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非织造布梳理机的梳理特点与针布配置
朱玉飞、江永生、龚伟、周建平 [金轮针布（江苏）有限公司]
非织造布（Non woven）又称非织造织物、不织布、无纺织物及无纺布，在业内称无纺布最为流行。在非织造布的加工中纤维通过一个连续的过程直接转化为织物，它具有工艺过程短、产量高、原料来源广、产品品种多样和应用范围广泛的特点，成为纺织工业中极具发展前途的新领域。
纤网成型是非织造布的关键核心技术之一，目前国内外绝大部分采用梳理成网方式。非织造布原料的适应性极其广泛，天然纤维、人造纤维、合成纤维及一些特殊的纤维如陶瓷纤维、碳素纤维、金属纤维等均可以作为非织造的原料，但仍以合成纤维为主，主要品种为PP、PAN、PE、PET、PA 、PVA等短纤。由于非织造的原料广泛，产品品种繁多，梳理成网用的梳理机完全不像棉纺、毛纺梳理机有基本固定的结构，特别是我国生产非织造布的早期，基本采用传统棉纺、毛纺系统所用的开松梳理设备或与之相似的所谓非织造专用设备，这些设备至今仍有少数还在运转。随着非织造布工业的快速发展，产品的质量越来越高，非织造布的梳理成网设备已经实现了专业设计与制造，国际上如纽马格（Neumag）FOR、斯宾宝（Spinnbau）、帝博（Thibeau）、赫格特（Hergeth）、特吕茨勒（Trutzschler）、洁圣（JCAD）等著名公司，国内有青岛纺机、郑州纺机等著名公司。近年来随着我国大量引进了国际上各种类型的先进非织造布生产线，通过消化、吸收与自主创新，国内生产的非织造布设备有了飞速的发展，质量也有了很大提高。由于国内外生产梳理机的厂家很多，特别是中国包括台湾地区的生产厂家更多，但尚无统一的行业标准，所以梳理机的规格型号也十分繁杂，锡林直径有520、850、1020、1230、1500 mm等，并有单道夫、双道夫、三道夫甚至四道夫，有配胸锡林与不配胸锡林，有配凝聚与不配凝聚辊的。机幅从1.0m到2.5m不等。尽管如此，无论国际还是国内，非织造布用梳理机基本还是采用罗拉式梳理机的形式，并朝着高速、高产、宽幅的趋势发展。
纤维梳理是成网的关键工序，将开松混和准备好的小纤维束梳理成单纤维组成的薄网，供铺叠成网，或直接进行加固，或经气流成网以制造纤维杂乱排列的纤网，梳理机用齿条（俗称“针布”）的品种与合理选配是纤维梳理的关键。由于在整个非织造物中，强度和纤维的稳固性都是由纤维缠绕产生的，因此不同的设备，不同的锡林直径、不同的道夫形式以及针对不同的原料，不同的工艺参数，在针布配置方面应该有很大的差别。
非织造布梳理的研究与传统的棉纺、毛纺梳理研究相比，仍属起步阶段，多数属于承传棉纺、毛纺梳理研究的成果应用到非织造布梳理中来。我们发现，很多非织造布厂家，包括一些国内的非织造布机械制造商对梳理的研究普遍存在不足，在梳理机选配针布上经常出现借用毛纺、麻纺甚至棉纺的针布，往往达不到预期的效果。随着非织造布应用的不断扩大，对非织造布产品质量要求的不断提升，因而对非织造布梳理技术的研究越来越得到重视，从而引发了对非织造布梳理机用齿条即针布的研究。金轮公司几年来承传棉纺、毛纺梳理研究方面的经验与技术，致力于非织造布梳理的研究，结合当今世界上各种最前沿的非织造针布配套案例，成功开发了适应不同机型的非织造布梳理机与不同纤维、产品品种和质量要求的系列非织造布梳理机用专用针布。
1 非织造布罗拉式梳理机的基本结构与梳理原理
罗拉式梳理机适合于梳理较长的纤维，根据常用工作辊尺寸，可梳理纤维长度范围38~203 mm，细度范围1.1~60 dtex。图1是典型的双锡林双道夫罗拉式梳理机，主要有预梳开松系统、主梳系统、凝聚输出系统和传动系统等组成，其中预梳开松系统、主梳理系统、凝聚输出系统与梳理成网相关性最大。
图1 双锡林双道夫罗拉式梳理机
1.1 预梳开松系统
