发展生产与可持续发展的关系始终体现在资源问题上。棉秆是农业上的副产品，过去农民用作燃料。随着我国农业的发展，棉花产量大幅上升。我国重要的产棉区的棉秆产量逐年提高。上世纪80年代，每年产量在700万吨以上，主要地区为河北、江苏、山东、河南、湖北及山西等省，每省产量约在10—200万吨左右。
多年来我国棉杆资源没有被广泛利用的一个重要原因是没有一个较理想的棉秆破碎设备。
目前绝大多数企业采用传统的备料设备，但现有的备料设备功能受到多种因素的限制，特别是在处理棉秆纤维原料方面，一直是造纸行业的难题。目前棉秆纤维原料的处理，主要是采用切断机切断后粉碎的方式，棉秆外皮也不能除掉，不能使棉秆得到很好的应用，尤其是在造纸行业中严重影响棉秆纸品的质量。
1、棉秆开发价值、途径以及研究现状
1.1、棉秆开发价值和途径
棉秆含有大量纤维、木质素和多缩戊糖，其化学成分与木材相似，具有多种利用价值。如50kg新鲜棉秆经削枝、楗秆，可剥生皮3—6kg，每50kg生皮可制纤维12.5一15kg，接近黄麻纤维，可作造纸原料，适于制造坚实耐用的牛皮纸和工业用包装纸；每吨棉秆经过粉碎处理，化学加工，热压成型，制成的棉秆纤维胶合板能抵0.3~ 0.4m木材的加工品，由于棉秆纤维胶合板质地致密、富含纤维素，其综合性能往往超过同类型锯木屑胶合板或木质素纤维胶合板。棉根皮可制棉根浸提膏和棉酚等。棉秆屑可做香菇、木耳等食用菌的培养基田。
1.2棉秆利用技术的研究现状
1.2.1棉秆在制浆造纸工业中的应用
棉秆这种一年生草本植物用于制浆造纸，在中国
已经研究多年，国外也有研究报道。
棉秆应用于造纸在我国开始于上个世纪50年代。首先应用于造纸的是棉秆半化学浆生产纸板。很多人研究了中性亚铵法棉秆浆制箱纸板。
研究指出：以棉秆为原料采用中性亚铵法生产半化学浆，完全可以生产出符合质量要求的一号箱纸板。在蒸煮制浆过程中要求尽可能减少棉秆纤维的强度损失，才能保证箱纸板具有良好的物理性能。为此，中性亚铵法棉秆半化学浆的蒸煮条件必须合适，特别是亚铵用量要适宜。生产一号箱纸板时，对所用成浆质量要求纤维细长，打浆度适度。上世纪80年代，山东省许多厂应用棉秆造纸，采用中性亚铵法半化学棉秆浆配比15%和20%的硫酸盐木浆生产挂面箱纸板，和分别以10%～20%的棉短绒浆与棉秆浆混合做底浆，用20%硫酸盐木浆挂面的挂面箱纸板，其物理指标均能达到特号牛皮纸板的质量标准，与国内牛皮箱纸板相比，可达到同类产品的质量水平。与国内配用40%～50%木浆生产的牛皮箱纸板相比，棉秆浆牛皮箱纸板可节约20%~30%的木浆。还有许多厂家用棉秆浆生产出了水泥袋纸、仿纸袋纸、邮封纸等产品。与此同时，国外也对棉秆造纸进行了试验研究。印度等研究了棉秆生产箱纸板、油毡原纸、绝缘纸板以及用烧碱-AQ法和KP法生产文化用纸等。国内企业和科研单位对棉秆制浆进行了一系列研究，如去皮棉秆制造APSP浆．ASP本色棉皮、去皮棉秆和全棉秆化机浆、棉秆皮制本色浆、棉秆烧碱蒽醌法制化学浆和预水解烧碱蒽醌法制人造丝浆、全棉秆AMP制浆。棉秆中性亚硫酸铵法及中性亚硫酸铵一蒽醌法制浆，并用棉秆抄造文化纸和包装用纸、挂面牛皮箱纸板等。
1.2.2棉秆在建材、农业、养殖业以及燃料中的应用
棉秆的各项成分及性能是秸秆类材料中最接近于木材的，棉秆是用作代木包装制品加工的较好原材料，棉秆可以做废料板和刨花板，同时可以制作活性炭、进行生物燃料发电和生产沼气。棉柴杆中含有丰富的纤维素及矿物质，用来栽培金针菇、香菇，成本低，效益高，是开发利用棉柴杆资源的新途径。
2、棉秆破碎理论
