新型非織造全轉(zhuǎn)移輸出輥梳理機(jī)的機(jī)構(gòu)與特征

1.東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育研究工程中心， 上海 201620；2.福建南紡有限責(zé)任公司， 福建 南平 353000；3.福建省合成革基布與非織造新材料工程研究中心， 福建 南平 353000

近年來，非織造技術(shù)快速發(fā)展，原料、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品不斷更新。非織造干法成網(wǎng)過程中所用的梳理機(jī)在機(jī)構(gòu)與性能上也發(fā)生了顯著變化，其正朝著高速高產(chǎn)方向快速發(fā)展。當(dāng)前，一些高速高產(chǎn)型非織造梳理機(jī)的出網(wǎng)速度可達(dá)250～300 m/min，是普通非織造梳理機(jī)最大出網(wǎng)速度的2～3倍，產(chǎn)能≥500 kg/(h·m)，符合當(dāng)前非織造梳理機(jī)的生產(chǎn)工藝要求，也反映出未來非織造梳理技術(shù)的總體趨勢走向。

本文將就一種新型高速高產(chǎn)非織造全轉(zhuǎn)移輸出輥梳理機(jī)(簡稱“TT梳理機(jī)”)的機(jī)構(gòu)與特征進(jìn)行詳細(xì)探討。TT梳理機(jī)采用雙錫林、全轉(zhuǎn)移輸出輥(簡稱“TT輥”)、雙道夫、凝聚輥設(shè)計，成網(wǎng)系統(tǒng)新穎，并擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。其中，TT輥是設(shè)置在主錫林與雙道夫間的、具有全轉(zhuǎn)移纖維功能的高速輸出輥，直徑大、速度快，逆時針旋轉(zhuǎn)，可順向剝?nèi)≈麇a林上的纖維，起到高速轉(zhuǎn)移輸出纖維的作用。“TT”是英文“Tambour Transfer”的首字母縮寫，意為“轉(zhuǎn)移”，本文根據(jù)TT輥的作用與功能，將其定義為“全轉(zhuǎn)移輸出輥”。

1 梳理機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

如圖1所示：梳理機(jī)采用“S”形喂入路徑；胸錫林(7)與主錫林(14)分別配置5對與6對梳理單元，可充分梳理、混合纖維；胸錫林(7)與主錫林(14)之間為單一轉(zhuǎn)移輥(11)，用于轉(zhuǎn)移纖維；主錫林(14)后設(shè)置一TT輥(16)；TT輥(16)后配置兩道由道夫(17、18)、凝聚輥(19、20)、剝棉輥(22)和毛刷(21)組成的成網(wǎng)機(jī)構(gòu)，并配備透氣輸網(wǎng)簾與纖網(wǎng)抽吸裝置。該梳理機(jī)寬門幅、高速高產(chǎn)，機(jī)器部件模塊化，拆卸靈活自由，易清理，大大了降低勞動強(qiáng)度，縮短了維修保養(yǎng)時間，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)線的效率。

TT梳理機(jī)工作幅寬3 750.00 mm，出網(wǎng)速度可設(shè)定為250 m/min，產(chǎn)能最高可達(dá)2 300 kg/(h·m)，纖網(wǎng)縱橫向強(qiáng)力比(MD∶CD)為3∶1～4∶1，產(chǎn)品面密度為25～60 g/m2，適合線密度為1.7～3.3 dtex、長度為38.00～51.00 mm的聚酯纖維、黏膠纖維的生產(chǎn)。TT梳理機(jī)主要部件直徑見表1。

表1 TT梳理機(jī)主要部件直徑

2 梳理機(jī)的構(gòu)造與原理

2.1 喂入系統(tǒng)

