非織造高速梳理機纖維雜亂工藝分析

陳海成

（青島紡織機械股份有限公司，山東 青島 266042）

隨著非織造布技術的不斷發展，專用梳理機在結構、功能和性能上發生了顯著的變化。專門應用于非織造布生產的梳理機已將對纖維的分梳和成網效果擺在同等重要的位置。由于成網效果直接影響到產品的質量和性能，因此如何改善纖網的均勻度和纖維的分布狀態就變得十分重要。

1 雜亂輥雜亂原理

“雜亂”就是纖維經高速運轉的雜亂輥后，由于雜亂三角區旋渦氣流的作用，使得部分纖維排列發生方向轉移，從而形成纖維非定向排列的纖維網。對于雜亂應該符合幾個特點：

（1）雜亂輥與錫林同向運轉且針布上針齒呈平行排列。

（2）具有起纖維雜亂作用的高速雜亂輥，線速度應和錫林線速度相當，雜亂輥和錫林之間配置專門的擋板，用來形成雜亂旋渦氣流。

如圖1所示，是帶有雙雜亂輥和雙道夫的高速雜亂梳理機。其作用是在錫林與雜亂輥之間的楔形區域內，改變纖維的排列方向。

對于雜亂輥到道夫間纖維的轉移，主要是由三種形式來完成：（1）離心力的作用；（2）氣流的作用；（3）針齒抓取作用。當纖維因離心力和氣流的作用轉移到道夫時，纖維的取向度下降，而通過道夫針齒抓取作用轉移時，纖維的取向度高。因此一般希望通過雜亂輥轉移纖維，這樣得到的纖網雜亂度較高，縱橫向強力更加接近。

圖1 高速雜亂梳理機示意圖

對于圓周運動，纖維的離心力C公式如下：

其中：m—纖維的質量（kg）

V—輥子的速度（m／min）

R—輥子半徑（m）

由公式（1）發現，提高纖網面密度和提高雜亂輥轉速V，會增大雜亂輥中纖維的離心力，也就會增大通過離心力向道夫轉移纖維的比例，從而增大纖網的雜亂度。并且由公式可發現，通過改變雜亂輥轉速來改變纖網雜亂度比提高纖網面密度更有效果，并且纖網的面密度一般要根據產品需求而定，且雜亂輥半徑也是固定的，因此通過改變雜亂輥速度就成了改變纖網雜亂度的主要途徑［1］。另外，雜亂輥的直徑設計也不能過大，否則會降低雜亂輥上纖維的離心力，影響纖網雜亂度。

2 雜亂三角區氣流模擬及纖維雜亂過程分析

2.1 纖維流體模擬分析

在相對運動中，流體具有粘性。由于粘性兩相鄰流體間產生不同的內摩擦力（切應力），使流體層出現速度差。對選定流層來說，速度較慢的一層流體作用于速度較快的一層流體上的切應力是阻止流體前進的力，它的方向與流動方向相反；速度較快的一層流體作用于速度較慢的一層流體上的切應力是加速下沉流體的力，它的方向與流動方向相同。于是這個流層所承受的切應力構成力偶，有促使流體質點旋轉的傾向產生旋渦運動［2］。其微分方程式為：

外部沒有能量補給流體的旋轉運動叫做自由渦運動。自由渦運動時，總的能量無增無減，即H=常數，也就是dH=0，由旋渦運動基本方程（2），得：

積分后，ln（ur）=常數，即

對于錫林和雜亂輥，其周圍的氣體都屬于圍繞圓柱體的流體，在粘性力影響下進入運動區，經過一定時間速度穩定后，根據公式（3）其速度分布將按雙曲線的規律而減小，實際上這種規律的形成相當于在理想流體條件下的速度分布規律，見圖2。

圖2 旋轉輥子帶動的氣流速度分布

因此根據旋渦理論，對流產生旋渦在錫林、雜亂輥和擋板形成的雜亂三角區必然會形成旋渦氣流。對于錫林、雜亂輥和擋板形成的三角封閉區域，可以看出有明顯的旋渦氣流形成，旋渦氣流的外部速度較大內部較小，這就是所謂的雜亂三角區的旋渦氣流。

安裝在雜亂輥1和主錫林2之間的蓋板，會形成如此封閉的雜亂三角區（見圖3）。隨著雜亂輥1和錫林2的高速轉動，三角區形成旋渦氣流4，部分纖維隨氣流產生旋轉，達到更好的混合雜亂效果［3］。

圖3 雜亂三角區氣流圖

另外，在三角區擋板的橫向，氣流分布如圖4所示。

圖4 三角區擋板CD方向氣流分布圖

經高速雜亂輥帶動的氣流，在與擋板發生碰撞后，除了產生MD 方向的氣流變向，還會在CD方向產生氣流分布。再加上梳理機系統的飛花抽吸系統，必然在雜亂三角區產生一個CD 方向的氣流分布。

