周玉珊, 陳 軍

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300160; 2.欣龍控股(集團(tuán))股份有限公司，?？?570125)

針刺技術(shù)是第一代傳統(tǒng)的非織造布生產(chǎn)技術(shù)，起源于19世紀(jì)后半期，該技術(shù)是利用帶有倒鉤的刺針對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行反復(fù)穿刺，使纖網(wǎng)之間相互纏結(jié)而使纖網(wǎng)得到加固的一種方法[1]。針刺法非織造布表面平整，具有良好的強(qiáng)力、密度和彈性以及耐磨性、舒適性、屈撓性、透氣性和各向同性，呈多層三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于地毯、保溫材料、過(guò)濾材料、土工布、鋪裝輔料、合成革基布、油氈基布、造紙毛毯、汽車內(nèi)襯材料等。傳統(tǒng)針刺技術(shù)已發(fā)展得相對(duì)成熟，但國(guó)內(nèi)企業(yè)在針刺機(jī)的植針密度、針刺頻率、幅寬等方面還有較大提升空間。近年來(lái)，國(guó)外的大型非織造設(shè)備企業(yè)在針刺技術(shù)方面進(jìn)行了大量研發(fā)工作，開(kāi)發(fā)了多種先進(jìn)的新型針刺技術(shù)，比如德國(guó)Dilo公司、奧地利Fehrer公司等。本文主要介紹德國(guó)Dilo公司、奧地利Fehrer公司等開(kāi)發(fā)的幾種針刺新技術(shù)，為國(guó)內(nèi)的針刺技術(shù)的研發(fā)提供一定幫助，促進(jìn)我國(guó)針刺技術(shù)的發(fā)展。

1 Dilo公司的針刺技術(shù)

1.1 Hyperpunch針刺技術(shù)

Dilo公司自1995年ITMA上首次展出Hyperpunch橢圓針刺技術(shù)，近年來(lái)不斷改進(jìn)，其優(yōu)越性越來(lái)越明顯，此技術(shù)是最近十多年來(lái)針刺技術(shù)上的重大突破。圖1是橢圓形運(yùn)動(dòng)軌跡的針刺機(jī)針刺區(qū)，其主要特征是針板橫梁由2個(gè)偏心機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng), 刺針不再單純垂直向運(yùn)動(dòng), 在縱向的子午面內(nèi)作垂直和水平向二維運(yùn)動(dòng)，其軌跡由一條直線改變?yōu)榻朴跈E圓狀，其水平向的移距適應(yīng)纖網(wǎng)步進(jìn)量，在時(shí)空上與其很好配合，從而顯著減少纖網(wǎng)的拉伸，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

針刺法非織造布的主要技術(shù)缺陷之一是斷針現(xiàn)象，導(dǎo)致針刺機(jī)生產(chǎn)效率下降和非織造布質(zhì)量惡化，Hyperpunch橢圓形針刺技術(shù)很好地克服了這一現(xiàn)象。Dilo公司設(shè)計(jì)的針板專用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是Hyperpunch系統(tǒng)的基礎(chǔ)，確保刺針在針刺纖網(wǎng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形；其次是托網(wǎng)板和針刺機(jī)剝網(wǎng)板上的孔眼，使其具有沿著被加工材料運(yùn)動(dòng)方向排列且呈長(zhǎng)腰形的特征。Hyperpunch原理可使構(gòu)架材料受到的來(lái)自刺針的損傷大大降低，刺針折斷數(shù)量顯著減少，使得針刺非織造布的質(zhì)量得以改善。此工藝對(duì)于400 g/m2甚至更高克重的非織造布都能適應(yīng)，能耗也較低，表觀質(zhì)量不亞于純水刺效果，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、過(guò)濾材料等領(lǐng)域[2]。目前國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)進(jìn)口了德國(guó)Dilo公司的橢圓針刺機(jī)，其產(chǎn)品應(yīng)用在高溫過(guò)濾等方面。

圖1 橢圓形運(yùn)動(dòng)軌跡的針刺機(jī)針刺區(qū)

