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纺织科学与工程学院2012年11月06日一、工艺原理水刺法非织造布的工艺过程为：纤维成网→预湿→水刺加固→烘燥→卷绕水刺法加工的纤网成网方式干法成网、湿法成网、纺丝成网的长丝网和熔喷法成网的超细纤维网预湿的目的3水刺加固原理图和机器照片纤网托网帘真空脱水箱水刺头水刺加固•水针射流分析区域1称为核心区，可保持射流出口速度;区域2称为掺气区，速度逐渐下降;区域3称为水滴区;S为起始段长度，L为主体段长度。主体段中虽已掺入空气，但仍可保持较紧密的射流结构。4321SLdCD5常用纤维性能及其可应用产品水刺产品的原料6影响水刺非织造布产品质量的因素常规纤维物理性能对水刺非织造布质量的影响①纤维强度②长度③纤度④卷曲数⑤横截面形状⑥回潮率⑦含油率⑧含硫量⑨耐环境性⑩杂质情况设备和工艺对水刺非织造布质量的影响7水刺产品性能及工艺对纤维性能的要求①纤维强度:在其他工艺条件相同的情况下,纤维的断裂强度越高,产品的强度也越好。②长度：30mm～60mm。③纤度：0.55dtex～3.3dtex。④卷曲数：11个/25cm～15个/25mm。⑤纤维横截面形状横截面形状天然纤维(自然形成)化学纤维(有纺丝孔形状决定)材料硬挺度：三角形≻圆形≻椭圆形材料保暖性(蓬松度、回弹性)：中空、四孔、七孔、九孔纤维粘合强度：异形截面(比表面积↑)≻圆形截面(比表面积↓)材料光泽：三角形≻圆形扁平截面纤维易弯曲9⑥回潮率在梳理过程中纤维过湿，则不易开松，容易造成挂花、堵花、损坏针布、腐蚀设备；纤维过干，则容易造成飞花和产生静电，不利于纤维成网，不利于非织造布定量的控制，因而要求纤维的回潮率符合水刺生产线设备的工艺要求。例：郑纺机公司使用粘胶纤维时,回潮率的最佳范围是9%~13%，要求在使用前24h开包,并存放在相对湿度65%的环境中,从而保证了梳理纤网的质量。10⑦含油率若含油过多,使纤维表面过于光滑,纤维之间的抱合力不足,不易梳理,翻花严重,易使纤网破损、堵花,损坏设备;若含油过少,则纤维之间摩擦系数增大,容易产生静电,交叉铺网机的纤网不能很好释放,使梳理机严重飞花、成网不均匀,纤网定量不稳定。纤维强力与纺丝油剂含量的关系纤维抱合力与纺丝油剂含量的关系11⑧含硫量粘胶纤维和棉在制造或漂白过程中使用了含硫物质,因此存在残硫量的问题。对于一些特殊要求的水刺非织造布或医用材料,含硫量是一个非常重要的考核指标,在欧美有关标准中规定含硫量不能超过8mg/100g。到目前为止,在我国尚没有明确的规定,但我国水刺非织造布领域的有关专家经过试验后,认为纤维的含硫量最好不宜超过4.1mg/100g。12⑨耐环境性水刺非织造布大多数使用常规纤维,在使用过程中严格按照生产工艺执行时,不会发生性能变化。但如果纤维或产品放置不妥,则会发生潮湿或风化现象,容易造成纤维和产品强力下降,甚至使有的纤维和产品发黄、掉粉末。建议纤维和水刺非织造布生产厂家不要有大量的库存或长时间存放产品,一旦放置环境发生变化,不利于稳定产品的内在质量。各种纤维耐环境性能不同,应特别关注含有丙纶、锦纶、粘胶纤维的产品。⑩纤维的杂质情况13设备和工艺对水刺非织造布质量的影响①纤维成网②纤维加固③整理加工14①纤维成网梳理：梳理机是成网的核心设备铺网：交叉铺网机是改变纤网和产品性能的重点设备牵伸机：牵伸机是纤网最后一道把关设备。利用7个握持针布辊和8个牵伸针布辊，对纤维形成3个牵伸区，调整各区之间的速度(牵伸倍数)，进一步改善纤维的排列，使纤维层与层之间紧密结合，以减少水刺后的分层。牵伸倍数的设定是根据客户对产品的纵横向强力比和伸长率来决定的，牵伸倍数一般在1倍~2倍之间。15常见预湿方式：带孔滚筒与输网帘夹持式水通过带孔滚筒和脱水器的作用迅速、充分地润湿纤网，对纤网的控制和压缩效果不如双网夹持式。纤网密度过大时，无法有效对纤网握持，纤网表面纤维摩擦打滑，破坏纤网表面结构。