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針刺濾布生產中原料如何選 |
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針刺濾布生產中纖維、針布、刺針選配,海安縣徐氏線業有限責任公司創建于一九八七年,位于中國著名-濾布-絲綢之鄉--江蘇海安,東臨黃海,南望長江,328-204國道；沿海、江海高速交匯處,與上海隔江相望,兩小時到達虹橋、浦東、祿口機場，一小時到達南通、揚州、鹽城機場。
1 纖維原料
目前針刺非織造布產品中，無論是環保濾材、地毯、土工布、油氈基布、革基布、造紙毛毯、車內飾布，普遍存在的問題是原料品種相對單一，對于企業需求的某些特殊纖維原料，市場上很難求購到；企業需要進行新產品開發的少量原料，市場上更難找到，這在很大程度上影響了產品開發與檔次的提高。比如十幾年前的高溫濾布用纖維全部依賴進口、工業用拋光輪所需要的100~200 dtex粗旦聚己內酰胺纖維、高檔仿麂皮雙組分0.05~0.1 dtex定島聚己內酰胺纖維短纖維、踏腳毯需要的180~320 dtex粗旦有色聚丙烯纖維，國內至今都無人生產，以致盡管國內企業也采用先進的進口設備，但仍很難與國際市場競爭。
纖維是針刺非織造布最基本的原料，纖維性能與質量的好壞直接影響針刺產品的物性與質量指標，在生產針刺非織造布產品之前，首先要掌握纖維的基本性能、纖維的突出優缺點及影響針刺產品的關鍵點，只有掌握了纖維的核心特點，再針對纖維和設備來制定工藝，才能生產出滿意的產品。
現以針刺濾布原料為例，說明纖維選擇的重要性。
纖維原料如果從熱穩定性上來劃分，可分為熱固性（不溶不熔）和熱塑性（可溶可熔）兩種。熱塑性高分子鏈之間多是不交聯的，互相之間沒有通過化學鍵結合，成為線性高分子鏈，加熱時軟化流動，冷卻變硬的過程是物理變化；相反，熱固性高分子鏈之間通過化學鍵、氫鍵等結合成為一個整體，整個材料可以看作一個超級大分子，稱為體型結構。
熱塑性纖維有固定的熔點（實際上是一個熔融的溫度范圍），濾布燒毛時表面的纖維會熔化并留下光潔平滑的熔融物，丙綸（PP）、滌綸（PET）、聚苯硫醚（PPS）等均是熱塑性纖維。熱固性纖維沒有固定的熔點，濾布燒毛之后會出現炭化后的深色固體殘留物，包括間位芳綸（MX）、聚酰亞胺（P84）、均聚丙烯腈（DT）、聚四氟乙烯（PTFE）以及玻璃纖維（GL）等。
纖維原料如果從水解性上來劃分，又分易水解和不水解兩種。當水分子介入纖維高分子鍵而引起的分解反應通常稱之為水解反應，一般以縮聚的方法生成的聚合物合成纖維容易產生水解，象滌綸（PET）、聚酰亞胺（P84）、間位芳綸（MX）等纖維均容易發生水解反應，特別是在高溫運行下產生出濕氣及酸堿化學物質，這樣的條件都是理想的水解條件。而丙綸（PP）、均聚丙烯腈（DT）以及聚苯硫醚（PPS）不是從縮聚反應而來的聚合物，它們不會發生水解。
由于濾布的工況條件不一，我們就應該依據針刺濾布工況的要求來全面考慮對纖維的化學穩定性（抗水解性、抗酸性、抗堿性和抗氧化性）、連續使用溫度、產品的密度及纖維的極限氧指數等基礎條件來選擇。
除了各種纖維的單獨使用之外，針刺濾布還使用了較多的纖維混用技術。例如在聚苯硫醚（PPS）的表面覆合上一層聚酰亞胺（P84）可以較大地改善原來100%聚苯硫醚（PPS）濾料的過濾性能；將聚四氟乙烯（PTFE）與聚酰亞胺（P84）按一定比例共混生產出來的濾料，不僅解決了100%聚四氟乙烯（PTFE）加工困難的問題，而且提高了濾料的過濾性能，且降低了100%聚四氟乙烯（PTFE）濾料的成本；再有導電纖維（如不銹鋼纖維）與其他纖維的混紡將改善濾料的導電性能，從而生產出抗靜電濾料。
