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非织造布学针刺机技术
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非织造布学针刺机技术


非织造布固网技术
? 一般来说,非织造布的生产工艺一般可分为三个过程:
– 纤维/原料准备?纤维成网?纤网加固成形。
? 纤维准备是非织造布生产工艺的第一道工序,包括纤维/原料的选择。纤维是所有非织造材料的基础,大多数天然纤维和化学纤维乃至成纤高聚物都可用于生产非织造材料。纤维原料的准备随着成网方法的不同而不同。
? 将纤维形成松散的纤维网状结构称为成网。纤维网是非织造布的骨架,其质量的好坏直接影响到非织造布的外观和内在质量,非织造布的成网方法主要有干法、湿法和聚合物直接成网法三大类。如以纤维的形态来分,则有短纤维网、长丝纤维网和连续网络状纤维网。

? 纤维成网工序所成的纤网强度很低,不能满足非织造布的使用要求,因此必须使纤维网中的纤维彼此粘合,即对纤维网进行加固。由此可见,固网是非织造布生产工艺过程中的关键工序,它对非织造布的强度和手感等性能有着决定性的影响。
? 纤维网的加固方法可以分为三类,即机械固网、化学粘合固网和热熔粘合固网。
第五章 针刺法非织造布
? 第一节 针刺机理
? 第二节 针刺机
? 第三节 刺针
? 第四节 针刺工艺
发展历程
? 针刺法是一种典型的机械加固方法,在世界上的干法非织造布中,针刺非织造布占40%以上,我国占25%,是干法非织造布中最重要的加工方法。由于针刺法具有加工流程短,设备简单,投资少,产品应用面广等特点,因此针刺技术发展很快。
? 1878年英国William Bywater公司制造最早的针刺机
? 1885年英国James Broadhead采用针刺法制造薄毡
? 1890年美国James Hunter工厂开始制造针刺机
? 1930年汽车已开始应用针刺非织造材料
? 1957年Hunter工厂设计出传动平衡的针刺机,转速达到800rpm
? 1968年奥地利Fehrer公司制造出组合机架、全封闭分段传动针刺机,转速达到1000rpm
? 1972年Fehrer公司发明U形刺针和花纹针刺机
? 目前,德国迪罗(Dilo)公司和奥地利菲勒尔(Fehrer)公司生产的针刺设备几乎代表了世界针刺设备的最高水平。
技术指标
? 针刺机速度达到3500r/min,生产速度超过60m/min,有的甚至达到150m/min。现在,各种型号、各种规格的针刺机多种多样,品种达100多种。
? 菲勒尔公司的单针板植针密度达10000枚/m,门幅达16.5m,最新采用弧形针板机构。
? 迪罗公司的针刺频率达3500r/min,单针板植针密度达16000枚/m,针梁采用平面椭圆运动。
? 我国的针刺技术与针刺设备装备水平虽与国外有较大差距,但近年来已有长足的进步,除引进有世界上先进的针刺设备外,已可自己生产最高机速为1200r/min的通用型针刺机,植针密度10000枚/m,最宽门幅达6m。
产品应用
? 早期的针刺产品多数是由纤维或服装业的下脚料制成质量粗糙的垫子,用于家具衬垫、地毯底布、家用装饰品等。
? 现今,由于针刺技术的不断发展,针刺产品的应用已渗透到工业、农业、国防、医疗等各个行业。例如,地毯、保温材料、过滤材料、土工布、服装辅料、合成革基布、油毡基布、造纸毛毯、汽车内衬材料、隔音材料、绝缘材料等。

第一节 针刺机理
? 在针刺法加工中,利用具有三角形或其他形状的截面,且在棱边上带有刺钩的刺针对纤维网反复进行穿刺 作用,将十分蓬松的纤网加固成具有一定性能的布。
? 针刺法的基本工作过程:

? 针刺法非织造工艺的原理
? 利用三角截面(或其它截面)棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺。倒钩穿过纤网时,将纤网表面和局部里层纤维强迫刺入纤网内部。由于纤维之间的摩擦作用,原来蓬松的纤网被压缩。刺针退出纤网时,刺入的纤维束脱离倒钩而留在纤网中,这样,许多纤维束纠缠住纤网使其不能再恢复原来的蓬松状态。经过许多次的针刺,相当多的纤维束被刺入纤网,使纤网中纤维互相缠结,从而形成具有一定强力和厚度的针刺法非织造材料。
? 针刺非织造工艺形式有预刺、主刺、花纹针刺、环式针刺和管式针刺等。

? 针刺布的结构模型:
? 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簇,垂直纤维簇像一个个“销钉”贯穿于纤网上下,与水平纤维缠结,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。 “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上的刺针握持而转移,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,而这些纤维受到两个或两个以上刺针的握持,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。

? 针刺法非织造工艺的特点
? 适合各种纤维,机械缠结后不影响纤维原有特征
? 纤维之间柔性缠结,具有较好的尺寸稳定性和弹性
? 用于造纸毛毯大大提高寿命
? 良好的通透性和过滤性能
? 毛圈型产品手感丰满
? 无污染,边料可回收利用
? 可根据要求制造各种几何图案或立体成型产品