如圖2所示，梳理機(jī)喂入系統(tǒng)采用“S”形喂入路徑。喂入羅拉上針齒方向朝向機(jī)前，順向給棉，棉層喂給方向與刺輥運(yùn)動方向相同，可較大程度地減少纖維的損傷量；上蓋板可加強(qiáng)對纖維的束縛作用，避免纖維在高速喂入的情況下產(chǎn)生大量的飛花[1]。筵棉從喂入羅拉喂入，纖維被喂棉板與喂入羅拉夾持送至刺輥，刺輥順時針高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將纖維從喂入羅拉上剝落，再經(jīng)轉(zhuǎn)移輥轉(zhuǎn)移至胸錫林上[2]。刺輥、轉(zhuǎn)移輥與胸錫林上的針布互為反向配置，且V胸錫林>V轉(zhuǎn)移輥>V刺輥(V表示轉(zhuǎn)速，下同)，可實(shí)現(xiàn)高速大量轉(zhuǎn)移纖維，適合非織造布高速生產(chǎn)的工藝要求。

圖2 TT梳理機(jī)的喂入系統(tǒng)

TT梳理機(jī)的喂入系統(tǒng)配置：刺輥與轉(zhuǎn)移輥的針布工作角分別為70°與60°；喂入羅拉、刺輥、轉(zhuǎn)移輥的齒密分別為24、 40和111齒/(25.40 mm)2；上蓋板與刺輥、刺輥與轉(zhuǎn)移輥、轉(zhuǎn)移輥與胸錫林的隔距分別為5.00、1.00和0.70 mm；喂入羅拉線速度達(dá)16 m/min，刺輥線速度達(dá)180 m/min，轉(zhuǎn)移輥線速度達(dá)360 m/min。喂入系統(tǒng)可高速喂入筵棉，這為梳理機(jī)的高速高產(chǎn)提供了可能。

2.2 轉(zhuǎn)移系統(tǒng)

TT梳理機(jī)采用傳統(tǒng)單輥轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，也稱為“O”形轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡單，胸錫林與主錫林之間僅配置一轉(zhuǎn)移輥，如圖3所示。轉(zhuǎn)移輥與胸錫林的針齒呈交叉配置，且V轉(zhuǎn)移輥>V胸錫林；主錫林與轉(zhuǎn)移輥的針齒呈交叉配置，且V主錫林>V轉(zhuǎn)移輥。這樣，纖維便能從胸錫林快速轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移輥，再由轉(zhuǎn)移輥轉(zhuǎn)移到主錫林上。另外，轉(zhuǎn)移輥與胸錫林、轉(zhuǎn)移輥與主錫林的三角區(qū)內(nèi)設(shè)置有擋風(fēng)輥或擋風(fēng)板，可改變氣流運(yùn)動軌跡，防止飛花過多。

圖3 “O”形轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)

“O”形轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)可將胸錫林上的纖維一次性轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移輥上，且經(jīng)轉(zhuǎn)移輥剝?nèi)∞D(zhuǎn)移后，胸錫林上幾乎無重復(fù)梳理的纖維，這樣當(dāng)喂入大量纖維時可避免出現(xiàn)胸錫林繞棉等狀況，達(dá)到提高梳理機(jī)生產(chǎn)效率的目的，適合非織造布高速高產(chǎn)的工藝要求[3]。

2.3 梳理系統(tǒng)

TT梳理機(jī)采用雙錫林羅拉式梳理，共計11組梳理單元，分梳、混合效果優(yōu)良，能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量對纖維分梳、混合的要求，為成網(wǎng)系統(tǒng)高速全轉(zhuǎn)移纖維提供了保障。預(yù)梳理部分配置有5對工作輥和剝?nèi)≥?，主梳理部分配置?對工作輥和剝?nèi)≥仯渲杏?對工作輥和剝?nèi)≥佒睆较嗤?，這在增加了梳理單元的同時，又節(jié)約了空間。胸錫林與主錫林上梳理部分的工作原理與功能相同，均是利用工作輥的分梳和凝聚作用、剝?nèi)≥伒膭內(nèi)『头祷刈饔?，對纖維進(jìn)行優(yōu)良的分梳與混合。此外，羅拉式梳理對纖維的損傷程度較小，短纖維利用率高，這有利于節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)高速高產(chǎn)[4]。

