水刺非織造布的水刺工藝流程及其性能

S. Gulhane， R. Turukmane， C. Mahajan， M. Joshi

MIPSTME， MPTP， NMIMS， SVKM’s(印度)

水刺工藝及其產(chǎn)品由杜邦公司于20世紀(jì)60年代和70年代自主研發(fā)并申請(qǐng)了專(zhuān)利。在水刺工藝中，纖維網(wǎng)平鋪在傳輸簾上，高速水射流使得纖維網(wǎng)中的纖維相互纏繞鎖結(jié)。水刺工藝中高速水針?biāo)鶅?chǔ)存的動(dòng)能用于纖維的再取向、相互纏結(jié)和黏連。纖維網(wǎng)中纖維相互纏結(jié)所需的能量取決于纖維種類(lèi)、長(zhǎng)度、彎曲剛度、移動(dòng)方向和數(shù)量等。一系列超細(xì)水針(0.1 mm)在高壓下(1～30 MPa)作用于由傳送帶或由多孔金屬托網(wǎng)簾結(jié)構(gòu)的滾筒傳送的纖維網(wǎng)，使纖維相互纏結(jié)。過(guò)量的水將被吸走，而纖維網(wǎng)則被連續(xù)不斷地傳送到干燥機(jī)干燥，然后經(jīng)卷繞裝置卷繞成型。與其他非織造技術(shù)相比，水刺工藝能賦予產(chǎn)品更好的柔軟性、懸垂性和耐磨性。這類(lèi)非織造布常用于制作濕紙巾、衛(wèi)生和醫(yī)療產(chǎn)品。

1 水刺非織造布的生產(chǎn)流程

水刺非織造布的生產(chǎn)流程可分為5個(gè)步驟。

步驟與相關(guān)組件如下。

——纖維網(wǎng)成型：梳理、氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)；

——纖維網(wǎng)鋪設(shè)：交叉鋪網(wǎng)和平行鋪網(wǎng)；

——纖維網(wǎng)固結(jié)：高速水針；

——纖維網(wǎng)脫水：金屬托網(wǎng)簾；

——纖維網(wǎng)烘干：熱氣流或烘筒干燥。

水刺法是利用水針動(dòng)能而非機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)纖維網(wǎng)的固結(jié)，因此該法的生產(chǎn)速度很快，生產(chǎn)非織造布的速度為300～500 m/min。

2 水刺法流程

水刺法是一種將纖維平鋪在多孔滲水帶或帶孔洞的有圖案的金屬簾上，在多排高壓細(xì)水流的作用下使纖維網(wǎng)中松散纖維相互纏結(jié)，從而形成片狀結(jié)構(gòu)的工藝。圖1闡述了帶有烘干和卷繞機(jī)構(gòu)的5針?biāo)坦に囇b置。纖維成網(wǎng)之前先通過(guò)壓緊、預(yù)濕處理以排除纖網(wǎng)中的空氣，然后進(jìn)行水刺。自第一噴射頭到最后一排噴射頭，水壓逐漸升高，通常產(chǎn)業(yè)用水壓達(dá)30 MPa，也有水壓高達(dá)100 MPa的情況。過(guò)高水壓的使用將增加水刺工藝的成本，同時(shí)還需對(duì)水做預(yù)處理和進(jìn)行相關(guān)設(shè)備維護(hù)。水刺法原理和單元如圖2所示。

1—纖維網(wǎng); 2—傳送帶; 3—集合管; 4—噴嘴帶; 5—水針；6—真空泵; 7—干燥設(shè)備; 8—卷取裝置; 9—濾水器；10—水回收; 11—水泵

圖2 水刺法原理和單元

3 工藝參數(shù)與性能之間的關(guān)系

水刺非織造布的性能受纖維網(wǎng)成型和水刺工藝的影響。在過(guò)去的幾十年中，科學(xué)家研究了纖維網(wǎng)的性能是如何影響比能傳遞、纖維纏結(jié)和重新取向及最終產(chǎn)品的性能。

3.1 纖維取向

織物的力學(xué)性能，包括拉伸強(qiáng)力和彎曲剛度取決于纖網(wǎng)中纖維的取向。纖維取向受纖網(wǎng)成型、纏合和轉(zhuǎn)移的影響。由于交叉成網(wǎng)的纖維在垂直機(jī)器方向優(yōu)先取向，纖維網(wǎng)垂直于機(jī)器方向的拉伸強(qiáng)力比平行于機(jī)器方向的強(qiáng)。

3.2 水針的影響

高水壓、少?lài)娚漕^、大噴射間距會(huì)使非織造布產(chǎn)生高密度區(qū)和低密度區(qū)的結(jié)構(gòu)，而低射流壓、多刺針、小水針距易生產(chǎn)出纖維分布相對(duì)均勻的纖網(wǎng)。噴射頭水壓還影響織物的結(jié)構(gòu)，低水壓會(huì)造成低密度結(jié)構(gòu)。比能，即單位質(zhì)量的水射流能，是影響拉伸強(qiáng)力、伸長(zhǎng)率和孔徑大小的獨(dú)立因素。在相同比能下，相比多水刺區(qū)域和較低的水流壓，較小的射流壓和更多的水刺單元所生產(chǎn)出的水刺織物呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)。相比于單面水刺，雙面水刺織物表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能。據(jù)報(bào)道，將比能提升到臨界值之上對(duì)拉伸性能僅產(chǎn)生很小的影響。多管水針裝置如圖3所示。該法生產(chǎn)的透孔、多孔和壓實(shí)后的水刺非織造布如圖4所示。

圖3 水針裝置(多管)

圖4 透孔、多孔和壓實(shí)后的水刺非織造布

3.3 托網(wǎng)簾的影響

運(yùn)輸纖維網(wǎng)的托網(wǎng)簾能夠提供足夠的支持，同時(shí)有利于從纏合區(qū)域去除滯留水。滯留在纖維網(wǎng)表面的水是水刺法的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，網(wǎng)格的規(guī)格可能會(huì)對(duì)實(shí)際纖維的轉(zhuǎn)移機(jī)制產(chǎn)生影響。水刺非織造布的拉伸強(qiáng)力會(huì)隨著網(wǎng)孔的減小而降低。金屬絲網(wǎng)簾在流體高壓下容易對(duì)纖網(wǎng)中的纖維產(chǎn)生擠壓。帶有細(xì)小孔洞的金屬托網(wǎng)簾非常適用于提高纖網(wǎng)對(duì)短纖維的包容性。從金屬托網(wǎng)簾和塑料網(wǎng)格托網(wǎng)簾得到的水刺非織造布的性能不同。提高托網(wǎng)簾輸送速度會(huì)降低纖網(wǎng)的拉伸強(qiáng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

水刺法工藝參數(shù)對(duì)水刺非織造布的性能有重要影響。大量研究工作致力于分析水針流速、孔徑、沖擊角度對(duì)織物結(jié)構(gòu)和性能的影響。本文的研究有助于理解水刺參數(shù)改變對(duì)織物結(jié)構(gòu)和性能的潛在影響，同時(shí)有助于工藝方案制定及水刺非織造布的性能優(yōu)化。