第二节 针刺机
? 一、针刺机的结构
? 针刺机的种类繁多,型号各异,但基本的组成部分是一致的。主要由送网机构、针刺机构、牵拉机构三大机构组成,另外还有机架、传动机构、辅助机构等。
? 针刺机的机架要承受全机的负荷,必须特别坚固。现一般采用钢板焊接而成。传动机构则负责将动力传递给主轴。并由主轴分别传动针刺机构、送网机构、牵拉机构等。新型针刺机的传动机构大多采用数只电机,根据工艺需要,分别控制针刺、送网、牵拉速度,辅助机构的作用是便于机器看管,提高自动化程度。如紧急刹车自停装置、计长装置、为减缓针刺机高速下震动的平衡装置以及各种自动调节装置和数字显示装置等。

? (一)送网机构
? 送网机构的作用是把纤网输送至针刺区域。由于针刺机机型的不同,送网机构各不相同,由于预针刺机所加工的纤网高度蓬松,所以对预针刺机的送网机构要求很高,出现了多种形式的送网机构。

? (二)针刺机构
? 针刺机构是针刺机的关键机构,它由主轴、偏心轮、针梁、针板、刺针、剥网板、托网板、套筒直杆导向装置等组成 。
? 套筒直杆导向装置,密封器件质量不高时容易产生漏油问题。

? 德国Dilo公司DI-LOOM ODⅡ型针刺机的摇臂导向装置,可较好地解决漏油问题。

? 针刺机构为曲柄连杆滑块机构,曲柄长度相当于偏心轮的偏心距,刺针运动可看着滑块移动,动程相当于2倍的偏心距。偏心距根据针刺机机型的不同而不同,一般预针刺机的往复动程大,在60~150mm之间,主针刺机的往复动程小,在25~70mm之间。在满足针刺加固的前提下,往复动程应尽量小,这样往复部件的运动惯量小,有利于高速。

? 运动方程为:

? 针梁用于安装针板,并与偏心轮、连杆连接,在偏心轮的带动下作往复运动。
? 针板是用来安装刺针的,针板的宽度为200~300mm,长度为1~2m,厚度为20mm左右,对于门幅较宽的针刺机,采用针板分段拼接的办法来达到宽幅要求,针板材料现以轻质铝、钛合金材料为多。针板按刺针的排列要求钻有针孔。孔径应使针柄部位插入后,刺针不晃动,且便于拆装为宜。

? 针板有两个十分重要的参数,一个是针板上的植针密度,另一个是刺针在针板上的排列方式。
? 针板的植针密度是指在机台的宽度方向上单位长度的针板上的刺针数,这一参数是衡量一个机台的重要指标,植针密度越大,纤网的针刺密度越大,这样,对针刺密度要求一定的产品其加工工序就可缩短。但这一参数又和针板上针孔的加工精度、针板的强度等有关,目前多数针刺机的植针密度为3000枚/m左右,有的高达10000枚/m,另据报导,国外有的针刺机的植针密度高达20000枚/m。

? 针板上针的排列方式。其排列方式应以加工出产品表面刺针刺点呈均匀分布为佳,解决这一问题是较复杂的。因为刺点的分布与针的排列方式、针板的纵向长度、纤网前进的速度等参数有关,过去机器上刺针的排列方式大多是呈人字形。现在,以采用计算机设计的无规则杂乱型排列为多。

? 剥网板和托网板是一对配合刺针对纤网进行固结的部件,一般采用钢板制成。两板均钻有孔眼,与针板上的孔眼完全对应。
? 针刺时,托网板起到刺针刺入纤网时的托持作用。剥网板起到刺针退出纤网时的阻挡作用,剥网板和托网板的表面要平整光滑,以便纤网顺利通过。这两板的进口一侧常有外跷形成喇叭形,便于使针刺前较蓬松的纤网顺利进入针刺区而不产生拥塞。
? 为适应不同厚度纤网的加工,托网板、剥网板和针板的间距可以调节,以实现不同的针刺深度。

? (三)牵拉机构
? 牵拉机构的作用是将针刺后的纤网从针刺区域输出。牵拉机构一般由一对牵拉辊组成,其表面包覆摩擦系数较大的材料,以增加牵拉辊对纤网的握持。纤网的牵拉速度和喂入速度要适当配合,保持纤网在针刺区即不产生拥塞,也不受到过分牵伸。
? 牵拉机构的传动形式有间歇式和连续式两种,普通针刺机多采用间歇式传动,在刺针刺入纤网时,纤网停止输送;刺针退出纤网时,纤网运行,以确保纤网不受到过度牵伸或出现断针现象。高速针刺机多采用连续式牵拉。

? 二、针刺机的类型及特点
? (一)针刺机的分类
? 因针刺方式不同,针刺机的类别多种多样。按针刺的角度分为垂直针刺机和斜向针刺机。
? 垂直针刺的?°纤维销钉?±位于纤维的垂直方向,
? 斜刺可提高针刺深度,如60°斜刺比垂直针刺深度提高13%,刺针穿过纤网的区域大,纤维缠结机会多,且?°纤维销钉?±斜向插入,纤网的强力更高,断裂伸长较小,且有较大的密度和较小的透气性,还可改善尺寸稳定性。 常用的倾斜角度有45°、60°、75°。

 

? 按针板数量分为单针板机、双针板机、多针板机.

