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    21世紀是人類十分珍惜和合理利用自然資源，尋求良性持續發展的世紀。
    發展生產與可持續發展的關系始終體現在資源問題上。棉稈是農業上的副產品，過去農民用作燃料。隨著我國農業的發展，棉花產量大幅上升。我國重要的產棉區的棉稈產量逐年提高。上世紀80年代，每年產量在700萬噸以上，主要地區為河北、江蘇、山東、河南、湖北及山西等省，每省產量約在10—200萬噸左右。
    多年來我國棉桿資源沒有被廣泛利用的一個重要原因是沒有一個較理想的棉稈破碎設備。
    目前絕大多數企業采用傳統的備料設備，但現有的備料設備功能受到多種因素的限制，特別是在處理棉稈纖維原料方面，一直是造紙行業的難題。目前棉稈纖維原料的處理，主要是采用切斷機切斷后粉碎的方式，棉稈外皮也不能除掉，不能使棉稈得到很好的應用，尤其是在造紙行業中嚴重影響棉稈紙品的質量。
1、棉稈開發價值、途徑以及研究現狀
1.1、棉稈開發價值和途徑
    棉稈含有大量纖維、木質素和多縮戊糖，其化學成分與木材相似，具有多種利用價值。如50kg新鮮棉稈經削枝、楗稈，可剝生皮3—6kg，每50kg生皮可制纖維12.5一15kg，接近黃麻纖維，可作造紙原料，適于制造堅實耐用的牛皮紙和工業用包裝紙；每噸棉稈經過粉碎處理，化學加工，熱壓成型，制成的棉稈纖維膠合板能抵0.3~ 0.4m木材的加工品，由于棉稈纖維膠合板質地致密、富含纖維素，其綜合性能往往超過同類型鋸木屑膠合板或木質素纖維膠合板。棉根皮可制棉根浸提膏和棉酚等。棉稈屑可做香菇、木耳等食用菌的培養基田。
1.2棉稈利用技術的研究現狀
1.2.1棉稈在制漿造紙工業中的應用
    棉稈這種一年生草本植物用于制漿造紙，在中國
已經研究多年，國外也有研究報道。
    棉稈應用于造紙在我國開始于上個世紀50年代。首先應用于造紙的是棉稈半化學漿生產紙板。很多人研究了中性亞銨法棉稈漿制箱紙板。
    研究指出：以棉稈為原料采用中性亞銨法生產半化學漿，完全可以生產出符合質量要求的一號箱紙板。在蒸煮制漿過程中要求盡可能減少棉稈纖維的強度損失，才能保證箱紙板具有良好的物理性能。為此，中性亞銨法棉稈半化學漿的蒸煮條件必須合適，特別是亞銨用量要適宜。生產一號箱紙板時，對所用成漿質量要求纖維細長，打漿度適度。上世紀80年代，山東省許多廠應用棉稈造紙，采用中性亞銨法半化學棉稈漿配比15%和20%的硫酸鹽木漿生產掛面箱紙板，和分別以10%～20%的棉短絨漿與棉稈漿混合做底漿，用20%硫酸鹽木漿掛面的掛面箱紙板，其物理指標均能達到特號牛皮紙板的質量標準，與國內牛皮箱紙板相比，可達到同類產品的質量水平。與國內配用40%～50%木漿生產的牛皮箱紙板相比，棉稈漿牛皮箱紙板可節約20%~30%的木漿。還有許多廠家用棉稈漿生產出了水泥袋紙、仿紙袋紙、郵封紙等產品。與此同時，國外也對棉稈造紙進行了試驗研究。印度等研究了棉稈生產箱紙板、油氈原紙、絕緣紙板以及用燒堿-AQ法和KP法生產文化用紙等。國內企業和科研單位對棉稈制漿進行了一系列研究，如去皮棉稈制造APSP漿．ASP本色棉皮、去皮棉稈和全棉稈化機漿、棉稈皮制本色漿、棉稈燒堿蒽醌法制化學漿和預水解燒堿蒽醌法制人造絲漿、全棉稈AMP制漿。棉稈中性亞硫酸銨法及中性亞硫酸銨一蒽醌法制漿，并用棉稈抄造文化紙和包裝用紙、掛面牛皮箱紙板等。
1.2.2棉稈在建材、農業、養殖業以及燃料中的應用
    棉稈的各項成分及性能是秸稈類材料中最接近于木材的，棉稈是用作代木包裝制品加工的較好原材料，棉稈可以做廢料板和刨花板，同時可以制作活性炭、進行生物燃料發電和生產沼氣。棉柴桿中含有豐富的纖維素及礦物質，用來栽培金針菇、香菇，成本低，效益高，是開發利用棉柴桿資源的新途徑。