由刺辊、胸锡林（开松锡林）及其上的胸工作辊、胸剥取辊（1~4组）组成，它们均包卷上针布形成梳理组件。刺辊下也有除尘刀及漏底。预梳系统使纤维束获得初步分解，进行预梳，并起到排杂、短绒效果。
1.2 主梳系统
由主锡林和工作辊、剥取辊（4~6组）组成，它们均包卷上针布形成梳理组件，对纤维进行分梳、均混、剥取等作用，逐步将纤维束分解为单纤维。
1.3 凝聚转移与输出系统
由道夫、剥取罗拉（或斩刀）组成，锡林将充分梳理的纤维凝聚转移至道夫针面上，再由剥网罗拉（双罗拉、三罗拉）或斩刀把道夫上的纤维剥下来并形成纤维网。
1.4 凝聚辊的特殊作用
为了使纤网纵横向强力比的差异减小，在道夫与剥取罗拉间加装一组（1~3根）凝聚辊，其上也包卷针布，每个凝聚辊都比前一个凝聚辊（第一个为道夫）的转速慢，因而纤网在进入凝聚辊针布的转移过程中，纤网中纤维受到了挤压，改变了纤维的取向。这种作用还有一个额外的效果，就是在保持一排梳理机前后速度一致的同时，还能加快道夫的速度，更高的道夫速度可使在主锡林的每次旋转中带走更多的纤维，使梳理机总负荷更少，生产速度更快，为了保证质量的同时提高生产率，三道夫、四道夫无纺梳理机应运而生，不仅提高了纤维从主锡林上清除的速度，还进一步使纤维网的不规则变化均等，提高产品质量。图1是典型的带凝聚装置无纺双道夫梳理机。安装在锡林前面的杂乱辊，其上也包卷针布，与锡林针布齿尖相对，转向相对，高转速产生的离心力使杂乱辊表面的纤维从张紧拉直状态变为悬浮在齿尖上的松弛状态，此外，高转速产生的空气涡流促使纤维随机分布，这样形成的纤网同样可将纵横向强力比的差异减小。
1.5 两个锡林之间的转移机构
在胸锡林与主锡林间有一只转移辊，其上同样包卷上针布，将胸锡林上的纤维转移到主锡林上。现在很多设备在胸锡林后面增加一个和末道夫大小基本一致的中道夫，然后再经转移辊到主锡林，目的是增加梳理点和梳理面，以获得更佳的纤网。
2 非织造布罗拉式梳理机针布的选配
2.1 针布选配需考虑的基本因素
(1)非织造布用纤维的性质，如纤维的种类、长度、细度以及纤维的状态等；
(2)非织造布的品种与质量要求；
(3)梳理机的结构和各罗拉的速度，核心是锡林线速度和道夫出网速度；
(4)针布选配原则以锡林针布配置为核心，根据系统原理相应选配工作辊针布、剥取辊针布与转移辊针布、道夫针布等。
2.2 罗拉式梳理机梳理单元与梳理度的概念
2.2.1 罗拉式梳理机梳理单元
罗拉式梳理机是通过对纤维进行反复的梳理和剥取，逐步将纤维束分解为单纤维，而这个基本作用是由锡林、工作辊和剥取辊三者共同完成的，因而我们称锡林与一对工作辊和剥取辊组成的工作区为一个基本梳理单元。锡林针面的线速度远大于工作辊针面的线速度，从分梳原理上称锡林与工作辊的作用属分梳作用。锡林针面上的一部分纤维被工作辊上的针齿抓取而转移到工作辊上，而大部分纤维仍被锡林带走。剥取辊针面的线速度要大于工作辊针面的线速度，工作辊与剥取辊之间的作用是剥取作用，当纤维转移到剥取辊上时，受到牵伸，还受到补充梳理和拉直作用。锡林针面的线速度比剥取辊针面的线速度高，因此剥取辊与锡林之间其实也是剥取作用，它们二者之间的作用基本上与工作辊和转移辊的作用一样，也有补充梳理的作用。锡林将剥取辊上的纤维剥取以后，这些纤维又被锡林带向原来的那个工作辊，其中一部分纤维重新被原来的工作辊抓取，对于这些被抓取的纤维来说，它们又受到一次重复的梳理。而大部分纤维则被锡林带走，进入下一个梳理单元，如此往复，直到最终被道夫转移出去形成纤网。
2.2.2 梳理度
罗拉梳理机的梳理主要在预梳系统和主梳系统完成，由锡林、工作辊和剥取辊组成梳理单元，其工艺特点是V锡林＞V剥取＞V工作（V为各自的表面速度），梳理作用以锡林为核心，略去工作辊和剥取辊的补充梳理的，梳理度可以通过以下公式计算：
C=Kc［(Nc×nc×L×r)/(P×NB)］
