双组份衬垫产品的开发研究(非织造专业毕设定稿)

毕业设计（论文）题目双组份衬垫产品的研究开发学院纺织与材料学院专业班级非织造材料与工程09级（2）班指导教师张星职称教授学生姓名宋萍学号40901040225摘要涤纶三维立体卷曲中空纤维，作为一种拥有着特定性能与风格的后起之辈，因其良好的蓬松性以及保暖暖性透气性，所制得的产品抗压力保形性好，防结变形，质量轻盈，抗拉性强，耐水洗，不怕虫蛀，防霉防潮。特别适合于生产冬装、被褥和衬垫用絮片等。本课题通过设计针刺非织造加工工艺路线及参数，以67D与167D的二种涤纶三维立体卷曲中空纤维为原料，通过改变原料混纺比、针刺密度、预针刺机针刺深度、倒针刺机针刺深度等工艺参数，成功设计开发不同成分、不同工艺的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫。通过对比分析一系列性能测试的实验数据，获得了参数最佳的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫加工工艺。为系统全面研究涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫提供了科学有效的依据。然而在实际生产中，必须根据织物的最终用途和强力的要求,选择合适的非织造加工工艺，以及克重、厚度以及针刺密度、深度等规格参数，才能满足使用的需要。关键词涤纶三维立体卷曲中空纤维，非织造，衬垫，工艺ABSTRACTPETTHREEDIMENSIONALCRIMPHOLLOWFIBER,ASAKINDOFHASASPECIFICPERFORMANCEANDSTYLEOFTHEYOUNGERGENERATION,BECAUSEOFITSGOODFLUFFYANDWARMWARMAIRPERMEABILITY,THEPREPAREDPRODUCTPRESSURERESISTANCECONFORMALITY,PREVENTINGDEFORMATION,LIGHTINWEIGHT,TENSILESTRENGTH,WASHABLE,NOTAFRAIDOFINSECTS,MILDEWPROOFPARTICULARLYSUITABLEFORTHEPRODUCTIONOFCLOTHING,BEDDINGANDLINERFORWADDINGETCTHISISSUETHROUGHTHEDESIGNOFNEEDLEPUNCHEDNONWOVENPROCESSROUTEANDPARAMETERS,TWOKINDSOFPOLYESTERTHREEDIMENSIONAL67DAND167DCRIMPHOLLOWFIBERASRAWMATERIAL,BYCHANGINGTHEBLENDINGRATIO,NEEDLINGDENSITY,PRENEEDLINGMACHINENEEDLINGDEPTH,INVERTEDNEEDLEMACHINENEEDLINGDEPTHANDOTHERPARAMETERS,THESUCCESSFULDESIGNANDDEVELOPMENTOFDIFFERENTCOMPOSITIONSANDPROCESSESTHREEDIMENSIONALCRIMPHOLLOWPOLYESTERFIBERWADDINGTHROUGHCOMPARATIVEANALYSISOFASERIESOFPERFORMANCETESTSOFTHEEXPERIMENTALDATAOBTAINEDOPTIMALPARAMETERSDIMENSIONALCRIMPHOLLOWPOLYESTERFIBERWADDINGPROCESSESCOMPREHENSIVESTUDYOFTHESYSTEMTHREEDIMENSIONALCRIMPHOLLOWPOLYESTERFIBERWADDINGPROVIDESASCIENTIFICANDEFFECTIVEBASISHOWEVER,INACTUALPRODUCTION,THEFABRICMUSTBEBASEDONTHEREQUIREMENTSOFTHEENDUSEANDPOWER,CHOOSEASUITABLENONWOVENPROCESSING,ANDWEIGHT,THICKNESS,ANDNEEDLINGDENSITYANDDEPTHSPECIFICATIONS,INORDERTOMEETTHENEEDSKEYWORDSPETTHREEDIMENSIONALCRIMPHOLLOWFIBER，NONWOVEN，WADDING，PROCESS目录前言3第1章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫研究现状及发展411涤纶三维立体卷曲中空纤维的简介4111中空纤维的发展概况4112涤纶三维立体卷曲中空纤维的性能5113目前我国对中空纤维技术的掌握水平612针刺法非织造技术的简介7121针刺法的基本原理7122针刺非织造布结构模型8123针刺过程中纤维转移的形态分布8124针刺法产品913涤纶三维立体卷曲中空纤维应用现状及前景展望10131应用现状10132前景展望1114本课题研究的意义与内容11141本课题的目的及意义12142本课题的研究内容和拟解决的问题1215小结12第2章原料准备1321上机前准备13211小和毛机开松13222盖板式梳毛机梳理13第3章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫加工工艺的设计1531纤维混纺比设计1532加工工艺流程设计1533开松工艺参数设计1634混合工艺参数设计1635梳理工艺参数设计1736铺网工艺参数设计1937针刺工艺参数设计21371预针机刺工艺参数设计22372倒针刺工艺参数设计2538成卷工艺参数设计2639小结27第4章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫的性能测试及结果分析2841涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫单位面积质量测定28411测试仪器、条件及依据28412实验结果2842涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫厚度及压缩性能测试28421测试仪器、条件及依据28422实验结果2943涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫透气率测试30431测试仪器、条件及依据30432实验结果3044涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫力学性能测试30441涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫拉伸强力测试30442涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫撕裂强力测试31443涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫顶破强力测试31444实验结果3145实验结果分析32参考文献33致谢34诚信声明35前言随着科学技术的不断发展和世界范围内工业化程度的不断提高，各行各业对产业资材的需求及其品种、性能的要求也越来越高。纺织品在很早以前就称为产业用途中不可缺少的材料之一，而非织造因其工艺流程短，生产成本低，产品用途广泛，使其纺织品呈现出更加广阔的发展前景。人们生活水平的提高，物流业以及汽车产业的兴起，意味着更多行业更多的发展前景，非织造也不例外。低投入高回报的非织造产品被高度重视，其中，衬垫作为消耗品需求量逐步提高。本文跟进时代，开发研究性能更佳的非织造衬垫，以涤纶三维立体卷曲中空纤维作为原料，在领域内有所创新。文章共分为四个章节，综述了中空纤维的优良性能、加工方法以及其在产业中的应用现状与发展趋势。通过设计针刺非织造加工工艺路线及参数，以二种中空纤维即67D和167D的为原料，通过改变原料混纺比、针刺密度等工艺参数，成功设计开发不同成分、不同工艺的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫。第1章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫研究现状及发展11涤纶三维立体卷曲中空纤维的简介111中空纤维的发展概况中空纤维是横截面沿轴向具有空腔的一种重要的异形纤维，中空结构赋予了纤维良好的保暖性、蓬松性等特定性能与风格。絮片用中空纤维，中空度要求不高，约30100，主要追求轻而保暖，为了提高其回弹率，需要经热处理而形成三维卷曲。中空纤维的品种极其丰富、发展迅速，其原料从最初的涤纶发展到锦纶、丙纶、粘胶、维纶、聚砜、碳纤维等；纤维孔数从单孔发展到四孔、七孔、九孔等；中空截面也从圆形发展到三角形、四边形、梅花形等；同时，经过特殊纺丝工艺或后整理得到的抗菌、远红外、阻燃、芳香、阳离子改性等功能中空纤维也不断涌现。这些变化和发展拓宽了中空纤维的应用前景并刺激了市场需求，中空纤维从最初主要作为具有保暖和蓬松性能的絮填料发展到广泛用作膜分离、填充、玩具制品、地毯、人造毛皮、高级仿毛面料、高级无纺制品等的材料，在纺织、服装、医疗和废水处理等行业发挥重要作用。尤其是最近几年，具有非常大的面积，体积比率的多孔中空纤维在工业和医药领域的分离技术方面的应用越来越广泛。近几年来我国对中空纤维的市场需求量成级数增长。1990年前市场需求量不到LOKT，而到1998年市场需求量在200KT以上，至2002年底市场的消费量已在400KT以上。面对如此巨大的增长势头，国内各生产厂不断扩大产能并开发新的品种，同时关于中空纤维的生产工艺、结构和性能等研究也开展得如火如荼。我国中空纤维以短纤维的生产和应用为主，其大宗产品为无硅或含硅的立体卷曲中空短纤，此外还有部分异形或圆中空纤维以及各种抗菌、远红外等功能性中空纤维等。我国中空纤维生产厂家中，仪化公司品种最多，并且该公司可以根据用户的需求，生产各种长度、多孔、上硅油或不上硅油、荧光增白、香型、抗菌、彩色、远红外等涤纶中空立体卷曲纤维。而国外如日本，其中空纤维制造技术早在上世纪7O年代就相当发达，并开发出各种特种中空纤维如用于地毯的三角三孔中空纤维、表面有微孔的中空纤维以及细旦可达077DTEX中空纤维等。112涤纶三维立体卷曲中空纤维的性能1121形态参数及力学性能涤纶三维立体卷曲中空纤维由于其具有永久的立体卷曲、优良的膨松回弹性及重量轻、保暖性好的特点，自开发投放市场以来，备受欢迎。因此研究其的力学性能，在在线的条件下对中空纤维结构与性能的变化情况进行研究分析，掌握其特性和规律，以求进一步提高中空纤维的质量，搞好大生产的管理，同时为进一步提高产能作好基础理论准备。