（机械工程专业论文）针刺非织造高速杂乱梳理成网工艺的探讨.pdf

学位论文的主要创新点 一、对高速杂乱非织造布梳理机的结构与性能特点以及杂乱成网工艺 技术进行了详细的研究，特别是杂乱部件对产品性能的影晌。对杂乱 机构进行原理分析及改进，杂乱三角区气流模拟及纤维杂乱过程分 析，改善三角区气流来提高杂乱效率，对纤网起到很好的杂乱效果， 更好地改善产品质量。 二、对梳理机的成网工艺方案进行优化，对原料不同面密度的针刺非 织造布做基本的性能测试和分析，合理的控制成网面密度，改进缠结 系数，生产线速度对固结速度的影晌，均匀度的分析、降低回花率等， 提高纤网质量。 摘要 随着非织造布技术的不断发展，专用梳理机在结构、功能和性能上发生了显 著的变化。非织造布梳理机对纤维的分梳和成网效果已摆在了重要的位置。 本文通过研究一款新型非织造高速梳理机，通过此梳理机铺网生产出的针刺 产品的性能，来探讨非织造梳理机杂乱机理、梳理机工艺对产品质量的影响以及 针刺非织造布的基本特性。梳理机对针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。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。 高速杂乱非织造布梳理机的结构与性能特点以及杂乱成网工艺技术，是研究 的主要方向。通过研究各个部件机构，特别是高速杂乱部分的机构，找出设计原 理，找出设计优点。 本课题通过分析实际生产中的数据，研究针刺非织造布的多方面性能以及梳 理工艺对这些性能的影响。对针刺非织造布做基本的性能测试和分析，在查阅资 料和实验分析的基础上，提出了梳理机工艺的优化方案，探讨了梳理机关键部位 ( 杂乱转移部分) 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，针布，杂乱，针刺，高速高产 a b s t r a c t w i t ht h eu n c e a s i n gd e v e l o p m e n to fn o n w o v e nt e c h n o l o g y , g r e a tc h a n g eh a sb e e n t a k i n gp l a c et ot h es t r u c t u r ea n dc a p a b i l i t yo ft h es p e c i a lc a r d i n gm a c h i n e c a r d i n g a b i l i t yt of i b e r sa n dt h ew e be f f e c to fn o n w o v e nc a r d i n gm a c h i n eh a v eb e e np l a c e da i m p o r t a n tp o s i t i o n t h r o u g ht h er e s e a r c ho na n e ws t y l en o n w o v e nh i g h s p e e dc 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 en e e d l ep u n c h e dn o n w o v e np r o d u c t sw h i c hi sm a d eb yi t ，t h i s p 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 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 fn e e d l ep u n c h e d n 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 fn e e d l ep u n c h e dn o n w o v e np r o d u c tc o m e s f r o mt w om a j o ra s p e c t s ：o n ei st 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 n r 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 fe a c hp a r t ，t h en u m b e r ，k i n da n d d i s t r i b u t i n go fr o l l