五、水刺非织造布

五、水刺法加固工艺及机械（一）概述：水刺法加固（又称水力喷射法、水力缠结法等）纤网的非织造布工艺技术起步较晚，于20世纪70年代中期由美国的公司Dupont和Chicopee公司开发成功，1985年实现工业化生产。水刺法非织造材料的吸湿性和透气性好，手感柔软，强度高，悬垂性好，无需粘合剂加固，外观比其它非织造材料更接近传统纺织品，因此，尽管水刺法工艺发展较晚，但已成为增长速度最快的非织造工艺方法之一，无论产品和工艺，还是设备，近几十年来均得到了很大的发展。水刺工艺技术应用也被移植到纺粘非织造材料、机织物、针织物和纸浆粕材料领域。•（二）水刺法加固纤网原理•1-水刺头2-水针3-纤网•4-金属拖网5-抽吸辊筒6-真空箱7-真空密封8-水流水刺法加固纤网原理与针刺工艺相似，但不用刺针，而是采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网，俗称“高压水针”。水针穿过纤网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤网，由此，纤网中纤维在不同方向高速水针穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤网得到加固。（三）水刺法加固纤网工艺技术特点柔性缠结，不影响纤维原有特征，不损伤纤维外观比其它非织造材料更接近传统纺织品强度高、低起毛性高吸湿性、快速吸湿透气性好手感柔软、悬垂性好外观花样多变无需粘合剂加固、耐洗生产流程长、占地面积大设备复杂、水质要求高能耗大（四）产品应用水刺法非织造材料的用途为医用帘、手术服、手术罩布、医用包扎材料、伤口敷料、医用纱布、航空抹布、服装衬基布、涂层基布、用即弃材料、仪器仪表高级抹布、电子行业高级抹布、毛巾、化妆棉、湿巾、口罩包覆材料等。（五）水刺工艺过程A.纤维原料准备→开松混和→梳理成网→交叉铺网→预湿→正反水刺加固→脱水（水处理循环）→预烘燥→后整理→烘燥定形→分切卷绕→包装B.纤维原料准备→开松混和→梳理杂乱成网→预湿→正反水刺加固→脱水（水处理循环）→预烘燥→后整理→烘燥定形→分切卷绕→包装不同成网方式影响最终产品的纵横向强力比，流程A对纤网纵横向强力比的调节较好，适合于水刺合成革基布的生产；流程B适合于水刺卫材生产。•水刺非织造布其工艺流程一般为：•纤维准备→混合开松→纤维成网→预湿→纤网正反面水刺加固→烘燥→卷取。•纤维成网：可以是干法成网、湿法成网或纺粘法成网。•水刺加固：纤网在水刺区受到数个水刺头射出的极细高压水流的喷射，其表面纤维因受到强烈冲击而垂直进入纤网内，再由于输送网帘是三维结构，水流穿过纤网并撞击输网帘上，从各个方向反射冲击纤网，使纤维产生不同方向的位移，使纤维相互缠结并紧密抱合在一起，形成具有一定强度的水刺非织造布。1、预湿已经成形的纤网送入水刺机加固，首先是预加湿处理。预湿的目的是压实蓬松的纤网，排除纤网中的空气，使纤网进入水刺区后能有效地吸收水射流的能量，以加强纤维缠结效果。常见预湿方式：•双网夹持式•带孔滚筒与输网帘夹持式预湿工艺水压力一般在0.5~60Bar之间选择。双网夹持式该方式可减少纤网中纤维在预湿过程中产生意外位移，并有效压缩蓬松纤维网输入预湿区。纤网控制和预湿效果比带孔滚筒与输网帘夹持方式好，而且适合于200m/min以上线速度的生产工艺。脱水箱预湿水刺头双网夹持式预湿水刺带孔滚筒与输网帘夹持式水通过带孔滚筒和脱水器的作用迅速、充分地润湿纤网，对纤网的控制和压缩效果不如双网夹持式。脱水箱带孔滚筒2、水刺经预湿的纤网进入水刺区，水刺头喷水板的喷水孔喷射出多股微细水射流，垂直射向纤网。水射流使纤网中一部分表层纤维发生位移，包括向纤网反面的垂直运动，当水射流穿透纤网后，受到托网帘或转鼓的反弹作用，以不同的方位散射到纤网的反面。在水射流直接冲击和反弹水流的双重作用下，纤网中的纤维发生位移、穿插、缠结、抱合，形成无数个柔性缠结点，从而使纤网得到加固。