典型水刺法非織造布工藝流程的配置與應(yīng)用

趙艷利 王曉雨

(恒天重工股份有限公司，鄭州，450053)

隨著科技的發(fā)展，非織造布加工技術(shù)不斷提高，非織造布制造工藝及流程配置也在不斷改進和完善。非織造布作為一種原料成本低廉、制造工藝簡單的產(chǎn)品，越來越深入到人們的日常生活中。非織造布加工技術(shù)根據(jù)其成布工藝可分為水刺、水刺復(fù)合、針刺、熱風(fēng)、熱軋、熔噴等多種，其中水刺法是比較常用的一種。水刺法又稱水力纏結(jié)法、水力噴射法、射流噴網(wǎng)法，是一種獨特的、新型的非織造布加工技術(shù)［1］。水刺技術(shù)的加工特點是無環(huán)境污染，不損傷纖維，無黏合劑。水刺技術(shù)雖起步較晚，但發(fā)展較快，被稱為第三代非織造布加工工藝。目前，水刺法非織造布廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生產(chǎn)品、家庭生活用品、服裝、裝飾、基布等多個領(lǐng)域。其纖維原料來源廣泛，常用的有滌綸、錦綸、腈綸、維綸、丙綸、黏膠、天絲、莫代爾、竹纖維、棉、麻、甲殼素纖維等。

水刺生產(chǎn)工藝流程的合理配置，需根據(jù)纖維特點、產(chǎn)品要求和性能而定，其典型的工藝流程配置主要有三種，即直鋪生產(chǎn)線、兩梳一鋪生產(chǎn)線和兩梳兩鋪生產(chǎn)線，在實際的配置中還需要根據(jù)客戶的不同要求進行局部調(diào)整。本文介紹我公司(恒天重工股份有限公司)生產(chǎn)的典型水刺法非織造布工藝流程的配置與應(yīng)用情況。

1 直鋪水刺生產(chǎn)線

1.1 典型流程配置

直鋪水刺生產(chǎn)線的典型工藝流程配置為：抓取(或稱量)→預(yù)開松→混合→精開松→末道棉箱→氣壓棉箱→梳理機→水刺機→烘燥→卷繞→分切。設(shè)備排列示意圖如圖1所示。

1.2 流程特點及注意事項

流程中依次配置抓取(或稱量)、預(yù)開松、混合、精開松、末道棉箱、氣壓棉箱、梳理、水刺、軋車、烘燥、卷繞、分切等工序，保證纖維在得到充分開松、除雜、混合后，在連續(xù)喂棉和自調(diào)勻整裝置的控制下，按所需要的量均勻連續(xù)地喂給梳理機并輸出質(zhì)量合格的纖維網(wǎng);在網(wǎng)簾的輸送下，將纖網(wǎng)喂入水刺機，經(jīng)高壓高速水流的作用，使纖網(wǎng)中的纖維發(fā)生運動而重新排列和相互纏結(jié)成具備一定強力的非織造布;經(jīng)烘燥機烘干后由卷繞機卷成布卷，按要求對布卷分切后進行包裝。另外，還可根據(jù)需要在流程中增加退卷、木漿復(fù)合、印花、上漿等設(shè)備，以擴大產(chǎn)品的種類和應(yīng)用范圍。

直鋪水刺生產(chǎn)線的主要特點是流程短、設(shè)備少、占地面積小、速度高、耗能低、成本低、用工少，但非織造布的面密度較小(≤90 g/m2)，縱橫向強力比大于3∶1，用途受到一定限制。