e r se t c t h eo t h e ri st h ei m p a c tf r o mc a r d i n gt e c h n i c s ，s u c ha st h e s p e e do fe a c hr o l l e r , t h es p e e do fp 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 o r o l l e r se t c t h ep a r t sa n dp e r f o r m a n c eo fh i g h - s p e e dc a r d i n gm a c h i n ea n dt e c h n o l o g yo f a d h e s i v e - b o n d e df a b r i cw e ba r et h em a i nr e s e a r c hd i r e c t i o n t h r o u g ht h er e s e a r c ho f e a c hp a r t , e s p e c i a l l yt h eh i g h s p e e da n dh i g h y i e l dp a r t s ，w ef i n dt h ed e s i g np r i n c i p l e a n dd e s i g na d v a n t a g e so f t h e m a c c o r d i n gt o d a t aw h i c hw a sg e t t i n gf r o mr o d u c t i o n ，t h i sp a p e rr e s e n t st h e r e s e a r c h e so nt h ep r o p e r t i e so fn e e d l ep u n c h e dn o n w o v e nf a b r i e sa n dt h ei n f l u e n c e s o fc a r d i n ga n dn e e d l ep u n c h e dt e c h n i c so nt h e m o 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 d a n a l y z i n go f n e e d l en o n w o v e nf a b r i e ，b a s e do ne 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 r b r i n g sf o r w a r d a p 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 s t h ew o r k i n gp r i n c i p l e o fc 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 e h i n e ( r a n d o m - t r a n s f e rs y s t e m ) a n da l s op o i n t s o u tt h ed 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 e nc a r d i n gm a c h i n ei n f u t u r e k e y w 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 ，n e e d l e ，h i g h s p e e da n dh i g h - y i e l d 目录 第一章绪论1 1 1 课题的意义1 1 2 课题的提出l 1 2 1 针刺非织造的发展状况1 1 2 2 针刺非织造工艺国内外的发展概况2 1 2 3 非织造布梳理设备的发展4 1 2 4 非织造布梳理设备的发展趋势5 1 3 研究的主要内容及意义6 1 3 1 主要内容。6 1 3 2 本课题研究意义6 第二章基本原理和工艺流程7 2 1 梳理的定义和作用7 2 1 1 梳理的定义7 2 1 2 梳理的作用7 2 2 梳理工艺的机理8 2 - 3 针刺非织造工艺流程9 2 3 1 本课题的工艺设计流程9 2 3 2 工艺流程概述l o 第三章b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机结构和功能l3 3 1b g 2 3 2 h a 梳理机主要部件及其功能介绍。