馬月雙 靳向煜 韓 旭

(1.東華大學紡織學院非織造材料與工程系，上海，201600; 2.東華大學紡織學院，上海，201620; 3.紹興縣和中合纖有限公司，紹興，312000)

先進非織造梳理機機構與性能特點初探

馬月雙1靳向煜2韓 旭3

(1.東華大學紡織學院非織造材料與工程系，上海，201600; 2.東華大學紡織學院，上海，201620; 3.紹興縣和中合纖有限公司，紹興，312000)

介紹了三種先進的非織造專用梳理機機構及其性能特點，從喂入機構、轉移機構和成網機構探討了具有寬門幅、高速高產、雜亂凝聚特點的先進非織造專用梳理機的最新進展，闡述了多項國外梳理機專利技術的核心思想。

非織造梳理機，機構，性能

梳理是干法非織造材料成網生產中的一道關鍵工序，其作用是將開松混合的纖維梳理成由單纖維組成的薄纖網，供鋪疊成網，或直接進行纖網加固;也可再經氣流成網，以制備呈三維雜亂排列的纖網。

1 梳理的作用

纖維原料的分梳是通過梳理機來實現的，非織造梳理加工要在高速高產條件下實現下列目標:

(1)徹底分梳混合的纖維原料，使之成為單纖維狀態(tài);

(2)使纖維原料中各種纖維成分進一步均勻混合;

(3)使纖維平行伸直，雜亂或凝聚［1］。

本文對三種羅拉式梳理機進行了比較，其型號為:A型雙錫林、雙道夫、雙凝聚梳理機，B型雙錫林、雙道夫、四凝聚梳理機，C型雙錫林、三道夫、雙雜亂、雙凝聚、“△”轉移、“σ”纖網轉移梳理機。

2 梳理機機構

2.1 A型梳理機

A型梳理機機構如圖1所示。采用上喂入纖維行走路徑呈“S”形喂入裝置，梳理機工作幅寬3 750mm，胸錫林和主錫林分別配置三組和五組梳理單元，由轉移輥轉移纖維，主錫林后配置兩個道夫、兩個凝聚羅拉和兩個剝棉輥，并配置不同于以往PVC皮帶的透氣輸網簾和三組凝棉塵籠裝置(簡稱WID)、高速剝棉轉移裝置(簡稱LDS)轉移纖網。

圖1 A型梳理機機構示意

2.2 B型梳理機

B型梳理機機構如圖2所示。采用下喂入纖維行走路徑呈“W”形喂入裝置，梳理機工作幅寬3 000mm，胸錫林和主錫林分別配置三組和五組梳理單元，轉移輥轉移纖維，主錫林后配置兩組由道夫、雙凝聚羅拉和剝棉輥組成的成網機構，配置透氣輸網簾、WID和LDS轉移纖網。

2.3 C型梳理機

C型梳理機機構如圖3所示。采用上喂入、隔距可調式蓋板纖維行走路徑呈“S”形喂入裝置，梳理機工作幅寬3 800 mm，胸錫林和主錫林均配置四組梳理單元，由“△”轉移系統(tǒng)轉移纖維，主錫林后配置兩個雜亂羅拉、三個道夫、一對凝聚羅拉和剝棉輥，配置“σ”系統(tǒng)轉移纖網。

圖2 B型梳理機機構示意

圖3 C型梳理機機構示意

2.4 梳理機梳理度

梳理機梳理部分以工作輥和錫林作為分梳元件，對纖維的梳理程度可用下式表示:

式中:C——梳理度(齒/根);

Nc——錫林針布的齒密［齒尖數/(25.4 mm)2］;

nc——錫林轉速(r/min);

NB——纖維線密度(dtex);

r——纖維轉移率(%);

P——梳理機產量［kg/(臺·h)］;

L——纖維長度(mm);