從例舉中表明，只有真正掌握了針刺濾布產品的纖維物性，才有可能把濾布產品的質量搞上去。同樣，對于其他各類干法針刺非織造布產品也一樣，首先要對纖維原料作細致的分析研究，這是開發產品和組織生產的基礎。
既然化學纖維是針刺非織造布的重要原料，那么大家對纖維性能及纖維屬性理解得越深刻，在針刺工藝過程中就越能考慮周全，產品質量就越能得到保證。
影響纖維性能最主要的因素首先是各纖維分子結構的不同，它直接影響其性能；其次是纖維分子量與結晶度的不同，它影響纖維的強力；最后是纖維的生產工藝不同，它影響纖維物性的差異。
對于針刺非織造布而言，纖維是根本。我國針刺非織造布行業，如果要開創輝煌，必須從纖維入手，加強高技術纖維的開發和選用，以增強我國針刺非織造布的競爭力。隨著社會的進步和經濟的迅速發展，人們開始追求舒適美好的生活空間，對時尚和流行、運動和休閑、環境和健康都提出了更高的質量要求，希望今天的纖維材料除了接近自然、仿生態，具有真絲般柔軟感和纖細感外，同時還要求賦予特殊功能，以適應人們生活的需要。這就給高技術纖維提供了廣闊的發展空間和動力。
我國針刺濾布技術十幾年來，在纖維開發應用上雖然有了一定基礎，但是絕大多數仍然停留在功能單一的第一代、第二代水平上，在高性能、高功能、高感性纖維的應用與多功能復合技術方面和國外的差距還比較明顯。高性能纖維是指強度為17.7 cN/dtex，模量為441.5 cN/dtex以上的特種纖維，具有普通纖維所不及的物理機械性能、熱性能和化學性能，高技術纖維在針刺濾布非織造布上的應用，已作為一個新亮點，正呈現出越來越強的生命力，以高新技術為依托已成為世界高科技領域的熱點。
針對濾布應用工況不一的特點，選擇纖維的基本原則是：
（1）依據濾布物性的基本要求，鎖定基本的纖維品種與規格。
（2）依據濾布的具體要求，考慮能否對纖維進行改性或者添加一部分功能性纖維來滿足要求。
（3）依據濾布的用途與市場價格定位，考慮纖維來源的等級。
（4）依據市場對濾布外觀的要求，考慮纖維的高感性能。
（5）依據濾布的使用環境及纖維的耐熱性能，合理選擇纖維。
一般針刺非織造布都要求產品厚薄一致、物理性能良好、表面平整細膩、手感柔軟舒適以及透氣性好等特點。然而，對于具體的某一個產品，應根據它的不同性能要求與物性指標，從細節入手，綜合考慮纖維分子量的高低、分子量分布的寬窄、切片灰分的多少、纖維油劑的組分、纖維油劑的親疏水性、纖維烘干的溫度與定型時間以及硅處理、阻燃、抗靜電、可染等方方面面。
國內濾材企業在生產針刺氈的過程中，一般選用纖維2~2.5 旦短纖維。旦數越小纖維直徑越細，用細纖維制作的濾料孔徑也更加細小，過濾精度越高，排放毫克值就越低，如粉塵顆粒大于濾氈孔徑，則更多被阻擋在表面，無法穿透，形成表面過濾。
新濾料結構，表層過濾層有細纖維和超細纖維組成的致密面層；中層為高強低伸基布；里層為易于空氣通過的粗孔層，這樣梯度狀結構的設計使濾氈過濾精度高且保持較大的透氣量，新濾材選用0.8~1.5 旦或更細的纖維。
細化濾布的關鍵點是做好纖維選擇，也是我們強調纖維重要性的初衷。
2 梳理針布