1 3 3 2 纤维的转移流程1 4 3 2 1 喂入部分1 4 3 2 2 预梳部分1 4 3 2 3 主锡林部分1 5 3 2 4 杂乱与出网部分l5 3 3 小结1 5 第四章非织造高速杂乱梳理机工艺研究1 7 4 1b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机主要t 艺特点。1 7 4 2 梳理机主要部件针布规格及质量。l7 4 2 1 针布的选用要求1 7 4 2 2 针布的结构和特点1 8 4 2 3 纤维的受力分析2 0 4 2 4 梳理工艺中各单元的要求2 l 4 3 梳理机的隔距配置2 l 4 4 杂乱机构：1 ：艺分析。2 4 4 4 1 杂乱的日的。2 4 4 4 2 杂乱方法2 5 4 4 3 梳理机杂乱方式的改进2 5 4 4 4 杂乱辊的杂乱原理2 8 4 4 5 梳理机杂乱原理分析2 9 4 4 6 高速杂乱辊杂乱原理3 0 4 4 7 杂乱三角区气流模拟及纤维杂乱过程分析3 l 4 4 8 杂乱部件对产品质量影晌3 7 4 5 ，j 、结4 4 第五章针刺非织造布性能测试4 5 5 1 针刺非织造布力学性能的测试结果与分析4 5 5 1 1 拉伸强力和面密度的关系4 5 5 1 2 试验方法和步骤4 5 5 1 3 实验结果和数据分析4 6 5 2 缠结系数4 8 5 2 1 缠结系数的概念与意义4 8 5 2 2 缠结系数与面密度的关系4 8 5 2 3 数据分析4 9 5 2 4 生产线速度对同结速度的影响4 9 5 3 针刺非织造布厚度和均匀度指标的测试5 l 5 3 1 针刺非织造布厚度的测试仪器及方法5 l 5 3 2 测试结果5 l 5 3 3 均匀度测试5 2 5 4 实验总结5 4 第六章总结与展望。5 5 6 1 总结5 5 6 2 展望5 6 参考文献。5 7 攻读学位期间发表论文和参加科研情况5 9 墅定谢。6 l 第一章绪论 1 1 课题的意义 第一章绪论 自2 0 世纪初人类发明非织造布制造原理以来，非织造布在世界范围内获得 了迅速的发展并得以广泛使用。全球无纺布生产主要集中在美国，占世界总量的 4 1 ，西欧占3 0 ，日本占8 ，中国为3 5 ，其它地区为1 7 5 。据测算， 我国非织造布产量占世界产量的7 ，而消耗量是世界总量的2 1 ，市场发展潜 力巨大。 我国非织造布产业虽然起步较晚，但近几年发展迅速，正在缩小与国际先进 水平的差距。随着新工艺、新材料、新的复合技术和深加工技术的发展，具 有新功能和多功能的新产品不断涌现，非织造布应用领域和市场不断地继续扩 大。目前我国非织造布产品多由传统技术和设备生产，缺乏新产品，更缺少功能 性产品的研究与开发。这就要求我们要不断为无纺布行业注入新思维，赢得竞争 和共同发展。 自从非织造布打入纺织品领域后，它一直以惊人的速度增长着幢1 。无论是品 种的变化与增加，还是生产非织造布效率的提高，都为生产非织造布设各厂商带 来了竞争机遇。对于现代非织造梳理机的发展，一方面要求梳理机梳理的纤网质 量越来越好，包括纤网的强力，纤网的均匀度，棉结疵点的含量等，这是质量方 面的要求：另外一方面，非织造布是一种用量很大的纺织品，大部分非织造产品 为“用即弃”型，非织造生产线需要有很高的产量来满足市场需求旧。因此对于 梳理机而言单位时间内输出的非织造纤网的景越大越好，输出的速度越快越好， 这是产量方面的要求。可是这两方面总是形成制约的关系，保证了质量，产量就 很难提高，保证了产量，速度提高了，生产出的产品质量必然会有所下降。如何 寻找质量和产量的平衡点，如何在提高产量的同时保证纤网的质量，也就成了非 织造高速高产梳理机发展的一个关键点。 1 2 课题的提出 1 2 1 针刺非织造的发展状况 针刺法非织造布是目前我国非织造布中最大的品种之一，由于用途广、成本 低、见效快，多年来发展速度一直保持着增长较快的势头。 天津工业大学硕士学位论文 从我国的无纺布供应和需求的变化看，无纺布产量从2 0 0 4 年的1 9 9 2 万吨 增加至2 0 0 6 年的4 2 8 4 万吨，增加1 1 5 0 6 ；进口数量从6 3 1 万吨改变至8 9 0 万吨，增加4 1 0 0 ；出口数量从4 6 0 万吨改变至8 3 0 万吨，增加8 0 4 4 ；表 观需求从2 1 6 3 万吨增加至4 3 4 4 万吨，增加1 0 0 8 1 ；进口单价从3 7 5 9 7 美 元吨改变至3 7 5 6 0 美元吨，减少0 1 0 ；出口单价从2 1 6 5 8 美元吨改变至 2 2 9 2 1 美元吨，增加5 8 3 。