第五章--水刺固结法

第五章水刺固结法知识点水刺加固的基本原理（C）水刺非织造布的性能特点（B）预湿工艺的方式和作用（B）平网水刺和转鼓水刺工艺的特点（B）托网帘的结构与作用（B）纤维参数对水刺产品的影响（A）水刺法又称射流喷网法、水力缠结法、喷水成布法等，是非织造布固结工艺中一种独特的、新型的加工技术。它是利用高速高压的水流对纤维网冲击，促使纤维间相互缠结抱合，而达到加固纤维网的目的。第一节概述水刺法的发展历程20世纪70年代Dupont公司，Chicopee公司研制1974年水刺生产线Dupont公司1981年水刺生产线Chicopee公司1985年水刺生产线芬兰苏米能公司80年代中期商业化水刺生产线美国Honeycomb公司法国Perfojet公司近期德国Fleissner公司英国Courtaulds公司台湾育豪公司常熟飞龙公司水刺法固结原理水刺法采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网。水射流穿过纤网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤网，由此，纤网中纤维在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤网得到加固。水针射流纤维网托网帘水刺头蜂巢滚筒真空封口水流真空箱托网帘水刺法产品的特点及应用水刺非织造材料通常为轻薄型，单位面积质量范围约为20~200g/m2，高的可达400g/m2。主要应用于医用卫生材料、人造革基布、高级抹布、毛巾、化妆棉、湿巾等。水刺法非织造材料的吸湿性和透气性好，手感柔软，强度高，悬垂性好，无需粘合剂加固，外观比其它非织造材料更接近传统纺织品。第二节水刺法工艺过程水刺法非织造工艺流程：纤维原料→开松混和→梳理成网→纤网预湿→正反水刺→↑↑水处理循环→后整理→烘燥→卷绕不同成网方式对最终产品的影响当纤网中横向排列纤维多于纵向排列纤维时，如交叉铺网形成的纤网，水刺后纵向排列纤维增加，纤网纵横向强力比的调节较好，适合于水刺合成革基布的生产。当纤网中纵向排列纤维多于横向排列纤维时，水刺后纵横强力比得不到改善，适合于水刺卫生材料的生产。纤网预湿预湿的目的是压实蓬松的纤网，排除纤网中的空气，使纤网进入水刺区后能有效地吸收水射流的能量，以加强纤维缠结效果。•双网夹持式•带孔滚筒与输网帘夹持式常见预湿方式：双网夹持式脱水箱预湿水刺头下夹持网上夹持网有效夹持，减少纤网在预湿过程中产生意外的位移。带孔滚筒与输网帘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水刺加固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。水射流使纤网中一部分表层纤维发生位移，包括向纤网反面的垂直运动，当水射流穿透纤网后，受到托网帘或转鼓的反弹作用，以不同的方位散射到纤网的反面。在水射流直接冲击和反弹水流的双重作用下，纤网中的纤维发生位移、穿插、缠结、抱合，形成无数个柔性缠结点，从而使纤网得到加固。平网水刺加固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。预湿水刺头纤网脱水箱过桥装置输网帘•平网式水刺机的缺点：输网帘在运行过程中，松边、张力变化、导辊不平行等都会造成网帘横向移动（游动），需要用纠偏装置来保持网帘在横向上居中运动。水刺头预湿纤网转鼓转鼓水刺加固转鼓水刺加固•转鼓式水刺机的优点：1.转鼓呈圆周运动，不存在跑偏现象，利于高速生产。2.纤网呈圆弧状弯曲，导致纤网结构外周体积密度较小，内周体积密度较大，利于水针在纤网中的穿透，使纤维有效缠结。3.可在较小空间位置内完成对纤网的多次正反水刺，占地面积小。•转鼓式水刺机的缺点：1.转鼓更换比输网帘困难，尤其是宽幅套鼓拔出时容易损坏。2.转鼓表面的微孔结构不适宜加工带有清晰网孔的非织造材料，缺乏由输网帘形成的织物风格。3.