1、4-1 针刺法加固原理针刺法加固原理 4-2 预针刺加固工艺及设备预针刺加固工艺及设备 4-3 主针刺加固工艺及设备主针刺加固工艺及设备 4-4 花纹针刺加固工艺及设备花纹针刺加固工艺及设备 4-5 增强针刺非织造材料性能的途径增强针刺非织造材料性能的途径4-6 刺针刺针 4-7 针刺工艺与产品性能针刺工艺与产品性能 发展历程：l1878年英国William Bywater公司制造最早的针刺机l1885年英国James Broadhead采用针刺法制造薄毡l1900年美国James Hunter工厂开始制造针刺机l1930年汽车已开始应用针刺非织造材料l1940年针刺机仍很粗糙原始l1945年
2、Bywater公司对针刺机作出重要改进l1957年Hunter工厂设计出传动平衡的针刺机，转速达到800rpml1968年奥地利Fehrer公司制造出组合机架、全封闭分段传动针刺机，转速达到1000rpml1972年Fehrer公司发明U形刺针和花纹针刺机l发展至今，幅宽16m，频率超过3300rpm，多针板植针密度达30000枚/m，生产速度达30m/min。针刺法非织造工艺的特点适合各种纤维，机械缠结后不影响纤维原有特征纤维之间柔性缠结，具有较好的尺寸稳定性和弹性用于造纸毛毯大大提高寿命良好的通透性和过滤性能毛圈型产品手感丰满无污染，边料可回收利用可根据要求制造各种几何图案或立体成型产品针
3、刺法非织造工艺的原理 利用三角截面(或其它截面)棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺。倒钩穿过纤网时，将纤网表面和局部里层纤维强迫刺入纤网内部。由于纤维之间的摩擦作用，原来蓬松的纤网被压缩。刺针退出纤网时，刺入的纤维束脱离倒钩而留在纤网中，这样，许多纤维束纠缠住纤网使其不能再恢复原来的蓬松状态。经过许多次的针刺，相当多的纤维束被刺入纤网，使纤网中纤维互相缠结，从而形成具有一定强力和厚度的针刺法非织造材料。针刺非织造工艺形式有预刺、主刺、花纹针刺、环式针刺和管式针刺等。针刺法非织造工艺的原理一、预针刺加固工艺过程 针刺机主传动通过曲柄-连杆机构驱动针梁、针板和刺针一起作上下往复运动。蓬松的纤网在喂
4、给帘夹持下送入针刺区。当针板向下运动时，刺针刺入纤网，纤网紧靠托网板。当针板向上运动时，纤网与刺针之间的摩擦使纤网和刺针一起向上运动，纤网紧靠剥网板。喂入和输出速度相配合，可以间歇步进，也可连续运动。纤网通过针刺区后，具备一定的强力、密度和厚度，然后再送至主针刺或花纹针刺加工。预针刺加固工艺过程主传动针梁针板刺针输出辊喂给帘托网板剥网板针刺区二、针刺机的组成和性能参数 针刺机主要由送网机构、针刺机构、牵拉机构、花纹机构、传动机构等组成，其中花纹机构仅花纹针刺机具有。主要性能参数有：针刺频率植针密度针刺动程工作幅宽 目前，世界上著名的针刺机制造商有奥地利Fehrer公司、德国Dilo公司和法国A
5、sselin公司等。三、预针刺机 对蓬松的纤网进行初次针刺，主要特点为：l剥网板与托网板之间的距离较大，有利于蓬松纤网喂入l剥网板在入口处呈倾斜状，配有导网装置l针刺频率较低l针刺动程较大l针板植针密度较小，刺针较长较粗Fehrer公司的NL28型预针刺机 单针板下刺式预针刺机，喂入辊上圆周上有很多沟槽，间距为6070mm，每条沟槽嵌入一根导网钢丝，其伸出端尽量接近第一排刺针。蓬松的纤网由喂入辊和导网钢丝的引导很容易地进入针刺区，从而解决蓬松纤网的拥塞问题。该机工作幅宽6.6m，植针密度1000枚/m，最大恒定频率800rpm，针刺动程60mm。导网钢丝送网机构导网钢丝导网钢丝送网机构Fehr
