短纖薄型熱風(fēng)法非織造材料梳理機(jī)工藝配置探討*

1. 鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000；2. 中原工學(xué)院河南省紡織服裝產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450000

薄型熱風(fēng)法非織造材料具有蓬松柔軟、回彈性好、滲透性好等優(yōu)良特性，加之其生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)中不使用任何化學(xué)添加劑，是理想、安全的衛(wèi)生材料，常用作嬰兒尿褲、婦女衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護(hù)墊、成人尿褲、成人護(hù)理墊等衛(wèi)生用品的覆面材料。如今，生活水平不斷提高，人們對(duì)各類用即棄衛(wèi)生護(hù)理用品的接受程度也越來越高，薄型熱風(fēng)法非織造材料的用量逐年增加，市場(chǎng)潛力巨大。

1 薄型熱風(fēng)法非織造材料的常用原料和成型機(jī)理

薄型熱風(fēng)法非織造材料常采用皮芯型雙組分復(fù)合纖維如ES纖維，梳理成網(wǎng)后經(jīng)熱風(fēng)加固形成。如圖1所示，ES纖維的皮層為聚乙烯(PE)、芯層為聚丙烯/聚酯(PP/PET)[1]，且皮層熔點(diǎn)低于芯層熔點(diǎn)。

圖1 ES纖維橫截面

熱風(fēng)加固為非接觸式加固。當(dāng)熱風(fēng)溫度高于皮層熔點(diǎn)、低于芯層熔點(diǎn)時(shí)，皮層軟化熔融呈黏流態(tài)，并在表面張力和毛細(xì)效應(yīng)作用下向纖維相互接觸點(diǎn)(即纖維交叉點(diǎn))處流動(dòng)，纖維黏結(jié)[2]；芯層因熔點(diǎn)高而不發(fā)生熔融，在整個(gè)黏合過程中起支撐作用。圖2反映了薄型熱風(fēng)法非織造材料中纖維的分布狀態(tài)，纖維在自由狀態(tài)下受熱，“焊接”式的黏結(jié)形成于纖維交叉點(diǎn)處，故熱風(fēng)加固在賦予非織造材料一定強(qiáng)度的同時(shí)，不會(huì)破壞纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。

圖2 薄型熱風(fēng)法非織造材料中的纖維分布狀態(tài)

2 梳理工序的設(shè)備優(yōu)化

梳理工序是薄型熱風(fēng)法非織造材料生產(chǎn)加工的關(guān)鍵，因?yàn)榧纫ＷC梳理效果好、纖維轉(zhuǎn)移順暢、飛花少、纖網(wǎng)面密度均勻穩(wěn)定，又要保證生產(chǎn)速度較高。薄型熱風(fēng)法非織造材料的面密度都較小，以15～45 g/m2居多，故纖網(wǎng)的均勻度控制難度大，加之皮芯型雙組分復(fù)合纖維自身的特性，實(shí)際生產(chǎn)中纖維的開清、梳理等難度較大。具體可通過優(yōu)化氣壓棉箱、供棉勻整系統(tǒng)、罩板與漏底、出網(wǎng)裝置、吹吸風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備結(jié)構(gòu)，正確選擇梳理機(jī)針布，合理設(shè)計(jì)上機(jī)工藝等方法，有效提高薄型熱風(fēng)法非織造材料的產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1 氣壓棉箱

氣壓棉箱是梳理機(jī)與開清設(shè)備連接的橋梁，安裝在梳理機(jī)的尾部，主要由上棉箱、給棉羅拉和給棉板、開松打手及下棉箱組成。經(jīng)過開清設(shè)備開松﹑除雜、混合后的纖維，在風(fēng)力的作用下被送入上棉箱，再由給棉羅拉和給棉板握持，經(jīng)開松打手進(jìn)一步開松后，送入下棉箱，最后由下棉箱將縱橫向分布比較均勻的筵棉層輸送至梳理機(jī)。

