第一節(jié)　紡織車間的塵源及紡織粉塵的特性

一、紡織車間的塵源

紡織車間的粉塵是有機塵與無機塵的混合物。有機塵包括棉纖維、棉花葉莖殼等的碎屑、麻莖、動物毛、原毛中的草刺、細菌、真菌、淀粉漿料、化學(xué)纖維及化學(xué)染料等。無機塵包括泥土、砂子、游離二氧化硅等。紡織塵主要產(chǎn)生于紡織工藝過程中。

1.棉紡車間的塵源　在棉紡織廠的紡紗工藝中，棉紗用棉量大致為成紗重量的120%，即紡紗過程有20%原料成為棉塵。原棉纖維中粒徑小于10μm的棉塵可分為三類：第一類是不與纖維抱合的棉塵，占40%～60%，可在清棉車間通過開清棉和混棉過程將它與棉纖維分離；第二類是與纖維輕度抱合的棉塵占20%～30%，可在梳棉機的刺輥、蓋板、錫林、道夫的松解纖維過程中使之分離和排出；第三類是與纖維緊緊抱合的棉塵，占20%～30%，只能通過并條機的摩擦作用才能使之脫離纖維。由此可知，紡紗各過程均有棉塵產(chǎn)生。在棉紡織廠的織布工藝中，也會有粉塵產(chǎn)生。

（1）開棉。當(dāng)開包機打開棉包時會在棉包附近散發(fā)塵土及短纖維。抓棉機的抓棉打手在棉堆上逐層抓棉時，會有塵土和短絨散發(fā)。開棉機的角釘、打手打擊和開松棉塊時，將散發(fā)出塵雜、短絨。其中較大者由塵格清除并落在機下成為車肚落棉，飄浮在空氣中的塵雜與短絨隨棉流進入下一機臺。棉流經(jīng)過豪豬式開棉機時，棉流中的短絨與塵雜經(jīng)集棉塵籠過濾，由頂部的凝棉器把透過塵籠集棉層的短絨、塵土與雜質(zhì)排入外接除塵設(shè)備中。在清棉機的雙箱給棉機頂部，凝棉器風(fēng)機可把短絨與細小塵雜排入外接除塵設(shè)備。而清棉機的單打手成卷機除在塵格處形成車肚落棉外，還把通過上下塵籠的短絨與塵雜排到外接除塵設(shè)備內(nèi)。

（2）梳棉。梳棉機散發(fā)粉塵的主要部位有以下幾處。

①刺輥對棉花進行分梳與除雜，在刺輥下部形成后車肚落棉。

②刺輥高速回轉(zhuǎn)時在其罩殼內(nèi)形成高壓氣流，氣流中的細小塵雜與短絨在錫林后罩板下口處、刺輥罩蓋與給棉羅拉相接處向外擴散。

③錫林后罩板上口處向外擴散棉塵。

④在錫林前上罩板上口的含塵氣流由此向外泄出。

⑤在錫林前下罩板與道夫罩蓋形成的錫林道夫三角區(qū)及兩側(cè)面形成的縫隙處，有一回轉(zhuǎn)高壓附面層氣流通過開口向外擴散短絨與細小塵雜。

⑥道夫罩蓋開口即四羅拉剝棉處附近，清潔刀在清除粘在軋輥上的飛花、雜質(zhì)時，向外擴散粉塵。

⑦棉網(wǎng)通過機前大喇叭口匯集成的棉條進入棉條筒上部的圈條器入口（小喇叭口）時，因摩擦而產(chǎn)生短絨。

⑧錫林、道夫高速回轉(zhuǎn)氣流中的塵雜與短絨隨著氣流速度的下降而沉降在中車肚與前車肚，形成前車肚落棉。

（3）精梳。精梳機將棉條進一步梳理，當(dāng)黏附棉纖維與塵雜的梳針回轉(zhuǎn)至下方同毛刷相接觸時，把棉塵刷掉形成精梳落棉。然后由塵籠集棉，再剝?nèi)雺m斗內(nèi)或用吸棉管把落棉吸排到外接除塵系統(tǒng)。另外，精梳棉條在圈條器喇叭口處由于摩擦還會產(chǎn)生短絨。

