定沤制时间的长短），再用捡拾机拾起打捆，送工厂切断后，采用亚麻打麻线处理工业大麻干茎。而我国湖南、云南等地，一般是收割后，采用鲜茎剥麻机械剥制出工业大麻长纤维，经集中脱胶处理，用作纺织原料。以收获籽粒为目的的繁种，一般采用人工收割后，机械去籽粒，余下的较粗大的大麻茎秆，再经过收获纤维的加工程序处理；也有留种大麻经密植后，大麻籽粒集中在植株梢部，用收割梢部的收割机进行收获作业。

中国农业科学院麻类研究所研制有2种类型的工业大麻剥皮机，主要用来剥制工业大麻鲜茎。一种是4BD-400型大麻剥皮机[13-14]，该机主要由喂料斗、直齿碎茎辊、螺旋齿碎茎辊、剥皮梳理滚筒、接麻装置、机架和行走装置等部件组成。它以大麻鲜茎为原料，通过多对碎茎辊的碾压、揉搓、分离和剥皮滚筒的刮打梳理去掉麻骨、麻叶、麻屑等，分离出干净的鲜皮。已获实用新型专利（专利号：ZL 201220116953.0）。机型照片见图1所示，其主要技术参数如表1所示。

中国农业科学院麻类研究所研制的另一种4BM-780

型剥麻机，是用于工业大麻、红麻、黄麻等纤维剥制加工的大型机

器。该机采用模块化设计方法，方便装配，其主要由喂入装置、剥皮装置、输出装置、传动系统及控制系统等部分组成。该机剥皮工效可达到2 400 kg/h，已获得国家实用新型专利（专利号CN201520146726.6）。机型照片见图2，其主要技术参数如表2所示。

近几年，黑龙江省工业大麻种植面积逐年上升，2016年种植面积约1.33万hm2，多由大户和农民合作社集中种植。目前在该地区，采用的是对脱胶后的干茎秆进行加工处理。目前没有专用设备，大多采用旧亚麻打麻设备或改进的旧亚麻打麻设备加工工业大麻。如佳木斯东华收获机械制造有限公司生产的6DY-870型亚麻打麻联合机[17]，目前也用来加工切断后的雨露脱胶的工业大麻。该机适用于大、中型工业大麻原料厂。6DY-870亚麻打麻联合机由以下13个部分组成：铺麻台，喂入机，一号碎茎机，一次换向装置，二号碎茎机，一打手，二打手，二次换向装置，三打手，四打手，引出部分，传动系统，控制系统。机型图片如图5所示，其主要技术参数见表5。

要由喂入平台、薄层喂入机构、碎茎机构、剥麻机构、夹持机构、换向机构、接麻机构、电机等部分构成。该机的核心部件是剥麻装置，该装置安装有2个相向运动的剥麻辊，该剥麻辊上布置有呈螺旋型的片状刮刀。整个剥麻辊由圆锥形向圆柱形过渡，使得茎秆在通过剥麻辊时，有一个从远到近的滑移刮麻过程，减小了对纤维的破坏力。其主要技术参数见表6。

1.2国内工业大麻麻屑处理机械概况

在国内，生产上还有一种用于各种麻类（亚麻、胡麻、工业大麻）下脚加工和乱麻等一次性加工的机械，俗称“二粗加工机械”，处理设备如图7所示。该机械能从中分离（提取）含杂为5%～25%的短纤维，在生产中应用较广泛。其主要技术参数如表7所示。

2国外工业大麻加工处理机械发展概况

2.1国外工业大麻茎秆处理机械概况

近年来，国外对以工业大麻等纤维为原料的天然纤维增强复合材料的需求越来越多，促进了工业大麻收获后茎秆加工处理技术的发展。

加拿大的阿尔伯塔省、马尼托巴省种植工业大麻较多，该省内主要采用气爆法处理大麻茎秆。处理设备如图8所示。

运输到固定场地-切断-打麻-清选[20]。捡拾后的大麻茎秆从种植地运送到固定地点，进行集中剥制打麻，增加了运输和场地成本。2004年，加拿大马尼托巴大学生物工程系[21-22]研究了挂在饲料收获机上的在田间使用的大麻纤维分离机械，直接在种植地里加工处理大麻茎秆，降低了茎秆运送和存放场地的成本。该机械可以捡拾大麻茎秆，并对茎秆进行剥制分离、清洁。该机械上的圆柱型分离刀盘具有切断、打击、梳理等功能，该刀盘配置有3把原始刀，刀盘直径为378 mm，长度为476 mm；还配置了9把打麻刀，倾斜均布安装在刀盘上，用来剥制纤维，样机如图9所示，物料流如图10所示。

2004年，Münder等[24]提出一种处理工业大麻的生产线。包括从捡拾茎秆捆到分离及处理大麻纤维和碎屑。该生产线既可以处理直径达1.8 m的圆捆也能处理各种尺寸的方捆。其工艺流程如图14所示。