? 按针刺方向分为上刺机、下刺机等单向针刺机和对刺式针刺机。单向针刺机可进行纤网一面的加固处理,而对刺式针刺机可实现双面加固。对刺中可分为同位对刺(b)、(c)〕和异位对刺(a)。

? 按加工方式分为预刺机、主刺机。预刺面对的是十分蓬松且无强力的纤网,采用的刺针较粗,植针密度较小。主刺加工的是预刺后的纤网,纤网不再高度蓬松,纤维有一定密度,采用的刺针较细,植针密度较大。
? 按产品形式分平状刺针刺机、环状刺针刺机、管状刺针刺机。平状刺针刺机生产的是平幅状的产品;环状刺针刺机生产的最典型的产品是造纸毛毯,环状长度一般为十几米到几十米;管状刺针刺机则生产直径为几个厘米到上百厘米的产品,如迪罗公司的RONTEX针刺机,由带有与针板孔眼一致孔眼的滚筒代替托网板,纤网连续喂入,滚筒连续回转,形成与滚筒直径一致的管状物。

(二)针刺机类型及特点
1.预针刺机
? 预针刺机主要是对高度蓬松且纤网间抱合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特色。
? 对蓬松的纤网进行初次针刺,主要特点为:
? 剥网板与托网板之间的距离较大,有利于蓬松纤网喂入
? 剥网板在入口处呈倾斜状,配有导网装置
? 针刺频率较低
? 针刺动程较大
? 针板植针密度较小,刺针较长较粗

预针刺机的送网机构
? (1)压网辊式:这是针刺机最普通的一种送网方式,如图1-5-11所示。纤网经压网辊压缩喂入针刺区接受针刺,之后由牵拉辊拉出。

导网钢丝送网机构

导网片送网机构

(2)压网帘式: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,

Dilo公司的DI-LOOM通用系列针刺机
是Dilo公司的主要机种,结构上变化较多,有单针板、多针板、上刺、下刺的多种组合。配置“CBF”送网装置可作为预针刺机使用。
“CBF”送网装置的压网帘和送网帘相配合,形成进口大、出口小的纤网输送通道,使纤网逐步被压缩,纤网离开压网帘后,还受到一对喂入辊的压缩。
DI-LOOM通用系列针刺机的工作幅宽1.5~7.5m,植针密度2000~30000枚/m,最大恒定频率3000rpm,针刺动程25~60mm。

“CBF”送网装置

改进后的“CBF”送网装置,加一对小罗拉,可防止纤网在压网帘和喂入辊之间产生拥塞。

DI-LOOM OUG-Ⅱ S针刺机(带“CBF”送网装置)

Asselin公司的DCIN纤网喂入系统

? (3)槽形辊式:图为Asselin公司的槽形辊送网装置,图中3、6、7均为槽形辊,这种辊既起积极输送纤网的作用,又起托持纤网的作用。工作时刺针每次都刺在槽形辊7的沟槽内,因而刺针必须直线排列。这种积极的传送装置可有效消除拥塞现象。

(4)、Asselin公司的169DF型双滚筒预针刺机
双针板上下交替针刺,采用两个滚筒代替常用的托网板和剥网板,滚筒间隔距可调节,范围为0~20mm。两个滚筒各钻有数万只完全对应的小孔,以便于刺针通过。上、下针梁和针板装在两个滚筒内。输送帘和滚筒是连续运转的。为保持纤网的连续输送,刺针不仅通过滚筒上的小孔刺入纤网,而且,在刺入纤网时还必须有一个与滚筒表面回转速度近似相等的前移运动。由此,刺针的运动方式是上下、前后结合的复合运动,运动轨迹呈椭圆形。
该机工作幅宽5.5m,植针密度500枚/m,最大恒定频率400~500rpm,针刺动程70mm,适合预针刺的纤网单位面积质量为60~5000g/m2,范围之广为其它针刺机所不及。

169DF型双滚筒预针刺机

双滚筒预针刺机

一、主针刺加固工艺: 对经过预针刺的纤网进行针刺以增加针刺密度
? (一)主要特点
? 剥网板与托网板之间的距离较小
? 针刺频率较高
? 针刺动程较小
? 针板植针密度较大,刺针较短
? 针刺机结构变化多
? (二)主针刺工艺有多种形式:
? 按针板数多少,有单针板、双针板和多针板
? 按针刺方向,有单向针刺和对刺,对刺又可分为异位对刺和同位对刺及交替针刺和同时针刺

Dilo公司的DI-LOOM通用系列针刺机
是Dilo公司的主要机种,结构上变化较多,有单针板、多针板、上刺、下刺的多种组合。
如DL-LOOM OUG-ⅡS为四针板对刺形式,工作幅宽2.5~6m,植针密度8000~30000枚/m,针刺频率1500rpm,针刺动程60mm。
DL-LOOM OD-ⅡSC为双针板上刺形式,工作幅宽2.5~6m,植针密度4000~15000枚/m,针刺频率3000rpm,针刺动程25~60mm。
DL-LOOM OU-Ⅱ为双针板异位对刺形式,工作幅宽1.5~7.5m,植针密度4000~10000枚/m,针刺频率1200rpm,针刺动程40、50、60mm。

