（纺织材料与纺织品设计专业论文）水刺非织造delta高速杂乱梳理成网工艺的研究.pdf

水刺非织造d l e t a 高速杂乱梳理成网工艺的研究 摘要 梳理是干法非织造材料的成网生产中的一道关键工序，是短纤维 干法成网技术的核心。它将开松混合的纤维梳理成由单纤维组成的薄 纤网，供铺叠成网，或直接进行纤网加固，或经气流成网，以制备呈 三维杂乱排列的纤网。纤维的均匀、网中各纤维分布及排列方向均与 梳理有关，对非织造产品的性能和用途有直接的影响。 本文通过研究一款新型非织造梳理机，以及通过此梳理机铺网生 产出的水刺产品的性能，来探讨非织造梳理机杂乱机理、抽吸剥网系 统机理、梳理机工艺对产品质量的影响以及水刺非织造布的基本特 性。 梳理机对水刺非织造布产品质量的影响主要从两大方面产生，一 方面是机构特性，例如隔距、针布规格、各个部件的设计、辊子的数 量、种类和分布等。通过研究各个部件机构，特别是d e l t a 和s i g m a 部分的机构，找出设计原理，找出设计优点。另外就是工艺方面的影 响，比如梳理机的各个辊子的速度，生产线的速度，辊子之间的速比 等。 非织造产品是由纤网构成，纤网是产品的基础，故对纤网要求分布均 匀、厚薄相同及混合一致外，还对纤网中纤维的排列方向有要求，并 随纤网加固方法及产品用途的不同而变化。大多数产品要求纤网内纤 维的排列方向随机分布，即形成杂乱状态，所得产品各方向性能差异 最小，主要性能指标强度差异即纵横向强度比要小。但机械铺网所得 纤网中的纤维排列方向易有一致的方向性，梳理机生产的纤网多为沿 输出方向的纵向排列的纤网。因此要采取措施，调整纤网内纤维的排 列方向，使纤网内纤维排列方向杂乱化。本梳理机中包含的多个杂乱 部件起到了改变纤网中纤维排列方向的作用，而杂乱三角区气流是起 到杂乱效果的关键所在。 本课题通过分析实际生产中获得的大量数据，研究水刺非织造布 的多方面性能以及水刺梳理工艺对这些性能的影响。通过对不同原料 和面密度的水刺非织造布做基本的性能测试和分析发现：原料的配比 对产品机械性能影响很大；不同面密度时，水刺非织造布面密度越大 纵横向强力越大，纵横向强力比也越大；面密度越大，缠结系数也越 大，但成网速度越大，缠结系数有减小的趋势；杂乱辊速度越大，杂 乱效果越好，但是超过一定范围会破坏纤维，造成产品质量下降；产 品面密度可由喂入罗拉速度控制，其精确性很高；回花率随成网速度 提高而提高，这也是高速高产梳理机所需要解决的问题。 在查阅资料和大量实验分析的基础上，本论文提出了梳理机工艺 的优化方案，探讨了梳理机关键部位( d e l t a 杂乱转移部分和s i g m a 多 道夫剥网系统) 的工作机理，并指出了未来高速高产非织造梳理机的 发展趋势和技术难点。 关键词：非织造，梳理，杂乱，水刺，高速高产 a b s t r a c t c a r d i n gi s o n eo ft h e k e yw o r k i n gp r o c e d u r e s i n d r y - m e t h o d n o n w o v e nf a b r i c p r o d u c t i o n a n da l s ot h ec o r eo fw e b f o r m a t i o n t e c h n o l o g y i t sf u n c t i o ni st om a k et h em a t e r i a li n t ow e bw h i c hi sm a d eo f s i n g l ef i b e r sf o rn e x tp r o c e d u r e ss u c ha sc r o s sw e b b i n g ，d i r e c tr e i n f o r c e o ra i r - w e b b i n gs y s t e m i ta f f e c t st h eu n i f o r m i t ya n do r i e n t a t i o no ff i b e r s w h i c hh a sd i r e c ti m p a c to nt h ep e r f o r m a n c ea n du s eo ff i n a ln o n w o v e n p r o d u c t t h r o u g ht h er e s e a r c ho nan e ws t y l en o n w o v e nc a r d i n gm a c h i n ea n d t h ep e r f o r m a n c eo ft h es p u n l a c en o n w o v e np r o d u c t sw h i c hi sm a d eb y i t ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ep r i n c i p l eo ff i b e rr a n d o m ，t h ep r i n c i p l eo f a e r o d y n a m i cs