无纺布产量和需求增长较快。近5 年来中国无纺 布业产量以年均1 5 以上的增长率增长，总产量现已居亚洲第一位随1 。 全球无纺布产量将持续增长，2 0 0 6 年该产量将扩大到5 6 3 万吨以上。其中 北美、欧洲、中国到2 0 0 6 年底的无纺布产量年增长率为6 2 ；亚太地区可能 会以1 0 7 的年增长率增长。世界的年增长率预计可达7 6 ，按照这样的增长 率发展，全世界尚需投资大约4 0 亿美元，其中投资熔纺法无纺布的比重将达2 l 亿美元，占总投资的半数以上。预计从2 0 0 6 年至现今气流成网法的增长率最高， 达到1 5 以上；其次是纺粘法，其增长率为9 ；梳理成网法和湿法的增长率均 有下降，分别为6 2 和4 6 ，如图( 卜1 ) 所示哺1 。 图1 - 1 全球非织造产品产量 据亚洲非织材料协会( a n f a ) 最近统计数据显示，在亚洲四大非织造材料生产 国中，针刺仍然占非织造材料总产量的2 5 6 ，位居第二位。在韩国，针刺非 织造产品占到了3 5 7 。相对非织造产品总体增长率5 0 来说，日本的针刺产 品年增长率为2 7 。而台湾针刺产品相对其非织造产品总体增长率2 5 来说， 增长率为3 7 ，高于其平均水平。在中国针刺产品增长率则低于其它产品。 1 2 2 针刺非织造工艺国内外的发展概况 在加固非织造纤网的诸多方法中，针刺通常被认为是一种较传统、较简单的 方法，但它在许多国家的产品中依然占有很大比重，并且随着针刺技术的发展， 2 第一章绪论 产量也有所增加。随着经济的高速发展，纤维的品种和数量都极大丰富，为针刺 产品开拓了广阔的应用市场，极大促进了针刺技术的发展 1 。 1 2 2 1 针刺产品国外的发展概况 尽管世界各国均有生产针刺非织造布的工厂，但在北美、欧洲和亚洲地区最 多。其次在墨西哥、巴西、南非和澳大利亚也有中等规模的针刺市场，且针刺产 能逐年增加，无一例外，凡是汽车制造业发达的地区都有很兴旺的针刺产品市场。 北美地区包括美国和加拿大，是世界最大的独立针刺市场。美国针刺工业大都集 中在南部；其次在新英格兰地区，这里曾是美国针刺业发源地。欧洲是世界针刺 工业发祥地，美国则是投资针刺业最多的国家。尽管单个欧洲诸国的针刺规模都 小于美国，但全东、西欧共有3 7 0 个针刺生产厂，超过美国。日本汽车业使用的 针刺材料相当多，主要是车头衬里和铺地材料等。日本的针刺产品质量堪称世界 第一，韩国和中国台湾的针刺工艺也很发达，这里是世界合成革及其它针刺涂层 产品生产厂最集中的地区。 1 2 2 2 针刺产品国内的发展概况 随着世界非织造布工业的迅猛发展，中国的非织造布工业虽然起步较晚，但 是发展速度却令人振奋。8 0 年代初期，全国的非织造布产量不足一万吨，到2 0 0 1 年年底全国已拥有非织造布企业一千多家，生产线接近二千条，年生产能力估计 已近百万吨。如今已发展成为亚洲第一非织造布生产大国。在全国的2 0 0 0 条非 织造布生产线中，仅针刺法就有8 0 0 1 0 0 0 条，占总量的4 0 5 0 ，其生产能 力已接近五十万吨，是近几年来增幅最大的非织造布产品。目前最大的针刺市场 是在中国，使用的大部分针刺设备、纤维予处理设备及刺针都是中国自产的，随 着外资的大量流入，中国的针刺产品质量也有了极大提高。目前主要产品有针刺 毡毯、铺地材料及简单结构毡类等。 目前世界非织造布机械没有突破性新工艺，各国制造商更重视在即有设备上 不断完善、提高，使非织造布设备在高效、节能、机电一体化方面不断向新的高 度发展。我国非织造布机械产品这几年来在技术水平上有了可喜的进步，设备向 宽幅、高速、机电一体化方向发展，但与国外产品还有一定的差距。 1 2 2 3 针剌工艺中梳理设备的提出 针刺法非织造布前景红火，针刺法在非织造布生产线中所占的比例约2 8 一3 0 ，除了用于常规空气过滤和灰尘控制外，针刺法非织造布的新应用空间正 在被拓展，交通运输、工业擦拭任何非织造法工艺组合或种类组合实际上都 是可能的，这使其特性在理想情况下能适应特殊、更多的应用要求。一些大公司 天津工业大学硕士学位论文 还将其广泛用于工业领域，如：汽车、合成工业和过滤等。 在其实施高质、高速形成非织造布过程中，对于干法化学粘合非织造布来讲， 梳理设备要算是很重要的了，它是形成纤网的设备，纤网又是形成非织造布的基 础。因此，专门应用于非织造布生产的梳理机已将对纤维的分梳和成网效果摆在 同等重要的位置。由于成网效果直接影响到产品的质量和性能，因此如何改善纤 网的均匀度和纤维的分布状态就变得十分重要怕，。 