DL-LOOM OUG-ⅡS 针刺机

DL-LOOM OUG-ⅡS 针刺机

Fehrer公司的主针刺机
如NL21/S为双针板上刺形式,工作幅宽1.0~6.6m,植针密度6000~20000枚/m,针刺频率2200rpm,针刺动程30~40mm。
NL42为四针板对刺形式,工作幅宽1.0~6.6m,植针密度12000~30000枚/m,针刺频率1200rpm,针刺动程70mm。
NL9/SRS为双针板异位对刺形式,工作幅宽1.0~6.6m,植针密度6000~15000枚/m,针刺频率1500rpm,针刺动程40~70mm。

特殊针刺机
一、Fehrer公司的“HI”弧形针板可提高针刺效率

 

 

? 二、 Dilo公司的椭圆轨迹刺针运动方式可减轻针刺痕迹
? 最早的低速针刺机是以间歇式的原理进行工作:
? 即在垂直方向上往复运动的刺针在进入纤网时,纤网是基本不动的,刺针从纤网退出后,纤维网才被罗拉牵引输出,因而纤维网的运动速度是在零至极大值之间发生周期性的变化。随着刺针机速度的提高,纤网可以连续输出,结果使纤网在刺针刺入的状态下受到拉伸、刺针发生弹性弯曲乃至断裂、纤网产生幅宽收缩。当针刺深度较大和生产较厚的产品时,刺针在纤网中停留的时间愈长,纤网受到的拉伸就与愈加严重。根据冲程、针刺深度和纤网厚度,刺针在纤网中的停留时间是总循环时间的30 %~40 % 。

? 德国Dilo公司研制了Hyperpunch针刺系统,采用碳纤维增强复合材料制作针板横梁和针板。其针刺频率可达3000次/min,水平方向的往复运动通过另一套偏心轮机构完成,可以形成椭圆形的运动轨迹。其动程较小是椭圆形轨迹的短轴,而垂直方向相当于椭圆形轨迹的长轴。
? 其最高生产速度可达150 m/min。

? 椭圆针刺原理:
? 刺针从进入纤维网开始直到从纤维网退出为止,除了按本身的运动方向作垂直运动外,还与纤维网一起在水平方向上移动;针板横梁的垂直和水平部分同步运动,刺针刺入纤网时,针板横梁的水平运动朝着纤网的前进方向;刺针从纤网中退出后,针板横梁的水平运动逆着纤网的前进方向,即完成刺针水平运动的回程。为确保刺针与纤维网一起运动,托网板和针刺机的剥网板上的孔眼都被加工成沿针刺机纵向排列且呈长腰形。

? 椭圆针刺优点:
? 椭圆形针刺补偿了纤网的停留时间而保证生产速度和产品质量。这种针刺技术可以减少拉伸,降低针刺非织造布的不匀性;提高生产速度,改善了产品的表观质量(减小刺痕),减少断针,使纤维获得更好的缠结;已经应用于生产工业用增强型造纸毛毯。

三、造纸毛毯针刺机

造纸毛毯在造纸机上作为传送带使用,要求环状无接缝。此外,由于造纸工艺的需要,造纸毛毯的强度、尺寸稳定性、耐磨性、压缩回弹性、表面平整性以及通透性等均有很高的要求。环式针刺加固的造纸毛毯与传统的机织造纸毛毯相比,性能好、寿命长。
为了改善造纸毛毯的强度和尺寸稳定性,造纸毛毯纤网内设有基布。织造过密的基布会影响造纸毛毯的通透性,所以,最新的造纸毛毯采用较粗的长丝织成的网作为骨架材料,称为“BOM”造纸毛毯,其性能比普通机织基布的造纸毛毯又有提高。
造纸毛毯常用耐磨性较好的聚酰胺纤维,针刺后应进行热定型处理。

 

Dilo公司的BELTEX造纸毛毯针刺机
工艺过程和前两种不同。从道夫剥下的纤网分裂成4条并折转90°叠在一起,形成宽约0.5m的纤网,然后喂入幅宽1.2m的针刺机,针刺后的纤网环绕于两滚筒上形成无接缝的环状带。滚筒周边设置沿滚筒轴线方向移动的链条,缓慢拉出已针刺的纤网。
该工艺可使纤网中纤维沿造纸毛毯的周向排列,有利于提高造纸毛毯的性能。
BELTEX造纸毛毯针刺机可加工造纸毛毯的最大宽度为16m,植针密度为8000~20000枚/m,针刺频率为1800rpm,针刺动程40~60mm。

 

四、管式针刺加固工艺及设备

Dilo公司的RONTEX系列针刺机用以生产管状的针刺非织造材料,植针密度3000~3560枚/m,针刺频率800~1500rpm,管径范围25~500mm。
RONTEX针刺机工作时,芯轴固定不转,其带孔根部为针刺区域,工作时刺针插入小孔。芯轴两侧的回转罗拉靠摩擦带动芯轴上的纤维管转动,由于芯轴中部螺纹的导向作用,纤维管向外输出。纤维管向外输出同时,纤网不断地输入针刺区域,随纤维管的回转缠绕在芯轴上,并得到针刺加固。因此,纤维管长度不受限制。
Dilo公司的DI-LOOM OR和ORC针刺机也可生产管状或筒状针刺机,但圆管长度是固定的。

