高速针刺超纤革基布生产联合机的梳理工艺优化

程 冉,张 瑜,刘仁才,张广宇,王海楼,*

（1.南通大学 纺织服装学院,江苏 南通226019;2.常熟振泰无纺机械有限公司,江苏 常熟215539）

由于实行退耕还林、退牧还草等恢复生态措施,天然皮革产量逐渐下降,人造合成革正被逐步用来替代部分真皮革[1-2]。其中,海岛型超细纤维针刺革基布可以很好地模拟天然皮革,其性能接近于甚至优于天然皮革[3-4],成为合成革基布的一个重要分支[5-6]。海岛型超细纤维材料成本较低且环保,其人工合成皮革的开发和推广也顺应了生态文明建设,可促进形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局。

海岛超细纤维主要分为定岛型与不定岛型两类[7]。其中,不定岛型超细纤维成本较低,其针刺革基布仿真皮性好、附加值高。由于不定岛超细纤维在生产过程中纤维中的岛在微观上是不可控的,且在纤维长度方向上是非连续密集分布,导致岛数不定、纤度离散度大、细度更细[8],其难梳理性对革基布生产设备提出了更高的工艺要求,导致能够生产不定岛超细纤维合成革的企业不多。

常熟振泰无纺机械有限公司联合南通大学研究高速针刺超纤革基布生产联合机,为改善不定岛超细纤维的梳理效果和成网均匀性,针对不定岛超细纤维的高速梳理工艺技术进行了改进优化,制得了各向均匀性好的不定岛超细纤维针刺革基布,具有较好的仿真皮效果。

1 不定岛超细纤维革基布的高速梳理技术

1.1 针刺超纤革基布工艺路线

图1 针刺超纤革基布工艺路线

图1是高速针刺超纤革基布生产联合机的生产工艺路线,从纤维原料的开松到梳理成网,再到铺网、针刺、卷绕,每个环节都很重要。其中梳理部分关系到纤维的伸直程度、成网均匀性以及含杂率等,会严重影响后道工序的加工质量,对最终产品的质量影响甚重。为改善不定岛超细纤维的梳理效果,研究出了一种新的梳理工艺,可改善不定岛超细纤维的梳理效果及产品质量。

1.2 不定岛超细纤维高速梳理工艺技术

超细纤维在结构上的最大特点是纤维纤度极小,大大降低了纤维刚度,从而极大提高了纤维柔顺性;另一方面,其比表面积急剧增大,纤维表面吸附作用增强。由于不定岛型超细纤维在生产过程中岛的大小、数量、分布存在随机性,导致不定岛超细纤维中纤维长度和纤度离散性较大。

由于以上特点,不定岛超细纤维黏度较大,用传统形式的梳理机梳理难以达到理想的梳理效果,或者在保证梳理效果的条件下,其梳理速度难以进一步提升,梳理效果和梳理速度有时难以兼顾。

为解决不定岛超细纤维因难于梳理而导致成网质量差的问题,利用产学研联合优势,研究出了新型高速梳理工艺技术,从三个方面对梳理机工艺进行了优化。

（1）采用双锡林双道夫两组凝棉辊的梳理形式,提高梳理成网速度和成网均匀性,使得出网速度最快可达90 m/min,如图2所示。

图2 梳理机双锡林双道夫系统

表1 部件直径与针布型号

（2）选用较大直径的锡林、工作辊、剥毛辊和下道夫,以提高表面线速度,增强对纤维的梳理作用,从而提升梳理效果和梳理速度。

（3）选配合适的针布类型,在提高梳理机对纤维梳理效果的同时,尽可能减少对纤维的损伤。

另外,还针对梳理机的罗拉给棉装置进行了优化设计,改善了梳理机的除杂率,进而提高梳理质量与成网质量,同时也增加了对梳理机的保护作用,减少工人工作强度。该梳理机所采用的是一种新型罗拉给棉装置,具有两个特点:

（1）防坚硬杂物功能。纤维原料中有时会有坚硬异物混入,例如金属丝或从设备上脱落下来的螺丝、螺母、垫片等。这些坚硬异物容易对上、下给棉罗拉和锡林辊等的针布造成损伤,引起连锁反应。为防止坚硬异物混入纤维对梳理机造成损伤,梳理机采用的新型罗拉给棉装置具有防坚硬杂物的功能,如图3所示。图3中A、B分别指上给棉罗拉和下给棉罗拉,下给棉罗拉端部有个离合机构,离合机构内通过一安全销连接。当有金属或非金属的坚硬杂物混入纤维中,随纤维进入上、下给棉罗拉之间时会增大给棉罗拉的扭矩,下给棉罗拉端部的离合机构会因扭矩过大导致安全销断裂而发生分离,让机构间失去联动,从而使得喂棉罗拉驱动机构与上喂棉罗拉以及下喂棉罗拉之间的传动关系解除,避免坚硬杂物损及针布,并及时去除杂物,从而提高成网质量。

