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针刺沙发革基布的开发

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《产业用纺织品杂志》2016年第7期

摘要:

复合针刺非织造布集针刺非织造布与机织布或长丝网布的优点于一身,可满足消费者对革产品档次和个性化不断提高的要求。对复合针刺沙发革基布进行开发与研究,重点探讨和分析各道工序的影响因素,确定工艺参数。

关键词:

针刺;复合;沙发革基布;开发

合成革是近年较为流行的一种高档人造皮革,具有真皮般优越的物理性能,主要用于汽车内饰、家具、箱包、制鞋等领域。单纯的针刺非织造布产品强力高、剥离度好,但也存在针刺痕迹明显、尺寸不稳定、伸长率较大、产品易变形等缺点,影响使用效果。而利用尺寸稳定的机织布或长丝网布作为底布,将其与针刺非织造布进行复合,可充分发挥底布与针刺非织造布的优点,获得外观美、强力高、尺寸稳定性好的高档复合针刺沙发革基布[1-3]。

1纤维原料和底布的选择

1.1纤维品种

纤维品种应能满足产品的基本性能要求,赋予产品足够的强度、弹性和耐磨性等。复合针刺沙发革基布的适用纤维品种范围广,一般可选用合成短纤如涤纶、锦纶、黏胶纤维、超细纤维、汉麻纤维、差别化功能性纤维等。当前涤纶、锦纶的使用较多,本文也选用这两种纤维。

1.2纤维长度

纤维长度对产品强度的影响极大。当纤维平均长度较短时,增加纤维长度对改善产品强度的效果较显著(纤维长度增加则纤维间缠结点增多,缠结效果增强,抱和力增大,纤维强力利用率提高);但当产品强度达到一定程度后,继续增加纤维长度则对产品强度的改善不再明显。一般,化学短纤维的标准长度有38、51、64和76mm四种,太长或太短都不利于纤维的开松和梳理。因此,本文为达到复合针刺沙发革基布的强度要求,选择纤维长度为51和64mm。

1.3纤维线密度

纤维线密度的选择主要取决于产品的用途、手感、强伸度及表面细腻度等。本文开发的是中高端、差别化、功能性复合针刺沙发革基布,其要求手感柔软、表面细腻、强度高,故选定纤维线密度范围为1.33~2.76dtex。表1对最终确定的纤维规格及性能进行了归纳。

1.4底布的选择

底布选用涤纶短纤机织布、涤纶长丝网布或锦纶长丝网布。

2生产流程

2.1针刺工艺

流程原料→粗开松→大仓混棉→精开松→气压棉箱→梳理机→交叉铺网→RDF夹持导入→预针刺+底布退绕复合→正主针刺→倒主针刺→正主针刺→倒主针刺→双板正刺→异位对刺→针坯成卷[4-5]。

2.2后整理工艺

流程针坯放卷→储布→轧光定型→成品卷绕→成品包装。

3主要工序介绍

3.1纤网准备工艺

3.1.1开松

开松是复合针刺沙发革基布生产工艺流程的第一道工序。采用自动称重型开包机,在纤维原料喂入开松机之前,严格按照原料的质量配比准确进行称量,并严格控制喂入量的差异,以免造成纤网厚度不匀。喂入辊速度和开松辊速度配置宜恰当。喂入辊速度过快则可能会造成纤维拥堵,开松辊不能实现充分开松。开松辊速度提高虽有利于纤维充分开松,但过高将损伤纤维,造成针刺非织造布强度下降,进而影响复合针刺沙发革基布质量。开松作用适当、柔和。因本文选择的纤维线密度在2.22~2.76dtex,且纤维线密度存在梯度差异,故为避免设备对纤维造成较大的损伤,开松辊打手选用豪猪式辊筒。鉴于开松、梳理等工序会对纤维原料造成损耗,故每次喂入开松机的纤维量应确保梳理机出网的连续性和均匀性,且纤维喂入宜缓慢、均匀。

