一种独特的、新型的非织造布加工技术。水射流穿过纤网后,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射流穿插的水力作用下,产生位移、穿插、缠结和抱合,从而使纤网得到加固。
水刺法
采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网,使纤网中纤维相互缠结而得到加固的方法,属于生产非织造布机械固网法。又称水力缠结法、水力喷射法、射流固网法。
- 英文名称
- spunlace process
- 又称
- 水力缠结法、水力喷射法、射流固网法
- 所属学科
- 纺织科学与工程
水刺法加固纤网的非织造工艺技术起步较晚,20世纪60年代弗兰克兰发明,于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。中国引进该技术是在20世纪末期。进入21世纪以来,水刺工艺技术经过几十年的发展,水刺固网工艺技术在国内外快速发展。
需根据纤维特点、产品要求和性能合理配置水刺生产工艺流程。典型的工艺流程配置主要有3种,即直铺生产线、两梳一铺生产线和两梳两铺生产线。3种流程均可根据需要在流程中增加退卷、木浆复合、印花、上浆等设备,以扩大产品的种类和应用范围。在配置非织造布水刺生产线流程时要根据纤维类别、纤网面密度、纤网速度、布面风格(如平纹、提花、打孔等)、产品用途、工作幅宽等选择合适的水刺工艺和配置,包括水刺头的数量、水针板的规格、水针的工作压力等。在实际的配置中还需要根据客户的不同要求进行局部调整。
配置为:抓取(或称量)→预开松→混合→精开松→末道棉箱→气压棉箱→梳理机→水刺机→烘燥→卷绕→分切。直铺水刺生产线的主要特点是流程短、设备少、占地面积小、速度高、耗能低、成本低、用工少,但非织造布的面密度较小(≤90克/米2),纵横向强力比大于3∶1,用途受到一定限制。
配置为:抓取(或称量)→预开松→混合→精开松→末道棉箱→①/②→③。其中,①气压棉箱→梳理机→铺网机→牵伸机→输网帘。②气压棉箱→梳理机。③切边装置→水刺机→轧车→烘燥机→卷绕机→分切机。
两梳一铺水刺生产线的主要特点是适应性强、产品范围广,既可生产半交叉布,也可根据需要生产全交叉(单开与交叉铺网机配套的梳理机)或直铺(单开高架梳理机)水刺布。非织造布的面密度和纵横向强力比的范围较宽,半交叉布的面密度一般为40~160克/米2,纵横向强力比为2∶1~1.5∶1;全交叉布的面密度一般为40~160克/米2,纵横向强力比为1∶1;直铺布的面密度一般为20~45克/米2,纵横向强力比为6∶1~3∶1。主要用于医疗卫生用品、合成革基布、家庭装饰等产品的加工。
又称全交叉水刺生产线,其典型工艺流程配置为:抓取(或称量)→预开松→混合→精开松→末道棉箱→①/②→③。其中,①气压棉箱→梳理机→铺网机→输网帘。②气压棉箱→梳理机→铺网机。③多辊牵伸机→切边装置→水刺机→轧车→烘燥机→卷绕机→分切机。
两梳两铺水刺生产线生产全交叉非织造水刺布,布的面密度一般为80~200克/米2,纵横向强力比为1∶1 左右。产品主要用于合成革基布等领域。
有平网水刺加固、转鼓水刺加固和转鼓与平网相结合的水刺加固3种形式。
平网水刺加固工艺中,水刺头通常位于一个平面上,纤网由托网帘输送做水平运动,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。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。托网帘编织丝排列凹凸尺寸差异变大,凹处容积变大,容纳纤维的能力加大,则水刺非织造布的网眼加大,接触托网帘的表面产生凹凸起伏的立体效果。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。