t r i p p i n gs y s t e m ，t h ei m p a c to np r o d u c t sq u a l i t yf r o m c a r d i n gt e c h n i c sa n dt h eb a s i cp e r f o r m a n c eo fs p u n l a c en o n w o v e nf a b r i c t h e i m p a c to fc a r d i n gm a c h i n e o nt h eq u a l i t yo fs p u n l a c en o n w o v e n p r o d u c tc o m e sf r o mt w om a j o ra s p e c t s ：o n ei s t h em e c h a n i c a lr e a s o n ， s u c ha st h eg a pb e t w e e nr o l l e r s ，t h es p e c i f i c a t i o no fw i r e s ，t h ed e s i g no f e a c hp a r t ，t h en u m b e r ，k i n da n dd i s t r i b u t i n go fr o l l e r se t c t h r o u g ht h e r e s e a r c ho fe a c hp a r t ，e s p e c i a l l yt h ed e l t aa n ds i g m ap a r t s ，w ef i n dt h e d e s i g np r i n c i p l ea n dd e s i g na d v a n t a g e so ft h e m t h eo t h e ri st h ei m p a c t f r o mc a r d i n gt e c h n i c s ，s u c ha st h es p e e do fe a c hr o l l e r , t h es p e e do f p r o d u c t i o nl i n ea n dt h es p e e dr a t i ob e t w e e nt w or o l l e r se t c t h en o w o v c nf a b r i ci sm a d eo ff i b e rw e bw h i c hi st h eb a s i ca s p e c to f 5 n o n w o v e np r o d u c t s o ，b e s i d et h eu n i f o r m i t yr e q u i r e m e n t ，t h ew e b s h o u l dh a v em o r ef i b e r so fr a n d o mo r i e n t a t i o nw h i c hm e a n st h e d i f f e r e n c eo fb r e a k i n gs t r e n g t hi nl e n g t ha n db r e a d t hi ss m a l l b u tt h e f i b e ro r i e n t a t i o ni nt h ew e bw h i c hi sm a d eb yn o r m a lc a r d i n gm a c h i n e si s n o r m a l l yc o i n c i d e n t s o ，i tn e e d st of i n dc e r t a i ns o l u t i o n st or a n d o m i z e f i b e r si nw e ba n dm a k ew e bh a v i n gm o r ef i b e r so fr a n d o mo r i e n t a t i o n t h i sc a r d i n gm a c h i n ec o n t a i n sac e r t a i nn u m b e ro fr a n d o mp a r t sw h i c h c a nc h a n g e dt h ef i b e ro r i e n t a t i o na n dt h et r i a n g l er a n d o m i z i n ga r e ai st h e k e yp o i n tt om a k es u c hac h a n g e a c c o r d i n gt o a g r e a tq u a n t i t y o fd a t aw h i c hw a sg e t t i n gf r o m p r o d u c t i o n ，t h i sp a p e rp r e s e n t s t h er e s e a r c h e so nt h