 

? RONTEX50针刺机

? 五、花纹针刺机
? 花纹针刺机是指专门用来生产条纹、绒面及带有花纹图案等具有特殊外观效果针刺产品的设备。

花纹针刺的形式
根据叉形针针槽方向和纤网送进方向的关系、植针几何图案、提花机构及其控制程序,可获得四种表面结构:
? 条圈结构
? 绒面结构
? 小节距几何图案
? 大节距几何图案

条圈结构
叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直,纤网背面可形成条圈结构。条圈之间的距离由栅格托网板的栅距决定。

绒面结构
叉形针针槽方向和纤网送进方向平行,栅格托网板的栅距较条圈结构的略小,纤网背面形成松散的平绒状结构。

小节距几何图案
针板植针时构成一定的几何图案,叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直,通过花色针刺机的提花机构定时周期改变针刺深度和空程,可使纤网背面产生小节距几何图案。
大节距几何图案
针板植针时构成大节距几何图案,叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直,花色针刺机的提花机构和控制程序配合,可使针板快速下降和上升实现针刺和空程。针板下降时间内实现针刺和正常的纤网送进。针板上升时间内,针板空程不针刺并使纤网快速送进一个大节距。由此,在纤网背面完成一个大节距几何图案。

 

DI-LOOP系列花纹针刺机

在纤网背面形成几何图案的原理与Fehrer公司的花纹针刺机一样,与Fehrer公司花纹针刺机的区别是,通过栅格托网板的上下移动来实现刺针的“刺入”或“不刺入”状态。栅格托网板的的上下移动由电脑控制的液压系统驱动。
DI-LOOP系列花纹针刺机为单针板上刺形式,工作幅宽2.5、3.5、4.5m,植针密度3000~14300枚/m,针刺频率1200、2000rpm,针刺动程30~40mm。

DI-LOUR系列花纹针刺机
与Fehrer公司的NL21/SRV SUPERLOOPER花纹针刺机相似,托网形式采用毛刷帘子,专用于生产拉绒产品(天鹅绒)。 DI-LOUR花纹针刺机加工的纤网通常应选用较细的纤维。除叉形针外,还可选用冠状针。
DI-LOUR系列花纹针刺机为双针板上刺形式,工作幅宽2.5、3.5、4.5m,植针密度8000~15000枚/m,针刺频率1200、2000rpm,针刺动程30、40mm。
第三节 刺针
? 刺针是针刺法非织造布生产中的主要工具
? 它的型号、规格、布针方式及在加工过程中的针刺深度对产品的结构、质量和性能都有很大影响。
? 刺针在纤网层上下往复高速穿刺,频率通常在600~2000次/min间,这就要求针体的刚性、韧性、弹性、耐磨性都要好。这样刺针在穿刺纤网时,才能承受巨大的负荷,不易折断,而且有较长的使用寿命。
? 从针刺工艺的角度要求,刺针还应具有较好的平直度,表面光洁,钩刺平滑,无毛刺,几何尺寸精确,针尖形状一致。

? (一)刺针结构
? 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所示。

? 针尖

? 针叶为刺针的工作段,是刺针的主要区段。针叶的截面形状有圆形、三角形、三叶形、正方形、菱形、星形、水滴形,常用的为等边三角形,且在三个棱边上分别有三个刺钩。

? 针钩
? 刺针的整体结构由刺钩形状、下切角、刺钩深度、刺钩长度(也叫齿槽)和刺钩高度(也叫齿突)五个要素组成。

? 刺钩是刺针的主要部位,通过刺钩使纤维互锁、缠结。
? 刺钩的形状分为两种:冲齿针和模压针
? 冲齿针——
? 优点:带纤维多,产品孔痕大,透气透水性能好。
? 缺点:刺钩边缘锋利而粗糙,易损伤纤维;下切角尖,产生纤维团粒;针痕大,影响外观。
? 适用于:高摩擦系数的纤维。(麻类及棉回收下脚料)
? 模压针——是优良齿型
? 刺钩边缘圆滑呈弧形,能减少纤维损伤,无齿突或低齿突的针,齿槽大,呈弧状,对纤维损伤小,带毛均匀;产品孔痕小;表面平整度佳,针体耐磨损。

? 刺钩的形状和几何尺寸
对纤维转移有直接的影响。

 

? 钩刺刺距与排列
? 钩刺距离越近,则每次针刺钩带的纤维量就越少,生产出的产品也较均匀,但产品的强度较差。一般来讲,C型、F型刺针适合于1.67dtex以下纤维和针刺密度较小的薄型产品。而M型和R型刺针应用的范围就比较广,尤其是R型针,它适应大部分产品的预针刺场合和部分产品的主针刺场合。
? M型可用于纤维长短不匀的产品
? 标准齿距R型针齿距最长,为6.3mm,适用于预刺,匀称的钩齿能使纤维从布面到布底很均匀地分布。