1122松弛热定型条件对纤维结构性能的影响表11纤维在松弛热定型机各区的结构性能参数取样点SE前SE二区四区六区八区十区SE后结晶度XC/186349357338318354325晶区取向因子FC8117872686468669865985748558声速取向因子FA053038040032034042037非晶区取向因子FA050013021014014024019卷曲率/228200206189183194198卷曲数/个25MM178677878736767膨松特性V1158168165167172167169膨松特性V253525048525153压缩回弹率/220350367310292297320压缩率/7097137007247407167271123涤纶中空纤维试样的力学性能、热性能表12涤纶中空纤维试样的力学性能、热性能取样点原丝DF2HBXDF3出口出口出口CP前CP后SE前SE后纤度/DTEX1829617634624605630598641断裂强力/CN27182609279628122643282526362658断裂强度/CNDTEX1149423441451437448441415断裂伸长率/30564354025592844279728762389380110定伸强/CN868180023162257217422322248749断裂功/CNCM4302681561608566619463559干热收缩率/750286163176177172156300113目前我国对中空纤维技术的掌握水平目前代表中国中空纤维技术水平最高的是仪征化纤，据仪征化纤证实做单空最细的是12D。做四孔最细的是75D，做七孔最细的是9D、也就是说，目前的08D化纤，仅仅是概念炒作，技术不过关。在2010年初期，仪化公司研究开发的“细旦涤纶中空纤维”项目通过了中国石化的技术鉴定。鉴定委员会主任、中国石化集团公司高级顾问、中国工程院院士曹湘洪评价，仪化开发生产的系列细旦涤纶中空纤维，形成了具有自由运作权的生产技术，实现了产品工业化稳定生产，申请了国家发明专利一项，并获得申请号，整体技术达到国内领先水平。从八十年代后期开始，异形纤维开发开始升温，中空纤维因其质轻、蓬松，吸湿性、透气性而成为保暖的最佳材料。仪化公司技术人员通过走访市场，了解到涤纶细旦中空纤维织物的弹性好，手感丰满，抗变形能力强，易洗快干，优良免烫性的特点，应用前景十分广阔，于2007年向中国石化申请项目并获得批准。项目组通过专利查新,喷丝孔孔型的设计，利用小型长丝纺丝装置试验取得成功,并由此设计了工业化装置的大型喷丝板。2008年3月至2009年8月，项目组在生产装置上，陆续进行了细旦中空纤维、细旦棉型中空纤维和有硅细旦中空短纤维批量和规模试验，最终成功地开发出两种规格可用于纺织以及家用充填不同用途的细旦涤纶中空纤维，所生产的纤维具有细旦和中空两大特点，可以用于纺织加工成面料，也可以用做充填材料。开发的棉形细旦中空纤维经纺纱、织造，可生产高档保暖衣、袜；开发的上硅细旦中空纤维更柔软，保暖性更好，可用于高档床上用品、防寒服、睡袋等充填，经与罗莱家纺进行合作，所设计冬被已通过产品评审。目前，仪化公司开发生产的细旦涤纶中空纤维得到了国内用户广泛认可，并正批量出口国际市场，取得了较好的经济效益和社会效益。中国石化鉴定组的专家建议仪化根据市场需求加大开发力度，进一步扩大市场份额。12针刺法非织造技术的简介121针刺法的基本原理针刺法的基本原理是针刺机利用具有三角形或其他形状的截面，且在棱边上带有刺钓的刺针对纤维网反复进行穿刺，如图11所示。图11针刺法的基本工艺原理示意图1纤网2刺针2由交叉成网或气流成冈机下机的纤网，在喂入针刺机时十分蓬松，只是由纤维与纤维之间的抱合力面产生一定的强力，但强力很差，当多枚刺针刺入纤闷时，刺针上的刺钓就会带动纤网表面及次表面的纤维，由纤网的平面方向向纤网的垂直方向运动，使纤维产生上下移位，而产生长下移位的纤维对纤网就产生一定挤压，使纤网中纤维靠拢而按压缩。当刺针达到一定的深度后，刺针开始回升，由于刺钩顺向的缘故，产生移位的纤维脱离刺钓面以几乎垂直状态留在纤网中，犹如许多的纤维束“销钉”钉入了纤网，从面使纤网产生的压缩不能恢复，如果在每平方厘米的纤网上经效十或上百次的反复穿刺，就把相当数量的纤维束刺入了纤网，纤网内纤维与纤维之间的摩接力加大，纤网强度升高，密度加大，纤网形成了具有一定强力、密度、弹性等性能的非织造布针刺法非织造布。122针刺非织造布结构模型针刺非织造布是由水平结构如图12A所示和垂直结构如图如图12B所示两种形式组成。刺针的反复穿刺使纤网中的部分水平纤维形成了成千上万的垂直纤维族，垂直纤维族像一个个“销钉”贯穿于纤网上下，与水平纤维绍结，有效地阻止了水平纤维在拉应力作用下所产生的相互滑脱，并且使纤网结构紧密。厚度大大下降。然而这些垂直“销钉”与被约束的水平纤维之间并不是孤立的，垂直纤维来自于水平纤维，“销钉”中的绝大部分纤维的一端或两端仍留在水平纤维之中。对于纤网中的部分纤维则有可能被两个或两个以亡的刺针握持而转移。一根纤维同时参与两个或两个以上的“销钉”的组成，正是这种纤维在垂直的“销钉”与“销钉”之间产生了连接，起到了搭桥作用，面这些纤维受到两个或两个以上刺针的握跃纤维的紧张程度加强。通过他们应力的传递，产生了以垂直“销钉”为“节点”的水平网状结构。