摘要：采用单变量控制方法，研究了齿间距、压饼厚度、产量、辊转速分别对粉碎机粉碎效果的影响。结果表明当齿间距2.5cm、压饼厚度0.5cm、满负荷、高辊转速时，粉碎机的粉碎效果最好。
关键词：Lyocell纤维；粉碎机；粉碎效果；浆粕粉碎粒度
1 前言
纤维素是自然界含量最为丰富的天然高分子物质，它的卓越的再生速度和生物降解性使得学术界对纤维素的开发应用研究兴趣高涨，大量新的纤维素制品涌入人们的视野。[1]人造纤维素纤维的使用也有几百年历史，Lyocell纤维是国际标准化组织ISO规定的人造纤维素纤维6大新品之一。
该纤维以天然纤维素为原料，具有独特的光泽、良好的吸湿性、良好的悬垂性、涤纶的强度、真丝的手感、天然的透气性和抗静电性等优良特性，成为服装用纱线和卫生用纺织品的主要原料而备受人们青睐。由于Lyocell纤维具有较高的干强和湿强，干强接近涤纶，湿强下降小，约为干强的85%，这使得Lyocell纤维耐机械和化学处理的能力很强；Lyocell纤维的湿态断裂伸长率约为17%，使得其产品具有良好的尺寸稳定性。[2]同时该纤维生产过程环保无污染，被誉为“21世纪绿色环保纤维”。[3]Lyocell纤维还表现出优异的结构性能特点，如圆形截面、全皮层结构、高强度、高结晶度等，都是常规粘胶纤维无法比拟的。[4]
纤维素纤维的原料为浆粕，生产过程中需对浆粕进行预处理。浆粕预处理的生产流程为水力碎浆→压榨→粉碎→混合。压榨机为网带式连续压榨，压榨后浆粕呈饼状。如果将饼状浆粕直接投入到混合器中进行混合，则混合效果很差，溶剂很难渗透进去，形成大块儿、大面积“白芯”，带有白芯的物料进入反应釜难以形成合格稳定的胶，产出的胶中存在白芯则导致过滤困难，大大增加了过滤器的负荷。因此要想制得合格的可用于纺丝的胶，首先要保证压榨后的浆粕粉碎效果要好，粒度小而且均匀。
经过多次混合实验，浆粕的粉碎粒度达到0.2cm2以下，具有比较好的混合效果，基本没有白芯。
2 实验
2.1 粉碎机的结构
粉碎机的结构可以有多种，不同工厂使用的粉碎机结构也不尽相同。本次实验所使用的粉碎机由自己设计、工厂代加工。
粉碎机的设计数据：
辊：直径，30cm；额定转速，960rpm/50Hz。
齿：高度，1cm；间距5cm/3.5cm/2.5cm/1cm；8排
浆粕为进口木浆，经过水力碎浆、压榨处理后呈饼状，含水50%左右。
2.2 实验过程及检测记录
实验采用单变量控制，分别以齿间距、压饼厚度、产量、辊转速为变量做对比实验，研究变量对浆粕粉碎效果的影响，确定最佳粉碎方案。
2.2.1 齿间距对粉碎效果的影响
表1 不同齿间距的粉碎效果
表1为压饼厚度约0.5 cm，辊转速为960 rpm时齿间距对粉碎效果的影响。从粉碎效果可看出，当压饼厚度一定、辊转速一定时，粉碎机齿间距越小，粉碎效果越好；但当齿间距过小时，压饼对辊的阻力过大，导致无法粉碎。所以，当齿间距为2.5cm时，粉碎效果最好。
2.2.2 压饼厚度对粉碎效果的影响
表2 不同压饼厚度的粉碎效果
表2位齿间距2.5cm，转速960rpm时压饼厚度对粉碎效果的影响。受齿的粉碎能力限制，压饼过厚时，难以粉碎；而太薄时，压饼呈大块撕裂状，虽然此大块浆粕仍可进行混合，但是太薄会降低压榨机的产量。由表2可知，当压饼厚度约0.5cm时，粉碎效果最好。
2.2.3 压榨机产量对粉碎效果的影响
表3 不同压榨机产量下的粉碎效果
表3位辊转速为960 rpm时压榨机产量对粉碎机粉碎效果的影响。由表3可知，压榨机的产能为60kg/h，开始出现少量大块，当产能低于60 kg/h时，粉碎效果均很好，但超过60 kg/h时，粉碎效果变差。因此，辊转速的调节主要受压榨机产量的影响，辊转速须与压榨机产量相匹配，才能达到最好的粉碎效果。
2.2.4 辊转速对粉碎效果的影响
表4 不同压榨机产量及辊转速下的粉碎效果
表4为压榨机不同产量下，辊转速对粉碎机粉碎效果的影响。分析可知，随着产量的提高，辊转速应相应提高才能保证粉碎浆粕中不出现影响预混合效果的大块浆粕；相同压榨机产量下，转速越高，粉碎效果越好。但是，低产能高转速会造成浪费，不能将设备效率最大化；高产能高转速能提高生产效率，但是设备不允许长时间超频运行（60Hz）。因此，为提高生产效率同时延长设备使用寿命，压榨机产能设定为60kg/h，粉碎机辊转速设定为960rpm为宜。
3 结论
综上所述，当齿间距为2.5cm、压饼厚度0.5cm，粉碎机的粉碎效果为最好。同时，压榨机产能越低、粉碎机辊转速越高，粉碎效果越好。为提高生产效率同时保护设备，可将压榨机产能设置为60kg/h，粉碎机辊转速设定为960rpm。
实际生产中，如果压榨机产能降低，则齿间距可以进一步缩小、压饼厚度适当减小、辊转速降低，以保证浆粕粉碎效果。
参考文献：
[1] 赵家森等，绿色纤维素纤维——Lyocell纤维，纺织学报，2004，25（5）
[2] 石东亮、李茂松，我国再生纤维素纤维的现状及发展趋势，SILK，2007（10）
[3] 胡智华，傅和青，Lyocell纤维研究进展，合成材料老化与应用，2005，34（3）
[4] 吴琪琳、潘鼎等，Lyocell纤维与国产黏胶纤维的对比研究，高分子材料科学与工程，2001，17（4）
论文作者:李发展
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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