流程中各主要工序的特點及注意事項如下。

圖1 直鋪水刺生產(chǎn)線典型工藝流程配置示意圖

1.2.1 抓取(或稱量)工序

抓取(或稱量)工序有三種常用的配置：①采用往復(fù)式抓棉機或圓盤抓棉機，具有排包量大，自動化程度高，節(jié)省人工，勞動強度低等優(yōu)點。但當2種或2種以上的纖維混紡時，其混合比波動較大，尤其在抓包頂和包底時，故往復(fù)式抓棉機或圓盤抓棉機主要用于加工單個品種纖維的流程或?qū)旌媳纫蟛惶珖栏竦牧鞒?。②采用稱量機，按纖維種類、產(chǎn)量等要求常配置2臺或2臺以上，具有稱量精度高，纖維混紡比穩(wěn)定等優(yōu)點。但上包工作量大，擋車工勞動強度高，適用于2種或2種以上的纖維混紡，尤其適用于對混合比要求嚴格的流程。③采用通用型開包機，具有設(shè)備投入成本低、占地面積小等優(yōu)點。但上包工作量大，擋車工勞動強度高，混合效果差，僅推薦在加工單個品種纖維的流程中使用。

1.2.2 預(yù)開松工序

預(yù)開松工序的主要作用是將較大的纖維束分解為較小的纖維束，利于除雜并為混合設(shè)備提高混合效果奠定基礎(chǔ)。預(yù)開松設(shè)備的選擇與纖維的性質(zhì)密切相關(guān)，加工滌綸等合成纖維時，可配置簡單的預(yù)開松設(shè)備，也可不配置預(yù)開松設(shè)備;加工黏膠等再生纖維素纖維時，建議配置簡單的預(yù)開松設(shè)備，以提高混合效果;加工純棉、苧麻等天然纖維時，需配置具有一定開松、除雜能力的預(yù)開松設(shè)備，以去除纖維中較大的雜質(zhì)并提高混合效果。

1.2.3 混合工序

在非織造布的加工流程中，常用的混合設(shè)備有大倉混棉機和多倉混棉機兩種，用戶可根據(jù)實際需要選擇合適的機型。大倉混棉機常采用“平鋪直取”的混合原理，結(jié)構(gòu)簡單，清潔和維護保養(yǎng)方便，但混合效果較差。多倉混棉機采用“逐倉喂入，同時輸出”或“同時喂入，分時段輸出”的混合原理，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但混合效果好。

1.2.4 精開松工序

精開松設(shè)備的主要作用是將纖維束分解為適合梳理機喂入要求的小而均勻的纖維束，并根據(jù)纖維的含雜情況去除其中的部分雜質(zhì)。精開松設(shè)備的選擇也與纖維的性質(zhì)、含雜率等密切相關(guān)，加工滌綸等合成纖維時，只需配置簡單的精開松設(shè)備，梳理機產(chǎn)量較低時也可不配置精開松設(shè)備;加工黏膠等再生纖維素纖維時，建議配置精開松設(shè)備，可不設(shè)置落雜點;加工純棉、苧麻等天然纖維時，需配置具有一定開松、除雜能力的精開松設(shè)備，以去除纖維中的部分雜質(zhì)。

1.2.5 末道棉箱工序

末道棉箱喂棉機的主要作用是在連續(xù)喂棉裝置的控制下，向氣壓棉箱喂棉機或振動棉箱喂棉機提供連續(xù)均勻的纖維流，確保氣壓棉箱喂棉機或振動棉箱喂棉機輸出的筵棉均勻穩(wěn)定。末道棉箱喂棉機的另一個作用是對纖維束具有一定的開松能力，部分機型還具有除雜功能。末道棉箱和精開松工序也可根據(jù)需要合并在一臺設(shè)備上，以縮短流程，減少占地面積。

1.2.6 氣壓棉箱(或振動棉箱)工序

氣壓棉箱(或振動棉箱)的主要作用是將開清設(shè)備送來的經(jīng)開松、除雜后的纖維束作進一步開松后制成在縱向、橫向上密度和厚度均勻穩(wěn)定的筵棉并喂給梳理機，筵棉輸出速度與梳理機喂入速度保持同步。目前，喂棉箱主要有三種類型，均采用上、下雙棉箱結(jié)構(gòu)，其中上棉箱均采用氣壓棉箱，儲棉量由連續(xù)喂棉裝置控制;下棉箱分別采用氣壓棉箱、振動棉箱或氣壓與振動二合一棉箱，儲棉量由自調(diào)勻整裝置或光電傳感器控制。