（4）并條。并條機高速回轉(zhuǎn)的羅拉牽伸棉條時，在高速運動的松散纖維網(wǎng)中，一部分短絨及細小塵雜因失去羅拉的控制而游離出來。高速運動的棉條通過喇叭口與導(dǎo)條架時，也會由于摩擦產(chǎn)生短絨。

（5）粗紗。粗紗機的羅拉牽伸區(qū)有游離纖維產(chǎn)生，加捻的錠翼同粗紗表面摩擦?xí)a(chǎn)生短纖維，短纖維隨錠翼旋轉(zhuǎn)氣流而擴散，粗紗斷頭時錠翼慣性旋轉(zhuǎn)使飄頭被打而產(chǎn)生飛揚的纖維。

（6）細紗。細紗機中的纖維在牽伸區(qū)運動時，部分短纖維得不到良好控制而產(chǎn)生飛花，其量占該機總散塵量的80%～85%。其次，因高速回轉(zhuǎn)的鋼絲圈與紗表面摩擦以及錠子卷繞時也會產(chǎn)生短絨與塵雜。細紗機牽伸區(qū)和加捻區(qū)產(chǎn)生的棉塵在機下滾筒（滾盤）或錠帶盤處，由于回轉(zhuǎn)氣流的沖擊，棉塵將向周圍擴散。

（7）捻線。捻線機在紗線加捻及卷繞時也會散發(fā)少量棉塵。

（8）絡(luò)筒。絡(luò)筒機退繞管紗時，在其上部錐面上會散發(fā)棉塵，機器速度越高，散塵量越大。

（9）整經(jīng)。整經(jīng)機上的筒子紗退繞時，會散發(fā)棉塵，紗在經(jīng)軸上卷繞當(dāng)其改變運動方向時也有棉塵散發(fā)，其中一部分棉塵伴隨經(jīng)紗一起被繞在經(jīng)軸上。

（10）漿紗。漿紗機上過漿的經(jīng)紗被卷繞到織軸上時，會因漿膜破裂產(chǎn)生粉塵。

（11）織布。織布機上經(jīng)紗下分層交替運動時以及機件摩擦紗線時，有漿料粉塵和短絨散發(fā)。刷布機刷理布面時會產(chǎn)生短絨棉塵。驗布、疊布機在布匹運動和抖動時，抖發(fā)其表面黏附的少量棉塵。

此外，棉紡織廠還有一些廢棉處理機，雖然機臺數(shù)量不多，但散發(fā)粉塵量也不可小視。

2.毛紡車間的塵源　在毛紡織廠中，選毛車間的粉塵產(chǎn)生量最大且有羊糞腥臭氣味。開毛機的落雜以塵土為主。選毛臺下匯集了大量的塵土、大雜質(zhì)。梳毛機梳理已洗過的凈羊毛時，其車肚下的落雜多為草刺、短毛；各工作輥處散發(fā)的多為毛短絨（飛毛）。

3.麻紡車間的塵源　麻紡織廠的揀麻、軟麻和梳麻工藝過程中散發(fā)粉塵最多，粉塵的主要成分是泥土、麻皮、麻骨和少量短纖維。原麻拆包分理揀麻時有大量塵土、麻骨、麻皮理出。當(dāng)在軟麻機喂麻簾子上抖動松散并撲打麻束時，將會在軟麻機兩側(cè)散發(fā)大量的粉塵。當(dāng)喂麻簾子上的麻輸送到軋輥擠軋軟化時，又會在軟麻機喂入口和輸出口、軋輥四周和車肚內(nèi)散發(fā)麻塵。梳麻機散發(fā)粉塵的部位是上部鋪麻簾子的兩側(cè)及操作平臺前。梳麻機的前后羅拉牽伸麻纖維時，會分離出許多短纖維和塵雜并落入車肚內(nèi)。頭梳的鋪麻臺、機臺所有開口縫隙處均有麻塵散發(fā)。二梳的麻塵散發(fā)處主要在麻卷喂入部分。細紗、絡(luò)筒、縫邊等工序中產(chǎn)生的粉塵主要是麻短纖維和少量塵土。細紗機將麻條加工成經(jīng)紗和緯紗時，沿整個機長的牽伸區(qū)內(nèi)均散發(fā)塵屑和短纖維。絡(luò)筒機在絡(luò)紗時，紗線通過清紗張力裝置，在錠子高速回轉(zhuǎn)的氣流作用下，使雜質(zhì)向四周飛揚。麻織物縫邊時也有較大量的粉塵產(chǎn)生。

