纤维原料梳理铺网工艺分析.docx

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纤维原料梳理铺网工艺分析

第3章梳理铺网工艺分析

3.1梳理铺网目的与任务

原料经过开松机开松后仍然有纤维块状或纤维束状，并且纤维的排列也比较紊乱。

梳理机的任务是将开松后的纤维集合体进一步松解，在尽可能减少纤维损伤的前提下提高纤维的分离度，使纤维束比较完善地分成单根纤维状态，并使纤维得到进一步较细致的混合均匀。

3.2铺网方法简述

3.2.1平行铺网

从道夫剥下的纤网较轻，通常只有8～30g/m2，当要求较大的纤网单位面积质量时，可采用平行铺叠成网。

平行铺叠成网可获得一定的纤网单位面积质量，并可获得不同规格、不同色彩的纤维分层排列的纤网结构，但也存在不足之处：

（1）纤网宽度被梳理机工作宽度限死

（2）其中一台梳理机出故障，就要停工，生产效率低

（3）要求纤网很厚时，梳理机台数也需很多，不经济

（4）无法调节纤维排列方向，MD:

CD=10：

1～15:

1

平行铺叠成网的方式：

（1）串联式（见图3-1）

（2）并联式（见图3-2）

图3-1串联式平行铺网

图3-2并联式平行铺网

3.2.2交叉折叠铺网

要克服平行铺叠成网存在的种种不足之处，可以采用交叉折叠铺网。

其特点为：

（1）铺叠后纤网宽度不受梳理机工作宽度限制。

（2）可获得很大单位面积质量的纤网。

（3）可以调节纤网中纤维的排列方向，甚至使最终非织造材料的横向强力大于纵向强力。

（4）可获得良好的纤网均匀性，cv值可达2～4%。

交叉折叠铺网的方式：

（1）立式摆动（见图3-3）

（2）四帘式（见图3-4）

（3）双帘夹持（见图3-5）

实验室所用的是FZP-100改进型铺网机

图3-3立式交叉铺网

图3-4四帘式交叉铺网

图3-5双帘夹持交叉铺网

3.2.3其他铺网

除了上述两种主要的铺网方式外，还有组合式和垂直式铺网。

组合式铺网是将平行铺网和交叉铺网相结合，可有效的改善纤网的外观和质量，但是要获得这种铺网方式至少需要三台梳理机，中间一台接交叉铺网机，显然使用机台过多，占地面积大，且最终产品的幅宽由梳理机的输出宽度决定，缺乏灵活性，因此实际应用不多[5]。

垂直式铺网是将单层纤维上下折叠，折叠铺网后，纤网内大部分纤维趋于垂直排列，加固后具有良好的压缩回弹性。

本课题直接采用梳理铺网，这样可以让铺网更均匀，可以人为的控制输入速度，从而更好的达到要求的克重，对后期的热轧处理提供更好的纤维网。

3.3梳理铺网过程分析

3.3.1梳理铺网工艺过程

图3-6铺网流程

梳理是成网的关键工序，将开松混和准备好的小棉束梳理成单纤维组成的薄网，供铺叠成网，或直接进行加固，或经气流成网以制造纤维杂乱排列的纤网。

梳理所用设备可以是罗拉式梳理机，也可以是盖板式梳理机。

本课题的研究，使用的是实验室现有的梳棉机。

纤网中纤维具有一定的排列方向，以纤维定向性来表示。

通常用非织造材料的纵向（MD）和横向（CD）强力的比值来鉴别纤维的定向性特征。

梳理机道夫直接输出的纤网中纤维呈纵向排列，定向性最好；杂乱梳理或交叉铺网后纤维呈两维排列；气流成网后纤维呈三维排列，非定向性良好。

3.3.2梳理作用分析

两针面对纤维的作用：

梳理机主要是利用梳针或锯齿在作用区内的相互作用对纤维集合体进行加工来完成梳理的任务的，使得纤维由块状、束状逐渐变成单根纤维。

另外，为了让纤维按一定的要求并且沿着设计好的的工艺路线完成输送，梳理机上必须附有纤维的转移（剥取）作用或提升（起出）作用，即梳理机相邻两针面间的作用性质有分梳作用、剥取作用和起出作用三种。

