馬成龍，陳文興，江文斌，傅雅琴

(1.湖州大東吳絲綢有限公司，浙江 湖州313000;2.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，杭州310018)

現(xiàn)行常規(guī)的制絲工藝包括煮繭、繅絲、真空給濕、復(fù)搖、整理。其中，在繅絲工序中，將絲條卷繞成小絲片，并在卷繞過(guò)程中對(duì)小絲片進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍?，使小絲片的回潮率在25%左右;在真空給濕工序中，將繅絲過(guò)程中基本干燥的小絲片在水中真空給濕，給濕后絲片的回潮率達(dá)300%左右;在復(fù)搖工序中，將真空給濕并適當(dāng)平衡后的小絲片卷繞成大絲片，并在卷繞過(guò)程中對(duì)絲片進(jìn)行干燥，使大絲片的落絲回潮率在8.5%左右。因此，如果在繅絲工序中直接將絲條卷繞成大絲片，進(jìn)行短流程制絲，不但可以省去真空給濕和復(fù)搖工序，而且可以大大節(jié)省能耗。但實(shí)現(xiàn)有效的短流程制絲，必須在繅絲過(guò)程中將回潮率為140%左右的絲條干燥至8%～9.5%，而傳統(tǒng)的加熱方式往往難以達(dá)到該要求。干燥工藝成為能否實(shí)現(xiàn)短流程制絲工藝的關(guān)鍵技術(shù)。譚之虎[1-3]對(duì)短流程制絲的干燥工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確立了以電熱原件加熱的絲條干燥工藝，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了研制。但到目前為至，還停留在40緒的試繅水平[2]。為了盡快地實(shí)現(xiàn)短流程制絲工藝的產(chǎn)業(yè)化，本課題組設(shè)計(jì)了短流程制絲的裝置，并研究了紅外干燥工藝對(duì)短流程制絲的生絲品質(zhì)影響。

紅外加熱是一種在綜合傳熱基礎(chǔ)上強(qiáng)化輻射傳熱的技術(shù)。紅外輻射以電磁波的形式傳遞熱量，當(dāng)輻射體發(fā)出的紅外線到達(dá)物體上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反射、吸收或穿透等現(xiàn)象。當(dāng)被加熱物體中的固有振動(dòng)頻率和射入該物體的紅外線頻率一致時(shí)，該物體就會(huì)大量吸收遠(yuǎn)紅外線，產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，物體中的分子或原子運(yùn)動(dòng)加劇，因而溫度迅速升高。由于紅外輻射能以光速傳播，特別是在高溫區(qū)域，其所載輻射熱流密度可達(dá)對(duì)流熱密度的幾十倍，具有損耗小、升溫快、無(wú)需傳熱介質(zhì)等特點(diǎn)[4]，已在國(guó)內(nèi)外被作為一門(mén)節(jié)能技術(shù)而廣泛應(yīng)用于紙張、薄膜、油漆、搪瓷、糧食等產(chǎn)品的表面干燥和脫水[5]。浙江理工大學(xué)的王瑞等[6]利用紅外干燥技術(shù)對(duì)復(fù)搖工序中的絲片干燥進(jìn)行了研究，取得了良好的效果，并在企業(yè)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

筆者將紅外干燥工藝應(yīng)用于短流程制絲工藝中，研究紅外干燥對(duì)短流程制絲的生絲品質(zhì)的影響，為實(shí)現(xiàn)短流程制絲的產(chǎn)業(yè)化提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 短流程制絲的設(shè)備

短流程制絲工藝是指在制絲生產(chǎn)中，將傳統(tǒng)的繅絲工序和復(fù)搖工序合二為一，實(shí)現(xiàn)大繅絲。為此，對(duì)常規(guī)的繅絲機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改裝。主要設(shè)計(jì)改裝的結(jié)構(gòu)是加大繅絲機(jī)頂端的空間，將常規(guī)繅絲機(jī)中安裝的小替換成大，并對(duì)絡(luò)絞機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改裝，使繅絲工序中的絲條能直接卷繞到大上面，通過(guò)安裝在大上面的紅外加熱裝置對(duì)卷繞過(guò)程中的大絲片進(jìn)行干燥。

1.2 短流程制絲的干燥裝置

圖1 短流程制絲工藝中紅外燈管的位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of infrared lamp position inshort-processsilk making process