1.2.7 梳理工序

梳理工序的主要作用是將由氣壓棉箱(或振動棉箱)喂入本機的筵棉分梳成單纖維狀態(tài)并制成定量滿足要求的纖維網(wǎng)。加工純棉或麻等天然纖維時，梳理機還應(yīng)具有一定的去除雜質(zhì)和短纖維的能力。由于直鋪水刺生產(chǎn)線的流程中不配置交叉鋪網(wǎng)機，故非織造布的面密度和縱橫向強力比有一定的限制。配置一臺梳理機時，成品的面密度一般為20～45 g/m2;配置兩臺梳理機時，成品的面密度一般為40～90 g/m2。梳理機配置高速雜亂輥時，直鋪水刺布的縱橫向強力比可達到3∶1～2∶1;不配置高速雜亂輥時，直鋪水刺布的縱橫向強力比一般為6∶1～3∶1。

1.2.8 水刺工序

纖網(wǎng)由托網(wǎng)送入水刺機后，高壓水流經(jīng)水刺頭、水針板形成連續(xù)不斷的呈圓柱狀的“水針”并垂直射向纖網(wǎng)，在水力的作用下，纖網(wǎng)表面的部分纖維被帶入纖網(wǎng)底部，造成纖維之間的纏結(jié)。當水針穿過纖網(wǎng)射到托網(wǎng)表面后，部分水流會向不同方向進行反射，使纖網(wǎng)受到多方位水柱的穿刺。在整個水刺過程中，纖網(wǎng)在正面直接水針沖擊和反面水流反射穿插的雙重作用下，纖維間形成不同方向的無規(guī)則的纏結(jié)，從而使纖網(wǎng)得到加固而形成水刺非織造布。

根據(jù)纖維類別、纖網(wǎng)面密度、纖網(wǎng)速度、布面風(fēng)格(如平紋、提花、打孔等)、產(chǎn)品用途(如衛(wèi)生材料、擦拭布等)、工作幅寬等選擇合適的水刺工藝和配置，包括水刺頭的數(shù)量、水針板的規(guī)格、水針的工作壓力等。在3 500 mm機幅的直鋪水刺生產(chǎn)線上，用滌綸、黏膠短纖維(0.13～0.39 tex，38～51 mm)加工衛(wèi)生材料非織造布時，水刺頭的常用配置和工作壓力如表1所示。

由表1可以看出，加工平紋水刺非織造布時，使用的水刺頭較少，水針壓力也較低，配置兩個輥筒即可。加工提花布時，提花工序一般在第三輥筒上進行，紋路清晰、層次感強;也可在第二輥筒上進行，但效果較差，故加工提花布時往往需要配置三輥筒水刺機。加工打孔布時，一般在后平臺上進行，布面平整清晰，孔的表面光滑，立體感好;也可在第三輥筒上用聚酯網(wǎng)或焊接銅網(wǎng)進行打孔，但孔的立體感稍差，故加工打孔布時往往需要配置三輥筒+平臺式水刺機。在選擇水刺機形式、水刺頭數(shù)量和壓力配置時，必須滿足該流程所要加工的產(chǎn)品種類的要求，僅生產(chǎn)平紋水刺非織造布時，可選擇“二輥筒+脫水輥筒”形式;既生產(chǎn)平紋布又生產(chǎn)提花布，且提花布所占比例較高、質(zhì)量要求也較高時，可選擇“三輥筒+脫水輥筒”形式;若平紋、提花、打孔布均需生產(chǎn)，且提花、打孔布所占比例較高、質(zhì)量要求也較高時，可選擇“三輥筒+后平臺”形式?？傊?，水刺機的配置可以根據(jù)用戶的不同需求進行不同的配置。