脱水箱带孔滚筒送网帘托网帘水针②纤维加固16双网夹持式有效夹持，减少纤网在预湿过程中产生意外的位移。纤网控制和预湿效果比带孔滚筒与输网帘夹持方式好，而且适合于200m/min以上线速度的生产工艺。脱水箱预湿水刺头下夹持网上夹持网常见预湿方式：17预湿过程中的注意事项(1)预湿喷头的水刺压力：过大冲散纤网，过小无预湿效果，两者均起不到输送纤网的作用,不利于下道工序的生产；(2)预湿喷头的水针方向：每个喷头的预湿水针应成90o扇形，并且要分散，粗细均匀，平行，垂直相交，以保证纤网预湿质量；(3)预湿水针与纤网的角度：预湿水针尽量与纤网垂直或纤网预湿后到圆网第一道水刺喷头的距离尽量短，以利于湿纤维网及时输送到水刺喷头进行预刺，避免纤网脱落、产品出现水波纹。18②纤维加固组合形式纤维加固的组合形式一般有以下几种：圆网+圆网、平网+平网、圆网+平网、平网+圆网圆网水刺机结构紧凑，占地面积小，操作方便；平网水刺机结构松散，占地面积大，但操作、维修、加印花都比较方便。19②纤维加固水刺加固纤网托网帘真空脱水箱水刺头水刺设备大概由水刺系统、水过滤循环系统和烘燥装置组成。水刺系统201水刺头2托网帘(或转鼓)3脱水箱第二节水刺设备(一)水刺头水刺头是水刺非织造工艺中产生高速水射流的关键部件，尽管各个生产厂家制造的水刺头结构有些差异，但一般均由过滤装置、均流装置、密封装置、喷水板和外壳等组成。水刺头材质为高级不锈钢。1、水刺头的密封方式水刺头的喷水板可以快速更换，由此产生了高压水的密封问题。根据高压水的密封原理，水刺头可分为两类，一类是附加油压密封，另外一类是水压自密封。21两种密封方式的对比：22密封方式附加油压密封水压自密封机械结构复杂简单密封可靠性可靠水压低易漏水维护保养要求高要求低对产品质量影响漏油造成疵点无漏油2、喷水板(1)性能要求几何尺寸正确，平直度好。喷水孔孔径一致，喷水孔出口应保持锋利的状态，无毛刺，孔与板面的垂直性好。良好的耐腐蚀性。良好的强度和韧性，耐磨性好。2627水针板喷水板通常是一条长方形金属薄片，厚度:0.8mm~1.5mm，宽度:20mm~30mm，喷水孔直径:0.08mm~0.15mm喷水孔一般有单排和多排两种排列密度:8~24孔/cm(单)16~36孔/cm(双)双排间距为1.2mm24~48孔/cm(三)28喷水孔剖面及冲针29喷水孔孔径与纤维直径的对应关系30孔距t单列式：t=5d(d为孔径)双列式：t=2×5d，且位置交错针孔排列形式31水针板水针板使用超出1500h以后,喷射水针质量急剧下降,水柱变形,高压泵在同样的变频器工作频率下运转时水刺压力下降,水刺非织造布表现出纤维缠结不充分,布面松散和纹路不均匀等问题。造成上述现象的主要原因：1、喷水孔的孔径在高压水流的不断冲击下产生了扩拓、腐蚀、弯曲等现象；2、由于水针板频繁地从水刺头抽出、装入和清洗,在水针板表面和喷水孔上会造成划伤,形成了喷水孔入水口边沿的沟槽毛刺和不规则倒角。当高压水进入有缺陷的喷水孔时,水流被挤压切割或加速而变得不稳定、水柱发散或偏斜。32一般情况下,生产粘胶纤维、涤纶、锦纶制品时水针板每8h就需要清洗;生产纯棉制品时水针板约使用4h就要清洗。当喷水板孔壁受到腐蚀后应及时更换喷水板,以保证高压水流的正常流动状态和产品的质量。33各种水针板材料的机械性能可以用来制作的水针板材料：铁素体不锈钢AISI430、奥氏体不锈钢AISI316、沉淀硬化不锈钢OCr17Ni7Al(SUS631)及高铍青铜等材料水针板材料341、喷水板2、水刺头3、喷水板安装槽水针板插装过程中产生弯曲变形示意水针板产生永久的塑性变形A点的应力为水针板损伤原因分析35新水针板喷水孔边缘清晰磨损的喷水孔边缘塌边36解决喷水板损伤的方法根据喷水板损伤原因的分析，在选择制作喷水板材料时，一般选择用此种材料的硬态产品做喷水板，一般情况下，合金硬度高的材料其耐冲蚀的能力也高。37水针板清洗技术的研究针孔受污程度383种不同布样39一般为四上四下。