针柄弯头方向
花色针刺工艺对叉形针的针槽方向有规定,同时针板植针时针柄弯头必须嵌在针板背面的凹槽内,因此,刺针的针柄弯头方向有一定的要求。铺设基布的针刺工艺为减轻基布的损伤,也有类似的要求。

刺针的规格和标注
(一)刺针的规格
主要包括有总长、针号、针尖形状、针叶截面形状、钩刺结构、钩刺排列尺寸、针柄弯头方向等。
针号对应三角形针叶截面的高度,针号越大,刺针越细。

(二)刺针规格的表示
各制造公司有不同的表示方法,选购刺针应参考制造公司的刺针手册。刺针通用标注一般为:

第四节 针刺工艺与产品性能
? 针刺非织造材料的结构性能和应用

? 针刺非织造材料通常为中厚型,单位面积质量范围为80~2000g/m2。针刺非织造材料可采用各种纤维,机械缠结后不影响纤维原有特征,纤维之间柔性缠结,具有较好的强度、尺寸稳定性和弹性。

? 针刺非织造材料的纤网由三维排列并相互缠结的纤维构成,其内部孔隙呈弯曲状,特别有利于过滤作用。针刺非织造材料具有良好的通透性。

? 针刺非织造材料的主要应用有地毯、装饰用毡、运动垫、褥垫、家具垫、鞋帽用呢、肩垫、合成革基布、涂层底布、熨烫用垫、伤口敷料、人造血管、热导管套、过滤材料、土工织物、造纸毛毯、油毡基布、隔音隔热材料以及车用装饰材料等。

主要工艺参数及其对产品性能的影响
影响针刺非织造材料性能的主要因素有针刺深度、针刺密度、刺针规格型号和排列等。刺针规格型号和排列等需停机替换,而针刺深度和针刺密度可以在线调节。
1、针刺深度
针刺深度是指刺针针尖穿过托网板到极限位置时,针尖到托网板托持纤网的表面的距离,即针刺时刺针穿过纤网后伸出纤网的最大长度。

? 针刺深度是针刺工艺中的一个重要参数。纤网在针刺过程中,必须得到足够的针刺深度,方能使纤维间得到足够的缠结和获得有效的抱合力。但针刺深度要适度,过深不仅会损伤纤维,而且也会增加针刺力和设备负荷,造成断针;过浅则纤维间的缠结和抱合力不足,也就达不到所要求的强度。
? 针刺深度既受针刺机构的限制,又要根据原料种类、纤网厚度和产品的要求确定。一般针刺深度在3~17mm之间。

确定针刺深度的原则
? 粗长纤维组成的纤网,针刺深度可深些,反之则浅些。
? 单纤强度较高纤维组成的纤网,针刺深度可深些,反之则浅些。
? 单位面积质量较大的纤网,针刺深度可深些,反之则浅些。
? 较蓬松的纤网,针刺深度可深些,反之则浅些。
? 要求硬实的产品,针刺深度可深些,反之则浅些。
? 要求针刺密度较高的产品,先深后浅。
? 预针刺比主针刺深。

? 针刺深度对针刺产品性能的影响具体说来是通过以下两种方式实现的:
? (1)针刺深度的不同导致作用于纤维的倒刺数不同,从而影响产品的结构和性能;
? (2)刺针刺入纤网的深度不同,导致纤网中纤维的重新定向程度不同,造成非织造布的结构和性能(透气、过滤、机械等)变化。

? 2、植针密度
? 植针密度N表示针板1米长度上的植针数,植针密度是针刺机的重要参数,代表着针刺机的加工水平。
? 一般预刺机的植针密度为2000-4000枚/m,主刺机的植针密度为3000-10000枚/m,主刺机植针密度的较高配置已达20000枚/m。

? 3、针刺密度
? 针刺密度是指纤网单位面积内所受到的针刺数,为针刺工艺的重要参数。针刺密度可按下式计算:

针刺密度与产品性能的关系:
针刺密度↑→纤维缠结程度↑→针刺非织造材料强度↑
针刺密度↑↑→纤维断裂↓→针刺非织造材料强度↓

针刺密度与针刺遍数的关系:
针刺后的纤网退卷再经同一生产线针刺,针刺密度可增加1倍。由此,较少的针刺机也可生产高针刺密度的产品,但生产效率较低。

? 3、步进量
? 一定植针密度的针刺机,针刺密度是靠调节针刺频率或出布速度控制的,而这两者的调整涉及到一个重要参数——步进量,对产品质量有很大影响。步进量S是指针板每刺一刺时,纤网前进的量(cm/刺)。其表达公式如下:

?
式中:v———纤网输出速度(m/min);
n———针刺频率(刺/min)。

? 由于针刺密度

所以在植针密度不变的情况下,步进量直接影响到针刺密度,步进量增大纤网针刺密度就会减小;反之,亦然。
? 生产中为保证加工针刺密度一致的产品,而又要提高纤网输出速度v即增大产量时,必须以提高针刺频率加以弥补。

? 步进量是我们研究和评判布针可用性的重要依据和参数。假设纤网在针刺时无牵伸,采用计算机来模拟针刺机的工作,可得到不同植针方式、植针密度、纤网步进量的针迹图。

? 理论上和实践证明,任何合理的布针都有理想的步进量,而理想步进量的多少和是否具有连续性,是评定布针好坏与实用性的主要标准。也就是说不存在十全十美的布针,因此,每一种布针形式都不可能是万能的。