Kc——比例系數。

梳理度C表示工作時，一根纖維上平均作用的齒數。梳理度太小，分梳效果差，纖維易形成棉結;梳理度過高，則可能降低梳理機的產量，一般梳理度 C≈3 比較合適［1］。

除上述公式中各個參數對梳理度有影響外，梳理元件上配置的針布齒密和工作角對梳理效果也有很大的影響。A、B、C型三種梳理機的針布齒密［齒/(25.4 mm)2］范圍為:主錫林430～460，胸錫林130～150，主錫林工作輥330～350，胸錫林工作輥160～180，剝取羅拉110～120;針布工作角α(°)范圍為:主錫林75～80，胸錫林65～70，工作輥和剝取羅拉45～55。在一定范圍內，隨α變小，對纖維握持作用加強，分梳作用增強，分梳效果好;若α過小，則纖維易沉降到針槽內，針面負荷增加，要經常停車抄針，影響生產;若α過大，則對纖維的握持作用下降，分梳效果不佳。因此，合理選擇針布參數是非常重要的。

2.5 梳理機增加梳理面積的措施

與傳統(tǒng)梳理機相比較，A、B、C型梳理機采用了增加梳理面積的措施:

(1)增加錫林有效梳理幅寬;

(2)增加錫林直徑;

(3)錫林中心軸位置抬高(傳統(tǒng)梳理機錫林與轉移輥的中心軸幾乎在同一水平線)，可以增加有效梳理面積。

以A型梳理機為例，與國內常規(guī)梳理機梳理面積的比較見表1。胸錫林和主錫林中心軸位置每抬高10 cm，梳理面積約增加0.604 m2，與常規(guī)梳理機相比增加9.55%，說明通過抬高中心軸位置增加梳理面積的方法其效果是很顯著的。

表1 梳理面積比較

由表1可知，采用上述措施改進后，A型梳理機比國內常規(guī)梳理機梳理面積增加達153%，更大的梳理面積使得高產成為可能。

此外，通過提高機器速度可進一步提高產量，但同時也要認識到高速高產與產品質量是一對矛盾體。速度過高會出現棉結增多，纖網均勻度下降等問題，需綜合考慮機器狀態(tài)、產品質量、生產速度等諸多因素，才能找到最佳的平衡點。每臺梳理機都存在一個最佳工作產能值。

3 喂入方式比較

A、B、C型梳理機喂入方式比較列于表2。

3.1 “S”形喂入裝置(圖4)

“S”形喂入裝置的喂入羅拉上針齒方向朝向機前，此配置可使均勻喂入的筵棉在握持下被刺輥順向梳理，又不至于因為握持太緊而使刺輥對纖維造成較大的損傷;固定蓋板能加強纖維的梳理效果，高速喂入下可避免飛花。

表2 喂入方式比較

圖4 “S”形喂入裝置

“S”形喂入裝置的一種配置為:喂入羅拉直徑為156 mm、刺輥和轉移輥直徑均為350 mm，針布工作角均為80°，齒密分別為21.2、32和112.7齒/(25.4 mm)2，蓋板與刺輥及刺輥與轉移輥間隔距分別為5和1 mm，喂入羅拉線速度約為2～3 m/min，適用(1.56～2.2)dtex×(38～51)mm規(guī)格的聚酯纖維、粘膠纖維、雙組分纖維和聚丙烯纖維原料，梳理機最佳工作產能200 kg/(h·m)。

3.2 “W”形喂入裝置(圖5)

“W”形喂入裝置機構簡單，纖維在喂入羅拉和喂棉板握持下向下彎折被刺輥強行梳理，梳理效果好，但纖維損傷較大，纖維長度的整齊度下降，產品力學性能受影響，落纖增加，造成原料浪費。

圖5 “W”形喂入裝置

“W”形喂入裝置的一種配置為:喂入羅拉和刺輥直徑分別為156和350 mm，針布工作角均為80°，齒密分別為21.2和32齒/(25.4 mm)2，刺輥與喂棉板間隔距為5 mm，喂入羅拉線速度約2～3 m/min，適用(1.0～3.9)dtex×(38～76)mm規(guī)格的聚酯纖維、粘膠纖維、聚氨酯纖維原料，梳理機最佳工作產能158 kg/(h·m)。

3.3 蓋板可調式“S”形喂入裝置(圖6)