ep r o p e r t i e so f s p u n l a c en o n w o v e nf a b r i c sa n dt h ei n f l u e n c e so fc a r d i n ga n ds p u n l a c e t e c h n i c so nt h e m b a s e do nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e st e s t i n ga n da n a l y z i n g o fs p u n l a c en o n w o v e nf a b r i cw i t hd i f f e r e n tk i n d so ff i b e r sa n df a b r i c w e i g h t s ，i tr e s u l t s8 8f o l l o w s ：t h ek i n do ff i b e r sp r o d u c e sab i ge f f e c to n f a b r i c s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；t os p u n l a c en o n w o v e nf a b r i c s ，t h eb i g g e r t h ew e i g h ti s ，t h es t r o n g e rt h es t r e n g t hi s ，a sw e l la si t ss t r e n g t hr a t i oi n l e n g t ha n db r e a d t h ；t h ee n t a n g l e m e n tc o e f f i c i e n ti su pw h e nt h ew e i g h to f w e bi su pu n t i lac e r t a i nd e g r e e ；t h ee f f e c to ff i b e rr a n d o m i z a t i o ni s i m p r o v e dw h e nt h es p e e do fr a n d o mr o l l e ri su pu n t i lc e r t a i ns p e e d ；t h e w e i g h tc a l lb ea c c u r a t e l yc o n t r o l l e db ya d j u s t i n gt h es p e e do ff e e d i n g r o l l e r ；t h ef a c tt h a tt h eh i g h e rp r o d u c t i o ns p e e dt h em o r ef l y i n gi sa l s oa n 6 p r o b l e mn e e d e dt ob es o l v e d i n h i g h - y i e l da n dh ig hs p e e dc a r d i n g m a c h i n e b a s e do nal o to fe x p e r i m e n t sa n da n a l y s i s ，t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r d ap l a ni no p t i m i z i n gc a r d i n gt e c h n i c s ，d i s c u s s e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f c r i t i c a lp o s i t i o n so nt h i sc a r d i n gm a c h i n e ( d e l t ar a n d o m t r a n s f e rs y s t e m a n ds i g m am u l t i - d o f f e rs t r i p p i n gs y s t e m ) a n da l s o p o i n t s o u tt h e d e v e l o p i n gt r e n da n dt e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so fh i g h s p e e da n dh i g h - y i e l d n o n w o v c n c a r d i n gm a c h i n ei nf u t u r e 木枣木( t e x t i l em a t e r i a la n dt e x t i l e sd e s i g n ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o r 木木木 k e yw o r d s ：n o n w