1.3 樣絲的制備

樣絲制備在湖州大東吳絲綢有限公司內(nèi)進(jìn)行。在改裝的自動(dòng)繅絲機(jī)中，直接將生絲卷繞到大上，大的轉(zhuǎn)速為90 r/min(相當(dāng)于常規(guī)繅絲的小轉(zhuǎn)速207 r/min)。在3個(gè)不同位置的紅外燈管分別制備樣絲(即在繅絲過(guò)程中，每次只開(kāi)一個(gè)位置的燈管)，每個(gè)位置采用40、50、60℃等3個(gè)不同的干燥溫度，每個(gè)溫度下制作4個(gè)樣品，共得到9組36個(gè)樣品。另外，為了比較，對(duì)同樣的原料繭，進(jìn)行常規(guī)制絲工序(小繅絲后，真空給濕及復(fù)搖)制絲，小絲片的干燥方式為常規(guī)的蒸汽管加熱干燥。

1.4 絲片的回潮率測(cè)試

按GB/T 1798—2008《生絲試驗(yàn)方法》的規(guī)定，利用烘箱法測(cè)量樣品的實(shí)際回潮率。

1.5 力學(xué)性能測(cè)試

采用XL-2型紗線強(qiáng)伸度儀對(duì)生絲的強(qiáng)伸力進(jìn)行測(cè) 試[7]。拉伸速度為500 mm/min，夾距為500mm，預(yù)加張力為0.05 cN/dtex(0.45 cN/D)。每組測(cè)試50個(gè)有效試樣。

1.6 生絲的清潔、潔凈及抱合測(cè)定

委托浙江省商品檢驗(yàn)檢疫局絲類(lèi)檢驗(yàn)中心、湖州國(guó)家第三繭質(zhì)鑒定所，對(duì)所制備樣絲的清潔、潔凈及抱合等生絲品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。由于短流程及紅外干燥不會(huì)影響偏差、總差二度等品質(zhì)指標(biāo)，因此，這些品質(zhì)指標(biāo)不進(jìn)行具體測(cè)定。

1.7 XRD 測(cè)試

采用X'TRA型X射線多晶粉末衍射儀(Cu靶，Kα射線)對(duì)絲纖維結(jié)晶度進(jìn)行測(cè)試。操作條件:管電壓40 kV，管電流 40 mA，掃描范圍 5 ～50°，掃描速度2°/min。并根據(jù)下公式計(jì)算各樣品的結(jié)晶度。

式中:Xc為樣品的結(jié)晶度，Ic樣品中結(jié)晶區(qū)對(duì)X射線的衍射程度，I0樣品中無(wú)定形區(qū)(非晶區(qū))對(duì)X射線的散射強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外干燥位置及干燥溫度對(duì)絲片落絲回潮率的影響

圖2為不同干燥位置和干燥溫度下得到的樣絲回潮率。從圖2可以看出，在同一個(gè)位置下干燥溫度越高，樣絲回潮率越低。在同一溫度下，3號(hào)位的干燥效果最好，2號(hào)位次之，1號(hào)位最差。這可能是由于3號(hào)位卷繞的生絲最早進(jìn)入干燥區(qū)。當(dāng)干燥溫度為60℃時(shí)，利用1號(hào)位、2號(hào)位和3號(hào)位紅外燈管干燥的絲片的落絲回潮率平均值分別為10.5%、9.5%、8.7%。在后續(xù)的研究中，均采用3號(hào)位置的紅外燈管，且溫度為60℃。

圖2 燈管位置和溫度對(duì)絲片落絲回潮率的影響Fig.2 Influence of the position and temperature of infrared lamp on the moisture regain ofsilk falling

2.2 紅外干燥短流程制絲工藝對(duì)生絲斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響

生絲的斷裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率與蠶絲的絲膠含量及絲素蛋白的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要是由絲素的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)決定的。表1為常規(guī)制絲工藝制備的生絲和短流程制絲工藝生產(chǎn)的生絲的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。從表1中可以看出，2組樣品的平均斷裂強(qiáng)度值相差較小，短流程制絲工序所制備的生絲的斷裂伸長(zhǎng)率要稍稍高于常規(guī)干燥，這與文獻(xiàn)[3]的結(jié)果一致。

表1 生絲斷裂強(qiáng)伸度Tab.1 Breakingstrength and elongation of rawsilk

2.3 紅外干燥短流程制絲工藝對(duì)生絲清潔、潔凈、抱合成績(jī)的影響

將制備的生絲分別委托浙江省商品檢驗(yàn)檢疫局絲類(lèi)檢驗(yàn)所檢驗(yàn)和國(guó)家第三繭質(zhì)鑒定所檢測(cè)，得到的結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，利用紅外技術(shù)干燥短流程制絲生產(chǎn)的生絲的清潔和潔凈成績(jī)與常規(guī)制絲生產(chǎn)的生絲基本一致，而抱合成績(jī)稍高于常規(guī)制絲工藝生產(chǎn)的生絲。