1 2 3 非织造布梳理设备的发展 非织造布用梳理机可分为盖板式梳理机、罗拉式梳理机、新型梳理机，其中 以罗拉式梳理机为主。新型非织造布梳理设备突破传统纺织梳理设备的锡林与道 夫一对一配合使用的固定结构模式，采用罗拉、锡林、道夫的多种组合而达到高 产、高速、梳理均匀的效果。当梳理机配有两个至多个道夫时，现有设备可利用 增加的道夫作为额外的工作辊，因此提供较大程度的灵活性旧1 。 l - 2 3 1 发展概况 非织造布的发展历史只有几十年，非织造布机械大多数都是在传统纺织机械 的基础上发展起来的，而非织造布梳理设备更是将成熟的、先进的棉纺、毛纺梳 理机的结构加以改造，移植到非织造布梳理机上，形成各具特色的系列产品。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。大家在提高梳理 机产量和质量的同时，对输出的纤网结构也提出了更高的要求。随着非织造布行 业的不断发展和专业化，对产品质量的要求也越来越高，多年来世界许多大公司 和厂家都研究和改进生产非织造布的梳理机械，各种形式的专用非织造梳理机相 继问世n 引。 i 2 3 1 梳理工艺简介 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( 图卜2 ) ，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1 。 4 第一章绪论 图卜2 梳理单兀 ( 图卜3 ) 为我厂的双道夫高速杂乱成网梳理机。其工艺流程为n 羽：纤维层 进入喂入罗拉1 后，经刺辊2 、胸锡林3 的初步分梳，由转移辊4 把纤维送至主 分梳区。纤维在主锡林5 、工作罗拉7 之间受到强烈的分梳，剥取罗拉6 将工作 罗拉上的纤维剥取下来并送回主锡林。纤维在主锡林和高速杂乱辊8 、9 之间受 到反向气流作用，使纤维达到一定的杂乱效果，然后经上下道夫1 0 、1 1 凝聚后通 过第一杂乱辊1 2 和第二杂乱辊1 3 的杂乱作用，由剥棉罗拉1 6 剥下，并通过输出 帘1 8 、1 9 输出纤网。 1 喂入罗拉2 刺辊3 胸锡林4 转移辊5 大锡林6 剥取辊7 工作辊8 上杂乱辊 9 下杂乱辊l o 上道夫1 1 下道夫1 2 第一上凝聚辊1 3 第二上凝聚辊 1 4 第一下凝聚辊 1 5 第二下凝聚辊1 6 上剥取罗拉1 7 下剥取罗拉 1 8 上输出帘1 9 输出帘 图卜3 高速杂乱成网梳理机工艺示意图 在新型梳理机上常配有杂乱辊杂乱机构和气流杂乱机构，可根据工艺要求控 制纤网的纤维取向度，因而其速度较原有的提高很多，使生产速度增大。 1 2 4 非织造布梳理设备的发展趋势 近年来，非织造布用梳理机的迅速发展n 引，已经引起人们的广泛瞩目。非织 天津工业大学硕士学位论文 造布梳理设备今后的发展趋势除向高产、高速、高效方面发展以外，还将重视新 工艺、新材料、高新技术的应用，致力于改进关键部件和整体结构的合理化，提 高i j n - r 精度，选用优质配套件，提高其连续性、安全可靠性以及实现联机连锁控 制、微机处理智能化、机电一体化。 1 3 研究的主要内容及意义 1 3 1 主要内容 1 3 1 1 高速杂乱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 b g 2 3 2 h 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 b g 2 3 2 h a 高速梳理机针布和隔距工艺特点。 1 3 1 2 梳理机高速杂乱部件工艺研究及对产品性能影响 1 杂乱辊杂乱和凝聚辊原理分析。 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 高速杂乱部分机构分析以及与其他梳理机对纤维杂乱效果的比较分析。 1 3 1 3 针刺非织造布的性能测试 l - 实验制得针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。 1 3 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针刺非织造布产品，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的影响。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，对针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。 