式中：C为一根纤维的平均作用齿数，即梳理度；Nc为锡林针布的齿密；nc为锡林转速；NB为纤维细度；L 为纤维长度；r 为纤维转移率；P 为梳理机产量(kg/台·h)；Kc为比例系数，一般0.3左右。
非织造布的梳理度C一般选择为3较为适合。
2.3 预梳系统针布的选配
非织造布罗拉梳理机典型的预梳系统为胸锡林预梳系统，结构上有1~4个梳理单元组成。预梳系统的目的就是使纤维束得到充分的开松混和，为主梳系统做好准备。由于刚进入梳理机纤维层厚，纤维束大，且纤维束的纤维状态紊乱，梳理力大，针布的选配应考虑以下这些因素。
2.3.1 针布的强度
预梳系统其梳理力大，选配针布时要充分考虑针布的强度，特别原料质量差时，杂质多时，还要考虑针布的抗轧性能。胸锡林、工作辊、剥取辊应选用自锁齿条或强度高的L形齿条。
2.3.2 针布的关键参数
预梳系统的纤维层厚，对纤维进行有效的梳理，针布必须穿透纤维层，因此齿条的齿深要深，即齿条的针高要高，胸锡林的针高一般选用3.5~5 mm，工作辊的针高一般选用4.5~5 mm，剥取辊的针高一般选用4~5 mm。由于预梳很大的作用是开松，所以除非主梳要得到特别薄的纤网，一般预梳配套的针布密度不宜太密，密度以100~300齿/（25.4mm）２为宜。
2.3.3 胸锡林、工作辊、剥取辊之间的合理配置
胸锡林、工作辊、剥取辊之间组成梳理单元，胸锡林与工作辊之间为分梳作用，工作辊与剥取辊之间主要为剥取作用，剥取辊与胸锡林之间主要也是剥取作用。纤维层通过喂入罗拉、刺辊转移给胸锡林，胸锡林与工作辊是对纤维进行分梳的主要区域，此分梳为自由分梳，纤维层的纤维是受到胸锡林针齿的控制被工作辊针齿进行梳理，还是受到工作辊针齿的控制被胸锡林针齿进行梳理，这主要与齿条的工作角、齿的形状及表面的状态等相关。由于胸锡林针面的线速度远高于工作辊针面的线速度，从梳理的效果上更倾向于纤维受到工作辊针齿的控制被胸锡林针齿进行梳理。胸锡林与工作辊之间为主要梳理区域，根据梳理度的概念，针布选配的原则应以胸锡林基准。
胸锡林针布的齿密由梳理度要求确定，梳理度要求高，选用齿密高，反之则相反。胸锡林的工作角根据胸锡林的针齿对纤维的握持控制能力来确定，握持控制能力要求高，则工作角则选小，反之则选大。针布的选配必须达到对纤维握持的控制与转移能力的平衡，对纤维握持控制能力大，其转移能力就差，就会出现绕罗拉，使梳理状态恶化，影响梳理质量，相反，对纤维握持控制能力小，其转移能力就好，纤维就得不到充分的梳理，同样影响梳理质量。鉴于非织造用的材料以合成纤维为主，其摩擦系数高，同时纤维的长度也较长，胸锡林针布的工作角一般选用75°~80°。
从设计上要求工作辊针齿对纤维的控制能力要高于胸锡林针齿对纤维的控制能力，工作辊工作角的选用要比胸锡林小，考虑到工作辊的直径比胸锡林小得多，针布包卷在工作辊后实际工作角放大程度大，因此工作辊选用较小的工作角，一般为50°~65°。
剥取辊要将工作辊上纤维剥取下来，而剥取下来的纤维又能够被胸锡林剥取，因此剥取辊对纤维的控制能力应低于胸锡林对纤维的控制能力，应选用较大的工作角，考虑到剥取辊的直径比胸锡林小得多，针布包卷在剥取辊后实际工作角放大程度大，因此剥取辊选用的工作角一般为60°~75°。
另外，预梳开松系统针布配套选用是否合理、针布本身质量的优劣，将直接影响到主梳系统的梳理效果和针布使用寿命。预梳系统合理的配套能使主梳区的针布寿命提高50%以上。
2.4 主梳系统针布的选配
非织造布罗拉梳理机典型的主梳系统与胸锡林预梳系统工作原理是一样的，但梳理单元比预梳系统多，这样保证了充分的梳理。纤维层通过预梳，纤维层变薄，纤维层内的纤维已经转化成细小的纤维束，梳理力较预梳系统小得多。主梳系统的目标是对纤维进行充分的分梳、均混，将纤维束分解为单纤维，因此，主梳系统是非织造布罗拉梳理机的核心部分，它的结构形式和针布配套方案往往决定了后续加工的形式。