紡織粉塵在車間里的擴散程度主要取決于車間里空氣流動的作用。車間內(nèi)飄浮在空氣中的棉塵多半是被機械損傷的纖維梢部，這些纖維梢部在靜止空氣中的自由沉降速度大約為5cm/s。而紡織廠一般車間的空氣流動速度為0.2～0.5m/s，精紡車間和織布車間的空氣流動速度還要高，最高達1m/s左右。因此，當(dāng)粉塵擴散到車間時，必將會在空中隨風(fēng)飛揚。

紡織粉塵擴散除空氣流動作用原因外，還與某些紡織機械散塵處密封不好有關(guān)，有些纖維半制品的加工過程就暴露在流動空氣中。人工清掃也會造成粉塵的二次飛揚。手工選揀原料、擺放半制品、人工推運等，也都是造成粉塵飛揚的原因。

二、紡織粉塵的性質(zhì)

1.爆炸性和自燃性　棉、麻、毛纖維粉塵爆炸是指在空氣中懸浮的纖維急劇氧化燃燒，同時產(chǎn)生大量的熱和高壓氣流現(xiàn)象。爆炸時生成的氣體受高溫作用急劇膨脹而產(chǎn)生高壓，形成沖擊波。粉塵爆炸可分為反應(yīng)引發(fā)和反應(yīng)進行兩個階段。反應(yīng)引發(fā)階段的特點是，局部粉塵的表面受熱，使表面分子分解或因干餾作用而產(chǎn)生含有粉塵分子的空氣混合氣體，當(dāng)達到能使粉塵分子與氧分子化合的溫度和壓力時，遇到火源即能引起燃燒與爆炸。反應(yīng)進行階段的特點是，反應(yīng)熱促使粉塵進一步分解，并形成較大范圍的混合可燃性氣體，使燃燒的火焰進一步傳播，從而發(fā)生爆炸。

燃燒與爆炸均為化學(xué)反應(yīng)，其根本區(qū)別在于空間壓力變化的程度。當(dāng)單位時間單位體積內(nèi)釋放的能量較小時，釋放的能量與散去的熱量處于平衡狀態(tài)，此時為燃燒。它所造成周圍空氣壓力的變化很小。當(dāng)提高釋放能量或加快反應(yīng)速度時，燃燒可以轉(zhuǎn)化為爆炸。密閉空間比非密閉空間更有利于燃燒向爆炸轉(zhuǎn)化。

棉纖維粉塵的沉積層與懸浮在空氣中的棉纖維粉塵的起火過程不同。沉積在高溫物體表面的棉纖維粉塵層，即使其表面溫度是懸浮粉塵燃燒溫度的1/2時就能引起燃燒，這種現(xiàn)象稱為紡織粉塵的自燃。燃燒產(chǎn)生的熱量成為粉塵引爆的關(guān)鍵因素。沉積層越厚，蓄熱量越高，越有可能使粉塵爆炸和引起火災(zāi)，甚至引起連續(xù)爆炸。純纖維塵處于沉積狀態(tài)時的自燃溫度，棉花為266℃，羊毛氈為205℃，漂白羊毛為525℃，粘膠纖維為280℃，錦綸為475℃，真絲為570℃。點燃需要的能量很小，只要2mJ能量在2s內(nèi)即能點著纖維粉塵。如果纖維粉塵遇到有足夠能量的點燃源，且點燃溫度高于自燃點，并同時具備爆炸的粉塵濃度和供氧充足兩條件時，就有可能燃燒，甚至發(fā)展成爆炸。