2、棉稈破碎理論
    棉稈是有較強韌性和強度的一種原料，是一年生草本植物。對棉稈的破碎需要較強機械剪切力將其切斷，然后再經過機械錘打使其被擊潰破碎，圓桿變成4瓣以上的條形或是經過磨盤將其破碎成小顆粒。根據生產不同需求，還可以添加一定程度揉搓功能和除塵功能，揉搓作用是讓壓潰的棉稈變得更細更均勻，達到細絲狀滿足不同工藝要求，除塵是解決破碎生產過程中，從棉稈上飛揚的灰塵和細雜質，減少環境污染。
3、棉稈破碎機研究現狀
3.1資源利用現狀
    棉稈破碎機研究比較少，推廣應用的更少。主要原因：一是重視程度不高，對棉稈利用的意識沒有達到資源綜合利用的高度；二是運輸困難，如果不對棉稈處理就運輸，成本太高；三是能夠滿足生產工藝需求的粉碎設備太少。
3.2破碎設備研究現狀
    目前我國棉稈破碎機原理大致可分為直接粉碎式棉稈粉碎機，帶進料、喂料和除塵裝置的棉稈粉碎機，帶料倉直接粉碎式棉稈粉碎機，帶螺旋喂料磨盤式棉稈粉碎機和帶梳理功能的棉稈破碎梳縷機，主要功能都是在于切斷和擊打破碎或研磨粉碎。
3.2.1直接粉碎式棉稈粉碎機
    直接粉碎式棉稈粉碎機，它的結構包括由機架、進料斗、喂入粉碎室和動力裝置組成，見圖l；進料斗主體以一定的曲率半徑與下方粉碎室連通，主軸通過粉碎室內腔兩端固定在機架上，主軸上采用雙螺旋同方向均勻間隔排列位置點，位置點焊接錘片支架，在支架上通過銷軸鉸接聯接錘片；錘片前部對稱向兩側彎曲成弧狀體并設有刃狀刀口；在粉碎室內腔壁上并對應錘片弧狀體中央設有齒狀肋板的牙條；主軸的一端設有與電機通過皮帶連接的槽輪：粉碎室下方設有與其相連接的篩板。
    棉稈本身有一定的強度，在粉碎棉稈的過程中，棉稈粗細不均，強度不一，主軸的另一端設有一定規格的慣性輪來增加錘片的力度，用慣性力來克服少量的較粗壯的棉稈，從而達到增加動力、節約能源的目的。
    工作時棉稈由進料斗喂入粉碎室，在粉碎室內的棉稈被高速運轉的錘片剪切、錘裂、擠碎，合格粉碎原料從由篩板濾出，不合格的棉稈在粉碎室內進一步粉碎，直到合格后再由篩板濾出。
    該棉稈粉碎機制造方便，操作簡便，但產能低，勞動力需求大，粉碎成品規格較大，破碎不充分，技術指標能符合一些制漿要求。
3.2.2帶進料、喂料和除塵裝置的棉稈破碎機
    棉稈破碎機包括機架，在機架的一側安裝有進料輸送裝置，在機架的上方安裝有破碎輥，破碎輥的圓周面上安裝有破碎環錘，破碎輥的一端安裝有破碎電機帶動的傳動輪，另一端安裝有平衡輪，整個破碎輥的圓周部安裝有一側敞開的篩板，篩板的敞口部斜向進料輸送處，篩板敞口部的斜上方安裝有喂料電機帶動的喂料輥，在破碎輥的下方安裝有出料輸送裝置。在篩板與出料輸送裝置之間安裝有吸塵裝置。
    該棉稈破碎機能直接將整根棉稈粉碎、撕裂、摩擦成一定長度的纖維狀，其整體結構簡單，制造成本低，經處理后的原料纖維符合造紙工藝要求，原料利用率高，還可以有效除去處理棉稈過程中產生的灰塵，保護操作人員身體。
3.2.3帶料倉直接粉碎式拂稈破碎機
    耪碎機結構見圖3，縱向設置在粉碎倉10中心的主軸2上設置多個飛刀片3；飛刀片成組和銷軸12鉸接，銷軸穿過刀盤5和定距套4，刀盤中心孔和主軸2配合，飛刀片可繞錆軸轉動，但軸向移動被定距套4固定，每個刀盤上的定距套長度不等，飛刀片在刀盤上徑向均布，在銷軸上軸向空錯設置以提高粉碎效率。可以一次性將棉稈粉碎成蒸煮所需要的原料，是集壓劈、切斷為一體的綜合型機器，可降低棉稈制漿的設備投資和電力消耗。經濟效益明顯提高。
    此種設備代替切草機和壓劈機，對棉稈實現切斷壓劈功能能。
3.2.4帶螺旋哏料磨盤式棉稈破碎機
    該棉稈破碎機的結構包括二個帶有矩形牙齒的磨盤，其中一個是固定的，另一個可以轉動，一個強制喂料器，一個磨盤間矩調節器。該機的喂料與破碎采用同一動力源，它可以對棉稈節進行適度的破碎，比較圓滿地解決了棉稈亞銨法造紙新工藝中的棉稈破碎問題。