用输网帘可得到与机织物结构相对应的非织造材料的外观结构，金属转鼓则相形见拙。转鼓加平网式水刺加固水刺工艺对纤维、纤网和工艺用水的要求对纤维的要求•纤维弹性模量↓纤维缠结↑•纤维长度↑产品强力↑•纤维卷曲度↑纤维抱合力↑•纤维表面光洁度↓摩擦系数↑对纤网的要求纤网定量一般在20~200g/m2对工艺用水的要求•不能含有固体颗粒杂质•尽量减少金属离子含量•水质必须是中性（pH=7）•水温要适中第三节水刺设备水刺机水刺机主要由水刺头、托网帘（或转鼓）、脱水箱、传动系统及控制系统等组成。水刺头是水刺非织造工艺中产生高速水射流的关键部件，材质为高级不锈钢。其核心零件是水针板(喷水板)。水刺头水刺头分为两类，一类是附加油压密封，另一类是水压自密封，它的喷水板可快速更换。两种密封方式的对比：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附加油压密封水压自密封(ZL01254847.2)Fleissner公司Aquajet水刺加固系统的水刺头JETLACE2000水刺加固系统的水刺头水针板的性能要求：•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。喷水孔孔型：喷水孔按其形状可分为圆柱型、圆锥收缩型、流线收缩型三类。圆柱型圆锥收缩型流线收缩型•三种类型喷水孔孔口系数：流速系数：流线圆锥圆柱流量系数：流线圆锥圆柱效率系数：流线圆锥圆柱阻力系数：流线圆锥圆柱水针射流扩散程度：流线圆锥圆柱∴流线型喷水孔水流集束性好喷水孔孔径与排列：喷水孔出口直径通常为0.08~0.15mm，排列形式有单排、双排或三排。单排孔密度为8~24孔/cm，双排孔密度为16~36孔/cm，三排孔密度为24~48孔/cm。双排孔水针压力：水针压力分为低压、中压和高压。低压一般在（3.0~5.0）×106Pa中压在5.0×106Pa~1.0×107Pa高压大于1.0×107Pa目前新型设备的水针压力最高可达3.0×107Pa之多水刺装置的配置：一般水刺装置的配置为四上四下，排列形式分为水平排列(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。(见P110图7-4，7-5)托网帘•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针的反弹，提高纤网的缠结效果。•按不同的编织结构使产品产生相应的外观结构。托网帘的作用：托网帘是用高强低伸聚酯或聚酰胺长丝按工艺参数所要求的目数、花纹、规格编织而成。水刺时纤维在网帘上的运动机理托网帘编织结构与纤网外观结构效果托网帘的性能要求：•表面结构均匀。•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”。•两边有足够的强度，防止托网帘在生产过程中产生变形。•耐磨性和耐腐蚀性好，使用寿命长。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材料编织而成，也可用聚酰胺材质。与金属丝网相比较，在负重情况下具有伸长少、拉伸强度高的特点。在温度和湿度有变化的生产环境中，性能稳定、不易变形，耐磨性和耐腐蚀性好。通过对托网帘表面树脂处理，还可有效防止油剂和微细纤维的附着。托网帘的结构和材质：各种托网帘结构各种托网帘结构微孔结构水过滤循环处理系统水过滤循环处理系统主要由水过滤、循环、增压、回收等装置组成。水过滤循环按所加工纤维原料分为两大系统：•化学纤维用水过滤系统•棉纤维包括浆粕类纤维用水过滤系统第四节影响产品质量的因素1.纤维原料2.成网方式3.水刺装置排列方式4.生产速度与水刺力的匹配5.水质纤维原料对工艺和产品性能的影响•纤维强度↑→水刺非织造材料强度↑•弯曲模量↓→纤维缠结↑•细度↓→纤维缠结↑•长度↑→纤维缠结↑•纤维卷曲度↑→纤维缠结↓•扁平截面比圆截面有更好的纤维缠结效果•油剂不利于水过滤成网方式对产品性能的影响成网方法不同，产品的纵横向强力比是不一样的，水刺过程会使部分呈横向排列的纤维转为纵向，从而改变纤网的纵横强力比。