2.4 成網(wǎng)系統(tǒng)

2.4.1 成網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)采用單一TT輥、雙道夫、凝聚輥設(shè)計，可形成雙層纖網(wǎng)(圖4)。主錫林上的纖維經(jīng)TT輥完全并快速地轉(zhuǎn)移、凝聚到道夫上，再經(jīng)凝聚輥凝聚雜亂后，由剝棉輥剝?nèi)〔⑥D(zhuǎn)移到透氣輸網(wǎng)簾上，形成雙層纖網(wǎng)。

圖4 TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)及纖維運(yùn)動流程示意

剝棉輥下方均配置有纖網(wǎng)抽吸裝置，其利用負(fù)壓作用使纖網(wǎng)貼伏在透氣輸網(wǎng)簾表面，可高速轉(zhuǎn)移纖網(wǎng)，減輕意外牽伸，保持纖網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)。此外，為平衡纖網(wǎng)抽吸裝置的空氣抽吸，確保氣壓穩(wěn)定，使纖網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)邊緣干擾最小化，TT梳理機(jī)的兩道夫間安置有抽吸補(bǔ)風(fēng)裝置，可提供持久的低速空氣壓力。

同時，該成網(wǎng)系統(tǒng)輸出的雙層纖網(wǎng)存在一定的路徑差，這使得不同時間輸出的纖網(wǎng)疊加在一起，提高了纖維混合的機(jī)會，具有較好的覆蓋性，可彌補(bǔ)纖網(wǎng)折痕、破洞、不平整等缺陷，改善了纖網(wǎng)片段不勻，提高了纖網(wǎng)質(zhì)量。且以單網(wǎng)簾傳送纖網(wǎng)，不會產(chǎn)生因雙網(wǎng)簾速率不同而出現(xiàn)纖網(wǎng)被牽伸(下網(wǎng)簾較快)或褶皺(上網(wǎng)簾較快)的狀況，有利于降低能耗。

2.4.2 成網(wǎng)系統(tǒng)原理

TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計新穎、獨(dú)特，其核心理念是在主錫林之后、道夫之前增設(shè)了1個大直徑、高速度的TT輥，而其他非織造梳理機(jī)的成網(wǎng)系統(tǒng)大多是在主錫林后直接配置道夫或雜亂輥，作用原理均與TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)中的TT輥有所不同。TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)的作用有3個方面：

(1) TT輥對纖維高速全剝?nèi)?、轉(zhuǎn)移；

(2) 雙道夫系統(tǒng)對纖網(wǎng)剝?nèi)?、凝聚與混合；

(3) 凝聚輥對纖網(wǎng)凝聚、雜亂。

TT輥逆時針高速旋轉(zhuǎn)，且VTT輥>V主錫林，與主錫林上的針齒呈交叉配置，以產(chǎn)生剝?nèi)∽饔谩Ｇ矣捎谧饔昧Φ脑?，主錫林上的針齒不具備抓取纖維的能力，而TT輥上的針齒具備抓取能力，故TT輥上的針齒剝?nèi)≈麇a林上的纖維，且因是順向剝?nèi)?，纖維損傷度小。TT輥可一次性完全剝?nèi)±w維，大大提升了纖維轉(zhuǎn)移率，為高速高產(chǎn)提供了可能。

TT輥線速度最高達(dá)2 000 m/min，通常設(shè)置為1 550 m/min，TT輥高速運(yùn)轉(zhuǎn)。上、下道夫線速度最高達(dá)300 m/min，通常均設(shè)置為220 m/min，盡管該速度是普通非織造梳理機(jī)道夫線速度的3～4倍，但道夫線速度與TT輥線速度的速比約為7∶1，道夫線速度遠(yuǎn)小于TT輥線速度。纖維經(jīng)TT輥轉(zhuǎn)移至道夫時，由于速度的急劇變化，TT輥針面上的纖維會在較強(qiáng)離心力的作用下，一端拋起被相對低速旋轉(zhuǎn)的道夫針齒握持住，使得轉(zhuǎn)移到道夫針面的柔性纖維呈立體狀態(tài)。