梳理在干法（針刺、水刺、熱軋、熱粘合）非織造布的成網生產中，是十分關鍵的工序。梳理工藝是利用包在梳理機各輥筒上的針布對纖維進行梳理加工，在梳理過程中，是將相互糾纏、卷曲的纖維束分離成單纖維，使纖維伸直平行，使各種物理性能不同的纖維充分混合，均勻分布并轉移成網。金屬針布是梳理機的核心元件，對最終產品的品質起著重要的作用，針布的選用是決定梳理效果好壞的關鍵，直接影響到成品的質量；所以對梳理機上配置的針布型號、規格的選擇應該要有足夠的重視。目前，非織造布梳理機上配置的針布均為金屬針布，許多廠家還采用聯鎖式（自鎖式）針布，并按不同纖維及不同滾筒直徑，選擇不同型號針布加以分梳。不同型號針布包覆在梳理機不同部位的滾筒表面上，通過其不同的齒向配置、相對速度、相對隔距及針布密度等變化，對纖維產生不同的作用。
2.1 針布的具體要求
（1）齒尖（針尖）對纖維要有良好的穿刺能力，能有效地抓取纖維進行分梳；當齒尖或針尖作用于纖維時，兩相對運動的齒尖或針尖之中必須有一些齒尖或針尖能握持纖維，讓纖維處于針齒尖端，否則，就不能進行良好的分梳。
（2）根據工藝的具體要求，纖維要能適當地從一個齒面（針面）向另一個齒面（針面）轉移，如錫林上的纖維能恰當地被道夫抓取轉移過去，能對纖維有良好的轉移能力（纖維細相應錫林針布要矮）。
（3）針布具有適當的齒隙或針隙以容納纖維，并具有良好的存放纖維能力，以提高交替分梳效果及均勻混合作用（道夫針布側面有橫條，增加握持力）。
（4）針布應鋒利、光潔、淬火均勻、耐磨、方正、針面要平整，從而保證緊隔距、強分梳，易轉移的工藝要求，并滿足梳理機高速高產的發展需求。
2.2 兩針面的作用
（1）分梳作用
當兩針面針齒針向相順呈相對平行位置，兩針面相對運動，且有一定的速度差異，針向與轉向一致時，其中一個針面上纖維能被相對針面針齒抓住，纖維束上梳理力分解為使纖維沿針齒內運動的力與反作用力使纖維向針齒運動。受兩針面共同作用，完成纖維在兩針面間反復轉移，多次交替調頭的分梳作用。分梳可以概括為：兩齒面平行、同向運動、線速度差五倍左右、且纖維凝聚在速度較慢的針齒上。
（2）剝取作用
當兩針面間針齒傾斜呈交叉配置，針向相順時，即一針面針齒尖端從另一針面的針齒背上越過時，則一針面的針齒從另一針面上剝取纖維，被稱為剝取作用。纖維被針面剝取時，纖維在被針面帶走時，向該針面針齒內運動，同時向相對針面的針齒外移動，剝取可以概括為：兩齒面交叉、反向運動（或者按針齒方向互為同向）、纖維傳遞到速度較快的針齒上。
（3）提升（起出）作用
當兩針面針齒呈平行配置，當針面針向與轉向相反時，纖維梳理力由針根向齒尖端，被稱為提升（起升）作用。
通過針布的作用分析可以看出，干法非織造布產品對配置的梳理機針布性能有許多細膩的要求。
2.3 針布的配置原則
2.3.1 配置針布前必須考慮的問題
（1）纖維品種、纖度、長度等物性指標。
（2）梳理機錫林、道夫及工作輥的規格尺寸，以及各包針布輥的正常工藝速度。
（3）纖網的克重范圍及對纖網雜亂的要求。
下面例舉濾布生產線針布配置案例，供參考。
原料細度為2~3 旦、長度為51~65 mm的滌綸及混紡纖維，出網速度20~60 m/min的雙錫林雙道夫非織造梳理機，最終產品用于環保過濾領域。針布配置見表1。
2.3.2 針布影響非織造布產品的關鍵點
（1）隨著梳理機產量的提高，針布所帶纖維的負荷增加，梳理度將下降。為此必須設法減輕針布所帶纖維的負荷，增加梳理度，因而錫林針布的總高隨產量增加而減矮，齒密隨產量增加而加密。由此就形成錫林針布向“矮、淺、尖、薄、密、小（工作角小、齒型小）”的方向發展，相配套的道夫、工作輥剝取輥針布也向相應的方向發展。
