赵新平白振华
陕西省纺织科学研究所
摘要探讨纺纱生产抓棉过程加湿方法。介绍分析了纤维吸放湿的影响因素,包括纤维性质、纤维紧密状态、不同加工工艺等;针对抓棉过程加湿方法,介绍了抓棉机的工艺特点、抓棉过程加湿的基本要求和原理;重点介绍了圆盘抓棉过程加湿和往复抓棉过程加湿,并分别分析了两种抓棉过程加湿的控制过程;总结了抓棉过程加湿的注意事项,并分析了抓棉过程加湿效果。认为:抓棉过程加湿是一种针对性强、见效快且能显著减少用工,提高纤维回潮率的新方法。
关键词抓棉机;加湿器;回潮率;棉纤维;清棉;温湿度
纺织工艺过程加湿是一种在生产过程中把水分湿量直接加在材料中的加湿方法,不同于车间直接加湿和空调系统加湿。过程加湿主要用微细水雾直接作用于纤维或纱的表面,经过逐步渗透提高回潮率,同时改善纤维的物理机械性能,消除静电,使生产过程顺利进行。实际生产中,过程加湿方法主要有抓棉过程加湿、织造过程加湿以及浆纱过程加湿等。一般来说,纺织材料回潮率的变化主要体现在纤维材料的吸放湿性能上,纤维的吸放湿性影响纤维的性能、纺织工艺织物的舒适性以及纺织材料的计重核价。
1影响纤维吸放湿性的因素
1.1不同种类纤维的吸放湿性
总体来看,天然纤维的吸湿性要比化学纤维好,不同的化学纤维吸湿性差异较大。在标准条件下,棉纤维的回潮率为7%～8%,而维纶为4.5%～5%,锦纶、腈纶、氨纶的回潮率分别为4.5%、2%、0.8%～1%。另外,疏水性化学纤维经过变形或改
性后,其吸放湿性也会有很大变化,如燞ydra纤维吸湿能力为自重的3.5倍,而且放湿比吸湿速度快。 从纤维微观角度来看,亲水性基团是直接影响纤维吸收水分的主要因素,亲水性基团数量多,*性较强,纤维的吸湿性较强水分难以逸出,这种难以逸出的水分还具有重叠吸收水分的作用,即所谓的间接吸水。间接吸水引力弱,容易脱离纤维,但其对纤维的纺织生产有直接影响。纤维的微观毛细结构也具有自吸水性,空气中水蒸气多时,水分容易进入纤维的毛细结构中,或被纤维表面能吸引,黏着在其表面,形成吸湿。这种以物理作用吸附的水分比亲水基团以化学氢键结合的水分作用力弱,并且随着环境的于燥或温度的升高易于脱离纤维,形成纤维的放湿
1.2不同品质纤维的吸放湿性
就棉纤维来看,细度与成熟度对其吸湿性影响明显,纤维愈细,比表面积愈大,表面缝隙孔洞愈多,吸湿性愈大;纤维成熟度愈差,表面积愈大,吸湿性愈大,产地、成熟度等不同,棉蜡、棉糖、杂质含量会有差异,它们也直接影响纤维的吸放湿性,蜡质高的纤维,吸湿性差,含糖含杂高的纤维吸湿性强。有资料显示,进口棉纤维回潮率在7%以下,国产棉的回潮率在8%～10%。
1.3密实或松散状态纤维吸放湿性
在同一环境下,单根纤维要完成全部吸湿或放湿的90%只需要3s～5s,松散状态的薄层纤维大约要经过48h后可以达到吸放湿平衡状态,而棉包中密度大的纤维需要经过数十天或数月才可以达到平衡状态。为了使棉包中纤维基本达到吸放湿平衡,有条件的纺织厂一般在储棉间(分级室)松解棉包,并通过加湿和保湿措施进行预处理。
1.4空气温湿度不同时纤维的吸放湿性
对于进厂的纤维原料,影响纤维吸放湿性的主要因素为空气的状态。在一定湿度条件下,当纤维本身含水量低于空气中含湿量时,纤维放热吸湿,反之则吸热放湿;在一定温度下,纤维温度低于环境温度时,吸热放湿,反之则放热吸湿。高温高湿时纤维由于膨胀等原因,吸湿性明显。相对湿度对亲水性纤维吸放湿性影响较大,温度对疏水性纤维的吸放湿性影响显著。一般纤维吸放湿越接近平衡,速度越慢,而且放湿往往还具有滞后性;从地域和季节来看,北方地区和一些干燥季节,纤维不能从空气中获得足够的水分,纤维原料回潮率往往较低。
1.5不同工艺下材料纤维的吸放湿性