棉秆是有较强韧性和强度的一种原料，是一年生草本植物。对棉秆的破碎需要较强机械剪切力将其切断，然后再经过机械锤打使其被击溃破碎，圆杆变成4瓣以上的条形或是经过磨盘将其破碎成小颗粒。根据生产不同需求，还可以添加一定程度揉搓功能和除尘功能，揉搓作用是让压溃的棉秆变得更细更均匀，达到细丝状满足不同工艺要求，除尘是解决破碎生产过程中，从棉秆上飞扬的灰尘和细杂质，减少环境污染。
3、棉秆破碎机研究现状
3.1资源利用现状
棉秆破碎机研究比较少，推广应用的更少。主要原因：一是重视程度不高，对棉秆利用的意识没有达到资源综合利用的高度；二是运输困难，如果不对棉秆处理就运输，成本太高；三是能够满足生产工艺需求的粉碎设备太少。
3.2破碎设备研究现状
目前我国棉秆破碎机原理大致可分为直接粉碎式棉秆粉碎机，带进料、喂料和除尘装置的棉秆粉碎机，带料仓直接粉碎式棉秆粉碎机，带螺旋喂料磨盘式棉秆粉碎机和带梳理功能的棉秆破碎梳缕机，主要功能都是在于切断和击打破碎或研磨粉碎。
3.2.1直接粉碎式棉秆粉碎机
直接粉碎式棉秆粉碎机，它的结构包括由机架、进料斗、喂入粉碎室和动力装置组成，见图l；进料斗主体以一定的曲率半径与下方粉碎室连通，主轴通过粉碎室内腔两端固定在机架上，主轴上采用双螺旋同方向均匀间隔排列位置点，位置点焊接锤片支架，在支架上通过销轴铰接联接锤片；锤片前部对称向两侧弯曲成弧状体并设有刃状刀口；在粉碎室内腔壁上并对应锤片弧状体中央设有齿状肋板的牙条；主轴的一端设有与电机通过皮带连接的槽轮：粉碎室下方设有与其相连接的筛板。
棉秆本身有一定的强度，在粉碎棉秆的过程中，棉秆粗细不均，强度不一，主轴的另一端设有一定规格的惯性轮来增加锤片的力度，用惯性力来克服少量的较粗壮的棉秆，从而达到增加动力、节约能源的目的。
工作时棉秆由进料斗喂入粉碎室，在粉碎室内的棉秆被高速运转的锤片剪切、锤裂、挤碎，合格粉碎原料从由筛板滤出，不合格的棉秆在粉碎室内进一步粉碎，直到合格后再由筛板滤出。
该棉秆粉碎机制造方便，操作简便，但产能低，劳动力需求大，粉碎成品规格较大，破碎不充分，技术指标能符合一些制浆要求。
3.2.2带进料、喂料和除尘装置的棉秆破碎机
棉秆破碎机包括机架，在机架的一侧安装有进料输送装置，在机架的上方安装有破碎辊，破碎辊的圆周面上安装有破碎环锤，破碎辊的一端安装有破碎电机带动的传动轮，另一端安装有平衡轮，整个破碎辊的圆周部安装有一侧敞开的筛板，筛板的敞口部斜向进料输送处，筛板敞口部的斜上方安装有喂料电机带动的喂料辊，在破碎辊的下方安装有出料输送装置。在筛板与出料输送装置之间安装有吸尘装置。
该棉秆破碎机能直接将整根棉秆粉碎、撕裂、摩擦成一定长度的纤维状，其整体结构简单，制造成本低，经处理后的原料纤维符合造纸工艺要求，原料利用率高，还可以有效除去处理棉秆过程中产生的灰尘，保护操作人员身体。
3.2.3带料仓直接粉碎式拂秆破碎机
耪碎机结构见图3，纵向设置在粉碎仓10中心的主轴2上设置多个飞刀片3；飞刀片成组和销轴12铰接，销轴穿过刀盘5和定距套4，刀盘中心孔和主轴2配合，飞刀片可绕锖轴转动，但轴向移动被定距套4固定，每个刀盘上的定距套长度不等，飞刀片在刀盘上径向均布，在销轴上轴向空错设置以提高粉碎效率。可以一次性将棉秆粉碎成蒸煮所需要的原料，是集压劈、切断为一体的综合型机器，可降低棉秆制浆的设备投资和电力消耗。经济效益明显提高。
此种设备代替切草机和压劈机，对棉秆实现切断压劈功能能。
3.2.4带螺旋哏料磨盘式棉秆破碎机
该棉秆破碎机的结构包括二个带有矩形牙齿的磨盘，其中一个是固定的，另一个可以转动，一个强制喂料器，一个磨盘间矩调节器。该机的喂料与破碎采用同一动力源，它可以对棉秆节进行适度的破碎，比较圆满地解决了棉秆亚铵法造纸新工艺中的棉秆破碎问题。
