针刺滤布生产中原料如何选?

发布时间:2020-01-10
摘要:

针刺滤布生产中纤维、针布、刺针选配   1 纤维原料 目前针刺非织造布产品中,无论是环保滤材、地毯、 […]

针刺滤布生产中纤维、针布、刺针选配

 

1 纤维原料

目前针刺非织造布产品中,无论是环保滤材、地毯、土工布、油毡基布、革基布、造纸毛毯、车内饰布,普遍存在的问题是原料品种相对单一,对于企业需求的某些特殊纤维原料,市场上很难求购到;企业需要进行新产品开发的少量原料,市场上更难找到,这在很大程度上影响了产品开发与档次的提高。比如十几年前的高温滤布用纤维全部依赖进口、工业用抛光轮所需要的100~200 dtex粗旦聚己内酰胺纤维、高档仿麂皮双组分0.05~0.1 dtex定岛聚己内酰胺纤维短纤维、踏脚毯需要的180~320 dtex粗旦有色聚丙烯纤维,国内至今都无人生产,以致尽管国内企业也采用先进的进口设备,但仍很难与国际市场竞争。

纤维是针刺非织造布最基本的原料,纤维性能与质量的好坏直接影响针刺产品的物性与质量指标,在生产针刺非织造布产品之前,首先要掌握纤维的基本性能、纤维的突出优缺点及影响针刺产品的关键点,只有掌握了纤维的核心特点,再针对纤维和设备来制定工艺,才能生产出满意的产品。

 

现以针刺滤布原料为例,说明纤维选择的重要性。

纤维原料如果从热稳定性上来划分,可分为热固性(不溶不熔)和热塑性(可溶可熔)两种。热塑性高分子链之间多是不交联的,互相之间没有通过化学键结合,成为线性高分子链,加热时软化流动,冷却变硬的过程是物理变化;相反,热固性高分子链之间通过化学键、氢键等结合成为一个整体,整个材料可以看作一个超级大分子,称为体型结构。

热塑性纤维有固定的熔点(实际上是一个熔融的温度范围),滤布烧毛时表面的纤维会熔化并留下光洁平滑的熔融物,丙纶(PP)、涤纶(PET)、聚苯硫醚(PPS)等均是热塑性纤维。热固性纤维没有固定的熔点,滤布烧毛之后会出现炭化后的深色固体残留物,包括间位芳纶(MX)、聚酰亚胺(P84)、均聚丙烯腈(DT)、聚四氟乙烯(PTFE)以及玻璃纤维(GL)等。

纤维原料如果从水解性上来划分,又分易水解和不水解两种。当水分子介入纤维高分子键而引起的分解反应通常称之为水解反应,一般以缩聚的方法生成的聚合物合成纤维容易产生水解,象涤纶(PET)、聚酰亚胺(P84)、间位芳纶(MX)等纤维均容易发生水解反应,特别是在高温运行下产生出湿气及酸碱化学物质,这样的条件都是理想的水解条件。而丙纶(PP)、均聚丙烯腈(DT)以及聚苯硫醚(PPS)不是从缩聚反应而来的聚合物,它们不会发生水解。

由于滤布的工况条件不一,我们就应该依据针刺滤布工况的要求来全面考虑对纤维的化学稳定性(抗水解性、抗酸性、抗碱性和抗氧化性)、连续使用温度、产品的密度及纤维的极限氧指数等基础条件来选择。

除了各种纤维的单独使用之外,针刺滤布还使用了较多的纤维混用技术。例如在聚苯硫醚(PPS)的表面覆合上一层聚酰亚胺(P84)可以较大地改善原来100%聚苯硫醚(PPS)滤料的过滤性能;将聚四氟乙烯(PTFE)与聚酰亚胺(P84)按一定比例共混生产出来的滤料,不仅解决了100%聚四氟乙烯(PTFE)加工困难的问题,而且提高了滤料的过滤性能,且降低了100%聚四氟乙烯(PTFE)滤料的成本;再有导电纤维(如不锈钢纤维)与其他纤维的混纺将改善滤料的导电性能,从而生产出抗静电滤料。