綜上可以得到，由于以上氣流在雜亂三角區擋板附近的變向，使得最終雜亂三角區的氣流分布如圖5所示。

經過雜亂三角區后，原來針布上部分縱向分布的纖維會發生橫向轉移，纖網達到一定的雜亂效果，如圖6所示。

2.2 雜亂三角區纖維排列分析

在雜亂三角區，從錫林轉入雜亂輥的纖維分成兩部分，一部分是未經旋渦氣流雜亂就直接嵌入雜亂輥針布的纖維，這部分纖維對纖網中纖維排列分布影響較小。另外一部分是浮在針布表面的自由纖維，這部分纖維首先分布在錫林針布棉層的表面。當其轉至雜亂三角區旋渦氣流附近時，由于受旋渦氣流作用，纖維的一端被氣流吹起，另一段勾住錫林針布，由于氣流作用和雜亂輥針布排列，被吹起纖維的自由端被雜亂輥針布勾住［4］。接著纖維的另一端斷開與錫林的纏結而轉向雜亂輥，一端勾住雜亂輥針布，一端由于旋渦氣流作用漂浮在雜亂三角區，根據雜亂三角區氣流分布，此時由于雜亂三角區還存在CD 方向的氣流，使得纖維的自由端發生橫向的轉移，纖維產生斜向或者橫向排列，纖網雜亂形成。因此正是這種雜亂三角區的特殊設計使得纖網雜亂成為可能。但是由于只是一部分棉層表面的纖維可以得到雜亂效果，而嵌入針布的那部分纖維受氣流雜亂影響較小，因此雜亂輥只可能改變纖網中部分纖維的取向度，大部分纖維仍然沿MD 方向排列。

（1）當纖維較短時，纖維的一端的纏結很容易與錫林脫落，而另一端又很難與雜亂輥的纖維層纏結，因此會在雜亂三角區形成浮游纖維，受三角區氣流作用強烈。纖維由于很難被帶走而在旋渦氣流的作用下最終形成棉結，粘附于纖維層的表面，嚴重影響纖網內在和外在質量。

（2）當纖維較長時，雜亂三角區相對于纖維會較小，錫林與雜亂輥間對纖維的強力作用會導致纖維發生較多的斷裂，因此應適當調大三角區錫林和雜亂輥之間的隔距，這樣有利于纖維的雜亂。

（3）當生產面密度大的纖網時，單位時間內從錫林轉移到雜亂輥上的纖維會較大，雜亂三角區大小相對之前會減少，雖然受旋渦氣流作用的纖維較多，但是比例會降低，從而纖網整體的雜亂度會有所下降。

（4）當雜亂輥速度提高時，也就是錫林和雜亂輥間的相對速度增加，一方面三角區旋渦氣流會增大，對纖維作用會更加強烈，從而增大被雜亂纖維的比例；另一方面，相對速度的增加會加大針布對纖維的作用，增加纖維斷裂比例，斷裂形成的短纖維在旋渦氣流作用下易形成棉結，影響纖網內在和外在質量。因此雜亂輥速度應合理控制，在滿足纖網質量的前提下可適當提高，有利于提高纖網的雜亂度。

這時纖維的轉移就不僅依靠機械力量了，而很大程度上是由氣流進行傳送、轉移的。因此就在雜亂輥上形成了一個纖維分布呈兩維及部分三維的纖維排列，同時還有一部分纖維由于其兩端已被握持在兩個輥子的針布之間，于是仍舊保持了沿機器方向（即縱向）的排列次序。這樣就使得纖維在經過雜亂輥后，一部分雜亂分布，另一部分纖維仍保持原來的排列順序，同時得到的網面縱、橫強度之比由傳統梳理機的10∶1降到了3∶1。

3 結束語

在實際生產中發現，雜亂輥線速度大，纖網中纖維彎曲程度增加，棉結增加，纖網膨松，這對后道工序加工不利。在設定雜亂輥速度時，我們一般遵循下面三個原則：（l）纖網面密度大，需要反向的纖維多，因此反向氣流相應要增大，可將雜亂輥速度適當調大，反之則調小。（2）產品橫向斷裂強力要求較高時，可適當調大雜亂輥的速度，但其效果不是很明顯，只是稍有改善。（3）對纖維較長、細度較粗的原料應適當增大雜亂輥的速度。

［1］廖聲海.對雜亂成網均勻度及雜亂程度的工藝探討［J］.非織造布，1999，（3）：24—25.

［2］柳吉祥.旋轉流分選的理論及應用［M］.北京：煤炭工業出版社，1985.

［3］吳凱輝.水刺非織造Delta高速雜亂梳理成網工藝的研究［D］.上海：東華大學，2008.

［4］張學榮，儲思敏.影響非織造布纖網均勻度因素的探析［J］.非織造布，1996，（3）：5—7.