    其特征在于：該棉稈破瑋機的結構包括前盒子，后盒子，固定磨盤，活動磨盤，強制喂料器，磨盤間距調節器及內外拔葉。
    在工作中，棉稈節進入料斗后，被絞龍推人兩個磨盤之間，其間的內撥葉將他們甩入兩組環形磨片牙齒之間，通過牙齒間的搓碎作用將棉稈破碎。
    該棉稈破碎機比較圓滿的解決了棉稈亞銨法造紙工藝中的棉稈破碎問題，其傳動機構布局合理，喂料與破碎采用同一動力源，可以同步協調進行工作%
3.2.5帶梳理功能的棉稈破碎梳縷機
    棉稈破碎桅縷機，它是在機架(1)高端內設置入料簸箕(4)和電動機驅動的至少四根人料軸(5、7、9、10)．在機架(I)低端上邊支撐至少四個破碎梳縷轉子腔(23)．在機架(1低端內設有出料筒(15)，出料筒內配合紋龍軸(14)。棉稈經多級人料軸初步擠壓破碎，再輸送到多級轉子腔換向反復破碎梳縷后，破碎率達到100%。保持了原纖維長度，是造紙用棉稈破碎梳縷的設備。設備比較復雜，維護量大。
3.2.6帶喂入裝置、風杌輸送裝置的棉稈粉碎機
  粉碎機由機架、上殼體、下殼體、喂入機構、轉子組裝、離心風機組裝等部分組成的棉稈粉碎機(見圖6)。其特征是在粉碎室進料口處設有喂入裝置，離心風機正對轉子旋轉方向的下殼體出料口，從而解決了棉稈加工過程中動力變化大，棉稈纖維易堵塞的弊病。
    工作過程：棉稈經傳動帶入喂入裝置，在喂入裝置的夾持下均勻的進入喂入口，在喂入口處，首先由轉子切刀將棉稈切碎，再進入粉碎室，碎棉稈在粉碎室內受高速旋轉錘片的反復打擊和下篩及齒板或多棱體的碰撞和搓擦作用而粉碎，當粉碎到一定粒度時，在離心力和錘片及動刀旋轉所產生的氣流作用下，經下篩排出至出料口經離心風機排除機外。
    棉稈的加工長度受到控制，而喂入變得比較均勻，解決了棉稈加工過程中動力變化大的難題。同時，由于采用了獨特的離心風機，進風口正對轉子旋轉方向的下殼體出料口，所以粉碎室內粉碎的棉稈能及時順利的排出機外，避免了棉稈纖維和碎棉稈堵塞篩孔的弊病。
4、結論及展望
    國家重視棉稈資源利用，中央經濟工作會議提出“循環經濟”發展戰略的要求，把棉副產品綜合開發利用工作提到重要議事日程，為棉副產品開發利用制定優惠政策，整合科技人才優勢，加大投入力度和科技攻關協作力度，形成具有自主知識產權的技術支撐，使棉副產品開發利用成為棉區人民增收的又一項具體措施，以促進和帶動棉區經濟的增長，確保棉花生產持續發展。
    我國棉稈資源非常豐富，開發可利用前景非常廣闊。但就用量而言，仍然是制漿造紙工業使用量最大，經濟效益最高，最符合低碳經濟要求。目前纖維原料非常缺乏，更加強了棉稈制漿的迫切需求。目前針對棉稈制漿的生產工藝已經研究了很多，卻沒有大規模的推廣利用，主要原因仍然是棉稈破碎設備不能滿足生產需求，迫切需要發展棉稈破碎機更深層次的技術研究。
    1)開展棉稈壓潰分絲的研究。棉稈壓潰分絲的均勻程度，對蒸煮過程非常關鍵，分絲越均勻，裝鍋量越高，藥液滲透越均勻，蒸煮勻度越高，蒸煮時間越短：越有利于節約蒸煮藥液和蒸汽，提高得率，降低成本。目前所開發的棉稈破碎設備均對棉稈進行了某一方面破碎或切斷，但是都沒有實現均勻破碎、搓揉、分絲的目的。
    2)開展棉稈皮與棉稈角質層分離的研究。棉稈在儲存過程中，棉稈皮上存在一層深色的角質層。角質層在蒸煮中消耗藥液，在漂白過程中影響漂白效果，影響成漿質量，不利于精制漿，抄造高檔紙種，不能把棉稈的經濟效益最大化。研究去除角質層對擴大棉稈經濟效益非常有意。
    3)開展產能的研究。目前所研究的產品多數因為推廣不夠，規模不大，不適合擴大生產需要。市場需要開發產量大，自動化程度高，節約動力的高效棉稈破碎機。