图3 罗拉给棉装置

（2）清洁功能。上、下给棉罗拉工作时,容易缠绕纤维或异物,影响罗拉给棉装置向刺辊喂送纤维,因此需尽可能保证上、下给棉罗拉处于清洁状态。此新型罗拉给棉装置中的下给棉罗拉B下方添有一个给棉罗拉清洁机构C,如图4所示。该喂棉罗拉清洁机构C可自动地伴随下给棉罗拉B运动,并及时将缠嵌滞留于给棉罗拉表面针布上的纤维有效剔除,从而使给棉罗拉顺畅地向刺辊喂送纤维,这既可减少工人因定期清洁罗拉给棉装置而产生的工作强度,又可保障梳理机的工作效率和产品质量。

图4 给棉罗拉清洁机构的位置

2 产品性能测试与分析

2.1 试样说明

通过工艺优化后的设备生产了3种不同克重的超纤革基布,基本加工流程如图5所示,具体规格及针刺频率参数见表2。这3块样品具有不同克重,相同的针刺频率,其他工艺一致。样品S1、S2、S3的克重依次增加。

图5 基本加工流程

2.2 性能测试与分析

图6是3种样品的表观形态图。样品本身外观结构形态都比较均匀,且没有明显瑕疵。

表2 样品规格及针刺频率参数

图6 试样表观形态

图7显示的是不同样品的厚度情况。可以看出,样品厚度随克重增加而增加,符合一般规律。样品S1与样品S2的厚度差异相对较小,是由于两者间克重差异较小,但依旧是克重略大的S2具有略大的厚度。

图7 样品厚度

图8显示样品的纵/横向断裂强度。3种样品的断裂强度随克重增加而增加。克重越大,纤维含量越高,意味着样品承载能力就越强。图中同一样品的黑色与灰色的柱高有一定差异,说明样品的纵向断裂强度和横向断裂强度存在有一定差异,但此差异在可接受范围内,样品各向断裂强度性能均匀性能够起到较好的仿真皮效果。另外,图中黑色与灰色柱高差异随克重增加而减小,意味着在断裂强度方面厚克重的样品相对更均匀。

图8 样品纵/横向断裂强度

图9 样品纵/横向撕裂强度

图9显示样品的纵/横向撕裂强度。3种样品的撕裂强度随克重增加而增加。同样的,图中同一样品黑色与灰色的柱高也存在差异。但相对于断裂强度,撕裂强度的纵/横向差异相对不明显,说明样品各向撕裂强度性能更加均匀,更能满足较好的仿真皮效果。样品在撕裂过程中会形成一个撕裂三角区,撕裂三角区含有纵/横向纤维,导致样品受纵/横向纤维影响比较大。也即是,样品的撕裂强度同时与样品纵/横向性能有较大关系,也因而减弱了样品纵/横向撕裂强度差异。

图10 样品纵/横向剥离强度

图10显示样品的纵/横向剥离强度。类似的规律,3种样品的剥离强度随克重增加而增加。这主要与样品中纤维的穿插有关,厚克重样品中纤维穿插数量较多,从而使得剥离强度略高。与断裂强度比较,图中同一样品黑色与灰色的柱高差异相对不明显,样品各向剥离强度性能也更加均匀。

总体而言,样品纵/横向性能比较均匀,能够达到比较好的仿真皮效果,适宜于作皮革基布。这与前道梳理机梳理效果有关,梳理机梳理效果越好,纤维伸直度比较高,成网质量较高,后期铺网也更易控制纤维层中纤维取向的分散均匀性,从而提高各向性能均匀性。

3 结语

将优化改进后的梳理机用于不定岛超细纤维革基布的生产中,通过提高纤维梳理效果和除杂效果,改善纤维的成网均匀性,使得最终产品性能具有较好的纵/横向均匀性,提高了产品质量和仿真皮效果。本项目中的工艺优化有利于不定岛超纤针刺革基布的高速高质生产,促进产业技术装备升级,形成良好的社会效益和经济效益。