针刺非织造布就是通过均匀、稳定、紧张的水平网状结构串起成干上万垂直纤维族组成的三维骨架结构如图12C所示约束其他水平纤维的有机整体，正是这种独持结构使针刺非织造布具有厂一定的强度及其他物理性能。从力学纳构出发，可以队清针刺非织造布的本质，把握其持性，在实际生产中占提高针刺产品的档次，使其产品质量能满足不断扩大的应用市场。ABC图12针刺非织造布水平结构（A）、垂直结构（B）与三维骨架模型（C）123针刺过程中纤维转移的形态分布刺钩穿刺纤网首先接触的是表面层纤维，此时刺钩的抓取、容纳能力最强。随着穿刺深度的增加，刺钩空间逐步为纤网上层纤维所充满，继续下刺，刺钩的握持能力便明显下降。由于各刺钩依置的不同，进入纤网有先后，所面对纤网的结构因前面刺钩对纤网的作用而不同，接触各层次纤维的概率也不同，在一定针刺深度下，先进入纤网的刺钩到达位置较深，所携带的纤维转移程度就较大。有人利用有色纤维对针刺后各层次纤维被转移的情况进行了跟踪实验，如图L3所示。实验表明，表面层纤维不仅被转移的数量最多，并且纤维贯穿纤网上下，而其他层次的纤维被转移的数量及程度均逐步减小。第四层以下的被转移纤维数量最少。从分布形态可以看出，被针刺后的纤网所形成的垂直纤维族主要是由上层纤维转移而成，贯穿纤网的表面层转移纤维则在垂直纤维族中对纤网的加固起决定作用。图13不同纤维层转移情况124针刺法产品（1）过滤材料针刺非织造布作为一种新型的纺织过滤材料，以其独特的三维立体网状结构、孔隙分布均匀、过滤性能好、产量高、成本低以及品种多等特点，正逐步取代传统的机织和针织过滤材料，因为非织造布过滤材料即可制成蓬松性的产品，又可加工成特殊需要的超厚型制品。机织过滤材料由于经纬向的交叉结构和纱线之间的较大孔隙，致使其过滤效率低，有时甚至达不到过滤标准。而非织造布过滤材料纤维间相互缠结，纤维之间空隙小，滤阻低，滤效高。（2）合成革基布针刺法生产的基布可满足合成革产品所要求的致密的三维结构，纤网中纤维杂乱排列，上下穿插，相互缠绕，呈三维状态分布，并具有透气、透湿、结构均匀、强度高的特点。（3）土工布用非织造方法生产的土工布，主要是纺粘法长丝针刺土工布和千法短纤针刺土工布，与其他土工材料比较，它们具有重量轻、抗拉强度高、施工简单等特点，显示出传统材料难以比拟的优越性，其反滤排水、防护防渗、加筋等基本作用可在各种工程建筑中充分发挥作用。（4）造纸毛毯化纤针刺造纸毛毯与传统的羊毛毯比较，除具有成本低，耐磨性好，寿命长，不易被虫蛀的优势外，还具有结构上的优势（1）针刺造纸毛毯的孔隙大，针刺后，许多纤维形成“纤维楔钉”，呈直立状态，提高了毯在垂直方向的毛细作用与滤水作用。（2）针刺造纸毛毯的毯面是由无数根细纤维组成，毯面平滑，而传统造纸毛毯是较粗的经纬纱，毛毯面粗糙，因而针刺造纸毛毯可改善纸页的平整度。（5）衬垫衬垫是根据商品不同形状及薄弱部位，用于固定商品，确保商品在运输过程中不致移动，同时具有缓冲作用的包装构件。衬垫作为具有缓冲作用的包装构件，其主要作用是减少或降低外界冲击对内包装物品的破坏。针刺中空纤维衬垫抗压力保形性好，防结变形，质量轻盈，抗拉性强，不怕虫蛀，防霉防潮。具有减振、隔音、隔热、密封、增强、填隙等作用。另外，针刺产品还可用来作汽车内饰材料、针刺地毯、粘合衬基布、垫肩、保暖絮片、贴墙布、农用保温材料、工业用呢毡、垫等。采用聚四氯乙烯纤维和聚酰氨纤维，经RONTEX针刺工艺加工可制造人造血管、人造食管等人造器官，也可用于血液和药品过滤。13涤纶三维立体卷曲中空纤维应用现状及前景展望131应用现状由于中空纤维一系列的优良性能，比重轻、蓬松、保温、透气、覆盖力强等特点，主要用作非织造布的生产原料，适用于棉被、合纤絮绒、仿羽绒等。中空纤维作为一种具有特殊几何形状的化学纤维，已经在许多纺织领域获得应用，比如中空纤维用于保温已历多年，这是利用了中空纤维面积体积比率大，可容大量空气的特性，因此也可用作充填纤维隔热材料三维卷曲多中空纤维由于具有优越的回弹性、蓬松性、保暖性以及防霉、防蛀等性能，被广泛应用于被褥和衣服内里的填充物。此外，微孔中空纤维制成的膜具有选择透过性，可以使气体、液体混合物中某些组分从内腔向外或从外向内腔透过中空纤维壁，而同时对另外一些组分具有截留作用。现已广泛应用于气体分离、海水淡化、血液渗透、人工肾脏、废水处理等工业领域。132前景展望中空纤维经过四十多年的发展，已成为具有多种细度、多孔、较高中空度和各种异性截面的高技术纤维，各种特种中空纤维如碳中空纤维和远红外、抗菌等功能性中空纤维以及细旦中空纤维也在发展之中，并且其整体应用和需求日益增长。但是中空纤维存在以下缺点（1）由于形成中腔的方式决定了中空纤维二端开口，一方面易于水、汽等戒指的导通，另一方面二端开口不利于保持在空腔中填充介质的性能且不利于要求拒水等性能的使用场合；（2）中空纤维最基本的特点是截面具有中腔，目前纤维中空度可达50，理论上而言中空度越高越好，但是过高的中空度将导致纤维易压缩且不易加工；（3）随着使用过程中的反复压缩等机械作用，中空纤维的中空度将不断下降，持久性不高。利用封端技术将中空纤维二端封闭，并在中腔内充入气体等介质，可以提高纤维的中空度并能提高在加入和使用过程中的中空度的可保持性；高中空度的拒水性良好的中空纤维可以作为水上个体救生装备用浮力材料；若在纤维空腔内填入相变材料，可利用温度变化引起的纤维膨胀或收缩来改善服装冷暖感。这些研究将进一步扩大中空纤维的应用领域。14本课题研究的意义与内容141本课题的目的及意义涤纶三维立体卷曲中空纤维，作为一种拥有着特定性能与风格的后起之辈，因其良好的蓬松性以及保暖暖性透气性，所制得的产品抗压力保形性好，防结变形，质量轻盈，抗拉性强，耐水洗，不怕虫蛀，防霉防潮。