2.黏附性　粉塵粒子彼此附著或附著在固體表面上的現(xiàn)象稱為黏附。克服附著所需要的力稱為黏附力。單根棉纖維一般是呈天然轉(zhuǎn)曲狀態(tài)。纖維間自然接觸后，由于表面摩擦力和分子間吸引力的作用，極易搭接一起。即使是構(gòu)成棉塵的纖維梢部或纖維的碎段，彼此也能黏附。又因棉塵含棉蠟成分，使黏附性更加明顯。特別是空氣溫度較高時纖維的黏附性更強。可以利用棉塵的黏附性，使棉塵由小粒集結(jié)成大粒棉塵而有利于除塵。但棉塵相互黏附容易凝聚成大塊而在管道內(nèi)沉淀，在氣流輸送時甚至?xí)枞艿馈Ｒ虼嗽诖_定氣流輸送管道內(nèi)的輸送速度時必須考慮棉塵黏附性，特別是對潮濕的棉塵更不容忽視。

3.濕潤性　粉塵粒子被水或其他液體潤濕的現(xiàn)象，稱作濕潤性。粉塵可分為疏水性和親水性兩類。粉塵的濕潤性與粉塵的比表面積有關(guān)，一般說來粉塵的比表面積越大且表面越粗糙，越容易在表面吸附氣體分子形成氣膜，從而阻礙液體對它的濕潤。天然纖維的濕潤性較好，在空氣相對濕度較大的環(huán)境內(nèi)加工時潮濕的棉塵纖維間的附著力增加，其粉塵更易沉降，有利于從含塵空氣中分離。

4.帶電性　紡織纖維的電阻很大，是電的不良導(dǎo)體，極易攜帶電荷而產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。常用質(zhì)量比電阻表示纖維的導(dǎo)電能力。纖維的質(zhì)量比電阻小，表示纖維的導(dǎo)電能力好，纖維的靜電現(xiàn)象不顯著。棉塵同錦綸織物濾材摩擦?xí)r靜電現(xiàn)象明顯且不易消失。如粉塵與除塵設(shè)備間有靜電吸引，雖有利于提高除塵效率，但不利于清灰。而靜電火花則會引起燃燒或爆炸，必須保持紡織機械接地良好，以便纖維上的電荷較快消失。潮濕的棉塵導(dǎo)電能力好，易消除靜電現(xiàn)象。

三、紡織粉塵的參數(shù)

1.真密度和堆積密度　單位體積物質(zhì)所具有的質(zhì)量稱為密度，單位常用kg/m3。紡織粉塵處于密實狀態(tài)時的密度稱為真密度，用ρp表示。紡織粉塵處于堆積狀態(tài)下包括空隙體積在內(nèi)的密度稱為堆積密度，用ρa表示。粉塵在空氣中的沉降或懸浮程度與粉塵的真密度有很大關(guān)系。在設(shè)計選擇除塵器時必須知道粉塵的真密度。各種纖維粉塵的真密度為：棉1540kg/m3，羊毛1310kg/m3，絲1330～1450kg/m3，亞麻1500kg/m3，麻1500kg/m3，粘膠纖維1500～1520kg/m3，滌綸1380kg/m3，錦綸1140kg/m3，腈綸1170kg/m3，維綸1260～1300kg/m3，丙綸910kg/m3，氯綸1390kg/m3。紡織粉塵的堆積密度隨纖維性質(zhì)、形狀、集合狀態(tài)及壓力等條件的變化而不同，因而準確數(shù)值不易確定。由于各種密度的塵粒混在一起，因而實用上多采用其概略數(shù)值。例如，纖維集合體中纖維所占有的空間一般為90%～96%，依此推算棉塵的堆積密度約為155kg/m3。