 

双人字形 植针密度6000枚/m

4、针刺力
针刺过程中,刺针的钩刺带着一小束纤维刺入纤网,该作用使刺针受到的阻力称为针刺力。
针刺力是动态变化的。当刺针开始刺入纤网时,针刺力增加很缓慢;当刺针逐渐深入纤网时,进入纤网的钩刺数也逐渐增加,针刺力剧增并达到最大值;当刺针穿出纤网后,针刺力以波动方式逐渐下降。针刺力可间接地反映出针刺过程中刺针对纤维的转移效果和损伤程度,因此,可通过针刺力的测试来进一步研究针刺频率、针刺深度、针刺密度等工艺参数的合理性。
普通刺针的最大针刺力可达到7~10N,叉形针则有30~50N。

影响针刺力的因素:
? 纤维长度↑细度↓摩擦系数↑→针刺力↑
? 纤网单位面积质量↑→针刺力↑
? 铺设基布→针刺力↑
? 纤网密度↑→针刺力↑
? 针刺频率↑→针刺力↑
? 针刺深度↑→针刺力↑
? 针刺密度↑→针刺力↑

? 针刺机产量计算
? 针刺机产量W(Kg/h)计算公式如下:
W=v×G×L×60/1000
式中: v—纤网输出速度(m/min)
G—纤网定量(g/m2);
L—机器幅宽(m)。
? 故若要提高生产线单位时间产量,必须在提高纤网输出速度的同时提高针刺频率,并协调好各工艺,才能实现高质高产。

? 5、增强针刺非织造材料性能的途径
(1)、混入高收缩纤维
纤网中混入高收缩纤维,如聚氯乙烯纤维,针刺后经热空气、水蒸汽或热水的处理,可提高针刺非织造材料的密度。
根据产品密度要求,纤网中高收缩纤维的含量可有很大的变化。如纤网中高收缩纤维的含量为80%,热处理后收缩率可达到50%。
该方法可提高针刺非织造材料的密度,减轻表面针刺痕迹,耐多次弯曲性好,耐起层性好,适合于作合成革基布。但由于热处理时高收缩纤维因结构变化失去大部分强力,因而产品强度和尺寸的稳定性不足。

(2)、混入热粘结纤维
纤网中混入热粘结纤维,针刺后经热轧处理,可改善针刺非织造材料的强度和尺寸稳定性,但非织造材料的硬性增加,耐多次弯曲性能下降。
该方法通常不能独立用作针刺非织造材料的增强,只能对铺设基布的针刺非织造材料进行附加增强。
纤网中不混入热粘结纤维,针刺后经热轧处理,可烫平并粘结纤维毛羽,改善针刺非织造材料的表面质量,用作涂层基布时,可减少涂层量。

(3)、铺设基布
铺设轻薄基布,可大大提高非织造材料的初始弹性模量,但对提高断裂强力帮助不大。铺设高强度的厚重型基布,可大大提高非织造材料的断裂强力,但必须注意刺针对基布的损伤。
研究表明,当针刺深度为13mm,针刺密度为200刺/cm2,单棱钩刺针按纵向位置排列,针刺后基布的纵向强力剩余90%,横向强力剩余28%;单棱钩刺针按横向位置排列,针刺后基布的纵向强力剩余10%,横向强力剩余90%。合理设置刺针钩刺的排列角度,可兼顾针刺后基布的纵横向剩余强力。如设置单棱钩刺针钩刺棱边与纤网送进方向夹角40°,可使针刺后基布的纵横向强力均剩余50%左右。

 

典型针刺产品生产工艺流程举例
典型针刺产品生产工艺流程举例
? 1、针刺过滤材料
? 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既可制成蓬松性的产品,又可加工成特殊需要的超厚型制品。
? 采用一定的后整理技术,例如,轧光、烧毛、热定型、涂层等,对滤料进行表面整理,可使其具有表面光滑,可清洗,易清灰的优点。也可通过含氟树脂的涂层或氟树脂膜的复合来提高除尘性能。

? 涤纶易清灰针刺毡
? 在保证滤料达到较高的过滤精度情况下,如何提高滤料的透气度及表面光滑程度,减少粉尘附着,降低运行阻力是滤料研究过程中应考虑的问题。将针刺过滤毡经定型、烧毛、轧光等表面光滑整理,其透气度比普通轧光整理滤料高出50%以上,而表面光滑程度比经轧光处理更加平整光滑。具体工艺流程如下:

 

? 涤纶易清灰产品具有表面光滑、透气性能好,类似于国外的“镜面”风格的针刺毡,正逐步替代传统的轧光针刺毡。若选用超细纤维生产易清灰处理的针刺毡,在某些场合可替代覆膜涤纶毡,而运行阻力要小得多。

