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新型非织造全转移输出辊梳理机的机构与特征
杨艳彪1，赵奕1，靳向煜1，叶寿兴2,3
（1.东华大学产业用纺织品教育研究工程中心；
2.福建南纺有限责任公司；
3.福建省合成革基布与非织造新材料工程研究中心）
0 前言
近年来，非织造技术快速发展，原料、生产工艺和产品不断更新，非织造干法成网过程中采用的梳理机在机构、性能上也发生了显著变化，其正朝着高速高产方向快速发展。一些高速高产型非织造梳理机的出网速度可达250~300 m/min，是普通非织造梳理机的最大出网速度的2~3倍左右，产量≥500 kg/h，符合当前非织造布梳理机的工艺生产要求，反映出了未来非织造梳理技术的一个总体趋势走向。
同时，一款新型高速高产非织造全转移输出辊梳理机即TT梳理机的结构与特征将在本文中进行详细探讨，此梳理机采用双锡林、TT辊、双道夫、凝聚辊设计，成网系统新颖，拥有多项发明专利。其中TT辊是设置在主锡林与双道夫间的具有全转移纤维功能的高速输出辊，其直径大、速度快，逆时针旋转，顺向剥取主锡林上的纤维，起高速转移输出纤维的作用，TT是英文Tambour Transfert的首字母缩写，意为“转移鼓”。根据TT辊的作用与功能，本文将其定义为“全转移输出辊”。
1 TT梳理机基本结构及技术参数
1-喂入罗拉，2-上盖板，3-刺辊，4-转移辊，5-胸锡林剥取辊，6-胸锡林工作辊，7-胸锡林，8、15-挡风板，9、12-主锡林剥取辊，10-主锡林工作辊，11-转移辊，13-主锡林工作辊，14-主锡林，16-全转移输出辊（TT辊），17-上道夫，18-下道夫，19-上凝聚辊，20-下凝聚辊，21-毛刷，22-剥网辊，23、24-纤网抽吸装置
图１ TT梳理机结构
如图1所示，梳理机采用“S”形喂入路径，胸锡林与主锡林分别配置五组与六组梳理单元，可充分梳理、混合纤维，胸锡林与主锡林之间为单一转移辊转移纤维，主锡林后设置一个全转移输出辊，全转移输出辊后配置了两道由道夫、凝聚辊、剥棉辊和毛刷组成的成网机构，并配备了透气输网帘与纤网抽吸装置。此梳理机宽门幅、高速高产，机器部件拆卸灵活自由，模块化，易清理，可大大降低劳动强度，缩短维修保养时间，进一步提高生产线的有效生产率。
梳理机工作幅宽3750 mm，出网速度设定为250 m/min，产量最高可达2300 kg/h，纤网MD∶CD可为3∶1~4∶1，产品面密度为25~60 g/m2，适合细度为1.7~3.3 dtex，长度为38~51 mm规格的聚酯纤维、粘胶纤维的生产，且梳理机各部件直径见表1所示。
2 TT梳理机构造与原理
2.1 喂入系统
如图2所示，TT梳理机喂入系统采用“S”形喂入路径，喂入罗拉上针齿方向朝向机前，顺向给棉，棉层喂给方向与刺辊运动方向相同，可较大程度上减少纤维的损伤量；由于上盖板加强了对纤维的束缚作用，可避免纤维在高速喂入的情况下产生大量飞花的状况［1］。筵棉从喂入罗拉喂入，纤维被喂棉板与喂入罗拉夹持送至刺辊，刺辊顺时针高速运转，将纤维从喂入罗拉上剥落，再经转移辊转移到胸锡林上［2］。刺辊、转移辊与胸锡林上的针布互为反向配置，且V胸锡林＞V转移辊＞V刺辊，以实现高速大量转移纤维，适合非织造布高速生产的工艺要求。
图2 TT梳理机喂入机构
喂入系统的配置为：刺辊与转移辊针布工作角分别为20°与30°，喂入罗拉、刺辊、转移辊齿密分别为24、40和111 齿/(25.4mm)2。盖板与刺辊、刺辊与转移辊、转移辊与胸锡林间隔距分别为5、1和0.7 mm。喂入罗拉线速度可达16 m/min，刺辊线速度为180 m/min，转移辊线速度为360 m/min，喂入系统高速喂入筵棉，为梳理机高速高产提供了可能。
2.2 转移系统
TT梳理机采用传统单辊转移机构，称为“O”型转移，结构较简单，胸锡林与主锡林之间仅配置一个转移辊，如图3所示。转移辊与胸锡林的针齿倾角呈交叉配置，且V转移辊＞V胸锡林；主锡林与转移辊的针齿呈交叉配置，且 V主锡林＞V转移辊；纤维从胸锡林快速转移到转移辊，再由转移辊转移到主锡林。并可在转移辊与胸锡林、主锡林的三角区内设置挡风辊或挡风板，改变气流运动轨迹，防止飞花过多。