o v e n ，c a r d i n g ，r a n d o m ，s p u n l a c e ，h i g h - s p e e da n d h i g h - y i e l d 7 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 坪 h v 么刃 烫佣 名 月 签 者 u l 懈 年 文 旷 敝 缈 位 期 学 r r t 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 榉肝 学位论文作者签名： 蔓凯娣 f 日期：孵年f j 弓t 2e l 2 指导教师签名： 鼽仲l 日期：孵年月肜日 第一章前言 第一节水刺非织造的发展背景 非织造布( n o n v 剐神又称不织布或无纺布，它是以纤维为原料，制成纤维网， 经过化学或物理方法( 如粘合、熔合或其他机械方法等) 加工而成的纤维网状结构 纺织品，简言之，非织造布就是不经过传统的纺纱、机织、针织所制成的布。非 织造材料是跨四种柔性材料生产系统的一个技术含量高、市场需求面广、涉及范 围宽、超乎想象、无限发展的现代新型材料产业。世界上设有其他任何一种类似 布结构的材料能像非织造布那样集各种性能于一身，适应如此众多的最终用品的 需求。非织造布不仅已在相当多的最终用品中替代了其他材料，成为主要市场中 的标准材料，而且在许多新产品开发中也作为首选材料。非织造工业以惊人的发 展速度被誉为纺织界“朝阳工业”，如图( 1 1 ) ，显示了全球非织造产品发展情况。 作为相对新兴的工业，非织造布业虽然只有5 0 年左右的历史，然而在2 0 0 4 非织造布全球产量已达4 5 0 万吨，产值相当于1 5 0 亿美元，该产业已成为全球的 主导产业。i n d a 推测中国大陆的非织造布业到2 0 0 9 年其年增长率在1 0 - - - 1 5 之间，产量将有可能超过1 0 0 万吨，几乎等于北美( 美国和加拿大) 的非织造布产 量。在这个发展过程中，水刺非织造布必将占据举足轻重的地位。图( 1 2 ) 所示为 2 0 0 2 0 0 4 年欧洲干法成网水刺非织造产品的情况，图( 1 3 ) 所示为全球范围内水 刺产品的情况【l 】。 高压水流应用于工业领域已经有很久的历史了，例如高压水刺切割，高压清 洗等 2 1 。由于纤维易弯曲以及在外力下易改变位置状态的特性，水刺法应用于非 织造生产便随之产生。水刺法非织造布生产工艺是非织造布工业领域中发展最快 且潜力最大的一种生产工艺技术，因其产品具有优良的悬垂性、柔软的手感、类 似传统纺织品的外观和性能而受到人们的青睐，被广泛应用到医疗卫生、合成革 基布、过滤材料、复合材料、家用擦拭布等各个领域。 图1 1 全球非织造产品产量 1 6 1 4 i o1 2 8 l o 茫 s i 6 4 2 v 2 0 0 0 2 l2 口2 0 0 32 0 0 4 第二节干法成网水刺非织造材料工艺的发展 2 1 干法成网技术的介绍 非织造布成网的方法主要分为三大类，即干法、湿法和聚合物挤压直接成网 法。在各种成网方法中，干法应用最早，目前产量仍占6 0 左右，它的最大的优 点就是应用范围广、投资小。棉纤维成网工艺属短纤维干法成网，也称之为干法 成网技术。干法成网技术是干法非织造技术的重要组成部分，也是制约整个生产 速度迸一步提高的关键因素之一。目前，干法成网的高速梳理机最大工作幅宽为 5 m ，道夫出网速度已达3 0 0 m m i n ，甚至4 0 0 r e r a i n ，最小可梳理纤维纤度在1 1 d t e x 以下。机械交叉铺网技术的发展将提高成网的均匀度和控制纤维的定向度【4 】。 非织造材料生产的工艺流程通常为：纤维原料一成网前处理一成网一加固一 后处理一成卷。纤网质量如单位面积质量偏差，不匀率，纤维的配比、配色以及 纤维的排列方向等，直接影响非织造材料的外观和性能。纤网缺陷在后加工过程 中无法加以弥补，有时反而扩大和暴露。因此，成网技术是非织造材料生产技术 中的关键之一。干法成网的准备工序主要包括纤维的混和、开清和施加油剂。棉 型水刺非织造工艺典型成网工艺流程：往复抓棉机一桥式吸铁一输棉风机一二路 气配一凝棉器一自动称量机一喂棉称量机一混棉帘子开松机一多仓混棉机一输 棉风机一中间喂棉机一锯齿辊筒开棉机一输棉风机一气流棉箱喂棉机一梳理机 一铺网机一牵伸机，棉纤维的成网性能受到各种因素的影响。近年来成网技术迅 速发展，如n s c 集团推出了p r o d y n 自动成网控制系统，它使用终端计算机扫描 纤网，及时反馈，自动调整装置，可使最终产品c v 值小于1 。 2 2 水刺技术介绍 水刺法( s p u n l a c , ep r o c e s s i n g ) 非织造生产工艺是一种新型的非织造材料加工 技术，水刺工艺也被称为射流喷网( j e te n t a n g l e m e n t ) 或水力缠结工艺( w a t e r e n t a n g k 奠n e n t ) 。水刺法与针齿法相似，但相比较而言，水刺非织造材料是一种柔 性加固缠绕结构，针齿加固则较为刚性。