6 第二章基本原理和工艺流程 第二章基本原理和工艺流程 2 1 梳理的定义和作用 2 1 1 梳理的定义 在干法非织造布生产中，无论是针刺、水刺或热轧、热粘合工艺路线，梳理 是关键的加工工序。其作用是将已经开松混合后的纤维束处理成由单纤维组成的 网状薄层，供铺叠成网或直接进行加固使用。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。它把经过纤维准备阶段开 松后的纤维加工为基本上呈单纤维状的薄纤维网u 引。 为了使输出的薄网质量均匀、纤维在薄网中有较好的分离度和伸直度，一般 要求梳理机对所加工的纤维有较好的开松、分解、梳理、混合等作用。 混合与开松处理是将各种成分的纤维原料进行松解，使大的纤维块、纤维团 离解，同时使原料中的各种纤维成分获得均匀的混合。这一处理总的要求是混合 均匀、开松充分并尽量避免损伤纤维。可供混合、开松的设备种类很多，必须结 合纤维密度、纤维长度、含湿量、纤维表面形状等因素来选择混合与开松设备， 设备选定后，还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) 。混合、开松良好的纤维原料是 后道高速、优质生产的重要前提| 1 别。 2 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) 。 7 天津工业大学硕士学位论文 2 2 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。梳理过程有两个基本动作。称为“分梳”和“剥取”。梳理工艺的机理主要 有以下几个方面。 ( 1 ) 如果两个足够靠近的针齿面呈平行配置，两个针刺面同向运动，且有一 定的速度差异( 速度差为5 倍以上) ，那么存在于这两个针齿表面之问的部分纤维 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n 副。在这个过程中，纤维被分 梳和凝聚如图( 2 - 1 ) 所示。 ( 2 ) 如果两个足够靠近的针齿面呈平行配置，且两个针刺面按照它们各自的 针齿方向互为反向运动，那么存在于这两个针齿表面之间的任何纤维都会被梳理 出来，而且每一个针齿表面都会带走一部分纤维，这就是纤维的分梳过程。在这 个过程中，纤维被分梳开来并被拉直如图( 2 - 2 ) 所示，但这个过程对纤维具有破 坏性，所以几乎所有的梳理过程都没有这样的配置。 a c b ) 图2 1 纤维的梳理和剥取过程 图2 - 2 纤维的分梳过程 8 第章基本原理和工艺流程 ( 3 ) 如果两个足够靠近的针齿而呈交叉配置，且两个针刺面反向运动或按照 它们各自的针齿方向互为同向运动，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表面传送到运行速度转快的那个表面上，这就是纤维的剥 取过程。在这个过程中，纤维从一个表面运行到另一表面如图( 2 - 3 ) 所示u 引。 图2 3 纤维的剥取过程示意图 2 3 针刺非织造工艺流程 2 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。 实验采用的生产线是对梳理机配备相应的开松、针刺加固、定型、卷绕等相应的 配套设备，生产出的产品为薄型针刺非织造布，非织造设备拥有一套双循环闭合 系统，主要包括纤网准备阶段的梳理喂入平衡装置，针刺加固前的动态梳理和交 叉铺网装置，以及产品的检测装置。根据产品的在线称重结果，通过调节梳理机 和交叉铺网机的内部速度，自动调节喂入纤网重量。所以无论加工何种纤维和产 品，都不会影响设备的整体生产效率。只要参数改变1 ，甚至更少，就可以提 高产品质量，节约纤维。其工艺流程如下： 生产针刺法非织造布工艺流程为如图( 2 - 4 ) 所示：开松一梳理一铺网一预针 刺一主针刺一主针刺一主针刺一修面针刺一烫平一剪切一卷绕 9 天津工业大学硕士学位论文 一e 广- 1 j 。酵堑鲇陡辛t 需 4 日d n w l f 1 2 孽腿 忙v _ 睑蝴 - 1 2 , i l l q o 焖回黔醉船一 峨5 1 撑触6 屺2 捆e 柑 q b 纠- _ m 崆翻睁酗h 曩 嘲2 - | 皇睁讯o e m 4 n - a l l p l l l 图2 4 针刺法非织造布工艺流程 2 3 2 工艺流程概述 2 3 2 1 开松混合系统 开松混合开松良好的纤维是后道高速、优质生产的重要前提，混和与开松处 理工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、开松充分并避免过 剩开松，过剩开松是梳理过程产生棉结的主要原因之一。 