从例举中表明,只有真正掌握了针刺滤布产品的纤维物性,才有可能把滤布产品的质量搞上去。同样,对于其他各类干法针刺非织造布产品也一样,首先要对纤维原料作细致的分析研究,这是开发产品和组织生产的基础。

既然化学纤维是针刺非织造布的重要原料,那么大家对纤维性能及纤维属性理解得越深刻,在针刺工艺过程中就越能考虑周全,产品质量就越能得到保证。

影响纤维性能最主要的因素首先是各纤维分子结构的不同,它直接影响其性能;其次是纤维分子量与结晶度的不同,它影响纤维的强力;最后是纤维的生产工艺不同,它影响纤维物性的差异。

对于针刺非织造布而言,纤维是根本。我国针刺非织造布行业,如果要开创辉煌,必须从纤维入手,加强高技术纤维的开发和选用,以增强我国针刺非织造布的竞争力。随着社会的进步和经济的迅速发展,人们开始追求舒适美好的生活空间,对时尚和流行、运动和休闲、环境和健康都提出了更高的质量要求,希望今天的纤维材料除了接近自然、仿生态,具有真丝般柔软感和纤细感外,同时还要求赋予特殊功能,以适应人们生活的需要。这就给高技术纤维提供了广阔的发展空间和动力。

我国针刺滤布技术十几年来,在纤维开发应用上虽然有了一定基础,但是绝大多数仍然停留在功能单一的第一代、第二代水平上,在高性能、高功能、高感性纤维的应用与多功能复合技术方面和国外的差距还比较明显。高性能纤维是指强度为17.7 cN/dtex,模量为441.5 cN/dtex以上的特种纤维,具有普通纤维所不及的物理机械性能、热性能和化学性能,高技术纤维在针刺滤布非织造布上的应用,已作为一个新亮点,正呈现出越来越强的生命力,以高新技术为依托已成为世界高科技领域的热点。

针对滤布应用工况不一的特点,选择纤维的基本原则是:

(1)依据滤布物性的基本要求,锁定基本的纤维品种与规格。

(2)依据滤布的具体要求,考虑能否对纤维进行改性或者添加一部分功能性纤维来满足要求。

(3)依据滤布的用途与市场价格定位,考虑纤维来源的等级。

(4)依据市场对滤布外观的要求,考虑纤维的高感性能。

(5)依据滤布的使用环境及纤维的耐热性能,合理选择纤维。

一般针刺非织造布都要求产品厚薄一致、物理性能良好、表面平整细腻、手感柔软舒适以及透气性好等特点。然而,对于具体的某一个产品,应根据它的不同性能要求与物性指标,从细节入手,综合考虑纤维分子量的高低、分子量分布的宽窄、切片灰分的多少、纤维油剂的组分、纤维油剂的亲疏水性、纤维烘干的温度与定型时间以及硅处理、阻燃、抗静电、可染等方方面面。

国内滤材企业在生产针刺毡的过程中,一般选用纤维2~2.5 旦短纤维。旦数越小纤维直径越细,用细纤维制作的滤料孔径也更加细小,过滤精度越高,排放毫克值就越低,如粉尘颗粒大于滤毡孔径,则更多被阻挡在表面,无法穿透,形成表面过滤。

新滤料结构,表层过滤层有细纤维和超细纤维组成的致密面层;中层为高强低伸基布;里层为易于空气通过的粗孔层,这样梯度状结构的设计使滤毡过滤精度高且保持较大的透气量,新滤材选用0.8~1.5 旦或更细的纤维。

细化滤布的关键点是做好纤维选择,也是我们强调纤维重要性的初衷。

2 梳理针布

梳理在干法(针刺、水刺、热轧、热粘合)非织造布的成网生产中,是十分关键的工序。梳理工艺是利用包在梳理机各辊筒上的针布对纤维进行梳理加工,在梳理过程中,是将相互纠缠、卷曲的纤维束分离成单纤维,使纤维伸直平行,使各种物理性能不同的纤维充分混合,均匀分布并转移成网。金属针布是梳理机的核心元件,对最终产品的品质起着重要的作用,针布的选用是决定梳理效果好坏的关键,直接影响到成品的质量;所以对梳理机上配置的针布型号、规格的选择应该要有足够的重视。目前,非织造布梳理机上配置的针布均为金属针布,许多厂家还采用联锁式(自锁式)针布,并按不同纤维及不同滚筒直径,选择不同型号针布加以分梳。不同型号针布包覆在梳理机不同部位的滚筒表面上,通过其不同的齿向配置、相对速度、相对隔距及针布密度等变化,对纤维产生不同的作用。

