水刺无纺布工艺流程(图文大全)

水刺法,是非织造布固结工艺中一种独特的、新型的加工技术。已被移植到塑料、纺织、造纸等学科领域。

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水刺无纺布工艺流程(图文大全)

 

 

01

水刺法工艺流程
 
其加工原理是高压微细水流喷射到一层或多层纤维网上,使纤维相互缠结在一起。
 
水刺无纺布工艺流程(图文大全)
A. 纤维原料→开松混和→梳理→交叉铺网→牵伸→预湿→正反水刺→后整理→烘燥→卷绕       ↑          ↑
             水处理循环   
 
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B. 纤维原料→开松混和→梳理杂乱成网→预湿→正反水刺→后整理→烘燥→卷绕      ↑        ↑
 水处理循环  
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不同成网方式影响最终产品的纵横向强力比:

 

流程A:纤网中横向排列纤维多于纵向排列纤维,如交叉铺网形成的纤网,水刺后纵向排列纤维增加, 对纤网纵横向强力比的调节较好,适合于水刺合成革基布的生产; 

 

流程B:纤网中纵向排列纤维多于横向排列纤维,纵横强力比得不到改善,适合于水刺卫生材料的生产

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一、纤维成网
纤维定量:一般卫生材料25-80g/m2, 厚的可达300g/m2
纯棉纤网:不低于30g/m2
成网方式:可以干法成网(梳理、气流、铺叠),也可湿法成网,还可以是纺丝或熔喷成网。
 
二、预湿
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:
1. 双网夹持式
2. 带孔滚筒与输网帘夹持式

 

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有效压缩、润湿蓬松纤网。有效夹持,减少纤网在预湿过程中产生意外的位移。

 

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能迅速、充分润湿纤网,但控制、压缩效果不如双网夹持式。纤网密度过大时,无法有效对纤网握持,纤网表面纤维摩擦打滑,破坏纤网表面结构。

 
三、水刺固结原理
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。
 

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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。
 
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。
 
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四、脱水
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。
 
真空脱水机理:靠纤网两面压力差挤压脱水及空气流穿过纤网层时将水带走。
 
五、烘燥
主要方式:烘缸式烘燥;热风穿透式烘燥(常采用)。
 
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02

水刺工艺的特殊参数要求

一、纤维
  • 弹性模量低(棉、粘胶、涤纶、芳纶等)
  • 纤维细(一般1.3-1.67dtex)
  • 纤维密度(最大值为4~6 dtex)【注:分特克斯,是纺织业用的单位,dtex=g/L*100 其中g为丝线的重量(克),L为丝线的长度(米)
  • 纤维长度(一般20-60mm)
  • 卷曲度适当
  • 纤维光洁适当

 

一般认为,在相同条件下,纤维越细,水刺效果越好。
另外,纤维刚度的增加和比表面积的减小也会阻碍水刺过程。相反,原纤化和粗纤维开裂会增强粘结效果。
 
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二、水射流
  • 孔的直径通常在0.08到0.25之间,但在最大情况下,孔的尺寸为0.12或0.18。
  • 喷射密度:10–30喷射/cm
  • 射流直径:80–800 mm
  • 喷射歧管内压力:25-60 MPa
  • 水射流速度:10–350 m/s

     

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三、 水
  • 几乎不含固体颗粒杂质
  • 少含金属离子(特别是钙离子及其他杂质) 
  • 水质中性,PH值:6.5-7.5,不会损坏射流表面 
  • 水温适中,可以降低纤维的弯曲力矩,使纤维更好地缠结 

     

03

水刺加固方式
水刺加固方式,主要有平网水刺加固、转鼓水刺加固和转鼓与平网相结合的水刺加固三种形式。
 

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一、平网水刺加固
特点:
  • 机台结构简练、维护保养方便,占地面积大;
  • 水射流反弹作用没有转鼓强;
  • 导辊传动方式不适合高速。

 