（2）為了改善握持分梳能力，把工作角從83°減至70°，并采用矮齒、淺齒、提高光潔度等措施，來提高針布對纖維的分梳作用、減少纖維滑脫、使浮游減少，改善纖維梳理度、纏結力及膨松度、以提高成網的均勻度。
（3）錫林工作角的因果關系是工作角較大，纖維不易沉入齒底，有利于轉移。工作角較小，纖維沉向齒根，抓取梳理作用強。工作角過大，握持力差、纖維易外滑。工作角過小，纖維沉量太大，充塞齒間隙，不利于轉移。錫林針布工作角度一般在75°~80°內。
（4）道夫和工作輥工作角是工作角小，轉移率高，纖維纏結少。工作角過小，影響分梳與均棉效果。道夫和工作輥工作角一般在50°~60 °范圍內。
（5）齒背角大，齒尖穿刺能力強，分梳效果好。齒背角過大，齒尖強度減弱，易斷裂，抗軋性能差。齒背角一般在15°~30°范圍內。
（6）為使纖維處于齒尖狀態，與相鄰作用針面的齒數與接觸長度增加，以利于纖維分梳、交替和轉移，提高梳理效果和均混效果，一般采用矮齒與淺齒。
（7）梳理機針布增加齒密，有利于增強對纖維的握持、分梳能力，特別是橫向增密更有利于把纖維分梳成單纖維。
從齒密公式N=（25.4mm）2/P·b１（Ｐ為齒距，b１為基部寬）中可以看出：隨著總齒高減矮、工作角減少、齒密增加，當纖維越細，密度越大；但密度過大，齒間隙變小，降低容棉量，產能下降，握持力增大；一旦拉斷纖維，產生短絨，增加落棉，容易充塞針布，形成纖網破洞和棉結。根據經驗，梳理速度越快，縱向齒密應越小；此時可適當加大橫向齒密（高速梳理機縱向齒密已由一般梳理機的12～14 齒／(25.4mm)2降為10齒／(25.4 mm)2。
（8）總高h1、齒深h6、基部高h2相互關系：h1由h6與h2決定。錫林h6取0.6～1.1mm；道夫、工作輥、凝聚輥h6取2.2～3.2mm；h2一般取1.2～1.4 mm；齒密Ｎ與總高h1成反比。
2.3.3 道夫及工作輥針布選配規格特點
（1）道夫采用大前角（小工作角）；
（2）增大齒深及增大齒間容量；
（3）采用圓弧齒形；
（4）表面加橫紋，增加摩擦力。
2.4 針布的質量鑒別
（1）針布的齒形和規格參數應滿足纖維性能及產品的特殊要求，減少纖維的下沉阻力和上浮升力，防止纖維充塞。
（2）針布不伸長、不變形，能承受大的梳理力和離心力，并可滿足緊隔距、強分梳工藝，為梳理機高速、高產、高質量創造條件。
（3）良好的纖維握持力，阻止纖維下沉，減少齒間隙的充塞。
（4）針布總高的誤差控制在0.01~0.02 mm，齒條包卷后平整。
（5）針布要有良好的穿刺能力。
（6）針布不允許有毛刺卷邊、倒鉤、側彎、銹蝕等現象。
（7）針布角度的準確性是鑒別針布質量好壞的一個關鍵。
3 針刺刺針
刺針是針刺機上直接與纖維接觸，并將纖維加以柔性纏結的易耗品，針的品質好壞及刺針型號的選擇，直接決定了針刺產品的品質。一般針刺機的布置分為預針刺、主針刺及修面針刺，其各自的作用是不同的，所以在各個工序中針刺機所選用的刺針也有所差異。
3.1 刺針的基本概念
（1）刺針的長度：刺針長度盡量選短為好，選擇時要根據針刺機的動程、產品的單位克重以及纖維的細度等有關參數綜合考慮。
（2）刺針的型式：一種為突出的鉤刺型式（開放式鉤刺），另一種為沒有突出，鉤刺的型式。開放式鉤刺容易損傷纖維，一般適用于對強力和表面要求不高的產品，同時適用于有透氣性要求的產品。
（3）針刺號數：預刺機的刺針粗于主針刺及修面針刺的刺針，纖維越細，則刺針的號越大，一般預刺機留下的針孔無法在主針刺中完全消除。