主要操作过程是：①打开捆并与切断预切断茎秆。②去除叶子，种籽，沙子，石头和其他杂质。③测量茎秆把喂入的茎秆换算成体积量。④利用冲击力剥制茎秆。⑤清洁茎秆。⑥梳理和疏松纤维。⑦短纤维和麻屑的分离。⑧去除短纤维。⑨除尘设备清理废气。

如图15所示，利用动刀打开圆捆，同时把茎秆切成特定的长度供后续工序应用。剥制茎秆采用的是如图16、17所示的设备，该设备的工作过程是茎秆垂直进入锤子和机器间的工作区域，及内部指盘区域，通过锤子指盘的反弹力，剥制

纤维，剥制后的碎屑通过底部的筛子到卸货区，被气动机吸

德国波茨坦莱布尼斯农业工程研究所（ATB）等[25] 对上述生产线进一步完善，开发了一套完整的处理纤维作物的生产线（图18），包括所有处理阶段，从捡拾、切断打包到最后得到清洁的纤维及麻屑混合物。

生产线中用到的拆包机（图19）主要用来打开茎秆包，它是由4个联锁控制的结构单位组成，包括提升茎秆包，茎秆包的控制和转向装置、切割机构和卸料输送系统。茎秆包的控制和转向设备把茎秆包从提升位置定位到中心切割位置。工作时，一个驱动刀盘沿着茎秆包的表面轴线移动，茎秆包被一层层剥离，层的宽度和厚度可调，以满足后续机器的要求。所用刀盘是用一种特殊的工具钢制成，具有切削刃重复自锐效应。

生产线用的锤式粉碎机，是根据1999年摆锤式粉碎机的原理制造的，其结构如图20所示。这台机器能从硬茎秆中分离出纤维，其良好的剥皮效果使得下道工序的纤维清洁更简单。通常情况下，只有一个清洁阶段便可以使剩余的碎片含量低于2%，因此该设备能满足大多数工业应用的要求。

德国Pecenka等[26-27]研制了新的大麻处理生产线（图21），并研究和试验了在纤维作物处理中纤维和麻屑分离的新技术（图22）。现代锤磨式生产线需要11道工序，后面9个工序中都有碎屑和麻壳等混合物产生，生产线较长，碎屑和麻壳等混合物分散产生，不利于收集。与现代锤磨式生产线相比较，改进的德国莱布尼茨农业工程研究所加工线，减少了剥制工序，增加与预处理茎秆的工序，整个加工线仅需要7个工序，使得整个加工線缩短，碎屑和麻壳等较集中地产生，便于收集。从图23、24中可以看出，德国莱布尼茨农业工程研究所加工线能起到较好的分离效果。

2001年，英国Hobson等[28]研究了剥制未脱胶大麻的纤维质量。工作过程如图25所示，茎秆经过凹槽辊和后续滚筒的碾压，最后被针状滚筒分离出纤维。所用的剥制工作部件如图26所示。分别剥制了脱胶和未脱胶的大麻，结果显示，两者纤维的产量、长度和强度相同。脱胶后茎秆剥制后的纤维含杂率为2%，而未脱胶的纤维粗糙，含杂率约为4%，但色泽好且真菌数量低，更具有市场的优势，非常适合在纸浆产品和强化复合材料中应用。

2.2国外工业大麻麻屑处理技术概况

纤维和麻屑的混合物占工业大麻物料质量的50%～60%。剥制的纤维最多仅占30%。目前，收获的约50%大麻纤维碎屑的处理需要高效的碎片处理和清洁技术。清洁优质的麻屑不仅可以用作动物房用料，还可以用作刨花板或复合材料生产原料。

德国莱布尼茨农业工程研究所开发了一个简单但有效的清洁麻屑和纤维混合物的技术[29]。他们研制出了可靠的机械分离装置，仅需要1个处理步骤（图27），纤维麻屑的混合物通过旋转叶轮等的综合作用，就能分离出清洁的麻屑、麻绒以及较好的短纤维，解决了用传统的分级技术分离不干净的问题。

3促进我国工业大麻发展的建议

工业大麻生产上有鲜茎（收获后的鲜株）剥制和干茎（雨露脱胶后的）剥制2种处理工艺。干茎是以自然脱胶后的工业大麻干茎为原料，受自然条件限制，仅在气候条件较适宜地区适用，例如黑龙江省孙吴县等。国外以干茎处理加工机械为主，采用的是旧的亚麻打麻线加工工业大麻。目前生产上急需专用的工业大麻干茎加工机械，提高工业大麻出麻率和纤维的质量。工业大麻鲜茎加工处理是以收获后的鲜株为原料，直接剥制加工出鲜皮。该工艺可以对鲜茎集中及时剥制加工处理，不影响下茬作物种植，而且降低了天气对脱胶影响的风险，可节约成本，有助于产业发展。鲜茎加工处理工艺如与鲜皮脱胶技术相配合，实现工厂化集中鲜皮脱胶，在各个工业大麻主产区都较容易實现，符合产业化的发展方向，是今后的发展方向之一。

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