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二、转鼓水刺加固
特点:
  • 设备占地面积小,纤网缠结效果好;
  • 转鼓呈圆周运动,无跑偏现象,有利于高速生产;
  • 纤网呈曲面运动,接受水刺面放松,反面压缩,利于水射流穿透并有效地缠结纤维。
  • 可在很小空间内完成纤网多次正反水刺,占地面积小。
  • 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,对水流有很好的反弹作用。
  • 不适合加工不同外观效果的产品。
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三、转鼓与平网水刺加固

特点: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。

 

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04
水刺装置
 
一、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,材质为高级不锈钢。其核心零部件是水针板(喷水板)。
 

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1. 喷水板
喷水板为一长方形金属薄片,厚度为0.8-1.5mm,宽度为20-30mm。喷水孔排列形式分为单排、双排或三排。出口直径为0.08-0.15mm。
 
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喷水孔按其形状可分为圆柱形、圆锥收缩型、流线收缩型三类。不管哪种形状,喷水孔出口端均为圆柱形。

 

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2. 水刺头数与水压
水刺加固工艺中常用水刺头数为7~12只,正反两面配置,每个水刺头水压均可单独调节,常用水压为60~250Bar,视纤网单位面积质量、生产速度等而定。
 
常见配置:四上/四下、五上/五下。水刺头压力由后至前逐步增加,设置通常为低→高→
 

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3. 水刺头的排列方式
平面(平网)式: 水刺头在一个平面,下面托持网帘也是平面运动。
 
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圆周(圆网)式: 水刺头沿着一个托持吸风(负压)滚筒排列。
 
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二、托网帘(输网帘)

1. 结构和材质:

常用结构有平纹、斜纹、缎纹组织和微孔圆网。

材质目前主要由聚酯、聚酰胺长丝织造,也有采用金属丝织造的。

 

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2. 重要功能:

(1)输送和托持纤网

(2)有效滤水,并有利于水柱的反弹

(3)不同的编织结构,形成不同产品外观

 

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三、脱水箱
 
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05
水过滤循环处理系统
 
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。
水过滤循环处理系统:主要由水的过滤、循环、增压、回收等装置组成。
 
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其次,自然界的水中含有一定杂质,比如泥沙、悬浮物、溶解的有机物和无机物以及微生物等,经水刺加工后的水还含有纤维性杂质(纤维脱落所致)、油剂(化学纤维的各类油助剂会遗留在水中)。
 
水过滤系统的主要任务是:
(1)清除纤维性杂质
(2)清除油剂和微生物等杂质;
(3)节约用水
 
 
06
水刺非织造工艺用水影响
  • 悬浮物含量高时,会缩短滤袋、滤芯的使用寿命。
  • 溶解或胶体分散状态的有机物易使水浑浊并产生颜色。这些物质易沉积在喷水孔孔壁,粘附在纤维上,从而影响产品最终的白度。
  • 微生物形成的腐浆团,经高压水泵输送后,会快速堵塞喷水孔,造成水刺头压力突然上升,严重时引起停车。
  • 溶解在水中的无机盐类,不管是其中的阴离子还是阳离子,对水刺工艺都有影响。钙、镁离子在管路中和设备上产生污垢,铁、锰、铜等离子容易生成有色物质,对于白色卫生材料生产,应严格控制其含量。氯离子含量较多时容易引起设备腐蚀。

07
影响产品质量的因素
一、纤维原料
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二、成网方式
成网方式不同,产品的纵横强力比不同,水刺过程会使部分呈横向排列的纤维转为纵向,从而改变纤网的纵横强力比。
 
三、水刺装置排列方式
圆周排列式的水刺装置大于平板排列式水刺装置的横向强力。
 
四、输网帘结构和水针作用距离
水针穿透纤网后,遇到网帘编织丝的交叉点时水针受到阻碍,水流向上和四周无规则反射,迫使交织点上的纤维向四周运动并相互集结纠缠,因此交织突起部位形成网眼。
 
提高水流量、使用目数小的网帘(网帘孔稀)可使网眼变得清晰。
水针作用距离(一般几厘米)小,冲击力大。
 
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五、水针能量与产品性能
其它条件相同时,水压强提高,单位面积纤网吸收的能量多,更多的纤维参与缠结。
 
 

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作者 xie, yao