表1 水刺頭的常用配置和工作壓力

1.2.9 烘燥工序

直鋪水刺生產(chǎn)線中常用的烘燥設(shè)備有圓網(wǎng)熱風(fēng)式和烘筒式兩種類型。圓網(wǎng)熱風(fēng)式烘燥機屬于氣流烘燥機，它利用空氣對流原理，讓熱空氣經(jīng)風(fēng)機的抽吸將熱量直接傳遞給濕布來蒸發(fā)水分，從而保證高效的熱質(zhì)交換。圓網(wǎng)熱風(fēng)式烘燥機采用不銹鋼板沖孔圓網(wǎng)，外套不銹鋼絲網(wǎng)，開孔率大，熱風(fēng)穿透力強，經(jīng)烘燥后的水刺布手感柔軟。烘筒式烘燥機屬于接觸式烘燥機，濕布包覆在烘筒表面獲取熱量使其溫度上升，水分在布的表面汽化擴散到周圍空氣中，經(jīng)烘燥后的水刺布表面光滑、挺括。若流程中配置有木漿復(fù)合、上漿、印花等設(shè)備，為提高布面效果，一般采用圓網(wǎng)熱風(fēng)和烘筒式烘燥機配套使用。

1.2.10 卷繞工序

自動卷繞機具有很高的自動化水平，可以實現(xiàn)自動生頭、換卷、落卷連續(xù)在線生產(chǎn)。

1.3 應(yīng)用情況

目前，直鋪水刺生產(chǎn)線已得到大面積的推廣應(yīng)用，配置1臺或2臺梳理機的流程數(shù)量基本相當。配2臺梳理機時，其中任一臺梳理機都可單獨使用，以便于加工低面密度產(chǎn)品。常用機幅有1 800、2 500、3 500、4 500 mm等;常規(guī)的產(chǎn)品面密度為20～80 g/m2;卷繞速度因設(shè)備不同有較大差異，一般為60～300 m/min。

這種工藝流程適用于縱橫向強力比要求不高的低面密度水刺布的生產(chǎn)，具有投資少、占地面積小、產(chǎn)量高、能耗低等優(yōu)點。

2 兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線

2.1 典型流程配置

兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線也稱為半交叉水刺生產(chǎn)線，其典型工藝流程配置為：抓取(或稱量)→預(yù)開松→混合→精開松→末道棉箱→①+②。

①：氣壓棉箱→梳理機→鋪網(wǎng)機→牽伸機→輸網(wǎng)簾→③。

②：氣壓棉箱→梳理機→③。

③：切邊裝置→水刺機→軋車→烘燥機→卷繞機→分切機。

兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線的典型工藝流程的設(shè)備排列示意圖如圖2所示。

2.2 流程特點及注意事項

兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線(見圖2)與直鋪水刺生產(chǎn)線相比較，主要區(qū)別是流程中需配置2臺梳理機，另外需配置1臺交叉鋪網(wǎng)機、1臺牽伸機及1臺切邊裝置。其中一臺梳理機輸出的纖網(wǎng)首先喂給交叉鋪網(wǎng)機進行鋪網(wǎng)，接著由牽伸機對鋪疊后的纖網(wǎng)進行牽伸，再與另一臺梳理機輸出的纖網(wǎng)疊加后輸送至水刺機進行加固。也可根據(jù)需要在流程中增加退卷、木漿復(fù)合、印花、上漿等設(shè)備，以擴大產(chǎn)品的種類和應(yīng)用范圍。

圖2 兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線典型工藝流程配置示意圖

兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線的主要特點是適應(yīng)性強、產(chǎn)品范圍廣，既可生產(chǎn)半交叉布，也可根據(jù)需要生產(chǎn)全交叉(單開與交叉鋪網(wǎng)機配套的梳理機)或直鋪(單開高架梳理機)水刺布。非織造布的面密度和縱橫向強力比的范圍較寬，半交叉布的面密度一般為40～160 g/m2，縱橫向強力比為 2∶1～1.5∶1;全交叉布的面密度一般為40～160 g/m2，縱橫向強力比為1∶1;直鋪布的面密度一般為20～45 g/m2，縱橫向強力比為 6∶1～3∶1。

流程中的抓取(或稱量)、預(yù)開松、混合、精開松、末道棉箱、氣壓棉箱、水刺、軋車、烘燥、卷繞、分切等工序的主要特點和注意事項與直鋪水刺生產(chǎn)線相同，不再重復(fù)。梳理、交叉鋪網(wǎng)、牽伸工序的主要特點與注意事項如下。