水刺法非织造布具有优良的悬垂性和柔 软的手感，其性能和外观相似于传统的针织物和纱布织物。该技术可应用于各种 天然纤维和化学纤维原料，产品强度高，无需或少用粘合剂，吸湿性和透气性好， 不易起毛，广泛应用于各种领域。 水刺工艺加固效率取决于每个水刺头的压力，水针片类型，水刺头作用距离， 水过滤效率，帘子与转鼓的规格，网运动速度等参数。水刺工艺主要由纤维网成 网系统，水循环过滤系统，射流喷网系统和干燥卷绕系统等四大部分组成。水刺 能量对加固效果影响较大，每个水刺头应用于纤维网上的能量可通过公式计算而 得，由此可考测能量对水刺非织造材料性能的影响。 水刺法加固工艺流程一般为： 纤维网一预湿一正反水刺一后整理一烘燥一卷绕 tt 水处理循环 经成形的纤网送入水刺机加固，首先是预加湿处理。经预湿的纤网进入水刺 区，水刺头喷水板的喷水孔喷射出多股微细水射流，垂直射向纤网。高压水流从 水刺头射在纤维网上，经过抽吸风机抽至汽水分离器，然后进入砂过滤器，再进 入袋式过滤器，再进入“警察”或精密过滤器，再经过高压泵打出进入水刺头形成 水循环。砂过滤器是利用带有空气的水进行气浮，使固体物质浮于表面而被旋转 勺移去。其中可加入絮凝剂和助凝剂。砂子可用来拦截固体微粒，每经过一段时 间要进行反冲洗【5 。水刺加固方式主要有平网水刺加固、转鼓水刺加固和转鼓 与平网相结合的水刺加固三种形式。 水刺技术近年来取得了很大的发展，如进一步降低能耗、利用水刺鼓代替输 网帘、喷头设计优化、关键部件的使用寿命加长如水针板、改善水过滤系统等。 水刺设备制造商f l e i s s n e r 公司对水刺头优化设计，采用连续狭缝式代替钻孔式， 以使水刺头内腔不产生紊流。这样能大幅度降低能耗和保持好的缠结效果。r i e t e r p e r f o j e t 公司设计了滚筒和m p a 套筒( 不规则分布微孔套筒专利) 。m p a 利用了穿 过纤网又被套筒反射的喷射水流。其空隙率以8 为佳，而且要随机分布，以免 产生针痕。而滚筒为了获得较好的抽吸，r i e t e r 公司采用蜂窝孔，开孔率可达 9 5 7 1 。 第三节高速非织造梳理机发展背景和工艺介绍。 3 1 梳理机种类和举例 梳理机种类很多，有单锡林、双锡林、罗拉一锡林式，盖板一锡林式、单道 夫，双道夫，带或不带凝聚辊、杂乱辊等。就其主梳理而言，可分为盖板一锡林 式和罗拉锡林式两大类。 非织造布发展的初级阶段，梳理是采用棉、毛纺行业中原有的盖板式梳理机 和罗拉梳理机经改进后来完成的。梳理机出来的薄网供铺叠成网或直接进行纤网 固结。但这种梳理机门幅窄、产量低、成网质量差，产品品种也较单一。近年来 盖板梳理机在非织造布生产中已基本不采用，故在非织造布生产中罗拉梳理机占 多数。梳理机的工作幅宽发展趋势是越来越大，例如h o l l i n g s w o r t h o nw h e e l s 公 司的梳理机，其幅宽已由2 2 m 增大到4 m ，s p i n b e a u 公司的梳理机工作幅宽甚至 达到5 米。产量的发展趋势也是越来越高，例如n s c 公司的梳理机经过改进后 产量已经由原来的1 0 0 k g 1 v m 增加到4 0 0 k g h m 以上 罗拉锡林式梳理机( 如图) 按配置的锡林数，道夫数，梳理罗拉，针布的不 同以及带或不带凝聚辊或杂乱辊等可分成很多种类。通过变换梳理罗拉和针布的 配置，可使其加工长度为3 8 2 0 3 m m 、纤度为1 1 , - , 5 5 d t e x 的短纤维。 在罗拉一锡林式梳理机中，梳理是产生于工作辊和锡林的针面间的，剥取辊 的作用是将梳理过程中凝聚在工作辊上的纤维剥取下来，再转移回锡林，以供下 一个梳理单元梳理，由剥取辊、工作辊和锡林组成的单元也称为梳理单元或梳理 环( 图1 4 ) ，通常在一个大锡林上最多可配置5 6 对工作辊和剥取辊，形成5 6 个梳理单元，对纤维进行反复梳理。 图l 一4 梳理单元 罗拉锡林式梳理机构的特点是：0 ) t f f n 线少，仅2 “条；( 2 ) 属间歇式梳 理，对长纤维损伤少；( 3 ) 基本上没有短纤维排出，有助于降低成本：( 4 ) 罗拉梳 理主要是利用i 作辊对纤维的分梳、凝聚与剥取辊的剥取、返叫，对纤维产生分 梳和混合作用，产量很高。 罗拉锡林梳理机的萆本配置f 如i 冬| l 一5 1 所示： 5 ( a ) l - 喂八罗拉2 剌辊3 胸锡林4 剥取辊 5 _ i 。作辊6 - 土锡林7 道人8 曲j 棉罗拉9 一转移辊 誉 ( b ) 图i - 5 罗拉锅林梳理机 山喂入罗拉1 、刺辊2 、胸锡林3 、4 - 锡林6 、t 作辊5 、剥取辊4 、道夫7 和斩刀或剥棉罗拉8 组成，到晟终输出纤网。其各工作元件上的针布配置类似于 开松混和装嚣卜的开松元件从前到后针布的密度配置也是“前疏后密”，针布 溺积2 的粗细配置为“前粗后细”，以满足梳理过程中彻底分梳又尽量减少纤维损伤的 要求。通常非织造梳理机锡林齿密为每2 5 4 m mx2 5 4 m m 面积上2 5 0 齿- - 4 0 0 齿， 道夫为2 0 0 齿, - , 3 0 0 齿【引。 另外，对于非织造工艺，其梳理后形成的是连续的片状纤网，再经直接加固 或者交叉铺网后加固形成非织造布。