2.1 针布的具体要求

(1)齿尖(针尖)对纤维要有良好的穿刺能力,能有效地抓取纤维进行分梳;当齿尖或针尖作用于纤维时,两相对运动的齿尖或针尖之中必须有一些齿尖或针尖能握持纤维,让纤维处于针齿尖端,否则,就不能进行良好的分梳。

(2)根据工艺的具体要求,纤维要能适当地从一个齿面(针面)向另一个齿面(针面)转移,如锡林上的纤维能恰当地被道夫抓取转移过去,能对纤维有良好的转移能力(纤维细相应锡林针布要矮)。

(3)针布具有适当的齿隙或针隙以容纳纤维,并具有良好的存放纤维能力,以提高交替分梳效果及均匀混合作用(道夫针布侧面有横条,增加握持力)。

(4)针布应锋利、光洁、淬火均匀、耐磨、方正、针面要平整,从而保证紧隔距、强分梳,易转移的工艺要求,并满足梳理机高速高产的发展需求。

2.2 两针面的作用

(1)分梳作用

当两针面针齿针向相顺呈相对平行位置,两针面相对运动,且有一定的速度差异,针向与转向一致时,其中一个针面上纤维能被相对针面针齿抓住,纤维束上梳理力分解为使纤维沿针齿内运动的力与反作用力使纤维向针齿运动。受两针面共同作用,完成纤维在两针面间反复转移,多次交替调头的分梳作用。分梳可以概括为:两齿面平行、同向运动、线速度差五倍左右、且纤维凝聚在速度较慢的针齿上。

(2)剥取作用

当两针面间针齿倾斜呈交叉配置,针向相顺时,即一针面针齿尖端从另一针面的针齿背上越过时,则一针面的针齿从另一针面上剥取纤维,被称为剥取作用。纤维被针面剥取时,纤维在被针面带走时,向该针面针齿内运动,同时向相对针面的针齿外移动,剥取可以概括为:两齿面交叉、反向运动(或者按针齿方向互为同向)、纤维传递到速度较快的针齿上。

(3)提升(起出)作用

当两针面针齿呈平行配置,当针面针向与转向相反时,纤维梳理力由针根向齿尖端,被称为提升(起升)作用。

通过针布的作用分析可以看出,干法非织造布产品对配置的梳理机针布性能有许多细腻的要求。

2.3 针布的配置原则

2.3.1 配置针布前必须考虑的问题

(1)纤维品种、纤度、长度等物性指标。

(2)梳理机锡林、道夫及工作辊的规格尺寸,以及各包针布辊的正常工艺速度。

(3)纤网的克重范围及对纤网杂乱的要求。

下面例举滤布生产线针布配置案例,供参考。

原料细度为2~3 旦、长度为51~65 mm的涤纶及混纺纤维,出网速度20~60 m/min的双锡林双道夫非织造梳理机,最终产品用于环保过滤领域。针布配置见表1。

2.3.2 针布影响非织造布产品的关键点

(1)随着梳理机产量的提高,针布所带纤维的负荷增加,梳理度将下降。为此必须设法减轻针布所带纤维的负荷,增加梳理度,因而锡林针布的总高随产量增加而减矮,齿密随产量增加而加密。由此就形成锡林针布向“矮、浅、尖、薄、密、小(工作角小、齿型小)”的方向发展,相配套的道夫、工作辊剥取辊针布也向相应的方向发展。

(2)为了改善握持分梳能力,把工作角从83°减至70°,并采用矮齿、浅齿、提高光洁度等措施,来提高针布对纤维的分梳作用、减少纤维滑脱、使浮游减少,改善纤维梳理度、缠结力及膨松度、以提高成网的均匀度。