6、er公司的NL16/B型预针刺机 采用表面非常光洁的导网片代替导网钢丝，靠自身弹性卡在喂入辊的沟槽内，两根喂入辊的沟槽相互错开，装拆很方便，称为“FFS”装置。该机适合于造纸毛毯预针刺加工，工作幅宽16.3m，植针密度1000枚/m，最大恒定频率400rpm。导网片送网机构导网片Dilo公司的DI-LOOM通用系列针刺机 是Dilo公司的主要机种，结构上变化较多，有单针板、多针板、上刺、下刺的多种组合。配置“CBF”送网装置可作为预针刺机使用。“CBF”送网装置的压网帘和送网帘相配合，形成进口大、出口小的纤网输送通道，使纤网逐步被压缩，纤网离开压网帘后，还受到一对喂入辊的压缩。DI-LOOM通
7、用系列针刺机的工作幅宽1.57.5m，植针密度200030000枚/m，最大恒定频率3000rpm，针刺动程2560mm。“CBF”送网装置“CBF”送网装置Asselin公司的169DF型双滚筒预针刺机 双针板上下交替针刺，采用两个滚筒代替常用的托网板和剥网板，滚筒间隔距可调节，范围为020mm。两个滚筒各钻有数万只完全对应的小孔，以便于刺针通过。上、下针梁和针板装在两个滚筒内。输送帘和滚筒是连续运转的。为保持纤网的连续输送，刺针不仅通过滚筒上的小孔刺入纤网，而且，在刺入纤网时还必须有一个与滚筒表面回转速度近似相等的前移运动。由此，刺针的运动方式是上下、前后结合的复合运动，运动轨迹呈椭圆形。
8、该机工作幅宽5.5m，植针密度500枚/m，最大恒定频率400500rpm，针刺动程70mm，适合预针刺的纤网单位面积质量为605000g/m2，范围之广为其它针刺机所不及。169DF型双滚筒预针刺机双滚筒预针刺机一、主针刺加固工艺 对经过预针刺的纤网进行针刺以增加针刺密度(一)主要特点l剥网板与托网板之间的距离较小l针刺频率较高l针刺动程较小l针板植针密度较大，刺针较短(二)主针刺工艺有多种形式：按针板数多少，有单针板、双针板和多针板按针刺方向，有单向针刺和对刺，对刺又可分为异位对刺和同位对刺及交替针刺和同时针刺 一个针刺区两个针刺区 交替针刺 同时针刺单向针刺对刺异位同位上刺下刺(三)针板
9、运动方向 针板运动方向通常垂直于纤网，但也有向上或向下斜刺。斜刺可提高针刺深度，如60斜刺比垂直针刺深度提高13%，所得产品有较大的强力，较低的断裂伸长，较大的密度和较小的透气性，还可改善尺寸稳定性。常用的倾斜角度有45、60、75。直刺和斜刺的纤网结构(四)针板植针及其对针刺非织造材料表面质量的影响1、针板植针方式人字形(纵向等距)双人字形(纵向无规)杂乱形(无规杂乱)二、主针刺机l剥网板与托网板之间的距离较小l针刺频率较高l针刺动程较小l针板植针密度较大，刺针较短l针刺机结构变化多Dilo公司的DI-LOOM通用系列针刺机 是Dilo公司的主要机种，结构上变化较多，有单针板、多针板、上刺、
10、下刺的多种组合。如DL-LOOM OUG-S为四针板对刺形式，工作幅宽2.56m，植针密度800030000枚/m，针刺频率1500rpm，针刺动程60mm。DL-LOOM OD-SC为双针板上刺形式，工作幅宽2.56m，植针密度400015000枚/m，针刺频率3000rpm，针刺动程2560mm。DL-LOOM OU-为双针板异位对刺形式，工作幅宽1.57.5m，植针密度400010000枚/m，针刺频率1200rpm，针刺动程40、50、60mm。DL-LOOM OUG-S 针刺机DL-LOOM OUG-S 针刺机Fehrer公司的主针刺机 如NL21/S为双针板上刺形式，工作幅宽1.0