因此，它的梳理系统与传统棉纺梳理机有着 很大的区别，除了要保证纤维的分梳度较好之外，还需要尽量使得纤网中纤维有 一个杂乱的排列，这样才能加固保证所制成非织造布的纵横向差异较小。所以， 对于现代非织造梳理机而言，除了保留传统棉纺梳理机的基本分梳部件之外，还 增加了例如凝聚辊、杂乱辊等部件，来改变纤网中纤维的排列分布，形成杂乱的 纤维网。这方面是未来高速非织造梳理机发展的一个重要方向，也是本研究课题 需要重点讨论的方面，将在后面章节做详细介绍。 4 1 主要内容 第四节研究的主要内容和意义 4 1 1 高速高产非织造梳理机的基本结构和工艺特点 1 梳理基本原理和本实验设计生产线流程及各机器工作原理。 2 d e l t a - s i g m a 高速高产非织造梳理机的各个主要组成部分特点，机构分析。 3 d e l t a - s i g m a 高速高产非织造梳理机针布和隔距工艺特点。 4 1 2 梳理机杂乱部件工艺研究及对产品性能影响 1 凝聚辊和杂乱辊杂乱原理分析。 2 杂乱辊杂乱三角区气流模拟及纤维杂乱过程分析。 3 梳理杂乱辊转速对纤网力学性能的影响。 4 采用高速杂乱辊的梳理机和其他梳理机对纤维杂乱效果的比较。 4 1 3 梳理机空气动力剥棉部件工艺研究及对产品性能影响 1 剥网系统机构设计和原理。 2 剥网系统剥网受力分析及影响因素。 4 1 2 水刺非织造布的性能 1 实验制得水刺非织造布力学性能。 2 缠结系数以及影响它的因素。 3 梳理成网速度对纤网力学性能的影响。 4 水刺工艺对产品质量影响。 5 原料对工艺以及产品影响。 6 对非织造布物理性能的正交实验分析。 4 2 本课题研究意义 对于当今非织造领域的梳理机，其成网质量已经不是梳理机唯一的发展方 向。在保证产品质量稳步提高的同时，追求梳理机的高产高速已经成为非织造梳 理机的另一个重要发展方向。本文将通过研究全球最新型的一款高速高产非织造 梳理机，并结合其生产加固后的水刺非织造布产品，从结构、工艺和产品三个方 面来研究，探讨高速高产梳理机的结构特点、工艺特点以及其对产品质量如何影 响。此研究有助于开发我国高速梳理水刺工艺，了解梳理参数对最终产品性能的 影响，并正确的指导产业化生产。通过理论研究与实际工程相结合，提出相关非 织造成网工艺理论、高速梳理机结构特点和成网机构对成网工艺的影响因素等， 对水刺产品性能的提高和我国高产梳理机的研究与开发有重要意义。 参考文献 【l 】钟毅，全球水刺非织造布的发展趋势，国际纺织导报，2 0 0 6 年，第5 期，3 4 页。 【2 】h u a n gg u ，i n v e s t i g a t i o no nw a t e rj e tt r e a t e dp o l y e s t e r c o t t o nb l e n d e dc a m b r c ，j o u r n a lo fd o n g h u a u n i v e r s i t y ( e n g e d ) ，2 0 0 4 ( 1 ) ：1 0 4 1 0 8 【3 】靳向煜，中国水刺非织造布现状，产业用纺织品，2 0 0 2 年，第7 期，4 1 页。 【4 】柯勤飞、靳向煜、王新元，干法非织造材料的现状与发展， 亚洲非织造材料一中国论坛，2 0 0 2 ，上海 论文集，7 9 8 5 页。 【5 】k w id a f f is a n df i l t e rm a n u a l 【6 】f l e i s s n e ra q u a j e ts y s t e mm a n u a l 【7 】x i a o y uk a n g ，t h eo v e r v i e wo fs p u l a c er i e t e rp e r f o j e t ，t h e9 t hs h a n g h a ii n t e r n a t i o n a ln o n w o v e a s c o n f e r e a c ep a p e r s ，2 0 0 1 ，3 6 1 - 3 6 6 【8 】柯勤飞、靳向煜，非织造学 ，东华大学出版社，2 0 0 4 年，上海延安西路1 8 8 2 号，5 2 5 8 页 - 9 1 1 梳理的定义 第二章基本原理和工艺流程 第一节梳理的定义和作用 梳理是干法非织造材料的成网生产中的一道关键工序，是短纤维干法成网技 术的核心。梳理将开松混合的筵棉梳理成单纤维组成的薄纤网，供铺叠成网，或 经杂乱部件杂乱后直接进行纤网加固，或经气流成网，可制备呈三维杂乱排列的 纤网。 1 2 梳理的作用 非织造生产中纤维原料的梳理是通过梳理机构来实现的，梳理机的作用根据 梳理机的设计、原料以及产品要求不同而不同，但是总体上来说有这么几大作用： ( 1 ) 分梳混合的纤维原料，使之成为单纤维状态； ( 2 ) 纤维原料中各种纤维成分进一步均匀混合； ( 3 ) 进一步清除原料中的杂质、短纤维； ( 4 ) 使纤维平行伸直( 交叉铺网) 、凝聚成网或杂乱排列成网( 直接成网) 1 。 第二节梳理工艺的机理 在梳理机上，两针面间有三种类型的基本作用，即分梳作用、剥取作用和提 升作用。