筵棉層的均勻度和潔凈度是梳理機(jī)成網(wǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。為此，針對(duì)氣壓棉箱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：采用新型結(jié)構(gòu)的梳針板，使相鄰梳針的間隙更小、更均勻；給棉板表面采用特殊的涂層材料；采用組合式給棉板結(jié)構(gòu)，給棉羅拉與給棉板的隔距調(diào)整方便；上下棉箱內(nèi)部與纖維接觸的部分大量采用鋁合金、不銹鋼和工程塑料；給棉羅拉和開松打手兩端與機(jī)架墻板間采用特殊的密封結(jié)構(gòu)；上下棉箱排出的氣流直接回濾塵系統(tǒng)進(jìn)行過濾凈化，不再循環(huán)利用；等等。這些措施使得氣壓棉箱排風(fēng)更順暢，靜電也不再產(chǎn)生，纖維轉(zhuǎn)移更順利，上下棉箱中纖維在幅寬方向上分布均勻穩(wěn)定，避免了疵點(diǎn)的產(chǎn)生。

2.2 供棉勻整系統(tǒng)

設(shè)計(jì)了四位一體的供棉勻整系統(tǒng)(圖3)。四位一體是指可在線檢測(cè)四個(gè)部位，自動(dòng)調(diào)整棉箱壓力及給棉羅拉速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖網(wǎng)均勻度的控制。四個(gè)檢測(cè)部位分別是末道供棉開棉機(jī)給棉羅拉→氣壓棉箱上棉箱，氣壓棉箱上棉箱→氣壓棉箱下棉箱，筵棉面密度檢測(cè)系統(tǒng)(皮帶秤、托盤秤、X射線或其他稱重與測(cè)厚裝置)→梳理機(jī)給棉羅拉，梳理機(jī)給棉羅拉→測(cè)厚儀。其中，筵棉面密度檢測(cè)系統(tǒng)采用開環(huán)控制模式，其余皆采用PID閉環(huán)控制模式，通過對(duì)P(比例系數(shù))、I(積分時(shí)間)、D(微分時(shí)間)等參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，使后道工序的檢測(cè)結(jié)果能及時(shí)反饋到前道工序，自動(dòng)調(diào)整棉箱壓力及給棉羅拉速度，確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量CV值≤2.5%。

圖3 四位一體的供棉勻整系統(tǒng)示意

2.3 罩板與漏底

優(yōu)化罩板與漏底的設(shè)計(jì)。梳理機(jī)的錫林周圍，以及錫林、轉(zhuǎn)移輥、刺輥等機(jī)件底部都配置有罩板、漏底，如圖4所示，隔距一般為3.00～5.00 mm。罩板圓心與輥?zhàn)訄A心不完全重合，以形成“進(jìn)口隔距大、出口隔距小”的楔形通道，利于引導(dǎo)高速旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)拥母裁鎸託饬?，避免破壞輥?zhàn)颖砻娴睦w維狀態(tài)。罩板與漏底的材料選擇專用的克虜伯冷軋鋼板，其加工精度高，剛性好，刃口直線度和圓弧面輪廓度均在0.5 m以下；采用專用工裝進(jìn)行裝配，確保在幅寬方向上罩板、漏底與輥?zhàn)痈艟鄤蛞恢?，避免紊流的產(chǎn)生，減少墻板花和飛花出現(xiàn)的幾率。另外，在梳理過程中，由于摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)使少量的纖維皮層軟化甚至熔化而黏附在罩板與漏底等機(jī)件的內(nèi)表面，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)破壞內(nèi)表面精度，影響纖網(wǎng)質(zhì)量，形成大量的疵點(diǎn)。因此，為便于用戶清理，要求罩板與漏底表面光滑耐磨，質(zhì)輕，易于拆卸和安裝定位，并分別在梳理機(jī)外面和底部配套吊裝裝置和拆漏底小車裝置，以降低現(xiàn)場(chǎng)操作的難度和工作量。

圖4 罩板和漏底常見配置示意

2.4 出網(wǎng)裝置

薄型熱風(fēng)法非織造材料產(chǎn)品面密度以15～45 g/m2居多，故梳理機(jī)輸出的纖網(wǎng)輕且蓬松，不能嚴(yán)密貼覆在輸送簾表面，易受到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送簾與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電和氣流的影響，出現(xiàn)翻邊、打皺、牽伸過大等現(xiàn)象，影響纖網(wǎng)強(qiáng)力和產(chǎn)品品質(zhì)。因此，為滿足高速生產(chǎn)的需要，采取的措施主要包括：