11、6.6m，植针密度600020000枚/m，针刺频率2200rpm，针刺动程3040mm。NL42为四针板对刺形式，工作幅宽1.06.6m，植针密度1200030000枚/m，针刺频率1200rpm，针刺动程70mm。NL9/SRS为双针板异位对刺形式，工作幅宽1.06.6m，植针密度600015000枚/m，针刺频率1500rpm，针刺动程4070mm。NL21/S主针刺机三、针刺机的技术进展Fehrer公司的“HI”弧形针板可提高针刺效率Dilo公司的椭圆轨迹刺针运动方式可减轻针刺痕迹运动件采用碳纤维复合材料可提高针刺频率Fehrer公司的“HI”弧形针板可提高针刺效率一、花纹针刺的原理
12、采用叉形刺针和栅格托网板可使纤网获得毛圈状的表面效果。圆截面的叉形针头端开叉，穿刺经过预针刺的纤网时，叉取一束纤维穿出纤网，并形成毛圈结构。花纹针刺的纤网需经过预针刺，进入花纹针刺以前的针刺密度通常为70150刺/cm2。花纹针刺加工地毯时，采用的化纤较粗长。花纹针刺区二、花纹针刺的形式 根据叉形针针槽方向和纤网送进方向的关系、植针几何图案、提花机构及其控制程序，可获得四种表面结构：条圈结构绒面结构小节距几何图案大节距几何图案条圈结构 叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直，纤网背面可形成条圈结构。条圈之间的距离由栅格托网板的栅距决定。送网方向送网方向单刺成圈针叉形针条圈结构绒面结构 叉形针针槽方向
13、和纤网送进方向平行，栅格托网板的栅距较条圈结构的略小，纤网背面形成松散的平绒状结构。送网方向送网方向单刺成圈针叉形针绒面结构小节距几何图案 针板植针时构成一定的几何图案，叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直，通过花色针刺机的提花机构定时周期改变针刺深度和空程，可使纤网背面产生小节距几何图案。大节距几何图案 针板植针时构成大节距几何图案，叉形针针槽方向和纤网送进方向垂直，花色针刺机的提花机构和控制程序配合，可使针板快速下降和上升实现针刺和空程。针板下降时间内实现针刺和正常的纤网送进。针板上升时间内，针板空程不针刺并使纤网快速送进一个大节距。由此，在纤网背面完成一个大节距几何图案。大节距几何图案三、花
14、纹针刺机 用来针刺经过预针刺的纤网以产生毛圈表面结构。(一)Fehrer公司的花纹针刺机 NL11/SE为单针板上刺花纹针刺机，工作幅宽1.04.8m，最大植针密度7000枚/m，针刺频率1200rpm，针刺动程30mm。配电子花纹装置，可形成短小、中等和较大循环的几何图案。NL11/SM为单针板上刺花纹针刺机，工作幅宽1.06.6m，最大植针密度7000枚/m，针刺频率1200rpm，针刺动程30mm。配机械花纹装置，可形成短小、中等的几何图案。(二)Dilo公司的花纹针刺机1、DI-LOOP系列花纹针刺机 在纤网背面形成几何图案的原理与Fehrer公司的花纹针刺机一样，与Fehrer公司花
15、纹针刺机的区别是，通过栅格托网板的上下移动来实现刺针的“刺入”或“不刺入”状态。栅格托网板的的上下移动由电脑控制的液压系统驱动。DI-LOOP系列花纹针刺机为单针板上刺形式，工作幅宽2.5、3.5、4.5m，植针密度300014300枚/m，针刺频率1200、2000rpm，针刺动程3040mm。2、DI-LOUR系列花纹针刺机 与Fehrer公司的NL21/SRV SUPERLOOPER花纹针刺机相似，托网形式采用毛刷帘子，专用于生产拉绒产品。DI-LOUR花纹针刺机加工的纤网通常应选用较细的纤维。除叉形针外，还可选用冠状针。DI-LOUR系列花纹针刺机为双针板上刺形式，工作幅宽2.5、3.