2.2.1 梳理工序

在兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線中往往配置2臺梳理機，根據(jù)水刺布的品種和工藝要求，設(shè)置每臺梳理機的出網(wǎng)速度和面密度。流程中，2臺梳理機的機幅可以相同(如均配置3 000 mm或3 500 mm機幅)，也可以略有差異(如低架配置3 000 mm機幅，高架配置3 500 mm機幅)。

2.2.2 交叉鋪網(wǎng)工序

鋪網(wǎng)是指將梳理機輸出的多層單網(wǎng)鋪疊在一起，鋪網(wǎng)過程既有疊又有鋪，使纖網(wǎng)進一步混合、加寬、加厚，形成比較均勻的纖網(wǎng)供下道工序使用。鋪網(wǎng)的形式多種多樣，常見的有平行式鋪疊網(wǎng)、交叉式鋪網(wǎng)、組合式鋪網(wǎng)等。交叉式鋪網(wǎng)是采用1臺梳理機輸出的纖網(wǎng)進行交叉鋪疊，達到一定的質(zhì)量和寬度。目前，在水刺流程中使用較多的是夾持式交叉鋪網(wǎng)機。

2.2.3 牽伸工序

牽伸機的主要作用是將鋪網(wǎng)機輸出的纖網(wǎng)牽伸至工藝要求的質(zhì)量。目前，在水刺流程中使用較多的是多輥牽伸機，牽伸倍數(shù)一般為3～5倍。

2.3 應(yīng)用情況

目前，兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線也已得到大面積的推廣應(yīng)用，主要用于醫(yī)療衛(wèi)生用品、合成革基布、家庭裝飾等產(chǎn)品的加工。在機幅方面，為提高單線產(chǎn)量，往往采用較寬的水刺機幅(如3 500 mm等)。

因兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線的產(chǎn)品種類和面密度范圍廣，在烘燥機方面大多采用烘筒烘燥機和圓網(wǎng)烘燥機配套使用，也可單獨使用40筒以上的烘筒烘燥機或4圓網(wǎng)以上的圓網(wǎng)烘燥機。

3 兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線

3.1 典型流程配置

兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線也稱為全交叉水刺生產(chǎn)線，其典型工藝流程配置為：抓取(或稱量)→預(yù)開松→混合→精開松→末道棉箱→①+②。

①：氣壓棉箱→梳理機→鋪網(wǎng)機→輸網(wǎng)簾→③。

②：氣壓棉箱→梳理機→鋪網(wǎng)機→③。

③：多輥牽伸機→切邊裝置→水刺機→軋車→烘燥機→卷繞機→分切機。

兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線的典型工藝流程的設(shè)備排列示意圖如圖3所示。

圖3 兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線典型工藝流程配置示意圖

3.2 流程特點及注意事項

兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線(見圖3)與兩梳一鋪生產(chǎn)線相比較，主要區(qū)別是流程中配置了2臺交叉鋪網(wǎng)機，生產(chǎn)全交叉非織造水刺布。布的面密度一般為80～200 g/m2，縱橫向強力比為1∶1左右。也可根據(jù)需要在流程中增加退卷、木漿復(fù)合、印花、上漿等設(shè)備，以擴大產(chǎn)品的種類和應(yīng)用范圍。

各工序的主要特點和注意事項與兩梳一鋪水刺生產(chǎn)線相同，不再重復(fù)。

3.3 應(yīng)用情況

目前，兩梳兩鋪水刺生產(chǎn)線也已得到大面積的推廣應(yīng)用，主要用于合成革基布等領(lǐng)域。在機幅方面，為提高單線產(chǎn)量，也往往采用較寬的水刺機幅(如3 500 mm等)。

4 結(jié)語

非織造布水刺生產(chǎn)線的流程配置是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要了解所用的纖維種類與性能、產(chǎn)品類別與用途等多個方面，根據(jù)用戶的實際需要配置合適的流程。

水刺非織造布加工技術(shù)正向著高速度、高質(zhì)量、高適應(yīng)性的目標邁進，新的單元機和流程配置將不斷涌現(xiàn)。

［1］郭秉臣.非織造材料與工程學(xué)［M］.北京：中國紡織出版社，2010.