纤维吸放湿性随着加工中原料纤维的形态和受热而变化。开清棉工序若纤维温度低于室温,且纤维回潮率较高时,经开松的纤维块在强气流输送过程中,易于放湿;若纤维温度高于室温时易吸湿,一般棉回潮率以控制在8%左右为宜。梳棉工序,纤维被强力梳理成薄网并集聚成条,通常会升温,呈现强烈的放热吸湿趋势。并条工序，若棉条回潮率较低,经牵伸发热,纤维条趋于吸湿。粗纱工序,熟条引出速度慢,牵伸区内须条易放湿。细纱工序,在粗纱退绕时产生吸湿,而经牵伸和加捻成细纱时易放湿。络筒工序,由于高速退绕,纱易升温,放热吸湿,因而应提高相对湿度,以增加回潮率。
2抓棉过程中的加湿方法
抓棉过程中加湿是通过在抓棉过程给松解排列的纤维包逐层反向喷雾施加适量水分或助剂,使大部分水分直接作用于纤维表面,一小部分水雾在临近纤维的空气中蒸发,形成高湿空气层;经过水分的直接渗透以及与高湿层空气的热湿交换,可以有效提高纤维回潮率,改善纤维的性能。抓棉过程加湿目的是为了从源头上改善纤维的可纺性,提高纤维的回潮率,消除静电现象,使纤维条和成纱条干均匀,并且是传统人工间歇通过松解、排铺给湿闷放方式给原料纤维施以助剂或水进行预处理方法的补充。抓棉过程加湿与纤维特性和抓棉工艺密切相关。
2.1抓棉工艺特点
抓棉设备通常有圆盘式抓棉机和往复式抓棉机。由于原料纤维从抓棉到梳棉生条均在密闭环境,故与空气的热湿交换很难进行。当原料纤维回潮率不足时,纤维在加工中易集聚静电,给纤维的输送转移带来影响,而且强力下降,纤维易被打断,短绒增加,制成的棉卷或生条蓬松,后续易产生大量落棉,使原料纤维的利用率和制品质量下降。因而生产中,一般要求原料的回潮率在7.5%～8.5%。
2.2抓棉过程加湿的基本要求
根据纤维吸放湿性分析,严格讲抓棉工序中原料纤维包松解后按要求排放,一般情况下纤维与空气热湿交换时放湿。但当纤维的回潮率低时,不进行补充水分提高回潮率会直接影响生产和后续制品质量。生产中可用抓棉过程加湿来提高纤维的回潮率。对抓棉过程加湿的要求是水分在工艺过程能充分进入纤维里增加回潮率,而不能淋湿纤维。如果原料柔软性不足或易产生静电的还可以在水中添加柔软剂或除静电剂。
2.3抓棉过程加湿方法的原理
抓棉过程加湿主要有圆盘抓棉机过程加湿和往复式抓棉机过程加湿。这两种方法均通过加湿器雾化水与纤维热湿交换,雾粒应具有一定的动能冲破纤维表面层的阻碍,被纤维吸收。原理是通过雾化技术将水雾化成微细雾状,以与抓棉小车相反的方向和一定的角度及速度喷射到棉层表面,同时在棉层近处形成高湿空气层,经过棉层纤维与湿层空气的热湿交换和对水分的直接吸收,当抓棉小车改变方向抓取棉层时,水分已与纤维有一定时间的作用,回潮率逐步提高。喷射的水雾应当横向覆盖棉包,以便对棉层均匀加湿。抓棉过程加湿采用的雾化技术不同时其过程加湿方式也有区别,常用的雾化技术有高压水雾化、超声波雾化、气水混和雾化和蒸汽雾化等,其中气水混和雾化、高压水雾化较有优势,能同时满足水雾微细和具有一定喷射动能的要求且应用方便。
2.4圆盘抓棉过程加湿
用气水混和雾化技术进行圆盘抓棉过程加湿,一般采用2个～4个喷头的箱式加湿器,每个喷头的雾化量达3L/h,雾化粒度小于10μm。加湿器水箱通过支架固定在抓棉小车反方向支撑臂上,调节喷头喷射方向,使微细水雾覆盖横向纤维包。由于抓棉小车绕中心轴作旋转运动和向下运动,调节好喷头喷射角度后,水雾与纤维的作用方向保持恒定,使每层纤维受到均匀加湿,提高回潮率。每班只需要人工向加湿器水箱注水一次,加注量约24kg.加湿器雾化的动力源压缩空气供气软管可以沿穿线管引到中心立柱,并与固定在中心立柱上上的旋转接头相连接,旋转接头的可动端通过拨杆与抓臂固定,气源出口用软管与加湿器进气接口连接,调节进气调节阀可控制雾化量大小,以满足不同原料加湿量要求。圆盘抓棉过程加湿与抓棉小车同步,小车运行加湿,停止则不加湿,能有效防止纤维局部过湿。用高压水雾化技术的圆盘抓棉过程加湿,通常在一个喷管上设置4个高压喷嘴,喷管的一端封闭,另一端与高压雾化机出水口连接。每个喷嘴的雾化量2L/h～2.5Lh,雾化粒度小于15μm。雾化压力一般为4MPa～7MPa。加湿喷管安装在抓臂上,喷嘴以与小车运行相反方向从后下方给棉层喷雾加湿。雾化机安装在抓臂靠圆盘中心部位,随抓臂运转。控制电路与抓臂运转控制电路并联,使喷雾加湿与小车运行同步。雾化机的供水由人工定时给其水箱加注。在雾化效果方面高压雾化逊色于汽水混和雾化。