转鼓水刺加固工艺中,水刺头沿着转鼓圆周排列,纤网吸附在转鼓上,接受水刺头喷出的水射流的喷射。纤网吸附在转鼓上,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。转鼓为金属圆筒打孔结构,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。转鼓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转鼓水刺工艺的两倍。转鼓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,这是转鼓结构所决定的。
在水刺加固工艺中,平面式与转鼓式组合使用可扬长避短,发挥各自的优势,通常第一级、第二级为转鼓式水刺,第三级为平网式水刺。
水刺非织造生产工艺的用水量很大,产量达到5吨/日时,每小时需用水约150~160立方米。为节约用水,减少生产成本,必须将其中约95%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。水过滤系统主要由水过滤、循环、增压、回收等装置组成。水刺工艺中水过滤可分为两大类:合成纤维包括黏胶纤维水刺的水过滤系统、棉纤维包括浆粕纤维水刺的水过滤系统。两个系统的主要区别是所加工的原料不同,由此对水过滤系统的要求不同。因此,必须合理选配水过滤系统来满足水刺工艺条件。
①柔性缠结,不影响纤维原有特征,不损伤纤维。②外观比其他非织造材料更接近传统纺织品。③强度高、低起毛性。④高吸湿性、快速吸湿。⑤透气性好。⑥手感柔软、悬垂性好。⑦外观花样多变。⑧无须黏合剂加固、耐洗。⑨生产流程长、占地面积大。⑩设备复杂、水质要求高。
不仅克服了部分非织造产品的局限性,增加了花色品种,大大拓宽了水刺非织造布的应用领域,而且促进了水刺技术乃至整个非织造布工艺的发展和提高。主要有:水刺与木浆气流成网复合技术,产品可用作揩布、尿布及卫生巾内芯材料。水刺与长丝纺黏纤网复合技术,柔软,有吸水吸油功能,强度高,可用作食品包布、装饰用布及清洁用布等。水刺与湿法成网复合技术,典型的工艺Detex公司的Hydraspun技术,由Detex公司的湿法成网技术结合日本Unicharm公司注册的Soflom水刺方法组成。适用于服装领域。
水刺处理可使机织物中的纱线松开,并使织物得到有效的清洁;根据水刺头布置情况的不同,织物的两面或单面可获得桃皮绒的效应;还可消除织物在工艺过程中所产生的应力,使经纱间更加均匀,从而改善织物的手感和外观,增加织物的厚度,使织物光泽柔和,耐磨性是未处理前的300%以上,缝纫处的滑脱现象减小一半以上,抗起球性能得到改善,抗皱性提高,布面更均匀,布面孔隙减少,分布更均匀,用于棉织物染色似经丝光处理一般。因此经水刺处理后可取消退浆、煮炼、丝光、砂磨等工艺,漂白工艺亦可简化,具有很明显的综合经济效益。产品广泛用于装饰布、过滤布、家用纺织品、服装、汽车安全气袋织物。
该技术是以加工纯金属纤维来制得的水刺非织造布,也适用于金属与普通纤维复合材料的加固,如不锈钢非织造产品或不锈钢与非金属纤维的复合材料等。通过改变水针压力,可以实现高克重材料的加固,产品面密度可达500克/米2,由于金属纤维不吸湿,干燥过程简单,所以降低了能量消耗。同时,可以将金属纤网与一层或多层化学纤网复合,赋予产品多种功能。金属纤维本身的特性决定该产品表面光滑,纵横向强力比接近1。金属纤维水刺非织造布主要用于变压器的导体材料、高温气体过滤材料、防电磁波屏幕保护材料、柔软的表面加热网等。另外,以化学纤维或天然纤维作底布,与金属水刺布复合,可以作为高强度的清洁材料。
水刺法非织造布生产工艺以其性能独特、加工方便、价格低廉、生产的非织造布质量高等特点占领了市场,应用范围越来越广泛。如医用帘、手术服、手术罩布、医用包扎材料、伤口敷料、医用纱布、航空抹布、服装衬基布、涂层基布、用即弃材料、仪器仪表高级抹布、电子行业高级抹布、毛巾、化妆棉、湿巾、口罩包覆材料等。
扩展阅读
- 柯勤飞,靳向煜.非织造学.2版.上海:东华大学出版社,2010.
- 马建伟,陈绍娟.非织造布技术概论.2版.北京:中国纺织出版社,2008.
- 郭秉臣.非织造材料与工程学.北京:中国纺织出版社,2010.
- 赵艳利,王晓雨.典型水刺法非织造布工艺流程的配置与应用.产业用纺织品,2015,33(2):35-40.