1.2 Hyperlacing針刺技術(shù)

Hyperlacing針刺技術(shù)是一種針板橫梁作圓形運(yùn)動(dòng)的圓形針刺設(shè)備(圖2)。 該系統(tǒng)利用Cyclopunch針刺單元提供的新型針梁動(dòng)力學(xué)原理，控制刺針沿圓形軌跡進(jìn)行針刺。一條Hyperlace生產(chǎn)線由幾個(gè)Cyclopunch針刺機(jī)組成，每個(gè)Cyclopunch配備有4個(gè)針板，兩塊由上往下刺，另兩塊由下向上刺。每米工作寬度上約排列2萬(wàn)枚刺針，每枚刺針只有一個(gè)深度為0.02 mm的倒鉤，刺針每次只帶動(dòng)一根纖維，這種特性使得纖維絮片中的每根纖維都可在高針刺密度下進(jìn)行針刺糾纏。其工作原理如圖3所示。該技術(shù)可進(jìn)行高密度針刺加工。與其他針刺技術(shù)相比，Hyperlacing技術(shù)特點(diǎn)在于：(1)加大了針刺的步進(jìn)量，適應(yīng)高速生產(chǎn)的需要，喂入速度可達(dá)50～60 m/min，輸出速度可超過(guò)100 m/min；(2)纖維適應(yīng)性強(qiáng)，適用于細(xì)度為1.7～3.3 dtex的合成纖維或棉花；(3)可成功加工克重范圍為30～80 g/m2(最低至25 g/m2)的低克重非織造布，其表觀質(zhì)量不亞于純水刺效果；(4)極高的植針密度，高達(dá)20,000枚/米/板，生產(chǎn)效率更高；(5)新型針梁運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)概念，針梁既沒(méi)有連桿, 也沒(méi)有導(dǎo)向裝置[2]；(6)整條生產(chǎn)線需要6～8臺(tái)圓形針刺機(jī)，但也可分段處理，可以高速生產(chǎn)輕薄型針刺非織造布，產(chǎn)品表面具有極高的耐磨性[3]。

圖2 Hyperlacing針刺技術(shù)

圖3 Cyclopunch的驅(qū)動(dòng)原理及針刺軌跡

目前隨著國(guó)內(nèi)高溫過(guò)濾材料需求量的持續(xù)增長(zhǎng)，關(guān)于橢圓或者圓形運(yùn)動(dòng)針刺機(jī)的需求量很大，但大部分企業(yè)的這類型設(shè)備依賴于進(jìn)口。我國(guó)的非織造設(shè)備制造商應(yīng)該看到這個(gè)難得好機(jī)會(huì)，加大投入創(chuàng)新，生產(chǎn)自己的先進(jìn)設(shè)備。

1.3 針刺起絨技術(shù)

德國(guó)Oskar Dilo公司推出采用Di-lour和Di-loop新型針刺技術(shù)的起絨設(shè)備[4]。采用此項(xiàng)技術(shù)，帶有圖案的花式針刺起絨地毯得以問(wèn)世，并很快推向市場(chǎng)。針刺起絨非織造布的生產(chǎn)工藝技術(shù)可以說(shuō)是一種高新技術(shù)，無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)尚處于發(fā)展研究階段。在傳統(tǒng)針刺機(jī)中，承托纖網(wǎng)的托網(wǎng)板上鉆有Φ=3.5～6.5 mm的孔眼，以利刺針的通過(guò)，如圖4。這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品存在“針結(jié)”和牽伸現(xiàn)象，且托網(wǎng)板的孔眼越大則針結(jié)越明顯。在生產(chǎn)過(guò)程中若因牽伸過(guò)大或刺針對(duì)不準(zhǔn)孔眼中心則會(huì)造成斷針現(xiàn)象，還會(huì)出現(xiàn)牽伸率大、針痕針跡明顯等產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

圖4 托網(wǎng)板上纖網(wǎng)及刺針運(yùn)動(dòng)示意圖

針刺起絨技術(shù)是以傳統(tǒng)的針刺方法為基礎(chǔ)，由無(wú)數(shù)根Φ=0.130～0.20 mm尼龍絲組成的毛刷簾代替拖網(wǎng)板(見(jiàn)圖5)，是一種生產(chǎn)具有接近機(jī)織布一樣的柔軟度和貼服性以及豐滿的絨毛感的針刺法非織造布新型的針刺加工方法，見(jiàn)圖6[5]。