图3 “O”型转移机构
“O”型转移机构可将胸锡林上的纤维一次性转移到转移辊上，经转移辊剥取转移后，胸锡林上几乎无重复梳理的纤维，可以避免当喂给大量纤维时出现胸锡林绕棉等状况，达到提高梳理机生产效率的目的，适合非织造布高速高产的工艺要求［3］。
2.3 梳理部分
TT梳理机采用双锡林罗拉式梳理，共计11组梳理单元，分梳、混合效果优良，能够满足产品质量对纤维分梳、混合的要求，为成网系统高速全转移纤维提供了保障。预梳理部分配置有5对工作辊和剥取辊，主梳理部分配置有6对工作辊和剥取辊，其中有1对工作辊和剥取辊直径相同，在增加了梳理单元的同时，节约了空间。胸锡林与主锡林上梳理单元的工作原理与功能相同，均是利用的工作辊的分梳作用和凝聚作用，剥取辊的剥取作用和返回效果，对纤维进行优良的分梳与混合。此外，罗拉式梳理损伤纤维的程度较小，短纤维利用率高，有利于节约成本，可实现高速高产［4］。
2.4 成网系统
2.4.1 成网系统结构与特点
TT梳理机成网系统采用单一全转移输出辊、双道夫、凝聚辊设计，可形成两层纤网，如图4所示。主锡林上的纤维经全转移输出辊完全快速转移，凝聚到道夫上，再经凝聚辊凝聚杂乱后被剥棉辊剥取并转移到透气输网帘上，形成纤网。
图4 TT梳理机成网机构及纤维运动流程
剥棉辊下方均配置纤网抽吸装置装置，高速转移纤网，利用负压作用使得纤网贴伏在透气输网帘表面，减轻意外牵伸，保持纤网的原有结构。为平衡纤网抽吸装置的空气抽吸，保证气压稳定，使纤网网络边缘干扰最小化，在两道夫间安装设置有一个抽吸补风装置，提供持久的低速空气压力。
同时，该成网系统为多层转移纤网，两层纤网的输出存在一定的路径差，使得不同时间输出的纤网叠加在一起，增加了纤维混合的机会，有较好的覆盖性，可弥补纤网折痕、破洞、不平整等缺陷，改善了纤网片段不匀，提高了纤网质量。且以单网帘传送纤网，不会产生因双网帘速率不同，而出现纤网被牵伸（下网帘较快）或褶皱（上网帘较快）的状况，并有利于降低能耗。
2.4.2 成网系统原理
TT梳理机成网系统新颖、独特，其核心理念是在主锡林之后，道夫之前增设了一个大直径，高速度的全转移输出辊，而其他非织造梳理机成网机构大多是在主锡林后直接配置道夫或杂乱辊，作用原理均与该成网机构中的全转移输出辊有所不同。对于该成网机构，有三个方面的作用：全转移输出辊对纤维高速全剥取转移的作用，双道夫系统对纤网的剥取、凝聚与混合作用以及凝聚辊的凝聚杂乱作用。
全转移输出辊逆时针高速旋转，V全转移输出辊＞V主锡林，与主锡林上的针齿倾角成交叉配置，产生剥取作用，由于作用力的原因，使得主锡林上的针齿不具备抓取纤维的能力，全转移输出辊上的针齿具备抓取能力，故全转移输出辊的针齿剥取主锡林上的纤维，并且为顺向剥取纤维，纤维损伤度小，全转移输出辊可一次性完全剥取纤维，大大提升了纤维转移率，为高速高产提供了可能。
全转移输出辊线速度最高可达2000 m/min，通常设置为1550 m/min，高速运转，上、下道夫线速度最高可达300 m/min，通常均设置为220 m/min，虽是普通非织造梳理机道夫线速度的3~4倍，但道夫线速度与全转移输出辊线速度的速度比约为7∶1，道夫线速度远远小于全转移输出辊线速度，纤维经全转移输出辊转移到道夫时，由于二者速度的急剧变化，全转移输出辊针面上的纤维在较强离心力的作用下，一端抛起被相对低速旋转道夫针齿握持住，使得转移到道夫针面的柔性纤维会成立体状态。
成网系统设置为两道成网机构，每道成网机构中采用的是单凝聚辊配置（图4），而非采用双凝聚辊设计，这是因为在可满足产品设计纵横强力比的前提下，高速生产双凝聚会阻碍纤网的输出速度，影响网面外观，故采用单凝聚辊。凝聚辊起凝聚杂乱的作用，道夫与凝聚辊的线速度关系为V道夫＞V凝聚辊，该梳理机凝聚辊线速度最高可达150 m/min，通常设置为100 m/min，则凝聚比D=V道夫/V凝聚辊的范围约为2~3，纤维在此转移过程中为负牵伸，道夫上呈现立体状态的纤维很容易受到挤压作用而改变纤维的取向，可使得纤网MD∶CD约为3∶1~4∶1。
表面上看，道夫的作用似乎只是将纤维剥取后转移出去，但实际上，道夫每转动一圈只会带走全转移输出辊表面约35%~48%的纤维（双道夫85%左右），部分纤维又重新回到全转移输出辊里去了，因此道夫与全转移输出辊之间存在着混合作用［5］。增强了纤维间的混合均匀程度。
