高速針刺超纖革基布生產聯合機的梳理工藝優化

程 冉,張 瑜,劉仁才,張廣宇,王海樓,*

（1.南通大學 紡織服裝學院,江蘇 南通226019;2.常熟振泰無紡機械有限公司,江蘇 常熟215539）

由于實行退耕還林、退牧還草等恢復生態措施,天然皮革產量逐漸下降,人造合成革正被逐步用來替代部分真皮革[1-2]。其中,海島型超細纖維針刺革基布可以很好地模擬天然皮革,其性能接近于甚至優于天然皮革[3-4],成為合成革基布的一個重要分支[5-6]。海島型超細纖維材料成本較低且環保,其人工合成皮革的開發和推廣也順應了生態文明建設,可促進形成人與自然和諧發展的現代化建設新格局。

海島超細纖維主要分為定島型與不定島型兩類[7]。其中,不定島型超細纖維成本較低,其針刺革基布仿真皮性好、附加值高。由于不定島超細纖維在生產過程中纖維中的島在微觀上是不可控的,且在纖維長度方向上是非連續密集分布,導致島數不定、纖度離散度大、細度更細[8],其難梳理性對革基布生產設備提出了更高的工藝要求,導致能夠生產不定島超細纖維合成革的企業不多。

常熟振泰無紡機械有限公司聯合南通大學研究高速針刺超纖革基布生產聯合機,為改善不定島超細纖維的梳理效果和成網均勻性,針對不定島超細纖維的高速梳理工藝技術進行了改進優化,制得了各向均勻性好的不定島超細纖維針刺革基布,具有較好的仿真皮效果。

1 不定島超細纖維革基布的高速梳理技術

1.1 針刺超纖革基布工藝路線

圖1 針刺超纖革基布工藝路線

圖1是高速針刺超纖革基布生產聯合機的生產工藝路線,從纖維原料的開松到梳理成網,再到鋪網、針刺、卷繞,每個環節都很重要。其中梳理部分關系到纖維的伸直程度、成網均勻性以及含雜率等,會嚴重影響后道工序的加工質量,對最終產品的質量影響甚重。為改善不定島超細纖維的梳理效果,研究出了一種新的梳理工藝,可改善不定島超細纖維的梳理效果及產品質量。

1.2 不定島超細纖維高速梳理工藝技術

超細纖維在結構上的最大特點是纖維纖度極小,大大降低了纖維剛度,從而極大提高了纖維柔順性;另一方面,其比表面積急劇增大,纖維表面吸附作用增強。由于不定島型超細纖維在生產過程中島的大小、數量、分布存在隨機性,導致不定島超細纖維中纖維長度和纖度離散性較大。

由于以上特點,不定島超細纖維黏度較大,用傳統形式的梳理機梳理難以達到理想的梳理效果,或者在保證梳理效果的條件下,其梳理速度難以進一步提升,梳理效果和梳理速度有時難以兼顧。

為解決不定島超細纖維因難于梳理而導致成網質量差的問題,利用產學研聯合優勢,研究出了新型高速梳理工藝技術,從三個方面對梳理機工藝進行了優化。

（1）采用雙錫林雙道夫兩組凝棉輥的梳理形式,提高梳理成網速度和成網均勻性,使得出網速度最快可達90 m/min,如圖2所示。

圖2 梳理機雙錫林雙道夫系統

表1 部件直徑與針布型號

（2）選用較大直徑的錫林、工作輥、剝毛輥和下道夫,以提高表面線速度,增強對纖維的梳理作用,從而提升梳理效果和梳理速度。

（3）選配合適的針布類型,在提高梳理機對纖維梳理效果的同時,盡可能減少對纖維的損傷。

另外,還針對梳理機的羅拉給棉裝置進行了優化設計,改善了梳理機的除雜率,進而提高梳理質量與成網質量,同時也增加了對梳理機的保護作用,減少工人工作強度。該梳理機所采用的是一種新型羅拉給棉裝置,具有兩個特點:

（1）防堅硬雜物功能。纖維原料中有時會有堅硬異物混入,例如金屬絲或從設備上脫落下來的螺絲、螺母、墊片等。這些堅硬異物容易對上、下給棉羅拉和錫林輥等的針布造成損傷,引起連鎖反應。為防止堅硬異物混入纖維對梳理機造成損傷,梳理機采用的新型羅拉給棉裝置具有防堅硬雜物的功能,如圖3所示。圖3中A、B分別指上給棉羅拉和下給棉羅拉,下給棉羅拉端部有個離合機構,離合機構內通過一安全銷連接。當有金屬或非金屬的堅硬雜物混入纖維中,隨纖維進入上、下給棉羅拉之間時會增大給棉羅拉的扭矩,下給棉羅拉端部的離合機構會因扭矩過大導致安全銷斷裂而發生分離,讓機構間失去聯動,從而使得喂棉羅拉驅動機構與上喂棉羅拉以及下喂棉羅拉之間的傳動關系解除,避免堅硬雜物損及針布,并及時去除雜物,從而提高成網質量。