特别适合于生产冬装、被褥和衬垫用絮片等。涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫具有十分优良的性能，本课题研究的理论意义在于通过实验，得出制造涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫的最佳针刺加工工艺参数，为系统研究涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫提供更为科学的依据。142本课题的研究内容和拟解决的问题1通过检索和收集相关的国内外资料，总结其研究成果及遇到的问题，完成涤纶三维立体卷曲中空纤维原料的开松、除杂等初步加工；2通过针刺非织造加工工艺路线，以涤纶三维立体卷曲中空纤维纤维为原料，改变原料混纺比、针刺深度、针刺密度等工艺参数，设计开发不同混比、不同工艺的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫；3制备出不同物理机械性能性能的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫，并对其进行测试性能，据此优化其加工工艺；15小结涤纶三维立体卷曲中空纤维被行内认识默认为“21世纪最具有发展前景的新兴材料”，是纺织行业内公认的朝阳产业。与此同时，物流、汽车产业高速发展具有庞大的国内国际市场需求，远途货物的运输及汽车内饰日常家装对衬垫的需求量日益凸显，拥有日渐庞大的市场空间，研究双组份衬垫产品及其开发既有益于消费者的健康及生活品质，又会为企业带来可观的利润。本课题将重点研究双组份（67D、167D）衬垫的加工工艺。第2章原料准备21上机前准备211小和毛机开松购买回来的中空纤维由于挤压，已经纠结成块。需要经过开松机松解纤维，通过撕扯使大块的纠结纤维松解变成小块或束状，同时在松解过程中伴有除杂作用。开松机一般是由一对喂入辊或喂入罗拉及一个开松锡林组成，开松锡林上装有用钉或梳针或针布或豪猪打手，为开松更彻底，有的还在锡林上装有工作辊及剥取辊。图21为和毛机示意图。图21B261型和毛机示意图1喂给帘2喂入罗拉3压辊4锡林5工作辊6剥毛辊7打手8尘格经过开松后，中空纤维明显由纠结的大块松解为纤维束，但是由于原料的三维卷曲特性，一次开松效果不佳，考虑到更好的开松效果，我们进行了二次开松，并在二次开松过程中以所制产品的比例要求进行一定的混合开松。将开松后的一定混比的纤维收集后，准备进行罗拉式梳毛机一道梳理混合。222盖板式梳毛机梳理盖板式梳棉机使用一个环形的针带（盖板）代替罗拉辊而与锡林进行梳理加工，加工纤维偏短。盖板式梳棉机示意图如图22所示。图22盖板式梳棉机1棉卷架2棉卷杆3棉卷4棉卷罗拉5给棉板6给棉罗拉7刺辊8绒辊9除尘刀10小漏底11锡林12后罩板13盖板14上斩刀15前上罩板16抄针门17前下罩板18道夫19大漏底20吸尘罩21剥棉罗拉22转移罗拉23上轧辊24下轧辊我们使用的是东华大学研制的DHUA201盖板式梳棉机。在梳理前要经过一组高速运转的打手，由于开松之后中空纤维特殊的卷曲特性，实际结果不是很好。原料之前虽已混合均匀，但是经梳理之后纤维依旧呈卷曲状，因此可知，梳理对三维卷曲的中空纤维作用有限。此外，经与各位指导老师探讨得，其优良的三维立体卷曲特性会在一定程度上导致在之后的铺网过程中断网，并扩大产品纵横向强度差异。我们在开松梳理之后将原料取出，喷洒机油及抗静电剂，已达到调湿，减少纤维间摩擦，防止静电产生，减少纤维损失并使其具有一定的回潮率，从而确保后续工作的顺利进行。第3章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫加工工艺的设计31纤维混纺比设计本课题采用67D和167D二种中空纤维按一定比例混纺进行实验，每次实验使用纤维总重量为800G。所设计的67D中空纤维/166D中空纤维二种纤维的混纺比例为20/80，80/20，50/50三种；所对应的67D中空纤维/166D中空纤维二种纤维的重量为160G/640G，640G/160G/，400G/400G。表31为本课题研究所设计的实验工艺参数表头设计。因素A为针刺密度刺/CM2；因素B为纤维混纺比（），67D中空纤维/166D中空纤维。表31二因素三水平实验表头设计因素水平针刺密度/刺CM2A纤维混纺比/B115020/80/220080/20328050/5032加工工艺流程设计根据非织造实验室设备情况，本课题设计加工工艺流程为33开松工艺参数设计开松工序设备单元机较多设备与设备之间通过风管连接而同步运行，防止纤维脱空或堵塞，所以相互之间的工艺匹配就显得十分重要。本课题非织造上机实验开松机进料频率均设定为50HZ，根据设备说明书得知，该设备电机组件1HZ00472M/MIN，即开松机进料速度设计为V5000472M/MIN236M/MIN开松过后的混合纤维通过风管传送到混棉机中进行混合。非织造实验室开松机设备型号为WLGKA500，实物图如图31所示。图31开松机34混合工艺参数设计纤维准备开松混合梳理铺网预针刺倒针刺卷绕分类裁剪混棉工序中角钉帘速度是设计关键。角钉帘和输送帘之间应有一定量的堆积，堆积的量由一组光电开关来控制，如不提出要求，一股均棉罗拉和剥棉罗拉是恒定的一个速度，要调节喂入量只能通过调节角钉丁帘速度和均棉罗拉隔距，均棉罗拉是将超出两者之间的纤锥从角钉帘上剥离，剥棉罗拉是将角钉帘带过来的纤维干净利索的打下。