水射流对纤网垂直喷射可防止破坏纤网结构，并最大程度地利用水射流的能量，从而有利于提高水刺法非织造材料的性能。水刺加固方式主要有平网（平台式）水刺加固、圆网（辊筒式）水刺加固和圆网与平网相结合的水刺加固三种形式。(1)平网（平台式）水刺加固平网水刺加固工艺中，水刺头通常位于一个平面上，纤网由托网帘输送作水平运动，并接受水刺头垂直向下喷出的水射流的喷射。设置过桥输送机构可使纤网反面接受水刺。托网帘的编织结构可采用平纹、半斜纹和斜纹等，从而使产品得到不同的外观效果。平网水刺加固机械结构简练，维护保养方便，但占地面积大。平网水刺加固工艺中，松边、张力变化以及导辊不平行等原因致使托网帘反复游动而需纠偏，同时导辊对托网帘的磨损较大，致使托网帘变形，也影响托网帘的使用寿命。托网帘对水射流的反弹作用没有转鼓强，导辊传动方式也不适合高速。平网水刺加固外观结构效果预湿水刺头纤网脱水箱过桥装置(2)圆网（辊筒式）水刺加固圆网水刺加固工艺中，水刺头沿着圆网圆周排列，纤网吸附在圆网上，接受水刺头喷出的水射流的喷射。纤网吸附在圆网上，不存在跑偏现象，有利于高速生产，同时纤网在水刺区内呈曲面运动，接受水刺面放松，反面压缩，这样有利于水射流穿透，有效地缠结纤维。圆网为金属不锈钢丝编织结构，内设脱水装置，与平网水刺加固的托网帘相比，对水射流有很好的反弹作用。圆网式水刺工艺可在很小空间位置内完成对纤网多次正反水刺，通常平网水刺工艺的占地面积是圆网水刺工艺的两倍。圆网水刺工艺适合加工单一外观效果特别是平纹的水刺非织造材料，不适合加工不同外观效果特别是开孔的水刺非织造材料，这是圆网结构所决定的。圆网（辊筒）水刺加固水刺头预湿纤网圆网（辊筒）(3)圆网与平网相结合的水刺加固在水刺加固工艺中，平面式与圆周式组合使用可扬长避短，发挥各自的优势，通常第一级、第二级为圆网式水刺，第三级为平网式水刺。(4)水刺头数与水压水刺加固工艺中常用水刺头数为7~12只，常用水压为60~250Bar，视纤网单位面积质量、生产速度等而定，水刺头压力设置通常为低→高→低。3、脱水脱水的目的是及时除去纤网中的滞留水，以免影响下道水刺时的缠结效果。当纤网中滞留水量较多时，将引起水射流能量的分散，不利于纤维缠结。水刺工序结束后将纤网中水分降至最低，有利于降低烘燥能耗。平网水刺加固的脱水箱结构和圆网水刺加固不同，但原理是一样的，均利用真空吸水，常用真空度为16000~37000Pa。水处理和循环水刺非织造布生产工艺的用水量很大，产量达到5吨/天，每小时需用水约150m3~160m3。为节约用水，减少生产成本，必须将其中约95%左右的水经过水处理后循环使用。由于生产用水源含有一些杂质，高速水射流对纤网冲击时会发生纤维脱落，尤其是棉纤维和木浆粕纤维的杂质和短绒比化学纤维多得多。此外，化学纤维的各类油(助)剂，水刺后也会遗留在水中，水中微生物的繁殖等均会影响水质，造成喷水板的喷水孔堵塞，从而严重影响产品的质量和外观。故水过滤系统是水刺生产中一个非常重要的部分。水刺非织造工艺用水的循环处理循环流程：水刺头脱水箱气水分离器Ⅰ级过滤Ⅱ级过滤Ⅲ级过滤高压泵4、后整理主要有水刺提花、印花、染色、拒水整理和卫生整理等。正常水刺加工后，可增加一道提花水刺，由提花水刺机构来实现。镍质圆网的花纹采用照相雕刻而成，水刺头安装在圆网内，喷射出的高速水射流可将圆网花纹复制到非织造材料上。印花和染色可从传统纺织移植过来。水刺非织造材料用作合成革基布时，必须进行上色上浆整理。水刺手术服材料必须进行拒水整理，以防止手术时血液等对医护人员的感染。某些水刺卫生材料还要进行抗菌整理。5、烘燥定形水刺加固后，可采用抽吸装置和脱水辊压榨脱除水刺非织造材料中的大部分水。然后采用烘燥机烘干水刺非织造材料。水刺工艺中主要采用烘筒式烘燥和热风穿透式烘燥两种烘干方式，取决于非织造布产品规格、性能要求、产量、车速等因素。烘筒式烘燥由多组烘筒组成，烘干过程为间歇式，由一系列反复交替的周期性干燥过程所组成，在每个周期里都发生有短暂的升温和蒸发的过程，其时间只有十分之几到百分之几秒。