孔維嘉，薛少林，顧金丹

(西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048)

漢麻纖維被譽(yù)為“會(huì)呼吸”的生態(tài)產(chǎn)品和“21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的綠色產(chǎn)品”[1-2]；但其在我國(guó)紡織生產(chǎn)中應(yīng)用得還不十分廣泛，特別是在非織造布領(lǐng)域中幾乎空白[3]。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，漢麻纖維的優(yōu)良特性作用越來(lái)越大，如消除車(chē)內(nèi)有害氣體，使車(chē)內(nèi)空氣清新：抵抗紫外線(xiàn)輻射，以減少紫外線(xiàn)對(duì)人體的照射，降低車(chē)內(nèi)的溫度；良好的吸濕、放濕性能，以平衡車(chē)內(nèi)濕度，從而保持車(chē)內(nèi)清潔和舒適的環(huán)境；阻燃整理后極限氧指數(shù)大于30，以達(dá)到防火要求等[4-6]。此外漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料以其原料來(lái)源廣泛、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量高、成本低等優(yōu)勢(shì)[7-8]，必將推廣應(yīng)用于更多汽車(chē)，既有益于消費(fèi)者的健康及生活品質(zhì)，又會(huì)為企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。

1 實(shí)驗(yàn)與工藝設(shè)計(jì)

1.1 纖維混紡比設(shè)計(jì)

本課題采用漢麻纖維、滌綸纖維和棉纖維按一定比例混紡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)使用纖維總重量為700 g。所設(shè)計(jì)的漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維的混紡比例為：70/20/10，60/25/15，50/30/20。

本課題實(shí)驗(yàn)采用正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行，表1為本課題研究所設(shè)計(jì)的三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)表頭。

表1 三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)表頭設(shè)計(jì)

1.2 加工工藝流程設(shè)計(jì)

本課題設(shè)計(jì)加工工藝流程為：

1.3 開(kāi)松工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

本課題非織造上機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)松機(jī)進(jìn)料電機(jī)頻率均設(shè)定為50 Hz，開(kāi)松機(jī)進(jìn)料速度設(shè)計(jì)為2.36 m/min。開(kāi)松過(guò)后的混合纖維通過(guò)風(fēng)管傳送到混棉機(jī)中進(jìn)行混合。

1.4 混合工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

本課題非織造上機(jī)實(shí)驗(yàn)混棉機(jī)角釘簾電機(jī)頻率設(shè)定為18 Hz，即角釘簾運(yùn)動(dòng)速度設(shè)計(jì)為1.53 m/min?；旌虾蟮睦w維經(jīng)水平喂給簾進(jìn)入梳理工序。

1.5 梳理工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

本課題使用的WL小型梳理機(jī)工作示意圖如圖1所示。非織造上機(jī)實(shí)驗(yàn)梳理機(jī)進(jìn)料、梳理機(jī)錫林、梳理機(jī)道夫工藝參數(shù)設(shè)計(jì)如表2所示。

圖1 WL小型梳理機(jī)工作示意圖

名稱(chēng)電機(jī)頻率(Hz)速度(m/min)喂入輥100.66胸錫林3029.88剝?nèi)≥?0111.96錫林30868.56工作輥1、2/3255.30/4.65道夫259.30雜亂輥1/2257.55/6.05

1.6 鋪網(wǎng)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

本課題的鋪網(wǎng)機(jī)設(shè)備為交叉式鋪網(wǎng)中的二簾式鋪網(wǎng)機(jī)。其工作原理如圖2所示。

鋪網(wǎng)機(jī)必須保證梳理機(jī)道夫的纖網(wǎng)下機(jī)速度VD等于上鋪網(wǎng)簾的速度V2，并且必須等于下鋪網(wǎng)簾4的速度V4，否則會(huì)引起牽伸斷網(wǎng)或纖網(wǎng)堆集。鋪網(wǎng)后的形狀如圖3所示。

圖2 雙網(wǎng)簾式加持鋪網(wǎng)機(jī)[9]1-纖網(wǎng) 2-上鋪網(wǎng)簾 3、7、8-傳動(dòng)輥 4-下鋪網(wǎng)簾 5、6-鋪網(wǎng)輥 9-丁簾

圖3 鋪網(wǎng)形狀[9]L-成網(wǎng)寬 W-單網(wǎng)寬 V4-鋪網(wǎng)速度 V5-丁簾速度

其鋪網(wǎng)層數(shù)N應(yīng)等于輸出纖網(wǎng)的總面積，除成網(wǎng)后的總面積，即：

N=V4W/(V5L)

(1)