蓋板可調式“S”形喂入裝置是為了適應高速生產所設計的，可通過手輪對蓋板與喂入羅拉、刺輥間的隔距進行精確調節(jié)，在刺輥和胸錫林三角區(qū)設置擋風輥，以防止產生大量飛花，刺輥和喂入羅拉上的針布反向配置，且刺輥線速度較大，順向打擊纖維，纖維損傷小，從而實現高速大量轉移纖維。

蓋板可調式“S”形喂入裝置的一種配置為:喂入羅拉和刺輥直徑均為412 mm，針布工作角分別為95和75°，齒密分別為107.5和112齒/(25.4 mm)2，蓋板與喂入羅拉及喂入羅拉與刺輥間隔距分別為0.5和1 mm，喂入羅拉線速度高達5～7 m/min，適用(1.1～1.7)dtex×(38～51)mm規(guī)格的聚酯纖維、粘膠纖維原料，梳理機最佳工作產能300 kg/(h·m)。

圖6 蓋板可調式“S”形喂入裝置

上蓋板喂入方式與下給棉板喂入方式相比具有以下特點:

(1)上蓋板喂入的羅拉直徑大，剛性好，筵棉在喂入區(qū)段較為平坦，均勻性更好，握持力強，更有利于刺輥消除束絲和僵片;

(2)上蓋板喂入的刺輥相對喂入方向順向打擊纖維，減少對纖維的損傷和牽伸;

(3)上蓋板調節(jié)機構可根據不同的纖維長度靈活調節(jié)給棉握持點與刺輥打擊點的距離［2］。

3.4 金屬探測和防超喂裝置

上述三種喂入裝置喂入羅拉均配有金屬探測和防超喂裝置，以防止金屬及其他硬物喂入而損傷梳理機。

喂入羅拉和喂棉板間接有12 V電源，當出現以下情況時，電路接通發(fā)出報警，機器緊急制動，從而保護梳理機:

(1)筵棉中含有的金屬物或其他導電物質(如導電液體)通過喂入羅拉和喂棉板間隙時，將電路接通發(fā)出報警，機器停車;

(2)筵棉厚度超過一定程度或其中含有開松不完全的硬棉塊或不導電的硬物時，喂入羅拉被卡死，喂入羅拉與驅動輪間的保護銷在剪切力作用下斷裂，兩者發(fā)生相對轉動，兩電極接觸，電路接通發(fā)出報警，機器停車。

以上三種喂入裝置中，“S”形上行喂入方式對纖維損傷小，可調式蓋板可以隨不同的生產狀況精確調節(jié)隔距，減少對纖維原料的損傷，適應高速高產的要求。

4 轉移部分比較

4.1 傳統(tǒng)的轉移輥(圖7)

傳統(tǒng)的轉移輥結構簡單。轉移輥線速度大于胸錫林線速度，針齒傾角呈交叉配置，僅起到將纖維轉移到主錫林的作用。在轉移輥和胸錫林、主錫林的三角區(qū)內配置擋風輥或者擋風板，以防止產生過多的飛花。

圖7 傳統(tǒng)轉移輥形式

4.2 “△”轉移系統(tǒng)(圖8)

“△”轉移系統(tǒng)的胸錫林和主錫林之間的雜亂輥、道夫和轉移輥三者的排列形式呈△形，故得名Delta系統(tǒng)。

圖8 “△”轉移系統(tǒng)原理

雜亂輥、道夫和轉移輥組成兩個纖維轉移通路?！啊鳌钡婪虻闹睆綖?50 mm，是一般棉紡道夫直徑的1.4倍左右，“△”道夫的線速度約90 m/min，是普通道夫線速度的1.5倍左右，從而使纖維轉移率大為增加;且“△”系統(tǒng)在雜亂三角區(qū)及胸錫林與“△”道夫間具有三個分梳作用點，對纖維的梳理作用大為增強。

雜亂輥與胸錫林和主錫林間的三角區(qū)，由于附面層氣流高速流動而產生湍流(圖9)，胸錫林表面的纖維得到提升，有助于纖維的轉移，纖維在湍流作用下改變排列方向;未轉移的纖維進一步經過胸錫林和道夫之間的分梳作用進行轉移?！啊鳌鞭D移方式比傳統(tǒng)方式的纖維轉移率顯著提高，適應機器的高速雜亂。