本课题非织造上机实验混棉机角钉帘频率设定为25HZ，1HZ0085M/MIN，即角钉帘运动速度设计为V250085M/MIN2125M/MIN混合后的纤维经水平喂给帘进入梳理工序。35梳理工艺参数设计在干法非织造布生产过程中梳理工程是关键工序，梳理工序的工艺质量直接影响后部产品的质量。梳理工程的主要任务是1进一步开松纤维并去土杂。2将纤维原科进一步混和均匀。3将块状纤维梳理成束状，再梳理成单根纤维状。4将纤维梳理成网。5带有杂乱机构的梳理机还能使纤网的纤维杂乱排列，减小产品纵横向的强度差异。梳理机是干法非织造布的重要工序、重要机台，是干法成网的心脏，它的工艺当然就显得尤其重要。梳理机工艺设计内容包括原料的选用、喂入量、喂给周期、隔距、速比、针布选用、工艺计算、产量计算及产品质量控制。设计必须根据产品要求而进行。（1）喂入量喂入多少可反映产量高低，蓬松度大的纤维喂入量可小些，喂入量的均匀程度也必须控制。如果喂入不匀率大会影响纤维网的质量，因此必须严格控制、及时俭田喂入的均匀程度。（2）隔距梳理机上各辊之间都有一定隔距，但后车隔距一般都是固定的，只有主锡林主体梳理部分有所变化。隔距分布原则是由后车向前车，隔距逐渐变小。这是因为刚喂入的纤维块状、束状的较多，同时纤维仍有纠结，所以隔距应大些，如果隔距太小易损伤纤维。经过几个梳理环的梳理后纤维比较松散、颗直，单根率逐渐增大，隔距也就可以逐渐变小，这样不会损伤纤维。隔因大小一般根据纤维长度而定，长纤维、蛆纤维的隔距应大，喂入量大隔距应大。隔距的大小用隔距片调校。隔距片上都标有厚度。校对隔距时靠经验和手感，要求左、中、有一致，松紧适中。（3）速比速比的大小意味速度差异的大小。速比大，速差就大，梳理力就大，梳理就强烈。根据原料在加工过程中的状态，工作辊速比的大小布置，一般是由后向前逐渐变大。这是因为第一工作辊处纤维还有纠结，速比太大易拉断纤维，速比适当小一点，逐步缓和梳理，到第三工作辊处速比可大些，一方面纤维此时已比较松解，速比大不会拉断纤维，另一方面速比大还可以提高梳理效果。速比的大小设计实质上是速度的大小选用。通过传动计算，算出各辊速度即可确定速比。（4工艺计算工艺计算主要指喂入量、喂给周期、产量及各辊的速比计算。本课题非织造上机实验梳理机进料、梳理机锡林、梳理机道夫工艺参数设计如表32所示。表32实验梳理机工艺参数设计名称频率/HZ速度/MMIN1进料201225锡林308686道夫25925非织造实验室中梳理设备为罗拉式梳理机，型号为WLGSA500，实物图如下所示图32梳理机36铺网工艺参数设计铺网是指把多层单网经机械设备铺叠在一起，形成比较均匀的厚网供下道工序使用。一般说来，铺网是又叠又铺，主要是为了进一步混和均匀、加宽、加厚及满足下道工序的需要。因梳理机梳理成的纤网单重较轻，幅宽也较窄，不能满足产品的要求一般要用铺网机进行加工。铺网的主要形式有3种一是平行铺网；二是交叉铺网；三是组合铺网。非织造实验室中的铺网设备采用双网帘夹持铺网，型号为WLGPB800，设备实物如33所示图33梳理机以及传送竹帘非织造实验室提供的铺网机设备为交叉式铺网中的二帘式铺网机。二帘式铺叠成网是目前应用较多的一种铺网方式。其工作原理如图34所示。图34双网帘式加持铺网机1纤网2上铺网帘3、7、8传动辊4下铺网帘5、6铺网辊9丁帘纤网1沿上铺网帘2皮板向前运动，经传动辊3到传动辊7，上下铺网帘2、4的皮板夹持住纤网，纤网被夹持继续向前，运动到铺网辊5、6输出到丁帘9上。其铺网是靠铺网辊5和6、传动辊3的左右平动实现的。传动辊3向左平动时，铺网辊5、6向右平动；传动辊3向右平动时，铺网辊5、6向左平动。从而实现了交叉折叠铺网。铺网均匀度很重要，关键在左右摆动的铺网辊的运动机构设计，尤其是换向机构。普通铺网机由于平动的存在，摆动到两端速度变慢，而摆到中间速度快，纤网变薄，即易形成两边厚、中间薄的铺网效果，使纤网的均匀度变差，影响最终产品质量。这种新型二帘式铺网机解决了这个问题。铺网机不管其运动机构用什么形式及怎样复杂，都必须保证梳理机道夫的纤网下饥速度VD等于上铺网帘的速度V2，并且必须等于下铺网帘4的速度V4，否则会引起牵伸断网或纤网堆集。铺网后的形状如图35所示。图35铺网形状L成网宽W单网宽V4铺网速度V5丁帘速度其铺网层数N应等于输出纤网的总面积，除成网后的总面积，即NV4W/V5L31式中N铺网层数；V4铺网速度M/MIN；V5丁帘速度M/MIN；W单网宽度M；L成网的宽度M本课题非织造上机实验铺网机上铺网帘、铺网机下铺网帘、铺网机丁帘工艺参数设计如表33所示。表33实验铺网机工艺参数设计名称频率/HZ速度/MMIN1上铺网帘2481下铺网帘2481丁帘481637针刺工艺参数设计371预针机刺工艺参数设计预针刺机主要是对高度蓬松且纤网间抱台力小的纤网进行针刺，因此，一般预针刺机对送网机构要求较高，为保证蓬松纤网顺利喂入针刺区而不产生拥塞，不同预针刺机采用的送网方式各具待色。总体分为压网辊式和压网帘式两种方式。非织造实验室中的送网机构为压网帘式进料机。图36压网帘式送网装置1压网帘2喂入辊3小罗拉4导网片压网帘式进料机将压网辊改成压网帘，压网帘与送网帘相配合，形成进口大、出口小的喇叭状使纤网受到逐步压缩而顺利进入针刺区，如图36所表示，为确保纤网的顺利输送，除设置一对喂入辊外，还在压网帘与喂入辊之间加装对小罗拉。