圖5 毛刷上纖網(wǎng)及刺針運(yùn)動(dòng)示意圖

圖6 針刺起絨技術(shù)生產(chǎn)示意圖

針刺法起絨非織造布的生產(chǎn)工藝流程主要包括坯布生產(chǎn)流程、起絨生產(chǎn)流程和后整理生產(chǎn)流程，其生產(chǎn)工藝流程如下[5]：

(1)坯布生產(chǎn)工藝流程

油劑

↓

纖維→開(kāi)包機(jī)→粗開(kāi)松機(jī)→混棉箱→精開(kāi)松機(jī)→給棉機(jī)→梳理機(jī)→鋪網(wǎng)機(jī)→預(yù)刺機(jī)→倒刺機(jī)→切邊卷取機(jī)→半成品

(2)起絨生產(chǎn)工藝流程

發(fā)料機(jī)(放卷機(jī))→絨毛針刺機(jī)(→燙光機(jī))→卷取機(jī)→半成品

(3)后整理生產(chǎn)工藝流程

發(fā)泡機(jī)

↓

發(fā)料機(jī)(放卷機(jī))→上膠機(jī)→紅外線預(yù)烘+拉幅定型機(jī)→卷取機(jī)→成品

當(dāng)刺針的鉤刺帶著纖維穿入毛刷層時(shí)，刺針針尖把毛刷絲擠開(kāi)，刺針周圍的毛刷絲則把刺針周圍的纖維托住，只有鉤刺能鉤住的纖維才能進(jìn)入毛刷絲里面，當(dāng)刺針抽回時(shí)，被“夾住”在毛刷絲里面的纖維經(jīng)過(guò)剝離之后，即形成絨毛的一面。針刺越深則絨毛越長(zhǎng)。纖網(wǎng)附著在毛刷上面并與毛刷簾一起作水平方向運(yùn)動(dòng)，而刺針是與毛刷簾表面方向作垂直運(yùn)動(dòng)。從圖5可以看出，毛刷外面的纖維層形成較小的纖維“銷釘”，而毛刷絲里面則是細(xì)散的絨毛。使用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品具有手感柔軟、豐滿、貼服性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，不存在牽伸現(xiàn)象，不易斷針。目前針刺起絨技術(shù)主要用于生產(chǎn)汽車內(nèi)飾材料、鞋材等方面。

2 Fehrer公司的針刺技術(shù)

Fehrer(菲勒)公司是世界上最早研制成功具有組合式全封閉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的高速針刺機(jī)的公司。該公司主要的針刺技術(shù)有HI針刺技術(shù)、最大針刺頻率達(dá)到3 000次/min 以上的高速針刺機(jī)以及起毛針刺技術(shù)、地毯針刺機(jī)、造紙毛毯針刺技術(shù)等。

2.1 HI針刺技術(shù)

HI針刺技術(shù)是Fehrer的專利技術(shù)，其特點(diǎn)是采用弧形針板和垂直的刺針，使纖網(wǎng)在不同的角度下針刺，制成產(chǎn)品的質(zhì)量明顯提高，其主要優(yōu)點(diǎn)是針刺深度增加。由于針板方向不斷改變，纖維進(jìn)行再排列，雜亂及纏結(jié)效果均比傳統(tǒng)的平板針刺好，可以以較少密度達(dá)到高質(zhì)量的效果。在同樣針刺密度下產(chǎn)品的強(qiáng)度和密度都相對(duì)提高，在針刺多層纖網(wǎng)時(shí)，它可確保層與層之間具有較好的纏結(jié)效果。因此采用這種設(shè)備可以減少針刺道數(shù)，投資和維修費(fèi)用均可減少。另外，采用弧形多孔板，針刺時(shí)可防止纖網(wǎng)跳動(dòng)，增加纖網(wǎng)的穩(wěn)定性和減少幅寬的收縮，同時(shí)可降低針刺密度，加大步進(jìn)距離，提高產(chǎn)量。該設(shè)備對(duì)機(jī)械制造的要求很高，包括安裝調(diào)試等需要很高的精度，據(jù)稱采用這種設(shè)備，縱橫向強(qiáng)力比可達(dá)1 ∶1，可廣泛用于土工布、人造革、過(guò)濾材料、鞋襯、汽車內(nèi)飾材料和造紙毛毯等的加工[6]。