无论产生任何作用，都必须满足以下三个基本条件：第一，两针面间要 有效小的隔距；第二，两针面都要有一定的针齿密度；第三，两针面间要有相对 运动。梳理工艺的机理主要有以下几个方面： l 分梳作用 如果两个足够靠近的针齿面呈平行配置，两个针齿面同向运动，且有一定的 速度差异l ) ，那么存在于这两个针齿表面之间的部分纤维会被分梳，还有 部分纤维会被凝聚在速度较慢的针齿上，而且每一个针齿表面都会带走一部分纤 维，这就是纤维的分梳和剥取过程。在这个过程中，纤维被分梳和凝聚，如图( 2 1 ) 中( 1 ) 所示。同样，图( 2 1 ) 中( 2 ) 和( 3 ) 所示的针面运动，也都产生分梳作用。 兮牮2 v 2 - - o 2 歹2 歹2 歹 垒。垒。垒 v 1 ( 1 ) v i ( 2 ) v l ( 3 ) ( 1 ) 同向运动( v l v 9( 2 ) 楣向运动( 3 ) 针面2 静止 图2 1纤维的分梳作用示意图 因此，分梳作用是在两个针面上针齿平行配置，即针齿的倾斜方向一致，彼 此以本身的针尖迎着对方的针尖做相对运动而获得的，而这种配置方式在梳理机 上被普遍采用。 2 剥取作用 如果两个足够靠近的针齿面呈交叉配置，且1 、2 两个针齿面按照它们各自的 针齿方向互为同向运动，如图( 2 - 2 ) 中( 1 ) 所示。其中v 1 v 2 ，那么存在于这两个针 齿表面之间的纤维将会从运行速度较慢的那个针面2 传送到运行速度转快的针面 l 上，这就是纤维的剥取过程。同样，同样，图( 2 - 2 ) 中( 2 ) 和( 3 ) 所示的针面运动， 也都产生剥取作用。 2 v i ( 1 ) 2 v l ( 2 ) 专 v i ( 1 ) 同向运动t v 2 )( 2 ) 相向运动 v i ) 图2 - 2纤维的剥取作用示意图 因此，产生剥取的条件是：两个针面上的针齿呈交叉配置，一个针面的针尖 从另一个针面的针背越过，则前一针面从后一针面上剥取纤维。 3 提升作用 如果两个足够靠近的针齿面呈平行配置，两个针齿面同向运动，而针面1 原 来带有纤维。两个针面有一定的速度差异( v 2 v 1 ) ，针面1 上的纤维会向针尖方向 移动，而针面2 没有抓取纤维的能力，它只是将纤维提升到针面l 的表面，纤维仍 然随针面1 运动，这就是纤维的提升过程，如图( 2 3 ) 。 i 吟 - - - - v t v i v 2 2 图2 3 纤维的提升作用示意图 因此，两个针面问产生提升作用的条件是：两个针面上的针齿呈平行配置， 彼此以针背迎着对方针背做相对运动。采用提升配置的两个针面都不具有握持纤 维的能力【2 】。 第三节水剌非织造工艺流程 3 1 本课题的工艺设计流程 为了研究本梳理机成网效果，必须通过对梳理后加固产品的性能加以测试。 本实验采用的生产线是对梳理机配备相应的开松、水刺加固、烘干、卷绕等相应 的配套设备，生产出的产品为薄型水刺非织造布，其工艺流程如下： 原料一开松系统一气压棉箱一梳理机一水刺机( 配备相应的水过滤系统) 一烘 干机一卷绕机 3 2 本实验流程设备详述 3 2 1 开松系统 本实验所采用的是德国t e m a f a 混合开松设各。原料通过= 个喂料装置l 喂 入，喂料装簧1 对原料进行粗开松后，通过自称重装置将不同的原料按照一定的 重晕比例投f 至输送长帘7 上进行初期混合。然后纤维原料由输送长帘送至卧式 精开松后进入大仓混棉箱4 。大仓混面箱采用典型的“横铺直取”方法，使纤维 获得均匀的混合。并配有油水自动施加装冠3 和金属探测器5 。开松混合后的纤 维由气流输送至气压棉箱喂入系统( 如图2 - 4 ) 。 嚷料装置2 咧棉箱 油荆施加装置 大仓混棉箱5 - 金属撵女i 器b 同棉管道7 一输送长审 幽2 4歼松混合装置 混合开松良好的纤维是后道高速、优质牛产的重要前提。混合与开松处理丁 序要根据纤维特性及对混合开松的要求，考虑混合开松道数、工作元件的调整参 数( 如元件的隔距、相对速度) 等，保证纤维混合均匀、开松充分井避免过剩开纤。 过剩开纤是梳理过程产生棉结的主要原因之一。 本实验采用三个喂料装置，这是因为在实验设计中，要制得不同纤维配比的 纤网( 例如：5 0 涤纶5 0 粘胶纤维配比的纤网) ，采用多个喂料装置可以将不l 可 的纤维在不同的喂料装置定量投至输送长帘达到均匀混合的作用。 不同的原料，在生产过程中产生的负面影响是不样的。对丁一些化学纤维， 在开松、梳理过程中静电问题严重，所以在开松工序中配有油水自动施加装置3 ， 可施加抗静电剂、水等适当的油剂来解决。如何合理选择抗静电助剂，应充分考 虑纤维的特性。 3 2 2 气压式喂入系统 纤维原料经开松后，要通过一喂入系统来为后道梳理加工供应原料。为了保 证连续、均匀、精确地喂入纤维簇，要保证喂入系统的均匀稳定性。对于纤维成 网来说，均衡、稳定地供给筵棉对纤网的质量至关重要。 l 储料槽2 给棉罗拉3 - 开松罗拉4 - 喂槽5 - 压缩空气导出辊6 一导网板7 - 输出罗拉 8 回风管9 开松罗拉驱动电机l o 压缩空气分配系统1 1 压缩空气系统1 2 吸尘管 图2 5气压式精确喂棉机 本实验所采用的是特国t r u t z s c h l e r 公司的气压棉箱喂入装置( 如图2 5 ) ，纤 维在气流作用下进入棉箱储料槽1 ，气流可从槽壁上的网孔逸出到过滤器。