式中：N——鋪網(wǎng)層數(shù)；V4——鋪網(wǎng)速度(m/min)；V5——丁簾速度(m/min)；

W——單網(wǎng)寬度(m)；L——成網(wǎng)的寬度(m)

本課題非織造上機(jī)實(shí)驗(yàn)鋪網(wǎng)機(jī)上鋪網(wǎng)簾、鋪網(wǎng)機(jī)下鋪網(wǎng)簾、鋪網(wǎng)機(jī)丁簾工藝參數(shù)設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)鋪網(wǎng)機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

1.7 針刺工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

1.7.1預(yù)針機(jī)刺工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

本課題的送網(wǎng)機(jī)構(gòu)為壓網(wǎng)簾式進(jìn)料機(jī)。壓網(wǎng)簾式進(jìn)料機(jī)將壓網(wǎng)輥改成壓網(wǎng)簾，壓網(wǎng)簾與送網(wǎng)簾相配合，形成進(jìn)口大、出口小的喇叭狀，使纖網(wǎng)受到逐步壓縮而順利進(jìn)入針刺區(qū)，如圖4所表示。

圖4 壓網(wǎng)簾式送網(wǎng)裝置[9]1-壓網(wǎng)簾 2-喂入輥 3-小羅拉 4-導(dǎo)網(wǎng)片

進(jìn)料機(jī)電機(jī)頻率均設(shè)定為4 Hz，速度設(shè)計(jì)為0.34 m/min。預(yù)針刺機(jī)預(yù)出料頻率均設(shè)定為7 Hz，速度設(shè)計(jì)為0.595 m/min。

(1)預(yù)針機(jī)刺針刺深度

本課題實(shí)驗(yàn)的預(yù)針刺采用下刺式針刺機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的三種預(yù)針刺深度如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺深度

(2)預(yù)針機(jī)刺機(jī)針刺密度

本課題研究中，漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料針刺密度由預(yù)針刺機(jī)針刺密度與倒針刺機(jī)針刺密度加和構(gòu)成，所設(shè)計(jì)的三種漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料針刺密度如表5所示。

表5 實(shí)驗(yàn)針刺密度

根據(jù)三組9種不同的實(shí)驗(yàn)，設(shè)定當(dāng)漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料總針刺密度為180刺/cm2時(shí)，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為12 Hz；當(dāng)漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料總針刺密度為210刺/cm2時(shí)，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為14 Hz；當(dāng)漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料總針刺密度為240刺/cm2時(shí)，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為16 Hz。

根據(jù)非織造預(yù)針刺機(jī)設(shè)備說(shuō)明書(shū)得知，預(yù)針刺機(jī)針刺頻率為1 Hz=20刺/min；預(yù)針刺機(jī)植針密度為1750枚/m；預(yù)針刺機(jī)預(yù)出料電機(jī)頻率均設(shè)定為7 Hz，速度設(shè)計(jì)為0.595 m/min。

由針刺密度計(jì)算公式：

(2)

式中：D—針刺密度(刺/cm2)；N—植針密度(枚/m)；

f—針刺頻率(刺/min)；V—纖網(wǎng)輸出速度(m/min)。

表6為計(jì)算得到的實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺密度。

表6 實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺密度

本課題實(shí)驗(yàn)的漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料預(yù)針刺機(jī)針刺道數(shù)為1次。

(3)預(yù)針刺刺針

非織造實(shí)驗(yàn)室中提供的預(yù)針刺機(jī)刺針標(biāo)號(hào)為：15×18×36×3.5 R222 Y4012。

1.7.2倒針刺工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)預(yù)針刺機(jī)加工形成的非織造材料已經(jīng)初步形成非織造布的形態(tài)，但其強(qiáng)力還遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，因此要經(jīng)過(guò)一道倒針刺機(jī)針刺工藝，這樣不僅使產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)的針刺密度，也使得非織造布的兩面更加均勻。

(1)倒針刺針刺深度

本課題實(shí)驗(yàn)的倒針刺采用上刺式針刺機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們所設(shè)計(jì)的三種倒針刺針刺深度如表7所示。

表7 實(shí)驗(yàn)倒針刺機(jī)針刺密度

(2)倒針刺針刺密度

根據(jù)非織造預(yù)針刺機(jī)設(shè)備說(shuō)明書(shū)得知，倒針刺機(jī)針刺頻率為1 Hz=20刺/min；倒針刺機(jī)植針密度為3076枚/m；倒針刺機(jī)進(jìn)出料頻率均設(shè)定為11 Hz，進(jìn)出料速度設(shè)計(jì)為0.935 m/min。