2 3 2 2 气压式喂入系统 国产非织造布梳理机的给棉箱部分大都采用光电控制、容积式振动给棉形 式，要连续、均匀、精确地喂入纤维簇，就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，e d s - w 棉箱流程 如图( 2 - 5 ) 所示： l o 第_ 章基本原理和工艺流程 l - 风遭2 - 风机3 - 喂料口4 ，5 - 调风板6 - 上棍箱7 沟槽罗拉8 一梳针打手 9 罩板1 0 调风板1l - 下棉箱1 2 挡板1 3 梳出罗拉1 4 梳出板 图2 5 非织造布用e d s w 气压式棉箱 气压喂棉箱的采用，大大改善了梳理机纵、横方向上棉网的均匀度，但由于 生产环境的变化( 如温湿度) 、原料的改变( 如原料的配比) 及机器工作状况的波动 等因素，无论是棉网或成品布，面密度变化在所难免。特别是随着非织造技术的 发展和产品用途的延伸，对非织造布质量的要求也逐步提高，面密度均匀度是关 键的一项指标。因此，各大公司纷纷推出了自己的自调匀整技术，自调匀整装置 的使用，从更深层次上改善了非织造产品的均匀度，在车速较高时，效果更为明 显。现今气压喂棉箱+ 自调匀整已将梳理机棉网的不匀率c v 值控制在2 3 以内。 2 3 2 3 梳理系统 本实验采用的是b g 2 3 2 h 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。 2 3 2 4 针刺系统 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 天津工业大学硕士学位论文 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，本实验采用针刺加固方式。 针刺法工艺技术路线主要由纤维成网系统，针刺加固系统，定型、分切卷绕 等四大部分组成。用于针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，然后经针刺加固成形。 针刺固结法的工艺原理如图( 2 - 6 ) 所示n 引。 2 卜纤维嘲2 - 刺针3 一剥喇板4 一挡网板 图2 - 6 针刺固结法工艺原理示意 针刺固结法是利用成千上万枚带有钩刺( 叉口) 的钢质刺针，对蓬松的纤维网 进行反复穿刺而使纤维网得以机械固结的一种加工方法。当刺针刺入纤维网时， 刺针的钩刺带住一些纤维垂直( 或斜向) 穿入纤维网：刺针完成穿刺回升时，由于 钩刺处于顺向，钩刺垂直带入的纤维便脱离钩刺留在纤维网中，如同无数由纤维 束组成的“销钉 钉入纤维网，由于纤维间存在抱合力和摩擦力，纤维相互紧密地 缠结和抱合在一起，使纤维网致密且不再恢复到原来的状态，从而形成了具有一 定强度、呈三维结构的非织造布产品。 2 3 2 5 定型、卷绕 经过针刺后的产品需要定型处理、卷绕成卷。无纺布在烫平机内规定的温度 下，经烫平辊烫平，形成具有一定后厚度和密度的烫平布。基布经针刺后，基布 本身带有细小的凹凸不平现象，影响基布到最终产品的加工性能。滚筒干燥机内 充以高温油加热，具有一定的表面温度和压力，基布经过多道带热熨平处理，大 大提高了基布表面的平滑性，使之成为高质量的中间品。卷绕机通过p l c 控制系 统可实现自动翻卷，根据产品不同设定不同的张力、切力等，并配有切刀，可实 现初步分切的作用。 1 2 第三章b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机结构和功能 第三章b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机结构和功能 3 1b g 2 3 2 h a 梳理机主要部件及其功能介绍 对于一般非织造梳理机，主要由这么几个重要部分组成：纤维的喂入部分， 实际梳理部分和成网剥取部分。这几个部分的设计和选择受原料纤维、最终产品、 前道装置( 开松、混合) 和后道装置( 交叉铺网、加固方法) 的影响n 引。 喂入的纤维层在喂入罗拉和喂入板的握持下，经开松辊的开松后被转移到胸 锡林上。胸锡林上有2 4 对工作辊和剥棉辊，纤维在前进中受到逐步加强的开松、 分解、混合、梳理等作用后，经转移辊被转移到主锡林上，纤维在主锡林上进一 步受到混合梳理后，由道夫和罗拉剥取装置而成网u 引。 