(1) 配置纖網(wǎng)防翻邊、防起皺裝置。該裝置為鏡面不銹鋼材料制成的船形結(jié)構(gòu)，安裝在輸送簾運(yùn)動(dòng)方向突變處上方幅寬兩側(cè)，其與輸送簾之間的距離可根據(jù)纖網(wǎng)的厚度進(jìn)行調(diào)整。

(2) 配置負(fù)壓抽吸壓網(wǎng)輥。該壓網(wǎng)輥安裝在如圖5所示的上下兩條輸送簾合網(wǎng)處，利用負(fù)壓將上輸送簾上的纖網(wǎng)吸附到表面，并一起旋轉(zhuǎn)，最后及時(shí)脫落并與下輸送簾上的纖網(wǎng)合并，避免“上輸送簾回帶纖網(wǎng)，下輸送簾過度拉伸纖網(wǎng)”問題的出現(xiàn)，不損傷凝聚后纖網(wǎng)的強(qiáng)力。該壓網(wǎng)輥的外層使用大直徑沉積式鎳網(wǎng)，剛性好、質(zhì)量輕、表面光滑不掛花；中心為鋁管，表面開長(zhǎng)圓孔。外層鎳網(wǎng)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，中心鋁管固定于機(jī)架上。負(fù)壓氣流從鎳網(wǎng)表面吸入，經(jīng)過鋁管表面的長(zhǎng)圓孔后由鋁管兩端排出。此外，為保證整個(gè)幅寬方向纖網(wǎng)的吸附與脫落，需采用大風(fēng)量、低風(fēng)壓的抽吸風(fēng)機(jī)。

(3) 可選配帶負(fù)壓抽吸功能的透氣輸送簾，確保纖網(wǎng)在整個(gè)輸送過程中緊緊貼覆在輸送簾表面，避免出現(xiàn)翻邊、打皺等現(xiàn)象。

圖5 負(fù)壓抽吸壓網(wǎng)輥示意

2.5 吹吸風(fēng)系統(tǒng)

為使梳理機(jī)梳理區(qū)潔凈，不產(chǎn)生疵點(diǎn)，并能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需配置吹吸風(fēng)系統(tǒng)，以及時(shí)帶走飛花和短絨，保證機(jī)器內(nèi)部氣流平衡。其中：

吹風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要保證胸錫林、轉(zhuǎn)移輥、主錫林及主錫林工作輥、剝?nèi)≥亙啥嗣媾c對(duì)應(yīng)墻板的縫隙內(nèi)為正壓，同時(shí)確?？p隙和氣流分布均勻，壓力適中穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)虹吸等現(xiàn)象。吹風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口配置多層濾網(wǎng)，以免設(shè)備周圍的短絨和粉塵進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部，造成二次污染。采取就近配置的原則，在需要吹風(fēng)的位置配置小型離心風(fēng)機(jī)。

吸風(fēng)系統(tǒng)通過分區(qū)密封、狹縫抽吸、勻風(fēng)勻壓等措施處理飛花和短絨，并在胸錫林第一工作輥上方、主錫林第一工作輥和轉(zhuǎn)移輥上方、主錫林第五工作輥及上道夫上方共三個(gè)位置進(jìn)行抽吸。吸風(fēng)口開口尺寸為遠(yuǎn)端大、近端小，以免出現(xiàn)吸風(fēng)短路的現(xiàn)象。吸風(fēng)系統(tǒng)可為高速出網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)面質(zhì)量提供保障，并優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，減少停機(jī)清理次數(shù)。

一般情況下，梳理區(qū)應(yīng)保持較低的負(fù)壓狀態(tài)，避免飛花和短絨污染現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，因此，吸風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)大于吹風(fēng)量。

2.6 針布選型

纖維梳理工作主要由預(yù)梳理系統(tǒng)(胸錫林及工作輥、剝?nèi)≥?和主梳理系統(tǒng)(主錫林及工作輥、剝?nèi)≥?完成。錫林是梳理系統(tǒng)的核心，錫林、工作輥和剝?nèi)≥伣M成一個(gè)梳理單元。梳理單元的速度配置為V錫林>V剝?nèi)≥?V工作輥。梳理機(jī)針布的品質(zhì)與選型是纖維梳理的關(guān)鍵。