針刺密度=預(yù)刺機(jī)針刺密度+倒刺機(jī)針刺密度

由預(yù)針刺針刺密度設(shè)計(jì)可知1～3號(hào)實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺密度為71針刺/cm2；4～6號(hào)實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺密度為82針刺/cm2；1～3號(hào)實(shí)驗(yàn)預(yù)針刺機(jī)針刺密度為94針刺/cm2。通過(guò)計(jì)算，倒針刺機(jī)針刺密度如表8所示。

表8 實(shí)驗(yàn)倒針刺機(jī)針刺密度

(3)倒針刺刺針

非織造實(shí)驗(yàn)室中提供的倒針刺機(jī)刺針標(biāo)號(hào)為：15×18×40×3 R222 J12301。

1.8 成卷工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

由于倒針刺機(jī)出料頻率為11 Hz，即出料速度為0.935 m/min，因此卷繞速度等于小于0.935 m/min即可。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整卷繞速度，保證產(chǎn)品不被拉伸的同時(shí)盡量加快卷繞速度，避免成品非織造布在地面上堆積。

2 測(cè)試與結(jié)果分析

2.1 漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料拉伸強(qiáng)力測(cè)試

測(cè)試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測(cè)試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實(shí)驗(yàn)次數(shù)5次。

測(cè)試依據(jù)：FZ/T60005-91 非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定。

2.2 漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料撕裂強(qiáng)力測(cè)試

測(cè)試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測(cè)試條件：試樣大小200 mm×50 mm，實(shí)驗(yàn)次數(shù)5次。

測(cè)試依據(jù)：FZ/T 60006-91 非織造布撕破強(qiáng)力的測(cè)定。

2.3 漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料頂破強(qiáng)力測(cè)試

測(cè)試儀器：YG(B)026D—500型電子織物強(qiáng)力機(jī)。

測(cè)試條件：實(shí)驗(yàn)次數(shù)5次。

測(cè)試依據(jù)：FZ/T60019-94 非織造布破裂強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)方法。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表9為力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，對(duì)漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)分析，如表10所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，不同指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的優(yōu)方案是不同的。通過(guò)綜合平衡，因素A：對(duì)于頂破強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力這兩個(gè)指標(biāo)取A2好，對(duì)于斷裂強(qiáng)力取A2、A3相差不多，選取A2。因素B：對(duì)于頂破強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力這兩個(gè)指標(biāo)取B1好，對(duì)于斷裂強(qiáng)力取B1、B2相差不多，選取B1。因素C：對(duì)于頂破強(qiáng)力這個(gè)指標(biāo)取C2好，對(duì)于撕破強(qiáng)力取C2或者C3。對(duì)于斷裂強(qiáng)力取C2、C3相差不多，選取C2。故通過(guò)綜合平衡確定最優(yōu)方案為A2B1C2。

表9 漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料力學(xué)性能測(cè)試

表10 漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料正交實(shí)驗(yàn)分析

3 結(jié)論

漢麻纖維汽車(chē)內(nèi)裝飾織物具有十分優(yōu)良的性能，本課題通過(guò)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及一系列性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得出制造漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料的最佳針刺加工工藝，為系統(tǒng)研究麻類(lèi)非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料提供依據(jù)。

(1)制備出不同物理機(jī)械性能的漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料，通過(guò)測(cè)試性能，優(yōu)化漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料加工工藝，得出了最佳的漢麻非織造汽車(chē)內(nèi)飾材料加工工藝，即漢麻纖維/滌綸纖維/棉纖維混紡比為60/25/15，纖維重量為420 g/175 g/105 g，針刺密度為210刺/cm2，預(yù)針刺機(jī)針刺深度為9 mm，倒針刺機(jī)針刺深度為7 mm。

(2)通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析可得，針刺時(shí)適當(dāng)?shù)丶哟筢槾躺疃?，可以加大刺鉤帶動(dòng)纖維移動(dòng)的距離，加強(qiáng)纖維間的糾纏，增加纖維之間的抱合力及摩擦力，從而加大纖網(wǎng)的強(qiáng)度。但刺得過(guò)深，纖網(wǎng)中纖維損傷太大，其強(qiáng)力反而下降。

(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，針刺密度越大，纖維網(wǎng)的強(qiáng)力也越大，產(chǎn)品也越堅(jiān)實(shí)硬挺。當(dāng)針刺密度達(dá)到一定值時(shí)，纖網(wǎng)就相當(dāng)緊密，繼續(xù)針刺下去，刺鉤帶動(dòng)纖維位移就十分困難，針的受力加大。這既容易造成針的折斷，又會(huì)增加纖網(wǎng)中纖維的損傷，使纖網(wǎng)強(qiáng)力下降。

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