本课题非织造上机实验进料机频率均设定为20HZ，1HZ0085M/MIN，即进料机速度设计为V200085M/MIN17M/MIN本课题非织造上机实验预针刺机预出料频率均设定为10HZ，1HZ0085M/MIN，即预针刺机预出料速度设计为V100085M/MIN085M/MIN3711预针机刺机针刺密度针刺密度是指纤网在单位面积里所受到的总针刺数包括重复穿刺在内。它与针板单位长度上的植针数和纤网在每一个针刺循环中前进的距离有关。针刺密度随产品的不同而不同。一般来讲针刺密度越大，纤维网的强力也越大，产品也越坚实硬挺。当针刺密度达到一定的值时。纤网就相当紧密，继续针刺下去，刺钩带动纤维位移就十分困难，针的受力加大。这既容易造成针的折断，又会增加纤网中纤维的损伤，使纤网强力下降，因此，由不同纤维组成的纤维网，由于纤维自身强力之差异，它们的针刺密度极限也不一样，强力高的纤维，针刺密度可大些，反之则低些，否则由于纤维过度损伤，会大大降低纤网的强力。随着针刺密度的增大,织物的克重有所下降,厚度降低,密度增加；初始模量、拉伸断裂强度先达到峰值后逐渐下降,断裂伸长、透气性能下降耐磨性、压缩回弹性上升。本课题研究中，涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫针刺密度预针刺机针刺密度倒针刺机针刺密度，即本课题实验的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫针刺密度由预针刺机针刺密度与倒针刺机针刺密度加和构成，我们所设计的三种针刺密度为150刺/CM2，200刺/CM2及280刺/CM2三种。表34实验针刺密度实验号123456789产品针刺密度/刺CM2150150150200200200280280280本实验中预针刺机针刺频率始终设定为20HZ。又根据非织造预针刺机设备说明书得知，预针刺机针刺频率为1HZ20刺/MIN；预针刺机植针密度为1750枚/M；预针刺机预出料频率均设定为15HZ，1HZ0085M/MIN，即预针刺机预出料速度设计为V150085M/MIN1275M/MIN。由针刺密度计算公式32410DVFN式中D针刺密度刺/CM2N植针密度（枚/M）F针刺频率（刺/MIN）V纤网输出速度M/MIN我们可以计算出当针刺频率为20HZD预针刺824针刺/CM241085273712预针刺针刺道数增加针刺道数的主要目的是使织物达到较高的针刺密度,但是针刺道数的增加也会对织物的其它性能造成影响。随着针刺道数的增加,织物的克重及密度先增大后趋于稳定,织物幅宽减小,厚度增大,孔隙率减小织物强度、初始模量增加,回弹性能提高,断裂伸长下降,透气性下降。本课题实验的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫预针刺机针刺道数为1次。3713预针刺刺针刺针由优质钢丝经成型模具直接冲压而成。目前世界上各种类型、规格的刺针有1500种左右，常用刺针的结构如图37所示。图37刺针形状及几何尺寸L刺针总长度R针柄长度S针腰长度T针叶长度L第一个钩刺至针尖的距离M同棱相邻钩刺间距N二棱相邻钩刺间距各家公司制造的刺针都有完整的技术规格及尺寸说明，包括刺针总长度，代表针柄、针腰、针叶直径的号数，刺钩排列形式，针尖类型、精加工类型，每条棱上的钩刺数等。刺针的针叶、针腰、针柄的粗细分别以针叶号、针腰号、针柄号表示。号数越大，表示越细。生产中常提到的是针叶号，简称针号。刺针规格一般按下列顺序和方式表示针柄号针腰号针叶号刺针总长度刺针类型厂家自编品号非织造实验室中提供的预针刺机刺针标号为15183635R222Y4012。372倒针刺工艺参数设计经过预针刺机加工形成的非织造材料已经初步形成非织造布的形态，但其强力还远达不到产品设计要求，因此要经过一道倒针刺机针刺工艺，这样不仅使产品达到设计的针刺密度，也使得非织造布的两面更加均匀。3721倒针刺针刺深度本课题实验的倒针刺采用上刺式针刺机进行实验，我们所设计的倒针刺针刺深度不变，恒为7MM。3722倒针刺针刺密度本课题研究中，涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫针刺密度预针刺机针刺密度倒针刺机针刺密度，即本课题实验的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫针刺密度由预针刺机针刺密度与倒针刺机针刺密度加和构成，我们所设计的三种针刺密度为150刺/CM2，200刺/CM2及280刺/CM2三种。又根据非织造预针刺机设备说明书得知，倒针刺机针刺频率为1HZ20刺/MIN；倒针刺机植针密度为3076枚/M；倒针刺机进出料频率均设定为10HZ，1HZ0085M/MIN，即倒针刺机进出料速度设计为V100085M/MIN085M/MIN针刺密度计算公式33410DVFN式中D针刺密度刺/CM2N植针密度（枚/M）F针刺频率（刺/MIN）V纤网输出速度M/MIN针刺密度预刺机针刺密度倒刺机针刺密度由预针刺针刺密度设计可知19号实验所得织物预针刺机针刺密度均为55针刺/CM2；我们可以计算出（1）当针刺密度为150刺/CM2时，D倒针刺1505595针刺/CM2410852376F可以得出F1313HZ（2）当针刺密度为200刺/CM2时，D倒针刺20055145针刺/CM241085376F可以得出F2004HZ（3）当针刺密度为280刺/CM2时，D倒针刺28055225针刺/CM241085376F可以得出F3108HZ表37实验倒针刺机针刺密度实验号134679倒针刺机针刺密度/刺CM2951452253723倒针刺针刺道数本课题实验的涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫倒针刺机针刺道数为1次。