圖3 羅拉給棉裝置

（2）清潔功能。上、下給棉羅拉工作時,容易纏繞纖維或異物,影響羅拉給棉裝置向刺輥喂送纖維,因此需盡可能保證上、下給棉羅拉處于清潔狀態。此新型羅拉給棉裝置中的下給棉羅拉B下方添有一個給棉羅拉清潔機構C,如圖4所示。該喂棉羅拉清潔機構C可自動地伴隨下給棉羅拉B運動,并及時將纏嵌滯留于給棉羅拉表面針布上的纖維有效剔除,從而使給棉羅拉順暢地向刺輥喂送纖維,這既可減少工人因定期清潔羅拉給棉裝置而產生的工作強度,又可保障梳理機的工作效率和產品質量。

圖4 給棉羅拉清潔機構的位置

2 產品性能測試與分析

2.1 試樣說明

通過工藝優化后的設備生產了3種不同克重的超纖革基布,基本加工流程如圖5所示,具體規格及針刺頻率參數見表2。這3塊樣品具有不同克重,相同的針刺頻率,其他工藝一致。樣品S1、S2、S3的克重依次增加。

圖5 基本加工流程

2.2 性能測試與分析

圖6是3種樣品的表觀形態圖。樣品本身外觀結構形態都比較均勻,且沒有明顯瑕疵。

表2 樣品規格及針刺頻率參數

圖6 試樣表觀形態

圖7顯示的是不同樣品的厚度情況。可以看出,樣品厚度隨克重增加而增加,符合一般規律。樣品S1與樣品S2的厚度差異相對較小,是由于兩者間克重差異較小,但依舊是克重略大的S2具有略大的厚度。

圖7 樣品厚度

圖8顯示樣品的縱/橫向斷裂強度。3種樣品的斷裂強度隨克重增加而增加。克重越大,纖維含量越高,意味著樣品承載能力就越強。圖中同一樣品的黑色與灰色的柱高有一定差異,說明樣品的縱向斷裂強度和橫向斷裂強度存在有一定差異,但此差異在可接受范圍內,樣品各向斷裂強度性能均勻性能夠起到較好的仿真皮效果。另外,圖中黑色與灰色柱高差異隨克重增加而減小,意味著在斷裂強度方面厚克重的樣品相對更均勻。

圖8 樣品縱/橫向斷裂強度

圖9 樣品縱/橫向撕裂強度

圖9顯示樣品的縱/橫向撕裂強度。3種樣品的撕裂強度隨克重增加而增加。同樣的,圖中同一樣品黑色與灰色的柱高也存在差異。但相對于斷裂強度,撕裂強度的縱/橫向差異相對不明顯,說明樣品各向撕裂強度性能更加均勻,更能滿足較好的仿真皮效果。樣品在撕裂過程中會形成一個撕裂三角區,撕裂三角區含有縱/橫向纖維,導致樣品受縱/橫向纖維影響比較大。也即是,樣品的撕裂強度同時與樣品縱/橫向性能有較大關系,也因而減弱了樣品縱/橫向撕裂強度差異。

圖10 樣品縱/橫向剝離強度

圖10顯示樣品的縱/橫向剝離強度。類似的規律,3種樣品的剝離強度隨克重增加而增加。這主要與樣品中纖維的穿插有關,厚克重樣品中纖維穿插數量較多,從而使得剝離強度略高。與斷裂強度比較,圖中同一樣品黑色與灰色的柱高差異相對不明顯,樣品各向剝離強度性能也更加均勻。

總體而言,樣品縱/橫向性能比較均勻,能夠達到比較好的仿真皮效果,適宜于作皮革基布。這與前道梳理機梳理效果有關,梳理機梳理效果越好,纖維伸直度比較高,成網質量較高,后期鋪網也更易控制纖維層中纖維取向的分散均勻性,從而提高各向性能均勻性。

3 結語

將優化改進后的梳理機用于不定島超細纖維革基布的生產中,通過提高纖維梳理效果和除雜效果,改善纖維的成網均勻性,使得最終產品性能具有較好的縱/橫向均勻性,提高了產品質量和仿真皮效果。本項目中的工藝優化有利于不定島超纖針刺革基布的高速高質生產,促進產業技術裝備升級,形成良好的社會效益和經濟效益。