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)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纖網(wǎng)進行反復(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)展得相對成熟，但國內(nèi)企業(yè)在針刺機的植針密度、針刺頻率、幅寬等方面還有較大提升空間。近年來，國外的大型非織造設(shè)備企業(yè)在針刺技術(shù)方面進行了大量研發(fā)工作，開發(fā)了多種先進的新型針刺技術(shù)，比如德國Dilo公司、奧地利Fehrer公司等。本文主要介紹德國Dilo公司、奧地利Fehrer公司等開發(fā)的幾種針刺新技術(shù)，為國內(nèi)的針刺技術(shù)的研發(fā)提供一定幫助，促進我國針刺技術(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)，近年來不斷改進，其優(yōu)越性越來越明顯，此技術(shù)是最近十多年來針刺技術(shù)上的重大突破。圖1是橢圓形運動軌跡的針刺機針刺區(qū)，其主要特征是針板橫梁由2個偏心機構(gòu)驅(qū)動, 刺針不再單純垂直向運動, 在縱向的子午面內(nèi)作垂直和水平向二維運動，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)步進量，在時空上與其很好配合，從而顯著減少纖網(wǎng)的拉伸，實現(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)計的針板專用傳動機構(gòu)是Hyperpunch系統(tǒng)的基礎(chǔ)，確保刺針在針刺纖網(wǎng)過程中的運動軌跡為橢圓形；其次是托網(wǎng)板和針刺機剝網(wǎng)板上的孔眼，使其具有沿著被加工材料運動方向排列且呈長腰形的特征。Hyperpunch原理可使構(gòu)架材料受到的來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、過濾材料等領(lǐng)域[2]。目前國內(nèi)有不少企業(yè)進口了德國Dilo公司的橢圓針刺機，其產(chǎn)品應(yīng)用在高溫過濾等方面。

圖1 橢圓形運動軌跡的針刺機針刺區(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動的圓形針刺設(shè)備(圖2)。 該系統(tǒng)利用Cyclopunch針刺單元提供的新型針梁動力學(xué)原理，控制刺針沿圓形軌跡進行針刺。一條Hyperlace生產(chǎn)線由幾個Cyclopunch針刺機組成，每個Cyclopunch配備有4個針板，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2萬枚刺針，每枚刺針只有一個深度為0.02 mm的倒鉤，刺針每次只帶動一根纖維，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行針刺糾纏。其工作原理如圖3所示。該技術(shù)可進行高密度針刺加工。與其他針刺技術(shù)相比，Hyperlacing技術(shù)特點在于：(1)加大了針刺的步進量，適應(yīng)高速生產(chǎn)的需要，喂入速度可達50～60 m/min，輸出速度可超過100 m/min；(2)纖維適應(yīng)性強，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20,000枚/米/板，生產(chǎn)效率更高；(5)新型針梁運動的運動學(xué)概念，針梁既沒有連桿, 也沒有導(dǎo)向裝置[2]；(6)整條生產(chǎn)線需要6～8臺圓形針刺機，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)動原理及針刺軌跡

目前隨著國內(nèi)高溫過濾材料需求量的持續(xù)增長，關(guān)于橢圓或者圓形運動針刺機的需求量很大，但大部分企業(yè)的這類型設(shè)備依賴于進口。我國的非織造設(shè)備制造商應(yīng)該看到這個難得好機會，加大投入創(chuàng)新，生產(chǎn)自己的先進設(shè)備。

1.3 針刺起絨技術(shù)

德國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]。采用此項技術(shù)，帶有圖案的花式針刺起絨地毯得以問世，并很快推向市場。針刺起絨非織造布的生產(chǎn)工藝技術(shù)可以說是一種高新技術(shù)，無論國外還是國內(nèi)尚處于發(fā)展研究階段。在傳統(tǒng)針刺機中，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，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)過程中若因牽伸過大或刺針對不準(zhǔn)孔眼中心則會造成斷針現(xiàn)象，還會出現(xiàn)牽伸率大、針痕針跡明顯等產(chǎn)品質(zhì)量問題。

圖4 托網(wǎng)板上纖網(wǎng)及刺針運動示意圖

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(見圖5)，是一種生產(chǎn)具有接近機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，見圖6[5]。