储料 槽底部装有锯齿给棉罗拉2 及给棉板，原料在给棉罗拉及给棉板的握持下，由开 松罗拉3 开松成细小均匀的纤维簇进入喂槽4 ；与此同时，由压缩风机1 1 吹出 的压缩空气也进入喂槽4 ，使纤维原料形成密实而均匀的筵棉，由一对输出罗拉 7 经导网板6 输出【3 1 。 3 2 3 梳理系统 本实验采用的是德国d i l o 公司的d e l t a = s i g m a 型高速高产非织造梳理机，也 是本研究课题重点研究的方面，其具体机构介绍以及工作原理参见第三、四章。 3 2 4 水刺系统 水刺加固原理 经过高速非织造梳理机梳理后的纤维，形成了连续均匀的纤维网。纤维网中 的纤维按照一定的杂乱度各向排列，但是纤维之间的缠结很少，纤网基本上没有 什么力学性能。因此，需要通过加固装置对其加固，使得纤维之间互相缠结，形 成有一定力学性能连续的纤维面，也就是所谓的非织造布。加固的方法有很多， 如针齿、水刺、热轧等，本实验采用水刺加固方式。 水刺法工艺技术路线主要由纤维成网系统，水刺加固系统，水循环及过滤系 统，干燥系统等四大部分组成。用于水刺加固的纤网可以是干法成网、聚合物纺 丝成网、浆粕气流成网、湿法成网，也可以将上述几种成网进行组合，然后经水 刺加固成形。 水刺加固属于机械加固。依靠高压水，经过水刺头中的喷水板，形成微细的 高压水针射流对拖网帘或转鼓上运动的纤网进行连续喷射，在水针直接冲击力和 反射水流作用力的双重作用下，纤网中的纤维发生位移、穿插、相互缠结抱合， 形成无数个机械结合，从而使纤网得到加固。水针通常垂直于纤网方向进行喷射， 因垂直喷射可最大程度地利用水喷射能量，同时不破坏纤网外观结构。水针使纤 网中一部分表层纤维发生位移，相对垂直朝网底运动，当水针穿透纤网后，受到 托网帘( 转鼓) 对高压水流的反弹，以不同的方位散射到纤网的反面。图( 2 6 ) 为水 刺加固原理图和机器照片。水刺头下方配置真空抽吸水装置( 箱) ，利用负压作用， 将托网帘下或转鼓上的水经孔眼迅速吸入水箱内腔，然后被抽至水气分离器处 理，进入水处理系统【4 1 。 针作用距离 图2 - 6水刺加固原理图 本实验采用的是转鼓与平网结合的水刺加固方式，如图( 2 7 ) 。水刺机结构简 洁小巧，适合加工薄型产品。其结构包括平网式水刺和转鼓式水刺，每一个水刺 头下都有一真空脱水箱或脱水转鼓，通过鼓风机抽吸脱水至水气分离器，以经过 过滤系统进行水循环。 l 。赖湿转鼓2 预湿水刺头 3 - 预刺水刺头4 一反刺水刺头5 一正刺水刺头 6 1 号抽吸转鼓 7 - 2 号抽吸转鼓8 一网帘调节装置 9 - 真空脱水箱1 0 网帘张力调节 1 1 真空脱水槽 图2 - 7 实验用水刺机结构简图 实验水刺机加固流程为： 输理机输入一预湿转鼓水刺预湿一第二水刺头正面水刺一第三水刺 头反面水刺一第四水刺头反面水刺或第五水刺头正面水刺一第六水刺头正面 水刺一真空脱水槽一烘干机 水刺生产线的预湿装置为转鼓式预湿装置，该装置可减少纤网在预湿过程中 产生意外的位移，有效地压缩蓬松纤网输入预湿区。水刺机中转鼓式水刺头沿着 转鼓圆周排列，转鼓表面开有随机排列或有规律排列的微孔，转鼓内胆对应每个 水刺头装有各自固定的悬臂式真空脱水器。输送网帘金属套套在真空脱水器的外 面并随着转鼓而转，纤网接受呈圆周式排列的水刺头的水针喷射能量。纤网吸附 在转鼓上，转鼓呈圆周运动而不存在跑偏现象，有助于高速生产。同时纤网呈圆 弧状弯曲，形成外周体积密度较小，内周体积密度较大的结构，有助于水针穿透， 有效缠结纤维。 水处理系统 国内现有水刺生产线的水处理系统大同小异，在有些水处理系统中又加入了 气悬浮和砂过滤工序，使得过滤效果更佳。本实验生产线水处理系统流程如下： 水刺头一气水分离器一污水箱一气浮过滤一沙过滤 t 上 芯式过滤一高压水泵- 清水箱一袋式过滤器一精密过滤器 烘干机机构及原理 由于水刺加固是采用高压水针射流对纤网进行加固，因此加固后的纤网含有 大量的水分，对于水刺后的非织造布需要进行烘干，排除水分。 本实验采用的是热风穿透式烘燥机，如图( 2 8 ) ，装置将干、湿区分离，排湿 性能好，干燥效率高。水刺非织造纤网包覆在圆鼓上方的筛网上，热气流自外向 里穿透。加热方式采用导热油加热。设计女包覆角度为1 8 0 。，进一步提高烘燥 面积，产品柔软。 l ，2 ，3 - 烘燥转鼓4 - 安全门5 捧气风机每湿的水刺布7 - 干燥后的水刺布 图2 8 热风穿透式烘干机全貌 经过水刺加固后的湿的非织造布6 通过喂入罗拉从烘干机的喂入口喂入，布 紧贴带网孔的转鼓表面，正反面交替经过三个转鼓，成s 型运行方式，提高了加 热效率。转鼓后端安有高速循环风机使得烘箱中的热空气在内部循环流动，通过 带网孔的转鼓时带走布面上的水分来实现烘干作用。内部空气温度通过高温导热 油加热，并配有控制系统保持烘箱温度的稳定。转鼓内部装有挡板，使得热空气 只能从有布面的那部分穿过网孔，提高了加热效率。整个空气循环路线是( 如图 2 9 1 ： 热油加热管道一干热空气一隔板一水刺非织造布一湿热空气一转