表2 生絲清潔、潔凈、抱合成績(jī)Tab.2 Cleanliness，neatness and cohesion of rawsilk

2.4 紅外干燥對(duì)短流程繅絲生絲結(jié)晶度的影響

圖3為兩組樣品的XRD衍射譜圖。圖3可見(jiàn)2組樣品的曲線形狀基本相同。利用PeakFit[6]軟件對(duì)其進(jìn)行分峰處理后，可以清楚地看到生絲的主要衍射吸收峰出現(xiàn)在 2θ為 10.8、18.3、20.6、24.4、28.3°左右的位置，與文獻(xiàn)[7]基本相同。各樣品在20.6°位置左右的峰值比較明顯，該特征峰對(duì)應(yīng)于SilkⅡ結(jié)構(gòu)，說(shuō)明2組樣品的主要結(jié)構(gòu)是β折疊結(jié)構(gòu)，兩者之間晶體結(jié)構(gòu)基本相同。

圖3 生絲的XRD衍射圖Fig.3 XRD diffraction pattern of rawsilk

表3為兩組樣品的結(jié)晶度。從表3可以看出，2組樣品的結(jié)晶度僅相差0.23%，說(shuō)明2種生絲的結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯差別。

表3 生絲的結(jié)晶度Tab.3 Crystallinity of rawsilk

3 結(jié)論

2)與常規(guī)繅絲生產(chǎn)的生絲相比，紅外技術(shù)干燥短流程制絲工藝，對(duì)生絲的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)度、潔凈、清潔品質(zhì)指標(biāo)沒(méi)有明顯影響。

3)與常規(guī)繅絲生產(chǎn)的生絲相比，紅外技術(shù)干燥短流程制絲工藝生產(chǎn)的生絲的結(jié)晶度沒(méi)有明顯的變化。

[1]譚之虎.“直接繅絲”新技術(shù)研究與探索:繅絲工藝及設(shè)備創(chuàng)新之一[J].四川絲綢，2006(3):10-13.TAN Zhihu.Study and research on the new technology of“Direct Reeling”:the 1st innovation ofsilk reeling technology and equipment[J].Sichuan Silk，2006(3):10-13.

[2]譚之虎.“直接繅絲”的關(guān)鍵技術(shù):絲條烘干裝置的探索與研究[J].四川絲綢，2007(1):12-16.TAN Zhihu.The key technology of direct reeling:research andstudy on dryer forsilk yarm[J].Sichuan Silk，2007(1):12-16.

[3]譚之虎.“直接繅絲”設(shè)備絲條烘干裝置的繅絲實(shí)驗(yàn)分析:繅絲工藝及設(shè)備創(chuàng)新之四[J].四川絲綢，2007(3):7-11.TAN Zhihu.Analysis ofsilk reeling tests by direct reeling facilities andsilk drying installation:the 4th innovations ofsilk reeling technology and facilities[J].Sichuan Silk，2007(3):7-11.

[4]KRISHNAMURTHY K，KHURANA H K，SOOJIN J，etal.Infrared heating in food processing:anoverview[J].Comp Rev Food Sci Food Safety，2008，7(1):2-13.

[5]LEE SH，KO SC，KANG SM，etal.Antioxidative effectof ecklonia cava dried by far infrared radiation drying[J].Food Sci Biotechnol，2010，19(1):129-135.

[6]WANG R，JIANGW，LIS，etal.Application research on infrared drying in silk re-reeling process[J]. Textile Research Journal，2012，82(13):1329-1336.

[7]李春鋼，張國(guó)權(quán).生絲斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的檢驗(yàn)儀器[J].絲綢，2002(4):34-35.LIChungang，ZHANG Guoquan.The instruments for testing rawsilk breakingstrength and breaking elongation percentage[J].Journal of Silk，2002(4):34-35.

[8]梁衛(wèi)民，白立新.Peakfit軟件在LaCl3γ譜解析中的應(yīng)用[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2010，30(6):835-838.LIANGWeimin，BAILixin.Applications of peakfitsoftware in unscrambling measured bygamma-rayspectrum LaCI3γdetector[J].Nuclear Electronics ＆ Detection Technology，2010，30(6):835-838.

[9]吳徵宇，金宗明，徐立群.絲素的結(jié)晶度和結(jié)構(gòu)變化的研究[J].蠶業(yè)科學(xué)，1993，6(2):105-110.WU Huiyu，JIN Zongming，XU Liqun.Studies on the changes of crystallinity andstructure ofsilk fibron[J].Acta Sericologica Sinica，1993，6(2):105-110.