? 活性碳针刺过滤布
– 流程:
? 粘胶纤维经纤维开松—气流输送—混合定量给棉—梳理—铺网—预针刺—主针刺—主针刺等工序制成针刺基本布
? 经过化学处理、烘干、热处理、高温碳化和活化等工艺制成活性炭纤维布
– 该产品具有吸附速度快、吸附容量大、使用寿命长、脱附方便、耐热、耐酸、绝缘、防腐蚀等特点,可广泛用于环境保护、医疗卫生、民用保健、放射性防护、贵重金属回收、废水废气治理等领域,具有广阔的发展前景。

? 2、合成革基布
? 合成革在结构和性能上均模拟天然皮革,其产品以编织起毛布或非织造布为基材,经聚氨酯(PU)等高分子物质浸渍处理,形成带有连续孔隙粘结的三维结构,再赋予耐磨、弹性好、柔软、抗拉强度高、抗溶剂性及透明性好的PU表皮层。这种材料可像天然皮革一样进行片切、磨削,并且具有天然皮革所特有的透气、透湿性能。
? 作为天然皮革的补充和替代材料,聚氨酯合成革具有其他材料所不可比拟的物理性能,它可加工性能、透气透湿性能好,有合适的外观、柔软的手感等优越性能,所以其用途极为广泛。

– 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。DILO公司设备生产针刺合成革基布工艺:
– 产品定量220g/m2,厚度0.9mm,纤维原料为:涤纶1.67dtex×38mm,
? 合成革生产流程如下:
– 纤维原料→开包机→粗开松→多仓混棉机→精开松→气压棉箱均匀给棉—→梳理机→铺网机→预针刺机→3台主针刺机→前道成卷→热风穿透定型机→轧烫机→切边成卷机。
? 预刺:植针密度为2000枚/m,针刺频率300次/min;针刺密度180针/cm2;针刺深度15mm。
? 主针刺:3台,均为对刺机,植针密度为5000枚/m,针刺频率440~510次/min;针刺深度9~12mm,针刺密度1380针/cm2。
? 定型温度:120~130℃ ;轧烫温度为150~160℃ ,速度为20~22m/min。

? 3、土工布
? 土工布被大量应用于公路、铁路、水利、农业、桥梁、港口、环境工程、工业能源等工程中,其优异的性能已经被无数工程所验证,目前,世界上已有100多个国家和地区在10万多项工程中应用,使用量达16亿平方米。我国对土工布的开发应用虽起步较晚,但近10年中已有几千项工程使用,取得了较好的经济效益和社会效益。
? 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干法短纤针刺土工布,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。

? 短纤针刺土工布是由短纤维经开松、梳理、成网、铺网、针刺5道工序加工而成,具有如下工艺特点:
? (1)原料选择范围广。短纤针刺土工布的适用原料广泛,可使用涤纶、维纶、丙纶、锦纶、乙纶、粘胶纤维、棉等多种纤维加工,也可使用纺织下脚料;长度以30~100mm为佳,纤度范围可以从2.78~13.3dtex;可以是单一纤维,也可以是多种纤维的组合,产品品质和各项性能也随使用原料的不同而有较大差异。
? (2)生产组织灵活性大。短纤针刺土工布的生产是从纤维开始的,生产与停产比较方便,可以及时地提供小批量、多品种的产品,且改变产品规格容易,幅宽可调。
? (3)工艺可塑性大。短纤土工布的工艺可调性大,可通过改变工艺达到优化产品性能的目的。从纤维的组合到针刺指标的改变,都能对特定规格的短纤土工布实现重塑。产品克重100-1500g/m2,厚度0.5~5mm,针刺密度300-800刺/cm2,针刺深度5~12mm。针刺深度和针刺密度是两个极为关键的指标,也可以根据产品强度、结构紧密程度和避免抽丝分层的要求灵活调整。

? 4、造纸毛毯
? 化纤针刺造纸毛毯是将纤维网针刺到基材上而构成的一种环状非织造布。基材为机织物而刺成的毯叫有纬造纸毛毯;基材为经纱而刺成的毯叫无纬造纸毛毯。纤网原料以锦纶、涤纶为主,基材原料以锦纶短纤纱与锦纶丝合股或锦纶复丝合股,与锦纶单丝交织。
? 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。
? 随着造纸行业的技术进步及造纸机向高速、高线压方向发展的要求,具有疏水性、稳定性、不可压缩性和毛毯的表面性、弹性好等优点为一体的新型造纸毛毯?a?aBOM毯(Batt on Mesh)应运而生。

? BOM毯是以涤纶或锦纶单丝为原料,通过机织方法制成一种硬挺的、不可压缩的底网骨架,再通过针刺的方法把不同特点的纤网与底网复合在一起,制成一种类似三明治结构的网毯复合物。BOM造纸毛毯的结构如图所示。

? 5、针刺地毯
? 针刺地毯是众多地毯生产手段中的一种,与机织地毯、缝编地毯、经编地毯、簇绒地毯比较,针刺地毯具有生产效率高、生产成本低的特点。另外,还具有吸收噪音、保暖减震等特点,广泛用于家庭、宾馆、饭店、写字楼、汽车地面装饰。
? 针刺地毯的生产流程为:
– 原料开松→混合→梳理→铺网→预针刺→主针刺(花刺)→浸胶→涂层→烘干。
? 毯面可以制成平纹、平绒、毛圈形式,也可以刺成不同的花纹图案。