圖5 毛刷上纖網(wǎng)及刺針運動示意圖

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

(2)起絨生產(chǎn)工藝流程

發(fā)料機(放卷機)→絨毛針刺機(→燙光機)→卷取機→半成品

(3)后整理生產(chǎn)工藝流程

發(fā)泡機

↓

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

當(dāng)刺針的鉤刺帶著纖維穿入毛刷層時，刺針針尖把毛刷絲擠開，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入毛刷絲里面，當(dāng)刺針抽回時，被“夾住”在毛刷絲里面的纖維經(jīng)過剝離之后，即形成絨毛的一面。針刺越深則絨毛越長。纖網(wǎng)附著在毛刷上面并與毛刷簾一起作水平方向運動，而刺針是與毛刷簾表面方向作垂直運動。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、強度高等特點，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機構(gòu)的高速針刺機的公司。該公司主要的針刺技術(shù)有HI針刺技術(shù)、最大針刺頻率達到3 000次/min 以上的高速針刺機以及起毛針刺技術(shù)、地毯針刺機、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)點是針刺深度增加。由于針板方向不斷改變，纖維進行再排列，雜亂及纏結(jié)效果均比傳統(tǒng)的平板針刺好，可以以較少密度達到高質(zhì)量的效果。在同樣針刺密度下產(chǎn)品的強度和密度都相對提高，在針刺多層纖網(wǎng)時，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)，投資和維修費用均可減少。另外，采用弧形多孔板，針刺時可防止纖網(wǎng)跳動，增加纖網(wǎng)的穩(wěn)定性和減少幅寬的收縮，同時可降低針刺密度，加大步進距離，提高產(chǎn)量。該設(shè)備對機械制造的要求很高，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，縱橫向強力比可達1 ∶1，可廣泛用于土工布、人造革、過濾材料、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，它通過兩個獨立運行的針刺區(qū)生產(chǎn)出高質(zhì)量的羅紋及絲絨制品。根據(jù)對表面的質(zhì)量要求，使用Carpet Star來生產(chǎn)羅紋制品，產(chǎn)量可高達單板機的3倍，它更可在一道工序下同時加工羅紋與絲絨組合圖案。Carpet Star具有精密的傳動系統(tǒng)，提高生產(chǎn)速度，并適用在小圖案循環(huán)產(chǎn)品上。兩個針刺區(qū)按預(yù)定圖案通過電子方式相互進行調(diào)節(jié)，從而使花紋靈活性得到了最大程度的保證。Carpet Star的運轉(zhuǎn)速度可達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可降低投入費用[2]。

3 國外其他的先進針刺技術(shù)

歐瑞康紐馬格公司針對自動化和高效率的需求，開發(fā)了一款全新的名為Stylus的針刺機，它可以在一臺機器上實現(xiàn)不同的驅(qū)動方案(通過一個按鈕選擇垂直或橢圓驅(qū)動針板)，將傳統(tǒng)針刺和橢圓軌跡針刺整合于一身，并且通過采用新的配針方案優(yōu)化布針格局，允許模塊化設(shè)置所需選項及進入全新的維護和設(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，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，在下刺沖程時普通鉤刺的刺針按常規(guī)方式針刺，而上行沖程時反向鉤刺的刺針則使單束纖維反向運動，向上穿刺。Ernst Fehrer 博士為鉤刺設(shè)計了特殊的形狀，并對刺針作了特殊的涂層處理，克服了反向鉤刺刺針對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、特殊強度類型的新型針刺產(chǎn)品[8]。

4 結(jié) 語

我國是非織造布的生產(chǎn)大國，但還不是強國，產(chǎn)品和設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級是企業(yè)發(fā)展主流。雖然針刺非織造布生產(chǎn)具有投資少、見效快等特點，但是針刺行業(yè)內(nèi)的競爭很激烈，僅僅依靠傳統(tǒng)的成本和價格優(yōu)勢，很難保持以往的競爭地位，只有不斷創(chuàng)新才能保持產(chǎn)品的先進性和企業(yè)的競爭力。我國近幾年對于針刺機的研究有了不少成就，但針刺機的植針密度、針刺頻率、幅寬等方面和國外存在很大的差距，國內(nèi)針刺非織造設(shè)備制造商應(yīng)該提升自己的核心競爭力，大力發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，打出中國自己的品牌。Dilo、Fehrer等外國公司對針刺技術(shù)的研究在針刺領(lǐng)域處于先進地位，有很多地方值得我國針刺設(shè)備生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。通過不斷地學(xué)習(xí)、借鑒、總結(jié)、提煉，我國的非織造設(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，我國的非織造行業(yè)一定能做得更好。

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[4] 冷純廷.針刺起絨復(fù)合非織造布汽車內(nèi)飾材料的生產(chǎn)工藝技術(shù)研究[J].非織造布, 2007(4)：11-13.

[5] 楊長輝.起絨非織造布的生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[J].非織造布, 2006(4): 38-42.

[6] 國外工業(yè)用非織造過濾材料的發(fā)展動向[J].紡織導(dǎo)報,2010(10): 63-65.

[7] 柯勤飛, 靳向煜.非織造學(xué)[M].上海：東華大學(xué)出版社.2004：93-95.

[8] 殷保璞, 吳海波.針刺工藝的創(chuàng)新設(shè)計[J].國外紡織技術(shù), 2002(2): 88-92.