2.5往复抓棉过程加湿
往复抓棉过程加湿依附于往复式抓棉机上,加湿雾化喷头需在抓臂前后分别设置,并与抓臂运行联动控制,然而,由于机器运行采用变频技术和PLC控制技术,这给喷头加湿切换控制带来困难,使高压雾化技术应用受影响。目前已开发出的通过压缩气流在喷嘴口产生负压而虹吸水,并经气水混和雾化和与抓臂联动的双向延时控制方法进行往复抓棉过程加湿。根据抓臂幅宽,一般在抓臂前后分别设置3个～4个喷头(用喷头架组合成一体,安装于抓臂前后居中位置),每个喷头的雾化量为2.8L/h～3L/h,雾化粒度5μm～10μm,空气压力0.4MPa～0.7MPa。调节喷头使喷射的微细水雾覆盖横向纤维包。加湿水箱固定于抓臂顶上便于注水的位置(若直接供水可灵活放置固定)。雾化水由人工灌注的水箱提供或经过穿在控制线拖链的软管与加湿器进水控水阀和水源分别连接提供。雾化气源软管亦可穿过控制线拖链与加湿器连接。调节进气阀可控制雾化效果,调节水路调节阀控制雾化量大小。雾化加湿与抓臂运行相协调。抓臂前进时后方向喷头喷雾加湿,反之亦然。抓臂停止时加湿也停止。 3.抓棉过程加湿的控制 抓棉过程加湿控制应满足抓棉小车或抓臂运行时喷雾加湿,停止时不喷雾加湿；水箱缺水时报警提示操作人员加注水。
3.1圆盘抓棉过程加湿控制方框图
采用气水混和雾化技术时,通过电磁阀控制气源通断。电磁阀电源与抓棉小车转动控制电源并联。原理方框图见图1。
3.2往复抓棉过程加湿控制方框图 往复抓棉过程加湿采用气水混和雾化时,由于水箱与前后喷头分离配置,应分别控制前后喷头的气源电磁阀,当抓臂向前运行时,抓臂后置的喷头喷雾加湿,反之亦然;当抓臂停止运行时,关闭水路电磁阀并延时20s关闭气源电磁阀,以防喷头滴水淋湿纤维。原理方框图见图2 4抓棉过程加湿的应用
目前抓棉过程加湿方法的应用已逐渐普遍,特别在干燥季节或在加工回潮率低于6%的棉纤维易产生静电的情况应用较多。河南某纺织企业由于原棉回潮率达不到要求,车间温湿度又过低,造成原棉脆弱,易被打断,棉卷蓬松以及短绒棉结毛羽增加等。采用气水混和雾化技术的圆盘抓棉过程加湿手段后,数据反映短绒率降低5个百分点至10个百分点,生条重不匀降低2个百分点,毛羽数降低1个百分点。应用抓棉过程加湿一般可使原棉的回潮率增加1个百分点至2个百分点。抓棉过程加湿在静电消除方面也有显著的作用。特别是加工化学纤维,静电给生产带来的困难和危害无庸赘述。通过在抓棉过程给纤维表面均匀喷洒含抗静电剂水溶液,可以使纤维吸引更多的水分子,增加回潮,降低电阻,从而增强纤维的电荷逸散性
5抓棉过程加湿注意事项
抓棉过程加湿应根据原料纤维的性能形状、工艺情况和车间温湿度确定。以下情况可采用抓棉过程加湿;原料纤维回潮率不足,车间温湿度达不到纤维回潮需要,为防止纤维在抓取开松作用下脆断受损;纤维易产生静电,不利加工(加湿时适量添加静电千消除剂);纤维柔软性差(适量添加柔软剂,降低纤维间的摩擦因数)。
6结语
抓棉过程加湿是一种针对性强、见效比较快且能显著节省人工提高纤维回潮率的实用技术。在纤维回潮率低或容易产生静电或柔软性差时,采用过程加湿可有效解决生产问题。抓棉过程加湿要充分考虑原料纤维的基础回潮率和吸放湿性。纤维基础回潮率低而空调能力又达不到要求,生产中短绒率增长毛羽增多静电严重出现黏缠等问题,可通过过程加湿提高原料纤维的回潮率。抓棉过程加湿是提高回潮率的不同途径,而不是空调的代替。实际应用中应注意:纤维回潮率的提高程度要以满足加工质量要求为前提,不应过度加湿提高回潮率,以免对除杂分梳等造成影响。应选择符合过程加湿基本要求的加湿雾化方式,雾化喷雾量和喷射方向应保证原料纤维有一定吸收水分的时间而且不能淋湿纤维造成局部过湿，加湿要均匀,雾化粒度要细。
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