一般認(rèn)為，梳理機(jī)針布選型以錫林針布選型為核心，再根據(jù)各機(jī)件的工作原理，選擇工作輥、剝?nèi)≥?、轉(zhuǎn)移輥、道夫、凝聚輥等的針布[3]。

預(yù)梳理系統(tǒng)是對(duì)開松混合好的纖維束進(jìn)行梳理，目的是為主梳理系統(tǒng)做準(zhǔn)備。由于喂入的纖維層較厚、纖維束較紊亂，故應(yīng)選擇梳理力較大的針布對(duì)纖維進(jìn)行梳理?？蛇x用自鎖針布或高強(qiáng)度L型針布，胸錫林針齒高度一般為3.50～5.00 mm，工作輥針齒高度一般為4.50～5.00 mm，剝?nèi)≥佱橗X高度一般為4.00～5.00 mm?？紤]到預(yù)梳理系統(tǒng)還有開松作用，針布密度不宜太大，以100～300齒/英寸2即100～300齒/(6.45 cm2)為宜。薄型熱風(fēng)法非織造材料生產(chǎn)中多采用長(zhǎng)度較長(zhǎng)、摩擦因數(shù)較高的ES纖維，為保證工作輥針齒對(duì)纖維的控制力大于胸錫林針齒對(duì)纖維的控制力，胸錫林的工作角一般為75°～80°，工作輥的工作角一般為50°～65°(小于胸錫林的工作角)，剝?nèi)≥伒墓ぷ鹘且话銥?0°～75°。

主梳理系統(tǒng)的梳理單元較預(yù)梳理系統(tǒng)多，其作用是對(duì)預(yù)梳理系統(tǒng)輸出的纖維進(jìn)行充分的梳理，并進(jìn)一步混合。經(jīng)預(yù)梳理系統(tǒng)作用后，纖維層變薄，纖維束變小，故要求主梳理系統(tǒng)各梳理機(jī)件的針布密度大、穿刺性能好、對(duì)纖維的控制能力強(qiáng)。一般主錫林針布密度可控制在500齒/英寸2即500齒/(6.45 cm2)左右，針齒高度可選擇3.20、2.80及2.50 mm；主梳剝?nèi)≥伒尼橗X高度與預(yù)梳剝?nèi)≥伒尼橗X高度差別不大，但針布密度要高于預(yù)梳剝?nèi)≥伒尼槻济芏?。另外，主錫林工作角為70°～80°，工作輥和剝?nèi)≥伒墓ぷ鹘嵌纫话阍?0°。

道夫?qū)w維有凝聚和梳理的作用。道夫的轉(zhuǎn)移能力除了與錫林道夫間距、道夫速度等有關(guān)外，還與道夫上針布對(duì)纖維的控制能力、容納能力等有關(guān)。道夫針布針齒高度一般在2.20 mm以上，工作角選用50°～60°，這有利于錫林道夫間氣流排出，提高纖網(wǎng)均勻度。

凝聚輥的作用是雜亂纖維，減少纖維的定向排列。在纖網(wǎng)轉(zhuǎn)移過程中，凝聚輥針布應(yīng)對(duì)纖網(wǎng)有較強(qiáng)的握持控制力和更大的容纖量。因此，凝聚輥針布針齒高度一般在2.50 mm以上，工作角一般選用50°～55°。

針布選型時(shí)除了考慮工作角、針齒高度、針布密度等常規(guī)參數(shù)外，還可選擇一些特殊齒形的針布(圖6)，如帶橫紋的針布(即在針齒斜側(cè)面增加2～4根橫紋)或鷹嘴形針布等，以滿足對(duì)纖維更大控制力的要求，減少飛花或提高轉(zhuǎn)移率。

圖6 常用特殊齒形針布示意

3 梳理機(jī)上機(jī)工藝配置

梳理機(jī)上機(jī)工藝參數(shù)主要包括隔距、工作速度等，它們對(duì)輸出纖網(wǎng)及最終產(chǎn)品的質(zhì)量有直接影響。薄型熱風(fēng)法非織造材料生產(chǎn)中，纖網(wǎng)面密度小，對(duì)棉結(jié)、清晰度、均勻性等要求較高，故對(duì)梳理機(jī)上機(jī)工藝配置要求也較高。