2.紡織塵粒徑　單個粉塵粒子的尺寸用粒徑表示，其單位為μm。由于紡織粉塵的形狀沒有規(guī)則，為便于工程計算需采用有代表性的尺寸來表示紡織粉塵的粒徑。在工程上紡織粉塵的粒徑多采用空氣動力學(xué)直徑。空氣動力學(xué)直徑定義為：在靜止空氣中，塵粒的沉降速度與沉降速度相同的密度為1g/cm3的圓球的直徑。空氣動力學(xué)直徑da（μm）與粉塵實際直徑d（μm）的關(guān)系為：

紡織粉塵的形狀為自然卷曲的長柱形體。有研究表明，增加纖維長度很少增大纖維的動力學(xué)直徑，纖維空氣動力學(xué)直徑增大與否主要取決于纖維的直徑。有學(xué)者證明，纖維空氣動力學(xué)直徑僅與纖維斷面直徑有關(guān)。棉纖維空氣動力學(xué)直徑約比其真實直徑大24%。

3.粉塵分散度　粉塵的分散度是研究粉塵對人體危害及研究除塵機理、設(shè)計與選擇除塵器和輸塵管路等的基本條件。粉塵的分散度就是粉塵粒徑分布，它反應(yīng)粉塵中不同粒徑的塵粒各占總體數(shù)量（數(shù)量分散度）或質(zhì)量（質(zhì)量分散度）的百分數(shù)。紡織環(huán)境工程中多用質(zhì)量分散度，質(zhì)量分散度用各粒級塵粒質(zhì)量占計測粉塵總質(zhì)量的百分數(shù)表示，即：

式中：PWi——某（i）粒級塵粒的質(zhì)量百分數(shù)；

Wi——某（i）的粒級塵粒的質(zhì)量；

∑Wi——各粒級塵粒質(zhì)量的總和。

4.含塵濃度　單位體積空氣中粉塵的含量稱含塵濃度，也稱含塵量。空氣中含塵濃度常用質(zhì)量濃度或顆粒濃度表示。每立方米空氣中所含粉塵的質(zhì)量稱為質(zhì)量濃度，其單位為mg/m3。每立方米空氣中所含粉塵的顆粒數(shù)稱為顆粒濃度，其單位為粒/m3。

5.爆炸性指標　粉塵的爆炸性指標包括粉塵云的最低著火溫度、粉塵爆炸濃度下限、粉塵云的最小著火能量、粉塵云的最大爆炸壓力和最大壓力上升速度等。粉塵云的最低著火溫度是判斷粉塵云著火特性的一個重要參數(shù)。它是在沒有火焰、電火花等火源的作用下，粉塵云在空氣中被加熱而引起燃燒、爆炸的最低溫度。單位體積空氣中能夠發(fā)生爆炸的最低粉塵量稱為粉塵爆炸濃度下限。當(dāng)可燃物濃度處于下限時，可燃物質(zhì)點的火焰可以由一個質(zhì)點傳到另一個質(zhì)點而引起爆炸。粉塵爆炸濃度下限與粉塵云內(nèi)燃燒傳播速度有關(guān)。粉塵云的最小著火能量是指在最易引燃粉塵的試驗條件下，能引起粉塵云著火的最小能量。從爆炸下限起，爆炸壓力隨粉塵濃度增大而增高，達到最大值后隨粉塵云濃度增大而逐漸降低，在無限濃度時爆炸壓力接近于零。一般把測得的爆炸壓力中的最大值稱為爆炸最大壓力，這時的最大壓力上升速度也達到最大值。最大爆炸壓力和壓力上升速度最能代表爆炸威力，它是衡量粉塵爆炸性的主要指標，是制訂防爆措施的主要依據(jù)。達到最大爆炸壓力時的塵云濃度是最危險的濃度。表2-1列出了部分紡織粉塵爆炸性指標的參考值。

表2-1　部分紡織粉塵爆炸性指標參考值