由于非织造材料的干燥存在升温、降温的周期循环过程，因此多烘筒干燥的效率较低。多组烘筒式烘燥可分段控温，产品表面较平整，特别适合烘燥上粘合剂的水刺非织造材料，如合成革基布。烘筒式烘燥热风穿透式烘燥加热方式有燃气加热、导热油加热、蒸汽加热、电加热等，结构上有单鼓、双鼓和多鼓等形式，并可设置红外预热装置。与烘筒式烘燥相比，热风穿透式烘燥效率高，产品柔软，产品外观结构保持较好。热风穿透式烘燥（六）水刺设备1、水刺机主要由水刺头、托网帘(或转鼓)、脱水箱、传动系统及控制系统等组成。(1)水刺头水刺头是水刺非织造工艺中产生高速水射流的关键部件，尽管各个生产厂家制造的水刺头结构有些差异，但一般均由过滤装置、均流装置、密封装置、喷水板和外壳等组成。水刺头材质为高级不锈钢。（2）水刺头的密封方式水刺头的喷水板可以快速更换，由此产生了高压水的密封问题。根据高压水的密封原理，水刺头可分为两类，一类是附加油压密封，另外一类是水压自密封。•水刺头结构：1—安全过滤网2—进水口•3—射流分水板4—水针板5—水针水刺加固系统的水刺头水刺加固系统的水刺头2、喷水板（水针板）水刺头形成高速水射流的核心零件,长方形的薄不锈钢板，厚度0.7-1.0mm,上面开有单排、双排或三排隔距很小的微孔（孔径0.08-0.18mm)。针孔密度单排8-24孔/cm，双排16-36孔/cm，三排24-48孔/cm.(1)性能要求几何尺寸正确，平直度好。喷水孔孔径一致，喷水孔出口应保持锋利的状态，无毛刺，孔与板面的垂直性好。良好的耐腐蚀性。良好的强度和韧性，耐磨性好。(2)喷水孔孔型由工程流体力学可知，水射流从喷水板喷水孔中喷出，称为管嘴出流。喷水孔按其形状可分为圆柱型、圆锥收缩型、流线收缩型三类。受制造工艺局限，无论是圆锥型还是流线型喷水孔，其出口端均为圆柱型。(3)喷水孔孔径与排列喷水孔出口直径通常为0.08~0.15mm，排列形式有单排和双排，排列密度为16~24孔/cm，双排间距为1.2mm。喷水孔出口直径和排列密度与高压泵的流量相匹配时，可在水刺头内建立接近高压泵标定压力的水压，从而保证一定的水射流速度，达到较好的纤维缠结效果。3、托网帘（1）托网帘的作用水刺机中托网帘主要有三个重要功能：•顺利输送和有效托持纤网进入水刺区。•能有效滤水并有利于水柱的反弹，提高纤网的缠结效果。•按不同的编织结构(目数与花纹)使产品产生相应的外观结构。（2）托网帘的结构与材质托网帘结构可分为环织和开式织法两种。循环编织，编织后经线沿纵向排列，不弯曲变形。横向排列的纬线呈弯曲状，由于经线弯曲少，减少了网帘的延伸和幅缩，磨损仅产生于纬线，使经线保持了应有的强度。开式编织，加工形式与环织相同，纵向线在编织时为经线，横向线为纬线，使用时经线呈磨损状，接头是在网的末端。托网帘主要由聚酯材料编织而成，也可用聚酰胺材质。常用目数为12~80#，与金属丝网相比较，在负重情况下具有伸长少、拉伸强度高的特点。温度和湿度有变化的水刺非织造工艺生产环境中，要求托网帘性能稳定(不易变形)，耐磨性和耐腐蚀性好(尤其是抗酸性)，通过对托网帘表面树脂处理，可有效防止油剂和微细纤维的附着。各种托网帘结构各种托网帘结构4、转鼓（抽吸滚筒）主要由转鼓套、塑料密封件和内胆等组成。转鼓套筒体有两种结构，一为薄钢板打孔，开孔率为50%左右；另一种为蜂巢结构，蜂巢结构的开孔率高于钢板打孔，一般可达到90%以上。筒体外面套上一至数层金属丝编织圆网或一层开有微孔的镍网即构成转鼓套。实验表明，采用微细圆孔镍网的转鼓套，水射流的反弹效果优于聚酯平网，水刺非织造材料的强度比采用聚酯平网提高了15%左右。加工不同外观结构的水刺非织造材料时，需更换转鼓套。转鼓内胆一端连接气水分离器，对应每个水刺头开设吸水槽，塑料密封件安装在内胆和转鼓套之间，起密封和托持转鼓套的作用。转鼓工作时，内胆固定不转，而转鼓套回转。蜂巢结构的筒体蜂巢结构的筒体+微孔反弹层另一种蜂巢结构转鼓套筒体钢板打孔转鼓套筒体结构水刺加固系统的转鼓5、脱水箱平网水刺加固的每个水刺头采用独立的脱水箱，而转鼓水刺加固中，数