圖7 Fehrer公司的“HI”弧形針板針刺區(qū)[7]

2.2 Carpet Star技術(shù)

NL11/Twin-SE Carpet Star屬于提花針刺機(jī)，它通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的針刺區(qū)生產(chǎn)出高質(zhì)量的羅紋及絲絨制品。根據(jù)對(duì)表面的質(zhì)量要求，使用Carpet Star來(lái)生產(chǎn)羅紋制品，產(chǎn)量可高達(dá)單板機(jī)的3倍，它更可在一道工序下同時(shí)加工羅紋與絲絨組合圖案。Carpet Star具有精密的傳動(dòng)系統(tǒng)，提高生產(chǎn)速度，并適用在小圖案循環(huán)產(chǎn)品上。兩個(gè)針刺區(qū)按預(yù)定圖案通過(guò)電子方式相互進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使花紋靈活性得到了最大程度的保證。Carpet Star的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可達(dá)1 500 r/min，工作幅寬2.4～5.6 m，標(biāo)準(zhǔn)沖程30 mm。使用NL11/Twin-SE Carpet Star可降低投入費(fèi)用[2]。

3 國(guó)外其他的先進(jìn)針刺技術(shù)

歐瑞康紐馬格公司針對(duì)自動(dòng)化和高效率的需求，開(kāi)發(fā)了一款全新的名為Stylus的針刺機(jī)，它可以在一臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)方案(通過(guò)一個(gè)按鈕選擇垂直或橢圓驅(qū)動(dòng)針板)，將傳統(tǒng)針刺和橢圓軌跡針刺整合于一身，并且通過(guò)采用新的配針?lè)桨竷?yōu)化布針格局，允許模塊化設(shè)置所需選項(xiàng)及進(jìn)入全新的維護(hù)和設(shè)置程序[3 ]。這套技術(shù)使得投資成本更低，資金回收周期更短。

Ernst Fehrer博士發(fā)明的NL9/S-H1/RB 型反向鉤刺針刺機(jī)，在單一的下刺式針刺區(qū)域內(nèi)引入了上下針刺的工藝概念。其原理是針板上正常鉤刺和反向鉤刺的刺針交替擺放，在下刺沖程時(shí)普通鉤刺的刺針按常規(guī)方式針刺，而上行沖程時(shí)反向鉤刺的刺針則使單束纖維反向運(yùn)動(dòng)，向上穿刺。Ernst Fehrer 博士為鉤刺設(shè)計(jì)了特殊的形狀，并對(duì)刺針作了特殊的涂層處理，克服了反向鉤刺刺針對(duì)刺針本身及刺針之間容易積灰的敏感性，使得這種正反向鉤刺組合的針刺工藝可生產(chǎn)表面平整、特殊強(qiáng)度類型的新型針刺產(chǎn)品[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)是非織造布的生產(chǎn)大國(guó)，但還不是強(qiáng)國(guó)，產(chǎn)品和設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級(jí)是企業(yè)發(fā)展主流。雖然針刺非織造布生產(chǎn)具有投資少、見(jiàn)效快等特點(diǎn)，但是針刺行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)很激烈，僅僅依靠傳統(tǒng)的成本和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，很難保持以往的競(jìng)爭(zhēng)地位，只有不斷創(chuàng)新才能保持產(chǎn)品的先進(jìn)性和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)近幾年對(duì)于針刺機(jī)的研究有了不少成就，但針刺機(jī)的植針密度、針刺頻率、幅寬等方面和國(guó)外存在很大的差距，國(guó)內(nèi)針刺非織造設(shè)備制造商應(yīng)該提升自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，大力發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，打出中國(guó)自己的品牌。Dilo、Fehrer等外國(guó)公司對(duì)針刺技術(shù)的研究在針刺領(lǐng)域處于先進(jìn)地位，有很多地方值得我國(guó)針刺設(shè)備生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)、借鑒、總結(jié)、提煉，我國(guó)的非織造設(shè)備制造商、非織造產(chǎn)品生產(chǎn)商一定能走出自己的特色的道路，我國(guó)的非織造行業(yè)一定能做得更好。

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