圖9 雜亂三角區(qū)原理

通過對比很明顯地發(fā)現，“△”轉移系統(tǒng)更適合高速高產的要求，不但增加了纖維轉移率，提高了產量，而且增加了對纖維的梳理和雜亂的機會，更適應非織造高速雜亂的要求。

5 成網機構比較

5.1 A型梳理機

A型梳理機成網機構有雙道夫(圖10，圖中粗線條表示纖維路徑)［3］，均配有一個凝聚羅拉，由于剝棉輥順時針剝棉，纖網在剝棉輥上表面，因此剝棉輥后需配置WID，以確保纖網順利地轉移到透氣輸網簾上，纖網從WID表面脫離后，在LDS負壓作用下貼伏在輸網簾表面，以減少轉移過程中的意外牽伸;兩層纖網在WID和LDS作用下復合轉移。

圖10 A型梳理機成網機構原理

5.2 B型梳理機

B型梳理機成網機構在道夫后配置雙凝聚羅拉(圖11)，三者線速度比約為 3.34∶1.45∶1，纖維在“推擠”作用下由縱向(MD)朝橫向(CD)改變，經兩次凝聚纖網內纖維雜亂效果更顯著。由于上道夫線速度約為60 m/min，是下道夫線速度的1.5倍左右，且在下道夫之前剝棉，經實際測量發(fā)現，主錫林轉移給道夫的纖維中約有60% ～70%轉移給上道夫。

以此方式輸出的纖網其縱橫向強力比較小，纖網力學性能更接近各向同性。當生產縱向排列纖維比例高的產品時，該機構可將雙凝聚羅拉抬升退出工作，以增加縱向的纖維排列分布。

5.3 C型梳理機

C型梳理機成網機構形成三層纖網(圖12)，上層成網系統(tǒng)是一種雜亂輥和凝聚羅拉組合式雜亂梳理系統(tǒng)，兩個凝聚羅拉線速度比約為1.26∶1。道夫從雜亂輥剝取的纖維量一是取決于兩者的相對線速度，道夫的線速度相對越慢，同一梳理點轉移的纖維越多;另一是取決于兩者的接觸弧長，即同時作用的梳理點的多少，上道夫直徑較大，接觸弧長大，轉移率高，纖網面密度大。凝聚羅拉相對道夫線速度越慢纖維雜亂程度越高。

圖11 B型梳理機成網機構原理

圖12 C型梳理機成網機構及“σ”系統(tǒng)原理

C型梳理機成網機構在主錫林后面配置兩個雜亂輥，雜亂輥旋轉方向和針齒方向與道夫的方向相反，且線速度非常大。C型梳理機的主錫林線速度一般為1 100 m/min，道夫線速度約60 m/min，而雜亂輥線速度高達1 200～1 300 m/min，是道夫線速度的20多倍。雜亂輥是非織造梳理機所特有的一個雜亂部件，其極高的速度增大了纖維轉移率，有利于產量的提高，且可以增加纖維的雜亂程度，得到的纖網縱橫向強力比由傳統(tǒng)梳理機的10∶1降低到了3∶1。但試驗證明，隨纖網面密度的增加，雜亂輥對于纖維定向的雜亂效果會有所下降［4］。實際測量發(fā)現，主錫林上約有55% ～65%的纖維轉移到上雜亂輥，由于上道夫直徑大、速度快且在中道夫之前剝棉，上雜亂輥轉移給上、中道夫的纖維中約有65%轉移給了上道夫。不難看出，從主錫林轉移到上、中、下三個道夫的纖維量比例約為 40∶20∶40［5］。

該成網機構并非真正意義上的三道夫成網，因為其上、中道夫配置在同一雜亂輥上，雜亂輥的纖維大部分轉移給上道夫，轉移給中道夫的纖維量很少。若增配一個雜亂輥與之配合，則成為真正意義上的三道夫梳理機，可進一步提高主錫林表面纖維轉移率，有利于提高產量。