2.4.3“全转移输出辊”设计原理
全转移输出辊的设计原理与道夫的转移原理相同，则根据道夫转移率公式（1）［6］。该成网机构中全转移输出辊直径为700 mm，线速度为1550 m/min；道夫直径是500mm，线速度为220 m/min，全转移输出辊与道夫在直径与速度两方面均较其他非织造梳理机有大幅度提高。以此道夫为例，其直径约为传统道夫直径的3倍，线速度是普通道夫线速度的3~4倍。由公式可得，提高道夫直径和速度都可以更好地提高纤维转移率，故大直径，高速度的全转移输出辊可使得纤维转移率大幅度提升，以实现非织造材料高速高产的生产要求。
其中：r——道夫转移率；
Dd——道夫直径（m）；
nd——道夫转速（r/min）；
e——道夫的张力牵伸倍数；
G——棉网面密度（g/m2）；
nc——锡林转速（r/min）；
Q——自由纤维量（g），即停止喂入后，锡林、工作罗拉所能继续转移给道夫的纤维总量。
同时，依据梳理度公式（2）可知，单位时间内的纤维转移量增加，即梳理机产量P提升，纤维的分梳、混合程度降低［6］。为弥补此现象，该梳理机的梳理部分设计了11组梳理单元，成网机构中增加了1个大直径的全转移输出辊，两者前后相互配合设计，在大幅度提高纤维转移量的同时没有使纤维的分梳、混合效果下降。如此，全转移输出辊的设计便是在对纤维分梳、混合程度影响不大，保障产品质量的情况下，大幅提高了纤维的转移度和生产速度。
其中：C——每根纤维的平均作用齿数，即梳理度（齿/根）；
NC——锡林针布的齿密（齿尖数/mm2）；
nc——锡林转速（r/min）；
NB——纤维细度（d）；
r——纤维转移率（%）；
P——梳理机产量［kg/（台·h）］；
KC——比例系数；
L——纤维长度（mm）。
2.4.4 各部件针齿配置
TT梳理机成网机构各部件针齿配备具体如表2所示。全转移输出辊的针齿密度较主锡林大，一方面有助于主锡林上的纤维向全转移输出辊上转移，另一方面，因全转移输出辊的针齿密度较大，会有较多的单纤维或小纤维束悬挂在其针齿上，有利于改变纤维取向，降低纤网纵横强力比，改善纤网质量。同时在成网系统中不难发现，NC全转移输出辊＞NC上、下道夫＞NC凝聚辊＞NC剥棉辊，即随着纤网的输出方向，各部件的针齿密度逐渐降低，这有助于在不破坏纤网结构情况下成网［7］。
2.5 气流控制系统
TT梳理机设置有合理的气流控制系统，如图5所示。Q1、Q2、Q3分别表示在胸锡林、转移辊与主锡林方位上向外抽吸纤尘飞花的气流量，其和为7280 m3/h；Q4表示向胸锡林、转移辊与主锡林内部输入的气流量，为2520 m3/h；Q5表示向全转移输出辊及抽吸补风装置输入的气流量，为1620 m3/h；Q6表示纤网抽吸装置抽吸的气流量，其范围为1500~5400 m3/h。Q1+Q2+Q3＞Q4+Q5，即抽吸气流量大于输入气流量，并由于合理的密封措施，能够使得整个梳理工作区内腔始终处于负压状态，解决多辊高速旋转产生的大量飞花以及紊乱气流问题，能更好的将纤尘飞花抽吸出去，保证纤维梳理、转移的稳定性和环境的清洁，提高产品均匀度，改善产品布面效果［6］。
同时，输入气流向各辊提供了一个正向气压，使得短纤、纤尘不会再回落到工作区域，可减少疵点，提高产品质量。梳理机内腔壁采用有机玻璃材质，表面涂覆专用膜，可视且抗静电，机器高速运转下，飞花纤维既不粘附、又不会散到机外，大大改善了生产环境。
图5 TT梳理机气流控制系统气流流动
3 结语
综上所述，此类型梳理机综合性能良好，可实现非织造布的高速高产，反映出了未来非织造布梳理技术高速度、高产量、网络化、系统化、模块化、易清理的总体发展趋势。在水刺生产线中，全转移输出辊梳理机（TT梳理机）的开发与应用是高速高效生产非织造布的良好方案。此外，一般条件下非织造材料的生产均要求高速高产，但机器速度过高会造成纤网不平整，产品的棉结数量增多等问题，而要求高质量的产品总要适当的降低机器速度。故在实际生产中，我们应科学设计梳理机相应工艺参数，以满足产品质量要求。
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