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1、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
2、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,
3、?,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
4、）,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
5、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,0.560Bar,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
6、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
7、。,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
8、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
9、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,712,只，常用水压为,60250Bar,，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
10、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,1600037000Pa,。,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,150m,3,160m,3,。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
11、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,级过滤,级过滤,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
12、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
13、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
14、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,/
15、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,0.080.15mm,，排列形式,有单排和双排，排列密度为,1624,孔,/cm,
16、，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
17、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,1280,#,，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
18、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
19、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，数个水刺头共用一个转鼓内胆进,行脱水。脱水箱或转鼓内胆与气水分离器相连，内部,真空度由与气水分离器相连的风机形成。,平网水刺加固脱水箱的要求：,?,沿纤网横向脱水均匀一致,?,避免箱体吸水口对托网帘的磨损,脱水机理：,靠纤网两面压力差挤压脱水及空气流穿过纤网层,时将水带走,。,转鼓脱水示意图,水刺头,细金属丝网,粗金属丝网,转鼓套筒体,塑料密封件,内胆,(,七,),典型水刺机,可加工纤网单位面积质量为,20400g/cm,2,，,工作幅宽,3.5m,，最
20、高水压,40Mpa,，最高生产速,度,300m/min,。,辊筒水刺,平网水刺,提花水刺,穿透式烘燥,水刺机,平网水刺加固系统,辊筒水刺加固系统,辊筒水刺加固系统,纯棉水刺加固系统,可加工纤网单位面积质量为,25250g/cm,2,，工作幅宽,3.6m,，最高水压,25Mpa,，生产速度,10100m/min,，产量,525kg/h,。,预湿水刺头,水刺头,辊筒,辊筒,脱水箱,水刺头,水刺头,辊筒,水刺加固系统,典型水循环处理系统,（八）工艺参数及其对产品结构与性能的影响,水刺加工中的主要的工艺参数有：水刺头数量、,水压、水刺距离、喷水孔的直径、喷水孔排列密度、,生产速度、托网帘,(,或转鼓,
21、),结构、产品单位面积质量、,脱水箱真空度等，这些参数相互关联，影响水刺非织,造材料的结构和性能。,此外，纤维原料对产品性能也,有较大的影响。,(,九,),工艺参数对产品性能的影响,?,水压,水刺头数量,水刺非织造材料强度,?,水压超过一定范围后,强度增加趋于平缓,?,水压、水流量,水刺非织造材料网眼清晰,?,水刺距离水刺非织造材料强度,?,生产速度水刺非织造材料强度,?,喷水孔直径排列密度,水刺非织造材料外观,?,不同托网帘结构不同外观结构效果,（十）水刺非织造材料的应用,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。,医疗保健用,个人卫生用,居家用,服装用,休闲旅行体育用,工业产业用,