（4）針刺的規格：RB（標準型）間距6.3 mm適用于預刺針；MB（中等型）間距4.8 mm適用于纖維長短不一及再生纖維；CB（稠密型）間距3.2 mm適用于主刺針；HDB（高密度型）間距1.3 mm適用于薄型，又需要較大強力的產品。
（5）刺針的形式：如叉形針、冠狀針、錐形針、倒刺針、單棱鉤刺、雙棱鉤刺等。
（6）三角針的鉤刺數量：在三角棱線上，鉤刺的數量、深度、角度、間距都直接影響針刺的工藝，一般來講，棱邊上少一個鉤刺比多一個鉤刺更有利于布面的平整度。同時，三角棱形針插針方向與纖網方向也有很大的關系。
3.2 如何考慮選擇針
非織造布的原料千變萬化，有金屬纖維、玻璃纖維、海島超細纖維、尼綸纖維、滌綸纖維、芳綸纖維、高性能碳纖維、陶瓷纖維、鈉米技術抗菌纖維等。不同的化纖，不同的產品結構，不同的工序，所使用的針都不相同。在同一條生產線上又分預刺、主刺、修面幾種不同規格型號的針。主刺機往往有多臺，主刺機前道、中道、后道雖然都采用基本相同規格的針，但同一規格的針，其齒距、齒深、齒突又不盡相同，所以針的選用是很講究的，我們一定要選用相對合適的針，方能刺出理想的非織造布。同時，對于布面平整度要求高的產品,纖維細度與針的細度成正比；三角針比凸型針更有利于布面平滑度；鉤刺上沒有上彎的針有利于布面平滑度。
選針的基本依據如下。
（1）根據針刺工藝選刺針類型。
（2）根據纖維細度選擇刺針號數，纖維較細時，選大號刺針，纖維較粗時，選小號刺針。
（3）對一條針刺生產線，刺針選用按“細→粗→細”即預針刺選略細刺針，主針刺先粗后細選用刺針。或“粗→中→細”原則，刺針由粗到細。
（4）僅1臺針刺機時，針板前幾列可植入較細的刺針。
（5）棱邊上少一個鉤刺比多一個鉤刺更有利于布面效果。
（6）在針刺密度允許的條件下，如果采用三棱針上兩棱邊上各有一個鉤刺，第三棱邊上沒有鉤刺，布面將特別平整美觀（皮革基布要求平整、無毛羽、緊密；而超纖基布要求松、平整，海島超纖基布采用100號刺針）。
玻璃纖維濾布針刺生產線刺針的配置：一般預刺針宜選用38號針、主刺針宜選用40號針。由于玻璃纖維易折，耐磨性能差，氈與基布的剝離強度低。為了克服上述現象，采用開放式齒型耐火針，應用在玻璃纖維的復合針刺氈上。
隨著非織造布產品原材料的性能改變及新產品結構的特點，應相應改變刺針的體形、針型、針距；適當調整針深、針突，為客戶設計出較理想的刺針。
“一機一布一針”，針的設計朝專業化方向發展，制針廠方與非織造布生產企業要密切配合，不定期交流針的使用狀況，不斷修正，不斷提高針的質量以適應生產發展的需要。
3.3 發現問題及處理方法
（1）如果出現纖維粉塵多，這就說明針的鉤刺對纖維斷損的程度較嚴重，這樣會影響布的拉拔強度，應及時更換針。
（2）如果出現較多的長纖維堵住了托網板的孔道或底下有3~5 mm或更長的斷纖維，這就說明針的穿刺深度太深，將纖維帶離布層的底面，應將穿刺深度調淺，調到第一個鉤刺離布層底面2~3 mm即可。如果是修面的，鉤刺就不要離開布層的底面，修面效果更佳。
現在各企業的技術負責人都深深地感受到針的選擇與應用在相同設備與原料的條件下，對針刺非織造布的質量是起到關鍵的作用。針刺非織造布企業已將選針與用針放在十分重要的位置上。合理的選用刺針，科學地運用刺針，將是全面提高非織造布質量的關鍵。
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