其特征在于：该棉秆破玮机的结构包括前盒子，后盒子，固定磨盘，活动磨盘，强制喂料器，磨盘间距调节器及内外拔叶。
在工作中，棉秆节进入料斗后，被绞龙推人两个磨盘之间，其间的内拨叶将他们甩入两组环形磨片牙齿之间，通过牙齿间的搓碎作用将棉秆破碎。
该棉秆破碎机比较圆满的解决了棉秆亚铵法造纸工艺中的棉秆破碎问题，其传动机构布局合理，喂料与破碎采用同一动力源，可以同步协调进行工作%
3.2.5带梳理功能的棉秆破碎梳缕机
棉秆破碎桅缕机，它是在机架(1)高端内设置入料簸箕(4)和电动机驱动的至少四根人料轴(5、7、9、10)．在机架(I)低端上边支撑至少四个破碎梳缕转子腔(23)．在机架(1低端内设有出料筒(15)，出料筒内配合纹龙轴(14)。棉秆经多级人料轴初步挤压破碎，再输送到多级转子腔换向反复破碎梳缕后，破碎率达到100%。保持了原纤维长度，是造纸用棉秆破碎梳缕的设备。设备比较复杂，维护量大。
3.2.6带喂入装置、风杌输送装置的棉秆粉碎机
粉碎机由机架、上壳体、下壳体、喂入机构、转子组装、离心风机组装等部分组成的棉秆粉碎机(见图6)。其特征是在粉碎室进料口处设有喂入装置，离心风机正对转子旋转方向的下壳体出料口，从而解决了棉秆加工过程中动力变化大，棉秆纤维易堵塞的弊病。
工作过程：棉秆经传动带入喂入装置，在喂入装置的夹持下均匀的进入喂入口，在喂入口处，首先由转子切刀将棉秆切碎，再进入粉碎室，碎棉秆在粉碎室内受高速旋转锤片的反复打击和下筛及齿板或多棱体的碰撞和搓擦作用而粉碎，当粉碎到一定粒度时，在离心力和锤片及动刀旋转所产生的气流作用下，经下筛排出至出料口经离心风机排除机外。
棉秆的加工长度受到控制，而喂入变得比较均匀，解决了棉秆加工过程中动力变化大的难题。同时，由于采用了独特的离心风机，进风口正对转子旋转方向的下壳体出料口，所以粉碎室内粉碎的棉秆能及时顺利的排出机外，避免了棉秆纤维和碎棉秆堵塞筛孔的弊病。
4、结论及展望
国家重视棉秆资源利用，中央经济工作会议提出“循环经济”发展战略的要求，把棉副产品综合开发利用工作提到重要议事日程，为棉副产品开发利用制定优惠政策，整合科技人才优势，加大投入力度和科技攻关协作力度，形成具有自主知识产权的技术支撑，使棉副产品开发利用成为棉区人民增收的又一项具体措施，以促进和带动棉区经济的增长，确保棉花生产持续发展。
我国棉秆资源非常丰富，开发可利用前景非常广阔。但就用量而言，仍然是制浆造纸工业使用量最大，经济效益最高，最符合低碳经济要求。目前纤维原料非常缺乏，更加强了棉秆制浆的迫切需求。目前针对棉秆制浆的生产工艺已经研究了很多，却没有大规模的推广利用，主要原因仍然是棉秆破碎设备不能满足生产需求，迫切需要发展棉秆破碎机更深层次的技术研究。
1)开展棉秆压溃分丝的研究。棉秆压溃分丝的均匀程度，对蒸煮过程非常关键，分丝越均匀，装锅量越高，药液渗透越均匀，蒸煮匀度越高，蒸煮时间越短：越有利于节约蒸煮药液和蒸汽，提高得率，降低成本。目前所开发的棉秆破碎设备均对棉秆进行了某一方面破碎或切断，但是都没有实现均匀破碎、搓揉、分丝的目的。
2)开展棉秆皮与棉秆角质层分离的研究。棉秆在储存过程中，棉秆皮上存在一层深色的角质层。角质层在蒸煮中消耗药液，在漂白过程中影响漂白效果，影响成浆质量，不利于精制浆，抄造高档纸种，不能把棉秆的经济效益最大化。研究去除角质层对扩大棉秆经济效益非常有意。
3)开展产能的研究。目前所研究的产品多数因为推广不够，规模不大，不适合扩大生产需要。市场需要开发产量大，自动化程度高，节约动力的高效棉秆破碎机。