决定这三个作用的基本条件是各机件的针向关系、转向关系和他们的速度关系[6]。

1.分梳作用：

分梳作用产生于梳理元件的两个针面之间，其中一个针面握持纤维，另一个针面对纤维进行分梳，其原理如图3-7所示，属一种机械作用。

并且还要符合下列条件：

（1）两个针面的针齿倾角相对，也称平行配置；

（2）两个针面具有相对速度，且一个针面对另一个针面的相对运动方向需对着针尖方向；如图示V1（锡林）>V2（工作辊）；

图3-7分梳作用示意图

（3）两针面间具有较小的隔距和一定的针齿密度。

在本课题实验的梳理机上，可以把输理作用分成预梳部分和主输部分。

预梳部分以喂入刺辊和开毛辊作为分梳元件，对喂入的原料进行预分梳，预分梳的程度可用公式3—1来表示：

（3-1）

式中:

N——预分梳度，根/齿；

——喂给罗拉的表面速度，m/min；

G——喂给纤维层面密度，g/m2；

——纤维根数，根/mg；

——刺辊转速，r/min；

T——刺辊表面总齿数，齿/转。

由上述公式分析可知：

预分梳度可用预分梳预分梳元件（刺辊）上每个齿的纤维负荷量（用以纤维根数表示）显示。

每个齿的纤维负荷量越低，则预分梳效果越好。

要降低纤维负荷量，可以提高刺辊的转速（

）或降低喂给罗拉的表面速度（

），或降低喂给纤维层的面密度（G）。

主分梳部分以工作辊和锡林作为分梳元件，对经过预分梳的纤维进一步梳理。

输理的程度用下式表示：

（3-2）

式中：

C——梳理度（齿/根）；

n——锡林转速，r/min；

N——锡林针布的齿密，齿尖数/（25.4mm）2

Nb——纤维的线密度，dtex

R——纤维转移率，％

P——梳理机产量，kg/（台·h）；

L——纤维的长度，mm

K——比例系数

梳理度C表示一根纤维上平均作用的齿数。

梳理度太小，则纤维难以得到足够分梳，纤维易形成棉结；如追求过高的梳理度，则可能降低梳理机的产量，一般来说，梳理度值为3时比较合适。

2.剥取作用：

剥取作用可分同向和反向剥取，如图3-8所示：

剥取时，针齿的受力状况如上图3-8所示，作用力R的分力P使锡林上的针齿具有抓取纤维的能力，而剥取罗拉上的针齿不具有抓取能力，故锡林上的针齿剥取剥取罗拉上的纤维。

图3-8剥取作用示意图

在针齿的剥取作用下，纤维可从一个工作元件转移到另一个工作元件，使纤维进一步得到梳理，如纤维从工作辊转移到剥取罗拉，再转移到锡林，在下一级工作辊和锡林间再进行梳理；或者使纤维以纤维网方式输出，如从锡林转移到道夫。

3.提升作用：

图3-9提升作用示意图

如图3-9所示：

当两针面的针齿呈平行配置时，、V1与V2同向，当V2（风轮）>V1（锡林）时，2针面对1针面的相对运动方向对着针背方向，则原在1针面上的纤维被提升。

上图中风轮和锡林间为提升作用，非织造加工中，SW_63型的气流成网机上，提升罗拉和锡林间也是提升作用，提升罗拉将锡林上的纤维提升，在自身高速回转产生的离心力和辅助气流作用下，使提升的纤维抛离提升罗拉齿面后经风道沉积在多孔传送帘上形成纤维网。