本实验所采用的是b g 2 3 2 h a 型非织造梳理机如图( 3 - 1 ) 所示，它为纤网质 量与生产能力建立了新的标准，其中生产能力提高了约2 0 。 j 、 i 毋箩、严於 一f 彰厂 7 。严 吵l一 秽鼎 1 小、觚 y 厂n 、严弋 呦。v 矽 、l 1 喂入罗拉2 刺辊3 胸锡林4 剥取辊5 工作辊6 转移辊7 主锡林8 剥取辊 9 工作辊l o 上杂乱辊1 1 上道夫1 2 第一上凝聚辊1 3 第一上凝聚辊1 4 上剥取罗拉 图3 1b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机 实验用梳理机各部件的尺寸如表( 3 - 1 ) 所示： 编号辊子直径( m m )编号辊了直径( r a m ) l 4 1 38 1 2 3 2 4 1 39 2 1 9 35 5 01 05 5 0 45 5 0 l l 5 5 0 52 1 91 22 6 0 65 5 01 32 6 0 71 5 0 01 41 2 8 1 3 天津r t 业大学硕士学位论文 3 2 纤维的转移流程 3 2 1 喂入部分 如图( 3 2 ) 所示，经气压棉箱形成的筵棉层从梳理机的喂入罗拉1 进入，由 上盖板3 和一个喂入罗拉1 夹持进入，进入的纤维层到达刺辊2 。刺辊高速反向 运转，刺辊2 上的金属刺针把纤维层从喂入罗拉1 上剥下来，然后纤维被转移到 预开松组件( 胸锡林4 ) 上。喂入罗拉直径为4 1 2 n m a ，是传统梳棉机的3 - 4 倍左右， 由此可见非织造高速梳理机要求有较大的喂入罗拉，这样可使因喂入罗拉加压而 产生的饶度变小，有助于给棉控制，使其喂棉更加均匀、稳定，也可使加压量减 少2 训。 订 、 f ( 卜 ( a ) 逆向给棉( b ) 顺向给棉 图3 - 2 喂入方式示意图 喂入方式采用上给棉板喂入形式，与传统的下给棉板喂入形式相比具有以下 特点： ( 1 ) 罗拉直径大，刚性好，给棉在喂入区段较为平坦，喂入均匀性更好，握 持力强更有助于刺辊消除束丝、浆片。 ( 2 ) 刺辊相对喂入方向顺向打击纤维，减少纤维损伤量和牵伸。 ( 3 ) 上给棉板调节机构根据纤维长度不同可灵活调节给棉握持点与刺辊打击 点的距离。 3 2 2 预梳部分 如图( 3 - 1 ) 所示，在胸锡林3 的接收点，通过一个比刺辊2 更高的线速度把 纤维从刺辊上剥出。预梳部分有2 对工作辊4 和剥取辊5 。在胸锡林3 上，工作 辊4 和剥取辊5 之间的梳理点纤维被梳理，其间有部分纤维被工作辊4 转移到剥 取辊上。和工作辊5 对应的剥取辊把从工作辊上剥取的纤维又带回到胸锡林3 1 4 第三章b g 2 3 2 h a 高速杂乱梳理机结构和功能 上，每一个梳理点都是这样进行开松和混合。 3 2 3 主锡林部分 在接下来的梳理程序里，纤维进入主锡林分梳系统如图( 3 5 ) ，越来越多的 纤维被分离出来平行排列。主锡林7 装有五对工作辊8 和剥取辊9 。主锡林7 上 的工作辊和剥取辊跟预梳部分的有相同的功能和工作原理。工作辊和剥取辊与主 锡林相连确保没有充分梳理的纤维循环并在主锡林7 表面均匀分布。工作速度低 时，纤维开松好但是混合效果差，在速度高时纤维混合效果好但是开松差h 刭。 3 2 4 杂乱与出网部分 在锡林后面是两个高速杂乱辊以及双道夫设计，这是高速梳理机所特有的部 件。但是在非织造梳理中，梳理后制得的是片状的纤维网，梳理机的作用除了要 分梳纤维之外，还需要尽量使制得的纤维网中纤维的取向度不高，即纤维成各向 排列分布。因此，需要增加类似杂乱辊这样的部件来改变纤维的取向度，这是传 统梳理机中所没有的。对于道夫，其主要作用是剥取杂乱辊部件上的纤维。它与 杂乱辊的不同之处在于它对于纤维的作用主要是一个剥取+ 分梳的作用，因此它 的针布排列、运转方向、转动速度都与杂乱辊大大的不同。双道夫的设计使得纤 网分多层被剥出后再叠加起来，可以改善纤网的横向片段不匀。另外，双杂乱、 道夫的设计还可以大大提高纤维转移率，为产量的提高提供保证。 该梳理机梳理点多，纤维分离度好乜。在主锡林与道夫之间配置杂乱辊，通 过调整杂乱辊的速度来控制纤维的方向性，当杂乱辊的速度低于主锡林时，纤维 基本呈纵向排列，随着杂乱辊速度的提高，一部分纤维在锡林与杂乱辊之间的气 流引导下呈无规则排列。纤网中纤维具有一定的排列方向，以纤维定向性来表示。 通常用非织造材料的纵向( 胁) 和横向( c d ) 强力的比值来鉴别纤维的定向性特征。 在道夫前加装一个杂乱辊，可使纵向横向( 佃c d ) 比在1 5 ：1 。梳理机道夫 直接输出的纤网中纤维呈纵向排列，定向性最好，杂乱梳理成网后纤维呈两维排 列，非定向性良好幢引。 3 3 小结 近