16、5、4.5m，植针密度800015000枚/m，针刺频率1200、2000rpm，针刺动程30、40mm。一、混入高收缩纤维 纤网中混入高收缩纤维，如聚氯乙烯纤维，针刺后经热空气、水蒸汽或热水的处理，可提高针刺非织造材料的密度。根据产品密度要求，纤网中高收缩纤维的含量可有很大的变化。如纤网中高收缩纤维的含量为80%，热处理后收缩率可达到50%。该方法可提高针刺非织造材料的密度，减轻表面针刺痕迹，耐多次弯曲性好，耐起层性好，适合于作合成革基布。但由于热处理时高收缩纤维因结构变化失去大部分强力，因而产品强度和尺寸的稳定性不足。二、混入热粘结纤维 纤网中混入热粘结纤维，针刺后经热轧处理，可改善针刺非
17、织造材料的强度和尺寸稳定性，但非织造材料的硬性增加，耐多次弯曲性能下降。该方法通常不能独立用作针刺非织造材料的增强，只能对铺设基布的针刺非织造材料进行附加增强。纤网中不混入热粘结纤维，针刺后经热轧处理，可烫平并粘结纤维毛羽，改善针刺非织造材料的表面质量，用作涂层基布时，可减少涂层量。三、铺设基布 铺设轻薄基布，可大大提高非织造材料的初始弹性模量，但对提高断裂强力帮助不大。铺设高强度的厚重型基布，可大大提高非织造材料的断裂强力，但必须注意刺针对基布的损伤。研究表明，当针刺深度为13mm，针刺密度为200刺/cm2，单棱钩刺针按纵向位置排列，针刺后基布的纵向强力剩余90%，横向强力剩余28%；单棱
18、钩刺针按横向位置排列，针刺后基布的纵向强力剩余10%，横向强力剩余90%。合理设置刺针钩刺的排列角度，可兼顾针刺后基布的纵横向剩余强力。如设置单棱钩刺针钩刺棱边与纤网送进方向夹角40，可使针刺后基布的纵横向强力均剩余50%左右。刺针是针刺机最重要的零件，其规格和质量对针刺非织造材料的性能和质量有直接的影响。因此对刺针的形状、规格、材料和制造工艺均有一定的要求：几何尺寸正确，针杆平直度好，刺尖对纤网具有良好的穿刺能力。表面光洁，钩刺切口边缘平滑无毛刺。良好的刚性、韧性和弹性，无“宁弯不断”现象。热处理无表面脱碳现象，表面硬度HRC5459，耐磨性好。一、刺针的类型 刺针由带有弯头的针柄、针腰、针
19、叶和针尖组成。常见类型有：普通刺针高密度刺针叉形刺针侧开叉刺针单刺成圈刺针冠状刺针普通刺针 针叶截面为三角形，三个棱边上各有3个相互错开的钩刺。该类型刺针应用最多，主要用于预针刺和一般针刺非织造材料的加工。高密度刺针 形状类似普通刺针，但每个棱边上的钩刺数超过3个。该类型刺针具有较高的针刺效率。叉形刺针 通常不设针腰，针叶截面为圆形，头端开叉。该类型刺针主要用于毛圈型针刺非织造材料的加工。侧开叉刺针 兼有普通刺针和叉形针的结构特点。该类型刺针主要用于长绒毛型针刺非织造材料的加工。单刺成圈刺针 针叶截面为三角形，仅一个棱边上有1个钩刺。该类型刺针可用于成圈加工。冠状刺针 针叶截面为三角形，钩刺设
20、在3个棱边的同一高度上。该类型刺针专用于德国Dilo公司的DI-LOUR系列针刺机。二、刺针的结构 对每一种刺针来说，任何一个细小的结构变化，均会影响到刺针的性能和用途。整体几何尺寸针尖形状针叶截面形状钩刺结构钩刺排列尺寸针柄弯头方向针尖形状针叶截面形状针叶截面形状针叶截面形状针叶截面形状针叶截面形状菱形不对称十字星钩刺结构钩刺结构不同结构钩刺对钩取纤维的损伤对比三、刺针的规格和标注(一)刺针的规格 主要包括有总长、针号、针尖形状、针叶截面形状、钩刺结构、钩刺排列尺寸、针柄弯头方向等。针号对应三角形针叶截面的高度，针号越大，刺针越细。针号高度(mm)针号高度(mm)针号高度(mm)针号高度(m