提升时，针齿的受力状况上如图所示，作用力R的分力P使风轮和锡林上的针都不具有抓取纤维的能力，故对纤维起到了起出（即提升）作用。

传统梳理机各回转件的三大作用即分梳、剥取和提升，后期开发的专用于生产非织造材料的梳理机上，主要配置起分梳和剥取作用的回转件，而提升作用的回转件不一定配置。

本课题实验所用的梳理机是不带提升机构的。

3.3.3梳理过程中纤维受力和运动情况

3.3.3.1梳理过程中纤维的受力

为了分析纤维在针齿上的运动情况，必须首先分析梳理过程中纤维的受力情况，图3-10所示的是纤维在梳理过程中受到的主要作用力[7]。

：

图3-10梳理过程中纤维受力情况

S为表面工作成对内部纤维产生的挤压力，它的作用是使得纤维进入针隙里，有利于增加针齿对纤维的握持力，增强分梳作用。

Q为弹性反作用力，它的作用是阻止纤维进入深入齿隙，产生绕花。

R为机件对纤维的梳理力，它的方向是沿着纤维轴向的。

它的大小与针齿结构、工作机件相对速度、纤维间相互联系力等有关。

C为纤维在梳理过程中所受到的离心惯性力，它的作用有助于纤维从针齿底部向针尖的位移或从一个针面向另外一个针面转移，它的大小与梳理机表面锯齿的线速度V（m/min）、纤维的质量G（g）以及锯齿的回转半径r（mm）有关，具体表现公式为：

（3-3）

由于锯齿的回转半径r是一定的，从公式3-3中我们可以看出：

离心惯性力与

成正比，即锡林的回转速度越快，纤维的离心惯性力也越大。

3.3.3.2纤维在针齿上运动的条件

为了便于研究纤维的受力情况，可以把同一水平上的力合并起来，如图3--10所示，即把离心惯性力C、纤维产生的挤压力S和弹性反作用力Q，U=C+Q-S。

合力U的大小、方向取决于C、Q、S三力的大小，若U值为正，则合力U的方向与C、Q的方向相同，若U值为负，则U的方向与S的方向相同，然后把U、R合并成T[8]。

正如图3-11所示，再把T分解Tx、Ty，Tx的方向与针齿工作面平行，Ty的方向与针齿工作面垂直。

分析可知：

Ty有驱使纤维向针尖运动的趋势，但是，要实现这种运动必须克服纤维与针齿间最大摩擦力F，即Ty>F。

用μ表示纤维与针齿间的最大静摩擦系数[9]。

图3-11沿针运动时力的关系

因此有：

Ty=Tsin（β-900）

F=μTx=μTcos（β-900）

则tan（β-900）>μ或tan（β-900）>tanΦ

β>Φ+900

式中：

Φ为摩擦角。

由上式可以看出：

只有当β>Φ+900时，纤维才会向针尖移动。

若梳理角小于900时，纤维的受力分析如图3-12所示，同理可得：

Tcosβ>μTtsinβ

cotβ>μ或tan（β-900）>tanΦ

β<900-Φ

即，当β<900-Φ时纤维会向着齿根运动。

图3-12梳理角小于90度时作用力分析

根据上述的分析可以得到如下的结论：

（1）当β<900-Φ时，纤维向齿根运动。

（2）当β>Φ+900时，纤维向齿尖运动。

（3）当（900-Φ）≤β≤（Φ+900）时，纤维被阻留在针齿上，即“自制现象”[10]。

3.3.4梳理机的速度参数

本实验采用棉纺上常用的梳棉机，因为实验要求我们将锡林速度调节到240转/分钟。

速比：

在大锡林速度一定的情况下,改变工作辊或道夫的速度可以改变它们的速比。

速比的大小反映了大锡林与工作辊,大锡林与道夫针面钢针在分梳区中相对运动速度的大小。

速比越大,两针面的相对运动速度越,在单位时间内工作辊或道夫针面的作用区越长,受到分梳的纤维量就越多,从而加强了梳理效能。

速比的大小还要考虑喂入负荷的大小与混料状态。

喂入负荷大时,速比应小些,即增加工作辊或道夫的速度,使它们以较大的面积来接受锡林转移的纤维,以免针面纤维负荷太大,造成梳理质量下降。

此外,混料状态比较好时速比可考虑大些,以提高分梳作用效果

梳理机采用慢速的原因：

1．因为纤维过长，如果过快，纤维梳理不均匀，最后成网效果不佳。

2.如果速度过快纤维喂入过快，梳理混合效果不佳

3.因为是人工喂入，收集如果过快导致收集效果不佳，影响实验的效果