3.1.2混棉纤维原料

经开包机输送到粗开松机开松后,再被送至大仓进行混棉。纤维从大仓正上方的风管通道中均匀洒下,再通过角钉帘进行时差混合,然后被横铺直取地喂入精开松机。纤维经精开松机细致开松后,被分解成小束纤维,再经由储棉箱输送到气压棉箱中。气压棉箱的纤维层密度与针坯面密度及后道的牵伸工序息息相关。而连续输送给梳理机的纤维层密度和厚度可根据针坯面密度进行调整。气压棉箱会直接影响最终产品的不匀率及面密度,其管道压力和喂棉箱压力是保证筵棉均衡、准时、定量喂入梳理机的关键参数,将直接影响梳理成网的均匀性。

3.1.3梳理

梳理机是针刺非织造生产线的心脏。梳理作用使得混合均匀的小束纤维彻底松解成为单根纤维,并做进一步的混合,制成满足一定要求的、定量均匀的纤维薄网,再经铺叠交叉形成纤网层,供后道针刺机加固。梳理机一般有罗拉式梳理机、盖板式梳理机及非织造专用的罗拉式双梳理双道夫梳理机三种。本文采用BG232型罗拉式双梳理双道夫梳理机。BG232型罗拉式双梳理双道夫梳理机的分梳、混合、剥取作用主要是由锡林及其上方的工作罗拉、剥取罗拉组成的梳理环实现的。梳理环越多,分梳和混合效果越好,但梳理环的数量又受锡林直径不能随意增大的限制。BG232型罗拉式双梳理双道夫梳理机配置有5个梳理环,可达到较好的梳理效果。速比和隔距是梳理机的主要参数。通常,隔距在安装后固定不变,工作罗拉和锡林之间的速比在(1.0︰8.0)~(1.0︰15.0)之间可调。速比太小则梳理不充分,输出纤网不均匀,会出现云斑;速比太大则纤维受到的牵扯力过大,纤维损伤严重,短绒增加,纤网质量受影响。道夫可将锡林上的纤维凝聚于其表面,故道夫与锡林之间的隔距至关重要。隔距过大则锡林上的纤维无法充分凝聚并转移,隔距过小则会造成锡林上的纤维被道夫过快地转移。故通常选择上道夫与主锡林的隔距(0.5~0.6mm)略大于下道夫与主锡林的隔距(0.4~0.5mm)。凝聚辊发挥机械混杂作用,其对道夫上的纤维层进一步凝聚,且凝聚过程中改变部分纤维的排列方向,故而改善了复合针刺沙发革基布用针刺非织造布的纵横向强力。通常,凝聚辊配置2根,纤维经2次杂乱后全部浮于针尖表面,再由剥取罗拉将纤维从针尖处剥取下,形成连续均匀的纤网,随后纤网通过输送帘被送入交叉铺网机。道夫与凝聚辊的速比会影响针刺非织造布纵横向的物理性能,一般设置在(1.0︰1.5)~(1.0︰2.0)。道夫与凝聚辊的速比太小则道夫易返花,不利于纤维转移;道夫与凝聚辊的速比太大则纤网均匀性较低,易出现云斑。本文设计的复合针刺沙发革基布所用针刺非织造布的针坯面密度为150~180g/m2。基于多次的生产试验,确定BG232型罗拉式双梳理双道夫梳理机主要部件的速度如表2所示。

3.1.4铺网喂入

采用交叉铺网机,铺网喂入牵伸设定为105%,以避免梳理后的纤网进入交叉铺网机喂入帘时产生折皱。交叉铺网机的铺网层数设定为4层、宽度为3.65m、重叠量为0.12m,输出速度为1.7m/min,可消除折叠铺网不均现象。交叉铺网机配备的计算机通过控制Profiling系统改变牵伸区的参数设置(设定1区为101%、2区为101%、3区为100%、4区为99%、5区为99%、6区为101%),并在针刺工序补偿因牵伸带来的负面影响,使复合针刺沙发革基布用针刺非织造布质量分布更均匀。

3.2针刺工艺

复合针刺沙发革基布的三维立体结构主要依靠针刺机来实现。通常,针刺工艺会配置预针刺机1台、主针刺机2~5台和修面针刺机1台。依据2.1节的流程,本文具体选配了1台单板预针刺机、5台主针刺机(即依次为1台单板正刺主针刺机、1台单板倒刺主针刺机、1台单板正刺主针刺机、1台单板倒刺主针刺机、1台双板同位正刺主针刺机)和1台双板异位对刺修面针刺机。