21、m)132.45181.25250.85380.53142.15191.10300.73400.48151.85201.00320.68420.43161.60220.95340.63430.38171.40230.90360.58460.33(二)刺针规格的表示 各制造公司有不同的表示方法，选购刺针应参考制造公司的刺针手册。刺针通用标注一般为：示例：美国Groz-Beckert公司的刺针，标注为：1518 32 31/2R330G91002 德国Singer公司的刺针，标注为：1518 40 3.5RB22，A06/06B222PP 1525 63.0VA35/50针柄号针腰号针叶号刺针总长
22、度刺针类型 15 18 32 31/2 R 330 G 9 1 0 0 2表示针柄号为15号，对应的针柄直径为1.83mm表示针腰号为18号，对应的针腰直径为1.19mm表示针叶号为32号，对应的针叶截面三角形的高为0.68mm表示刺针总长为88.9mm(3.5英寸)R表示钩刺排列为标准型，M表示中等排列，C表示为加密表示针叶上的两个棱各有3个钩刺，而另一个棱无钩刺公司名首字母钩刺的型号专用性能为标准型钩刺的尾部为标准型钩刺的切口形状为切口型应用范围为造纸毛毯 1518 40 3.5R B22，A06/06 B222 PP表示针叶长度为22mm表示模压刺针，钩刺的高度和深度均为0.6mm表示针
23、尖经过磨光处理表示针叶上的三个棱上各有2个钩刺 15 25 63.0 VA35/50表示模压开叉，开叉深度为0.35mm，开叉宽度为0.50mm四、刺针的选用根据针刺工艺选刺针类型。根据纤维细度选择刺针号数，纤维较细时，选大号刺针，纤维较粗时，选小号刺针，如：棉 3046 粘胶 3046 细化纤 2540 细羊毛 2536 粗羊毛 1625 粗化纤 1625 黄麻 1425 玻璃纤维 1420 剑麻 12.516对一条针刺生产线，刺针选用按“细粗细”原则，即预针刺选略细刺针，主针刺先粗后细选用刺针。仅1台针刺机时，针板前几列可植入较细的刺针。五、刺针的更换 刺针磨损后会显著影响针刺效率，同时影
24、响针刺非织造材料的性能，因此必须定期更换刺针。换针方式采用分批法，以防止针刺非织造材料性能的突然变化。通常在规定时间内先更换针板上全部刺针的1/41/3，过一段时间后再更换1/41/3，依次类推进行刺针的更换。刺针磨损情况正常刺尖磨损刺尖钩刺磨损初期钩刺磨损后期刺针镀铬与否的磨损情况不镀铬镀铬镀铬刺针针尖的磨损情况使用前使用后刺针镀铬与否的腐蚀情况镀铬使用后使用前不镀铬使用后叉型针针槽磨损情况一、针刺非织造材料的结构性能和应用 针刺非织造材料通常为中厚型，单位面积质量范围为802000g/m2。针刺非织造材料可采用各种纤维，机械缠结后不影响纤维原有特征，纤维之间柔性缠结，具有较好的强度、尺寸稳
25、定性和弹性。针刺非织造材料的纤网由三维排列并相互缠结的纤维构成，其内部孔隙呈弯曲状，特别有利于过滤作用。针刺非织造材料具有良好的通透性。针刺非织造材料的主要应用有地毯、装饰用毡、运动垫、褥垫、家具垫、鞋帽用呢、肩垫、合成革基布、涂层底布、熨烫用垫、伤口敷料、人造血管、热导管套、过滤材料、土工织物、造纸毛毯、油毡基布、隔音隔热材料以及车用装饰材料等。针刺造纸毛毯的结构和应用 开孔度大，基布纵向强力大，毯面平整，脱水快，毯质轻，适用于高速纸机引纸毯、高档卫生纸、薄型纸。针刺造纸毛毯的结构和应用 具有强力高，运行稳定，基布储水量大等特点，表层和底层基布的经纬纱分别采用0.3、0.35、0.5单线及0