随着对非织造布质量要求的提高，纤维也向细旦方向在发展，对纤维梳理质量要求也越来越高。纤维的梳理质量与梳理度相关，而梳理度与主锡林的针齿密度相关，随着对梳理要求的提高，主锡林的针齿密度也在不断提高。同时在主锡林的针齿密度在不断提高过程中，针布的高度在越来越变矮，由40、38、35系列逐渐向32、28及25系列进行演变，锡林针布变矮，加上齿形设计的优化，如采用浅齿及负角齿形，对纤维的释放性提高，转移能力增强，从而可以设计较小的工作角，进而提高锡林的梳理能力，主锡林的工作角一般可以选用70°~80°，对某些较长较粗的纤维，工作角最大时可以达到87°，几乎就是垂直的。同时在针齿密度选用一致的情况下，考虑到梳理效果能更好，选用横向针齿密度更高的选择，因为在同样的针齿密度下，提高横向针齿密度的梳理效果会更好，并能有效降低的纤维的损伤，主锡林针布的基部厚度目前最小已经设计为0.50 mm。
与预梳系统一样,同样要求工作辊针齿对纤维的控制能力要高于主锡林针齿对纤维的控制能力。为进一步提高工作辊对纤维的控制能力，适合高速高产的需要，常选用带横纹设计的工作辊针布，即在工作辊针齿斜侧面上增加2~4条横纹。工作辊增加横纹设计后，能有效地提高工作辊针布对纤维的控制能力，提高梳理能力，提高纤网的均匀度。
主锡林剥取辊与胸锡林剥取辊基本类似，但密度要高于胸锡林剥取辊。
如果说对预梳系统的针布要有足够的强度与抗轧能力的话，对主梳系统则要求有充分的分梳和均匀混和能力，因此对主梳系统的针布，要求锋利、穿刺性能好，对纤维的控制能力强。
2.5 凝聚转移与输出系统针布的选配
纤维的凝聚是靠道夫来实现的。在高速旋转下，锡林针面上经过梳理的纤维在离心力的作用下，一端抛起被相对低速旋转的道夫针齿握住，纤维从锡林针面转移到道夫针面并凝聚成纤维网。从表象上看，道夫似乎只起到了将纤维剥取出去的目的，但实际道夫每转只带走了锡林表面20％～40％的纤维（双道夫约50％），大部分纤维又重新回到锡林与工作辊的梳理单元里去了，因此有明显的分梳作用。道夫的转移能力除与梳理机的工艺如锡林与道夫之间的隔距、道夫转速等相关外，与道夫握持控制纤维与容纳纤维的能力直接相关，道夫握持控制纤维能力与工作角、齿形设计相关，道夫容纳纤维的能力与齿深相关。道夫的转移能力就是非织造布梳理机的产能，非织造布对产量的追求较高，因此对道夫的转移能力相对较高，道夫的工作角一般选用为50°~60°，为追求更大的转移能力，选用转移能力高的鹰嘴形齿形，并选用采用横纹设计，即在针齿斜侧面上增加2~4条横条的道夫。道夫应有足够的容纳纤维的能力，道夫的齿深都在2.2 mm以上，道夫齿深深，有利于锡林与道夫间气流排泄，有利于纤网的均匀度。
2.6 凝聚辊针布的选配
纤网的杂乱功能是通过进入凝聚辊针布的转移过程中，由于速度差，纤网中纤维受到了挤压，改变了纤维的取向后实现的。在纤维的转移过程中要求凝聚辊针布对纤维有较强的握持控制能力，同时在转移过程中纤网的厚度增加，因此，凝聚辊针布要有较小的工作角与更大的容纳纤维的量。工作角一般选用50°~55°，齿深2.5 mm以上。
3 非织造布梳理机针布典型配置推荐
表1、表2 为目前单锡林双道夫和双锡林双道夫生产线梳理机针布的常用配置。
表1 单锡林双道夫双杂乱梳理机配套针布的技术参数
表2 双锡林双道夫梳理机配套针布的技术参数（1.5d×38mm，涤纶、粘胶）
4 结束语
针布配套虽然遵循一定的规律和原则，但由于国内非织造的复杂性和多方面不规范性，同时针布配套涉及设备、纤维、工艺、产能甚至环境等因素，所以每个生产厂家要根据实际情况进行针对性的配置，设备制造厂家也要根据生产厂的各种实际因素确定针布配套，确保达到最佳的梳理成网效果。
参考文献：
［1］王延熹.非织造布生产技术［M］，上海：中国纺织大学出版社. 1998.
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