产业用纺织品及设备课件五、水刺非织造布

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：
（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
• （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。
▪ 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。
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。
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。
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。
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。
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。
预湿水刺头
脱水箱
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。
带孔滚筒
脱水箱
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。
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
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
圆网 （辊筒） 水刺头
纤网
预湿
(3)圆网与平网相结合的水刺加固
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。
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。
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。
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
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。
(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。
2、喷水板（水针板）
水刺头形成高速水射流的核心零件,长方形的薄优质不 锈钢板，厚度0.8-1.5mm,宽度20-30mm，上面开有单排、 双排或三排隔距很小的微孔（孔径0.08-0.15mm)。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。
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。
Leabharlann Baidu、脱水
• 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、熔喷法成网等。
• 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。
水刺非织造工艺用水的循环处理循环流程：
高压泵 Ⅲ级过滤
水刺头 Ⅱ级过滤
脱水箱 气水分离器
Ⅰ级过滤
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。
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：下图大孔为动态水腔，小孔为 均流腔，又称静态水腔。
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
过桥装置
水刺头
预湿
脱水箱
纤网
(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。