26、.2/4、0.2/6、0.2/8等合股线的不同组合变化，可满足纸板、文化用纸、新闻纸、高档卫生纸、薄型纸、特种纸等中高速纸机的生产需要。二、针刺工艺参数及其对针刺非织造材料性能的影响(一)主要工艺参数及其对产品性能的影响 影响针刺非织造材料性能的主要因素有针刺深度、针刺密度、刺针规格型号和排列等。刺针规格型号和排列等需停机替换，而针刺深度和针刺密度可以在线调节。1、针刺深度 针刺深度是指刺针针尖穿过托网板到极限位置时，针尖到托网板托持纤网的表面的距离，即针刺时刺针穿过纤网后伸出纤网的最大长度。针刺深度示意确定针刺深度的原则l粗长纤维组成的纤网，针刺深度可深些，反之则浅些。l单纤强度较高纤维组成
27、的纤网，针刺深度可深些，反之则浅些。l单位面积质量较大的纤网，针刺深度可深些，反之则浅些。l较蓬松的纤网，针刺深度可深些，反之则浅些。l要求硬实的产品，针刺深度可深些，反之则浅些。l要求针刺密度较高的产品，先深后浅。l预针刺比主针刺深。针刺深度可根据原料种类、纤网厚度和产品性能要求来确定，通常为317mm。如：o1.5d38mm的棉纤维选7mm。o4d51mm的纤维选10mm。o加工铺设基布的芳砜纶过滤材料时，选1114mm。o条圈针刺选78mm。o节距图案针刺选67.5mm。o绒面针刺选914mm。2、针刺密度 针刺密度是指纤网单位面积内所受到的针刺数，为针刺工艺的重要参数。针刺密度可按下式
28、计算：410vnNDn式中：Dn针刺密度(刺/cm2)N 针板植针密度(枚/m)针刺频率(rpm)纤网输出速度(m/min)计算示例：生产仿麂皮产品，要求Dn=8000刺/cm2，n=1200rpm，N=4000枚/m，求生产速度v。min)/m(06.0108000120040001044nDnNv 该速度显然不切合生产实际，可提高针板植针数来增加生产速度。再增加两台8针板针刺机，则：v=0.0617=1.02(m/min)针刺生产速度一般为110 m/min，最高可达到30 m/min，花色针刺生产速度最高可达到7 m/min，实际针刺节距图案时为0.41.2 m/min，条圈和绒面针刺时
29、生产速度一般为24 m/min。针刺密度与产品性能的关系：针刺密度纤维缠结程度针刺非织造材料强度 针刺密度纤维断裂针刺非织造材料强度针刺密度与针刺遍数的关系：针刺后的纤网退卷再经同一生产线针刺，针刺密度可增加1倍。由此，较少的针刺机也可生产高针刺密度的产品，但生产效率较低。(二)针刺力 针刺过程中，刺针的钩刺带着一小束纤维刺入纤网，该作用使刺针受到的阻力称为针刺力。针刺力是动态变化的。当刺针开始刺入纤网时，针刺力增加很缓慢；当刺针逐渐深入纤网时，进入纤网的钩刺数也逐渐增加，针刺力剧增并达到最大值；当刺针穿出纤网后，针刺力以波动方式逐渐下降。针刺力可间接地反映出针刺过程中刺针对纤维的转移效果和损伤程度，因此，可通过针刺力的测试来进一步研究针刺频率、针刺深度、针刺密度等工艺参数的合理性。普通刺针的最大针刺力可达到710N，叉形针则有3050N。影响针刺力的因素：纤维长度细度摩擦系数针刺力纤网单位面积质量针刺力铺设基布针刺力纤网密度针刺力针刺频率针刺力针刺深度针刺力针刺密度针刺力第四章 作 业1、名词解释：植针密度、针刺深度、针刺密度、针刺力。2、简述针刺加固原理和针刺机的基本结构。3、选用刺针的原则是什么？