3.2.1预针刺

预针刺机可对经梳理、铺网形成的满足一定工艺要求的多层纤网进行初步缠结成形。此工序应尽可能减少对成形纤网的牵伸,避免因纤网变形导致复合针刺沙发革基布用针刺非织造布的面密度CV值增大;但牵伸又不能太小,因为太小易造成纤网折皱,引起断针。此外,剥网板和托网板的间隔应适当,过大易断针,过小则纤网运行阻力加大,易造成断网、积网、断针。本文选用的单板预针刺机植针密度为5000根/m。

3.2.2主针刺

主针刺是对预针刺的纤维网做进一步的针刺缠结。合理分配针刺密度、控制针刺深度、调整步进量、优选刺针,可使产品获得工艺要求的缠结效果。

3.2.3布针与刺针的选择

布针应满足工艺要求,并合理控制针刺机的步进量。由于前台针刺机产生的针迹在后台针刺机上很难消除,故应充分了解每台针刺机的最佳步进量,确保不产生明显的针迹。此外,针迹还与刺针型号直接相关。故生产复合针刺沙发革基布时,每根刺针的钩齿深度控制在0.04~0.06mm为最佳,且后道刺针的钩齿深度宜较前道刺针浅。一般选择R型三角刺针。本文选用预针刺机、主针刺机及修面针刺机的刺针型号分别为38、40和42号。

3.2.4针刺密度和针刺深度

针刺密度是指单位面积纤网所受的针刺数。通常,植针密度是固定不变的,故可通过调节针刺频率和纤网输出速度来调节针刺密度。一定范围内提高针刺密度,有利于纤网中纤维的互相缠结,使纤网密实硬挺,强力增加;针刺密度过大,则刺针进入纤网带动纤维的阻力增大,针刺力剧增,易损伤纤维或造成断针,导致纤网强力下降,同时还会造成纤网喂入困难,易形成折皱;针刺密度过小,则纤维的互相缠结不够,纤网易产生意外牵伸。因此,需选择合适的针刺密度,特别是预针刺密度。针刺深度是指刺针针尖向下(或向上)通过托网板上表面的距离,即刺针穿过纤网后伸出纤网外的长度。当刺针规格一定时,针刺深度大,则刺入带动的纤维多,纤维间缠结充分,复合针刺沙发革基布的强力提高。但针刺深度宜适当,过大会使纤维断裂增多,同时引起针刺力增加,造成断针,针坯表面平整度变差、内部纤维缠结不良,影响最终成品的强力。针刺深度一般设计为由深到浅,当每根刺针的第一个针钩带走的纤维质量占该针带走纤维总质量的50%~70%左右时,即说明该针刺深度设计合理。

3.3后整理工艺

后整理即对复合后的针坯进行物理(机械)、化学(包括生物)的加工处理,以达到改善外观和内在质量、提高使用性能、赋予特殊功能、提升使用价值等目的。针刺主线生产的针坯虽能达到一定的缠结度和针刺密度,但布面平整度、厚度及缩率尚达不到要求。因此,需对复合后的针坯进行轧光定型整理,以提高产品的使用性能,满足复合针刺沙发革基布的要求。适当提高轧辊温度可提高生产效率。本文鉴于针坯的原材料,设定轧光定型温度为(180±3)°C、定型烫平车速为(8.5±0.3)m/min。

4工艺参数对复合针刺沙发革基布性能的影响

4.1工艺参数的设计

在复合针刺沙发革基布生产中,环境(如生产车间的温湿度)、短纤原料(如不同厂家或同一厂家不同批次、不同配比)的变化均会对工艺参数的选择产生不同程度的影响。本文为优选针刺工艺参数,在短纤原料、环境、刺针型号相同的条件下设计了5组不同的工艺参数(表3),其中第1、第2、第3组工艺参数保持针刺深度、输入牵伸、输出牵伸不变,改变针刺密度;第2、第4、第5组工艺参数保持针刺密度、输入牵伸、输出牵伸不变,改变针刺深度。

4.2性能测试与分析

参照福建南纺责任有限公司的企业标准Q/FJNF117—2014《针刺革基布检测标准》,对生产的复合针刺沙发革基布进行测试,结果如表4所示。由第1、第2、第3组的复合针刺沙发革基布的性能测试可以发现,当针刺深度固定不变时:

(1)预针刺机的针刺密度越大则产品面密度越小。这是因为梳理机和交叉铺网机的工艺参数不变,故喂入针刺机的纤网质量固定。针刺密度增加,则针刺压力增加,蓬松的纤网在针刺过程中变形并扩散严重,加之纤网输入输出速比会造成牵伸,故纤网在加固的同时其厚度下降,纤网面密度减小,故而复合针刺沙发革基布产品面密度减小。

(2)随着总针刺密度的增加,更多的刺针作用于纤网之上,表层纤维随刺针运动进入纤网内层,纤网变得更紧密,纤维间摩擦缠结加强、抱合力增加,纤网受应力回弹到初始状态的可能性变小,纤网厚度减小,故复合针刺沙发革基布产品厚度减小;但当复合针刺沙发革基布的紧密度增加到一定程度趋于稳定后,进一步增加总针刺密度,厚度变化将不再明显;但若此时继续增加总针刺密度,势必会导致纤网中表层纤维损伤,纤维变短,基布回弹性增强,纤维间束缚减弱,复合针刺沙发革基布厚度回升。

(3)随着总针刺密度的增加,纤网单位面积所受刺针作用增多,纤维间缠结增强,纤网与底布复合的效果越好,所得复合针刺沙发革基布顶破强力、断裂强力、撕裂强力、剥离强力越大;但针刺密度过大,对底布纤维的损伤增大,底布尺寸稳定性减弱,复合针刺沙发革基布断裂伸长率变大。

由第2、第4、第5组的复合针刺沙发革基布性能测试结果可以发现,当针刺密度固定不变时:

(1)针刺深度越大则刺针作用于纤网的工作长度增加,同时作用于纤网的刺针针钩数量增加,纤网表层纤维随刺针进入内层的数量增多,纤网垂直方向的纤维数量增多、联系增强、束缚加大,纤维回弹到初始位置的可能性变小,厚度下降。

(2)针刺深度增加则纤网层的纤维穿过底布层的数量越多,非织造布与底布层的结合效果越好,纤网紧密度提高,其顶破强力、断裂强力、撕裂强力、剥离强力越大。但是针刺深度过大,刺针针钩作用于底布层的数量增加,对底布的纤维损伤大,底布尺寸稳定性能减弱,复合针刺沙发革基布的断裂伸长率变大,甚至会使底布失去作用。此外,由5组复合针刺沙发革基布性能测试结果还可发现,横向断裂强力、撕裂强力皆大于纵向。可通过改变交叉铺网的角度或调整梳理机道夫与凝聚辊的速比,改变复合针刺沙发革基布纵横向强力差异。结合上述测试结果及下游皮革厂生产实践发现,第2组工艺参数生产的复合针刺沙发革基布布面平整、纹路细腻、面密度均匀、针迹不明显、毛体密且均匀、与PU树脂结合度好、尺寸稳定性能优越。故最终确定第2组工艺参数最适合于生产高档复合针刺沙发革基布。

5结论

复合针刺沙发革基布集针刺非织造布与底布优点于一身。本文通过纤维原料的选择、工艺流程的安排、工艺参数的设计、产品性能的测试,以及下游皮革厂的生产实践,确定了复合针刺沙发革基布最优生产工艺参数(即第2组工艺参数),所得复合针刺沙发革基布制成皮革后,纹路细腻不变形,可广泛应用于沙发革的生产。

参考文献:

[1]杨友红,殷保璞,靳向煜.合成革基布概述[J].非织造布,2007,15(5):13-15.

[2]朱启鹏.针刺法非织造布在合成革底基中应用的探讨[J].产业用纺织品,1999,17(5):18-21.

[3]李静.影响针刺PU合成革基布均匀度的因素分析[J].非织造布,2009,17(4):16-17.

[4]刘亚文.PVA浸渍合成革基布的生产工艺探讨[J].非织造布,2005,13(2):13-14.

[5]言宏元.非织造工艺学[M].北京:中国纺织出版社,2000:10-21.

作者:王文鑫 单位:福建南纺有限责任公司

产业用纺织品杂志责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次