(3)锡林工作角的因果关系是工作角较大,纤维不易沉入齿底,有利于转移。工作角较小,纤维沉向齿根,抓取梳理作用强。工作角过大,握持力差、纤维易外滑。工作角过小,纤维沉量太大,充塞齿间隙,不利于转移。锡林针布工作角度一般在75°~80°内。

(4)道夫和工作辊工作角是工作角小,转移率高,纤维缠结少。工作角过小,影响分梳与均棉效果。道夫和工作辊工作角一般在50°~60 °范围内。

(5)齿背角大,齿尖穿刺能力强,分梳效果好。齿背角过大,齿尖强度减弱,易断裂,抗轧性能差。齿背角一般在15°~30°范围内。

(6)为使纤维处于齿尖状态,与相邻作用针面的齿数与接触长度增加,以利于纤维分梳、交替和转移,提高梳理效果和均混效果,一般采用矮齿与浅齿。

(7)梳理机针布增加齿密,有利于增强对纤维的握持、分梳能力,特别是横向增密更有利于把纤维分梳成单纤维。

从齿密公式N=(25.4mm)2/P·b1(P为齿距,b1为基部宽)中可以看出:随着总齿高减矮、工作角减少、齿密增加,当纤维越细,密度越大;但密度过大,齿间隙变小,降低容棉量,产能下降,握持力增大;一旦拉断纤维,产生短绒,增加落棉,容易充塞针布,形成纤网破洞和棉结。根据经验,梳理速度越快,纵向齿密应越小;此时可适当加大横向齿密(高速梳理机纵向齿密已由一般梳理机的12~14 齿/(25.4mm)2降为10齿/(25.4 mm)2。

(8)总高h1、齿深h6、基部高h2相互关系:h1由h6与h2决定。锡林h6取0.6~1.1mm;道夫、工作辊、凝聚辊h6取2.2~3.2mm;h2一般取1.2~1.4 mm;齿密N与总高h1成反比。

2.3.3 道夫及工作辊针布选配规格特点

(1)道夫采用大前角(小工作角);

(2)增大齿深及增大齿间容量;

(3)采用圆弧齿形;

(4)表面加横纹,增加摩擦力。

2.4 针布的质量鉴别

(1)针布的齿形和规格参数应满足纤维性能及产品的特殊要求,减少纤维的下沉阻力和上浮升力,防止纤维充塞。

(2)针布不伸长、不变形,能承受大的梳理力和离心力,并可满足紧隔距、强分梳工艺,为梳理机高速、高产、高质量创造条件。

(3)良好的纤维握持力,阻止纤维下沉,减少齿间隙的充塞。

(4)针布总高的误差控制在0.01~0.02 mm,齿条包卷后平整。

(5)针布要有良好的穿刺能力。

(6)针布不允许有毛刺卷边、倒钩、侧弯、锈蚀等现象。

(7)针布角度的准确性是鉴别针布质量好坏的一个关键。

3 针刺刺针

刺针是针刺机上直接与纤维接触,并将纤维加以柔性缠结的易耗品,针的品质好坏及刺针型号的选择,直接决定了针刺产品的品质。一般针刺机的布置分为预针刺、主针刺及修面针刺,其各自的作用是不同的,所以在各个工序中针刺机所选用的刺针也有所差异。

3.1 刺针的基本概念

(1)刺针的长度:刺针长度尽量选短为好,选择时要根据针刺机的动程、产品的单位克重以及纤维的细度等有关参数综合考虑。

(2)刺针的型式:一种为突出的钩刺型式(开放式钩刺),另一种为没有突出,钩刺的型式。开放式钩刺容易损伤纤维,一般适用于对强力和表面要求不高的产品,同时适用于有透气性要求的产品。

(3)针刺号数:预刺机的刺针粗于主针刺及修面针刺的刺针,纤维越细,则刺针的号越大,一般预刺机留下的针孔无法在主针刺中完全消除。

(4)针刺的规格:RB(标准型)间距6.3 mm适用于预刺针;MB(中等型)间距4.8 mm适用于纤维长短不一及再生纤维;CB(稠密型)间距3.2 mm适用于主刺针;HDB(高密度型)间距1.3 mm适用于薄型,又需要较大强力的产品。