3724倒针刺刺针非织造实验室中提供的倒针刺机刺针标号为1518403R222J12301。预针刺机采用采用下刺式针刺机进行实验，设备型号WLGZA800，针刺系统示意图及设备实物图如下所示。图38预针刺机及其针刺结构38成卷工艺参数设计经过倒针刺机倒刺工艺之后，产品已经形成，需要成卷打包。成卷卷绕速度应等于或慢于倒针刺机出料速度，这样产品在卷绕时才不会被拉伸变形。由于倒针刺机出料频率为11HZ，即出料速度V110085M/MIN0935M/MIN，因此卷绕速度等于小于0935M/MIN即可。实际实验中，我们会根据实际情况调整卷绕速度，保证产品不被拉伸的同时尽量加快卷绕速度，避免成品非织造布在地面上堆积。成卷机型号为WL800，设备实物图如下。图39卷绕机39小结经过各工序的参数设计，我们将生产3组混比不同的产品，在此基础上设置不同的针刺密度，既每组比例中再有三类不同针刺密度的产品；总体而言，最后产品类别如下表所示表38最终实验产品参数展示试验号123456789纤维混纺比/（67D167D）20/8080/2050/50纤维重量/（67D167D）G160/640640/160400/400倒针刺密度/刺CM2951452259514522595145225针刺密度/刺CM2150200280150200280150200280定量/GM2300320260300320260300320260整个工艺中，预针刺密度恒为55刺CM2，针刺深度恒为10MM；倒针刺深度恒为8MM。第4章涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫的性能测试及结果分析41涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫单位面积质量测定411测试仪器、条件及依据测试仪器电子天平（BG200A）测试条件250200MM（长边平行于布边）,5块质量精确至001G，计算时取小数点后三位，保留两位小数测试依据FZ/T600031991非织造布单位面积质量的测定412实验结果表41涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫克重测定实验号重量/G平均值/G定量/GM211509014990150831505430109214790153101511315071301423150171510015100150723014741597016341158941606832137516011159801595715983319656160911608715750159763195271294013000132101305026100812704130741296212913258279129501268013071129002580142涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫厚度及压缩性能测试421测试仪器、条件及依据测试仪器YGB141D数字式织物厚度仪（压脚面积20002）测试条件首先在压强为01KPA，加压10S后，记录试样厚度，测10块；然后在压强为05KPA，加压10S后，记录试样厚度，测10块，计算压缩率，判断属何种类型。4110051AO压缩率普通型压强05KPA，10S，测10块。蓬松型压强02KPA，10S，测10块。（读数精确度至001）计算平均厚度4210IA该标准规定的轻压条件是在10CM10CM试样上置质量为2000G的重锤，30S后除去重锤，静止30S,重复三次，测定试样的四角的高度并求其平均值A0；随后在试样中间加上重锤4000G,静止30S后测定四角高度并计算平均值A1；除去重锤4000G，3MIN后再测定四角高度，计算其平均值A2。43W10蓬松度44A102回复率式中W为试样的质量G，按定量称取约40G左右。表中W1指的是定量为300G/M2的产品；W2指的是定量为320G/M2的产品；W3指的是定量为260G/M2的产品。测试依据FZ/T600041991非织造布厚度的测定422实验结果表42涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫厚度及压缩性能测定实验号试样质量/G压缩率/蓬松度/CM3G1回复率/厚度/MM14230159116645357487240911533146710435442345582270128196303914497814431848827660954362177318618056568646301436168578575077432829542048495758183958237819811159354194160201117698920502经与导师分析得，这种现象由涤纶中空纤维特殊的三维立体卷曲特性所致，更加说明其作为生产衬垫原料的优良；此外也不排除生产过程中设备陈旧所产生的误差以及人工喂入致使铺网不均的原因。43涤纶三维立体卷曲中空纤维衬垫透气率测试431测试仪