水刺装置排列方式对产品性能的影响平板排列式水刺装置的横向强力要小于圆周排列式的水刺装置。生产速度与水刺力的匹配生产速度保持不变，水刺力↑→产品的强力↑水质要求•不能含有固体颗粒杂质•尽量减少金属离子含量•水质必须是中性（pH=7）•水温要适中水刺法工艺技术的特点：•柔性缠结，不影响纤维原有特征，不损伤纤维•外观比其它非织造材料更接近传统纺织品•无需粘合剂加固•生产流程长、占地面积大•设备复杂、水质要求高•能耗大第五节水刺工艺与产品性能产品结构与性能水刺加固纤网利用高速水射流连续不断地冲击纤维，纤网中纤维在水力作用下相互缠结，因此水刺非织造材料纤网中纤维为柔性缠绕结构。相对而言，针刺加固纤网则为刚性缠绕结构。托网帘编织结构与纤网单位面积质量及密度的配合可得到各种外观结构效果。柔性缠绕结构水刺非织造材料的各种外观结构效果。水刺非织造布的性能特点：•水刺法能有效地利用各种纤维，产品手感柔软。•可以保护纤维本身的性能，不会使纤维受到像针刺那样的损伤。•除特殊用途外，大多数产品不使用粘合剂，具有良好的卫生性。•产品外观近似于传统纺织品，具有良好的悬垂性、柔软性、吸水性和不易掉绒毛。•在相同纤维和相同定量情况下，其断裂强度能达到纺织品面料的70%~80%。•可以把纤网与木浆纸、纤网与木浆短绒、纤网与织物或纱线一起水刺，制成复合基布或含有纱线层的复合材料。•可配置不同花纹图案的托网帘，加工具有不同花纹图案的产品。水刺非织造布的性能特点：纯棉水刺非织造材料与其它非织造材料的对比•采用天然棉纤维•不过敏，残硫含量小于1.0mg%100g，符合FDA标准•各种方法消毒后均无异味•透气好，吸水性强、速度快•缝线不开裂、不起毛、手感柔软、悬垂性好•无静电•能进行任何方式的灭菌•能自然降解，无需特殊处理，无毒无害水刺工艺技术应用的拓展•不仅作为加固手段，而且作为叠层复合手段•利用超细纤维•与其它非织造工艺的结合•传统纺织品的整理分裂型纤维水刺后分离情况分裂型纤维水刺后碱减量分离情况长丝机织物整理排列更均匀，织物表面孔隙变小，并使织物得到有效的清洁。整理前整理后水刺整理后的白坯布表面纤维发生充分缠结，使织物纹路变得模糊，增强了织物表面毛羽感，导致织物更柔软、厚度增加和透气性变化。整理前整理后水刺整理后粘附在纤维表面的浆料被去除，纤维表面变的更加光滑，可以省去退浆工序，节约能源，提高效率，同时又可保证将织物的性能所受影响减到最小。整理前整理后水刺整理后牛仔布背面的整理效果，织物表面纤维产生相互缠结，原来被磨平的部分由于纤维的松散而显得更丰满。在实际生产中，可以通过控制整理次数来取得不同的织物表面效果。整理前整理后公称机幅：2000-3600mm产品宽度：1600-3100mm产品克重：30-150g/m2生产线速度：基布18-40m/min卫材18-70m/min适用原料：涤纶、绵纶、粘胶等原料规格：1.5-3d*38-50mm产品适用范围：PVC、PU基布，卫材等公称产量：基布1000T/年卫材2500T/年■医用卫生材料医用纱布、绷带、药膏布、覆盖布、手术衣、帽、口罩等。■民生日用品类清洁抹布，湿面巾，魔术毛巾，美容巾，一次性衣裤、床单等。■工业用材料类PU、PVC涂层皮革基布，鞋用革、箱包布，服装革、沙发革基布，鞋帽衬、服装衬等。■主要规格机幅：2000mm、2500mm产品净宽：1700mm、2300mm产品基重：30-210g/m2水针最高压力：140Bar操作速度：0-30m/min、0-70m/min适应原料：1.5-3d×38-51产能：100-300kg/h总功率：800-1000kw实用功率：500-600kwh本章思考题1、试阐述水刺缠结的基本原理。2、试讨论预湿工艺对缠结性能的影响。3、试分析输网帘的结构对产品性能的影响。4、试比较平网水刺和转鼓水刺工艺各自的特点。5、试分析纤维性能、规格、水刺压力等参数对水刺产品强力和手感的影响，为何纤维卷曲度提高导致纤维之间缠结程度下降？6、试比较水刺非织造材料和针刺非织造材料的结构性