3.1 隔距

隔距是指梳理機(jī)各機(jī)件之間的距離。薄型熱風(fēng)法非織造材料生產(chǎn)中，梳理機(jī)主要隔距宜偏緊掌握，且橫向(即幅寬方向)隔距差異小。以生產(chǎn)面密度為28 g/m2的衛(wèi)生用薄型熱風(fēng)法非織造材料為例，梳理機(jī)主要機(jī)件間隔距可參照表1進(jìn)行設(shè)置。

表1 梳理機(jī)主要隔距設(shè)置

3.2 工作速度

以生產(chǎn)面密度為28 g/m2的衛(wèi)生用薄型熱風(fēng)法非織造材料為例，梳理機(jī)各機(jī)件工作速度可參照表2進(jìn)行設(shè)置。

表2 梳理機(jī)各機(jī)件工作速度設(shè)置

4 產(chǎn)品性能

以生產(chǎn)20、26、45 g/m2三種規(guī)格的個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用面層薄型熱風(fēng)法非織造材料為例，設(shè)置梳理機(jī)出網(wǎng)速度為100 m/min、卷繞機(jī)卷繞速度為110 m/min，通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，正確選擇梳理機(jī)針布，合理設(shè)計(jì)上機(jī)工藝，發(fā)現(xiàn)制成的非織造材料在外觀及內(nèi)在質(zhì)量方面均達(dá)到了較高要求。其中，外觀質(zhì)量：

(1) 布面平整，無云斑、無棉結(jié)，纖網(wǎng)在輸送過程中無翻邊、打皺和飄網(wǎng)等現(xiàn)象，產(chǎn)品性能優(yōu)良；

(2) 布面無明顯折皺，不起毛，無油污、斑漬、異物、深色點(diǎn)狀物等；

(3) 每平方米棉結(jié)白點(diǎn)(尺寸≤2.00 mm×2.00 mm)數(shù)量少于2.00個(gè)；

(4) 每平方米僵絲、硬絲、拼絲(長(zhǎng)度≤1.00 mm)數(shù)量少于0.05個(gè)。

對(duì)制備的三種非織造材料的面密度、質(zhì)量偏差率、厚度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等主要內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。

表3 薄型熱風(fēng)法非織造材料主要內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表4所示為相同面密度的熱風(fēng)法、熱軋法、紡黏法非織造材料厚度、密度、液體穿透時(shí)間和返濕量等測(cè)試結(jié)果。

從表4可以看出：在相同面密度的熱風(fēng)法、熱軋法、紡黏法非織造材料中，熱風(fēng)法非織造材料的厚度具有明顯優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)樵跓犸L(fēng)法非織造材料生產(chǎn)中，纖維隨機(jī)排列形成的良好的空間結(jié)構(gòu)及非接觸式熱加固工藝，使纖網(wǎng)在加固過程中沒有受到過多影響厚度的外力作用。熱風(fēng)法非織造材料中纖維間孔隙是“開放的”，液體經(jīng)過曲折的孔隙后能快速地穿過，所以熱風(fēng)法非織造材料的液體穿透時(shí)間最短。熱風(fēng)法非織造材料密度最低，說明其蓬松、柔軟，非常適合直接接觸人體皮膚。故從個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品的要求角度考慮，熱風(fēng)法非織造材料的綜合性能突出，使用前景廣闊。

表4 三種非織造材料性能比較

5 結(jié)語

薄型熱風(fēng)法非織造材料被廣泛應(yīng)用于個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品、過濾材料、擦布等領(lǐng)域，發(fā)展空間極大，市場(chǎng)對(duì)其質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)苛。梳理工序是薄型熱風(fēng)法非織造材料生產(chǎn)加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化氣壓棉箱、供棉勻整系統(tǒng)、罩板與漏底、出網(wǎng)裝置、吹吸風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備結(jié)構(gòu)，正確選擇梳理機(jī)針布，合理設(shè)計(jì)上機(jī)工藝，可有效提高薄型熱風(fēng)法非織造材料的產(chǎn)品質(zhì)量。