成網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置為兩道成網(wǎng)機(jī)構(gòu)，每道成網(wǎng)機(jī)構(gòu)中均采用單凝聚輥配置，而非雙凝聚輥(圖4)。這是因?yàn)樵诳蓾M足產(chǎn)品設(shè)計縱橫向強(qiáng)力比的前提下，高速生產(chǎn)時雙凝聚輥會阻礙纖網(wǎng)的輸出速度，影響網(wǎng)面外觀，故采用單凝聚輥。凝聚輥起凝聚與雜亂的作用，道夫與凝聚輥的線速度關(guān)系為V道夫>V凝聚輥。該TT梳理機(jī)凝聚輥線速度最高達(dá)150 m/min，通常設(shè)置為100 m/min，凝聚比D(即V道夫∶V凝聚輥)約為2～3，纖維在此轉(zhuǎn)移過程中為負(fù)牽伸，因此道夫上呈現(xiàn)立體狀態(tài)的纖維很容易受到擠壓作用而改變纖維的取向，使纖網(wǎng)MD∶CD約為3∶1～4∶1。

從表面上看，道夫的作用似乎只是將纖維剝?nèi)『筠D(zhuǎn)移出去。但實(shí)際上，1個道夫每轉(zhuǎn)動1圈會帶走TT輥表面約30%～45%的纖維 (則雙道夫約帶走TT輥表面約60%～90%的纖維)，余下的纖維保留在TT輥上與后續(xù)纖維混合，因此道夫與TT輥之間存在著混合作用，可增強(qiáng)纖維間的混合均勻程度[5]。

2.4.3 TT輥設(shè)計原理

TT輥的高速轉(zhuǎn)移原理與道夫的轉(zhuǎn)移原理相同。在TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)中，TT輥直徑為700.00 mm、VTT輥通常為1 550 m/min，道夫直徑為500.00 mm、V道夫通常為220 m/min，TT輥與道夫在直徑與線速度方面均較其他非織造梳理機(jī)有大幅度提高。以此道夫?yàn)槔?，其直徑約為傳統(tǒng)道夫直徑的3倍，線速度是傳統(tǒng)道夫線速度的3～4倍。式(1)為道夫轉(zhuǎn)移率計算式[6]38。由式(1)可知提高道夫直徑和速度都可以更好地提高纖維轉(zhuǎn)移率，故大直徑、高速度的TT輥可使纖維轉(zhuǎn)移率大幅度提升，以實(shí)現(xiàn)非織造材料高速高產(chǎn)的生產(chǎn)要求。

(1)

式中：r——道夫轉(zhuǎn)移率；

Dd——道夫直徑，m；

nd——道夫轉(zhuǎn)速，r/min；

e——道夫的張力牽伸倍數(shù)；

G——棉網(wǎng)面密度，g/m2；

nc——錫林轉(zhuǎn)速，r/min；

Q——自由纖維量，即停止喂入后，錫林、工作輥所能繼續(xù)轉(zhuǎn)移給道夫的纖維總量，g。

同時，依據(jù)梳理度計算式(2)可知，單位時間內(nèi)纖維轉(zhuǎn)移量增加，即梳理機(jī)產(chǎn)量(P)提升，則纖維的分梳、混合程度降低[6]38。為彌補(bǔ)此現(xiàn)象，TT梳理機(jī)的梳理部分設(shè)計了11組梳理單元，其與成網(wǎng)系統(tǒng)中的TT輥前后相互配合設(shè)計，在大幅提高纖維轉(zhuǎn)移量的同時未使纖維的分梳、混合效果下降。

(2)