排列形式分水平排列(也叫平板式或平台式)和圆周排列(也叫滚筒式或圆鼓式)，分别对应于平网水刺和转鼓水刺。水刺装置的配置：(二)水刺头的排列Fleissner公司Aquajet水刺加固系统的转鼓4041平面式与转鼓式组合可扬长避短，发挥各自的优势，通常第一级、第二级为转鼓式水刺，第三级为平网式水刺。转鼓加平网式水刺加固二、托网帘1、托网帘的作用水刺机中托网帘主要有三个重要功能：顺利输送和有效托持纤网进入水刺区。能有效滤水并有利于水柱的反弹，提高纤网的缠结效果。按不同的编织结构(目数与花纹)使产品产生相应的外观结构。422、托网帘的结构与材质托网帘结构可分为环织和开式织法两种。循环编织，编织后经线沿纵向排列，不弯曲变形。横向排列的纬线呈弯曲状，由于经线弯曲少，减少了网帘的延伸和幅缩，磨损仅产生于纬线，使经线保持了应有的强度。开式编织，加工形式与环织相同，纵向线在编织时为经线，横向线为纬线，使用时经线呈磨损状，接头是在网的末端。4344托网帘的常用结构有平纹、斜纹、缎纹组织和微孔圆网结构。托网帘目前主要由聚酯、聚酰胺长丝织造，也有采用金属丝织造的。托网帘的结构和材质：45有足够的强度，能耐高压水流的冲击。托网帘应该是“无接头网”。耐磨性和耐腐蚀性好，使用寿命长。托网帘的性能要求：各种托网帘结构46水刺非织造材料的各种外观结构效果。47各种托网帘结构48托网帘的磨损4950托网网孔的类型和结构托网的编织结构有平纹、斜纹和缎纹组织。现行托网按网孔大小和孔型分为开孔网、小开孔网、大开孔网、小方孔网、大方孔网和人字网等。水刺托网按作用分有缠结加固网和外观结构网两大类,一般平纹网主要作纤维加固缠结之用,而其他网纹的网作外观结构用网51注:开孔率从大到小的次序为:ABCDEFG。常用水刺托网的类型与结构52托网网孔结构与产品强力的关系53托网开孔率托网开孔率是指在单位平面内空隙面积占托网总面积的百分率。不同托网所生产纤网的纵横向强力54托网材料托网材料有金属丝、涤纶和锦纶等。金属网有多项优点,刚性模量高、耐高温、接缝质量好、耐水力冲击、托网的形状一致性好;金属网也存在着一些缺点,抗弯曲性与稳定性差、易受损、重量大、不易安装、易腐蚀生锈等。从物理学的作用力和反作用力角度来看,对水流的反射缠结效果刚性模量高的材料好于刚性模量低的材料。由于金属丝线对水流的反射率高,所以一般金属丝织物网筒或网帘上的反射缠结效果较锦纶和涤纶长丝网帘要好得多,非织造布的强力也高得多。因此,生产高面密度(200g/m2以上)的产品时,第二、三道的托网使用的是铜网。55托网丝线直径不同直径丝线接受水针的情况56托网速度托网速度一般接近于生产速度。生产实践证明,水刺非织造布的断裂强力和纤维损失率随生产速度的提高而降低(图5,图6)。这是因为纤维缠结成网的过程需要相应的时间来完成,速度越快,纤网在水刺区的停留时间越短,纤维获得的水刺能量越小,缠结效果就越差,强力必然下降,纤维的损失率也降低。生产线的速度应根据产品面密度并结合其他工艺参数而定,通常产品面密度大,生产速度宜低(图7),以保证纤网有充足的缠结时间。此外,提高生产速度应相应地提高水刺压力或增加水刺头数量,以维持单位能量不变,从而保证非织造布的机械性能。总之,在满足产品质量的前提下,应尽可能采用较高的生产速度,以提高劳动生产率。57(三)转鼓主要由转鼓套、塑料密封件和内胆等组成。转鼓套筒体有两种结构，一为薄钢板打孔，开孔率为50%左右；另一种为蜂巢结构，蜂巢结构的开孔率高于钢板打孔，一般可达到90%以上。筒体外面套上一至数层金属丝编织圆网或一层开有微孔的镍网即构成转鼓套。实验表明，采用微细圆孔镍网的转鼓套，水射流的反弹效果优于聚酯平网，水刺非织造材料的强度比采用聚酯平网提高了15%左右。加工不同外观结构的水刺非织造材料时，需更换转鼓套。转鼓内胆一端连接气水分离器，对应每个水刺头开设吸水槽，塑料密封件安装在内胆和转鼓套之间，起密封和托持转鼓套的作用。转鼓工作时，内胆固