(5)刺针的形式:如叉形针、冠状针、锥形针、倒刺针、单棱钩刺、双棱钩刺等。

(6)三角针的钩刺数量:在三角棱线上,钩刺的数量、深度、角度、间距都直接影响针刺的工艺,一般来讲,棱边上少一个钩刺比多一个钩刺更有利于布面的平整度。同时,三角棱形针插针方向与纤网方向也有很大的关系。

3.2 如何考虑选择针

非织造布的原料千变万化,有金属纤维、玻璃纤维、海岛超细纤维、尼纶纤维、涤纶纤维、芳纶纤维、高性能碳纤维、陶瓷纤维、钠米技术抗菌纤维等。不同的化纤,不同的产品结构,不同的工序,所使用的针都不相同。在同一条生产线上又分预刺、主刺、修面几种不同规格型号的针。主刺机往往有多台,主刺机前道、中道、后道虽然都采用基本相同规格的针,但同一规格的针,其齿距、齿深、齿突又不尽相同,所以针的选用是很讲究的,我们一定要选用相对合适的针,方能刺出理想的非织造布。同时,对于布面平整度要求高的产品,纤维细度与针的细度成正比;三角针比凸型针更有利于布面平滑度;钩刺上没有上弯的针有利于布面平滑度。

选针的基本依据如下。

(1)根据针刺工艺选刺针类型。

(2)根据纤维细度选择刺针号数,纤维较细时,选大号刺针,纤维较粗时,选小号刺针。

(3)对一条针刺生产线,刺针选用按“细→粗→细”即预针刺选略细刺针,主针刺先粗后细选用刺针。或“粗→中→细”原则,刺针由粗到细。

(4)仅1台针刺机时,针板前几列可植入较细的刺针。

(5)棱边上少一个钩刺比多一个钩刺更有利于布面效果。

(6)在针刺密度允许的条件下,如果采用三棱针上两棱边上各有一个钩刺,第三棱边上没有钩刺,布面将特别平整美观(皮革基布要求平整、无毛羽、紧密;而超纤基布要求松、平整,海岛超纤基布采用100号刺针)。

玻璃纤维滤布针刺生产线刺针的配置:一般预刺针宜选用38号针、主刺针宜选用40号针。由于玻璃纤维易折,耐磨性能差,毡与基布的剥离强度低。为了克服上述现象,采用开放式齿型耐火针,应用在玻璃纤维的复合针刺毡上。

随着非织造布产品原材料的性能改变及新产品结构的特点,应相应改变刺针的体形、针型、针距;适当调整针深、针突,为客户设计出较理想的刺针。

“一机一布一针”,针的设计朝专业化方向发展,制针厂方与非织造布生产企业要密切配合,不定期交流针的使用状况,不断修正,不断提高针的质量以适应生产发展的需要。

3.3 发现问题及处理方法

(1)如果出现纤维粉尘多,这就说明针的钩刺对纤维断损的程度较严重,这样会影响布的拉拔强度,应及时更换针。

(2)如果出现较多的长纤维堵住了托网板的孔道或底下有3~5 mm或更长的断纤维,这就说明针的穿刺深度太深,将纤维带离布层的底面,应将穿刺深度调浅,调到第一个钩刺离布层底面2~3 mm即可。如果是修面的,钩刺就不要离开布层的底面,修面效果更佳。

现在各企业的技术负责人都深深地感受到针的选择与应用在相同设备与原料的条件下,对针刺非织造布的质量是起到关键的作用。针刺非织造布企业已将选针与用针放在十分重要的位置上。合理的选用刺针,科学地运用刺针,将是全面提高非织造布质量的关键。

“两针一纤”的重要性是针刺非织造布企业经历了无数次产品质量的波动后悟出的真谛,只有真正掌握了决定针刺非织造布品质的命脉,才能在针刺非织造布技术领域里,从必然王国走向自由王国。

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