式中：C——梳理度(即每根纖維的平均作用齒數(shù))，齒/根；

Kc——比例系數(shù)；

Nc——錫林針布的齒密，齒/(25.40 mm)；

nc——錫林轉(zhuǎn)速，r/min；

L——纖維長度，mm；

r——纖維轉(zhuǎn)移率，%；

P——梳理機(jī)產(chǎn)量，kg/(臺·h)；

NB——纖維線密度，dtex。

如此，TT輥的設(shè)計便是在對纖維分梳、混合程度影響不大，且保障產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，大幅提高了纖維的轉(zhuǎn)移度和生產(chǎn)速度。

2.4.4 各部件針齒配置

TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)各部件針齒配備具體如表2所示。TT輥的針齒密度較主錫林大，這一方面有助于主錫林上的纖維向TT輥上轉(zhuǎn)移，另一方面會有較多的單纖維或小纖維束懸掛在TT輥針齒上，這有利于改變纖維取向，降低纖網(wǎng)縱橫向強(qiáng)力比，改善纖網(wǎng)質(zhì)量。同時，在成網(wǎng)系統(tǒng)中不難發(fā)現(xiàn)，NTT輥>N上、下道夫>N凝聚輥>N剝棉輥(N表示針齒密度)，即隨著纖網(wǎng)的輸出方向，各部件的針齒密度逐漸降低，這有助于在不破壞纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況下成網(wǎng)[7]。

表2 TT梳理機(jī)成網(wǎng)系統(tǒng)各部件針齒配置

2.5 氣流控制系統(tǒng)

TT梳理機(jī)設(shè)置有合理的氣流控制系統(tǒng)。如圖5所示，Q1、Q2、Q3分別表示在胸錫林、轉(zhuǎn)移輥與主錫林方位上向外抽吸纖塵飛花的氣流量，其和為7 280 m3/h；Q4表示向胸錫林、轉(zhuǎn)移輥與主錫林內(nèi)部輸入的氣流量，為2 520 m3/h；Q5表示向TT輥及抽吸補(bǔ)風(fēng)裝置輸入的氣流量，為1 620 m3/h；Q6表示纖網(wǎng)抽吸裝置抽吸的氣流量，其范圍為1 500～5 400 m3/h。Q1+Q2+Q3>Q4+Q5，即抽吸的氣流量大于輸入的氣流量，且由于合理的密封措施，能夠使得整個梳理工作區(qū)內(nèi)腔始終處于負(fù)壓狀態(tài)，解決了多輥高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的大量飛花及紊亂氣流問題，能更好地將纖塵飛花抽吸出去，保證了纖維梳理、轉(zhuǎn)移的穩(wěn)定性和環(huán)境的清潔性，提高了產(chǎn)品的均勻度，改善了產(chǎn)品的布面效果[6]40。

同時，輸入的氣流向各輥提供了一個正向氣壓，使得短纖、纖塵不會再回落到工作區(qū)域，可減少疵點(diǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量。TT梳理機(jī)內(nèi)腔壁采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，表面涂覆專用膜，可視；抗靜電，機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)下飛花既不黏附，也不會散到機(jī)外，大大改善了生產(chǎn)環(huán)境。

圖5 TT梳理機(jī)氣流控制系統(tǒng)內(nèi)氣流流動示意

3 結(jié)語

綜上所述，TT梳理機(jī)綜合性能良好，可實(shí)現(xiàn)非織造布的高速高產(chǎn)，其反映了未來非織造布梳理技術(shù)高速度、高產(chǎn)量、系統(tǒng)化、模塊化、易清理的總體發(fā)展趨勢，是高速高效生產(chǎn)水刺非織造布的良好解決方案。但高速會帶來纖網(wǎng)不平整、產(chǎn)品棉結(jié)數(shù)量增多等問題，故生產(chǎn)高質(zhì)產(chǎn)品需適當(dāng)?shù)亟档蜋C(jī)器速度，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)科學(xué)地設(shè)置TT梳理機(jī)的工藝參數(shù)，以滿足最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求。

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