由于抽吸錫林和輸網簾的外形呈字母σ狀，故得名Sigma系統(tǒng)。抽吸錫林工作原理類似于WID，纖網在負壓作用下貼伏在輸網簾表面，實現纖網復合;為防止下層纖網在隨輸網簾上行時因吸附力不足產生意外牽伸或脫落，在中、下道夫間配置了一個真空抽吸補風裝置，以保證成網區(qū)域橫向的氣壓恒定。

分別用A、B、C型梳理機生產聚酯纖維/粘膠纖維為50/50的面密度為45 g/m2的平紋產品A、B、C，其物理性能指標見表3。

表3 產品物理性能指標

根據用戶對產品性能要求的不同，可通過調節(jié)凝聚羅拉與道夫間的速比來改變縱橫向斷裂強力的比值，通常A、B、C三種梳理機產品的縱橫向斷裂強力比值范圍分別為:2∶(1 ～5)∶1，2.5∶(1 ～6)∶1 和 2∶(1 ～4)∶1。

6 WID與LDS原理比較

6.1 WID［6］(圖13)

在抽吸風機作用下凝棉塵籠內部產生負壓區(qū)。當纖網1輸送至凝棉塵籠切點A點時，在負壓作用下緊緊地貼伏在塵籠表面;隨塵籠旋轉至切點B時，纖網2在負壓作用下與之復合，兩者在吸附力作用下隨塵籠旋轉;到達C點時脫離負壓區(qū)，復合纖網平穩(wěn)地轉移至下道輸網簾表面。因此，WID可減少纖網轉移過程中的意外牽伸，保證纖網均勻度。在實際應用中，可根據生產要求超喂或欠喂，以改變纖網結構。

圖13 WID工作原理

WID的抽吸作用可將纖網內的空氣排出，壓實纖網并去除部分雜質和短絨，有利于提高纖網質量;壓實的纖網貼伏在輸網簾上，避免了因上方氣流擾動造成纖網不平整的現象，因而可適應高面密度纖網的生產。

6.2 LDS(圖14)

在抽吸風機作用下，抽吸箱內產生負壓，剝棉輥上的纖網在負壓作用下轉移到輸網簾上，可減少纖網轉移過程中產生的意外牽伸，保證纖網均勻度。

LDS與WID的作用類似，也可排除纖網內的空氣，且由于LDS配置在剝棉輥下方，在負壓作用下較厚的纖網也可以順利地被剝取下來，更有利于實現低強力纖網的高速剝取轉移，適應梳理機高速高產的要求。

圖14 LDS工作原理

例如，A型梳理機配置有三套LDS和WID，使用1.67 dtex×38 mm化學纖維時，其生產的纖網面密度最大值可以達到60 g/m2，而B型梳理機所生產纖網的面密度最大值只有40 g/m2。

WID及LDS的應用可大大提高纖網轉移效率，有效減少纖網轉移中的意外牽伸，保持纖網結構的穩(wěn)定。

7 結語

綜上所述，C型梳理機的綜合性能最佳，然而高性能梳理機的造價非常昂貴，對于寬幅梳理機，各羅拉會因為自身重力而產生一定的撓度，使其在幅寬方向上各點隔距不一，因而要使用剛度較大的碳纖維制成的羅拉以解決此問題，但機器的造價則急劇上升。在實際生產中應該尋求具有高投入產出比的梳理機，而不是一味地追求高性能。

［1］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海:東華大學出版社，2008:52，54.

［2］楊洪濤，袁學東，楊福軍.W1202型非織造布梳理機的結構與性能特點［J］.國外紡織技術，2002(7):21.

［3］JEAN-LOIS D，GAUTHIER B，MARC B.Carding machine with a rotating suction transfer device and method thereof:CN，1690265(A) ［P/OL］.2007-06-13.http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC＆adjacent=true＆locale=en_EP＆FT=D＆date=20051102＆CC=CN＆NR=1690265A＆KC=A.

［4］趙帆.雜亂型梳理機概述［J］.北京化纖，1997(3):37.

［5］吳凱輝，靳向煜，韓旭.高速雜亂型非織造布梳理機的結構與性能特點［J］.非織造布，2007，15(5):39.

［6］MARC B，JEAN-LOUIS D.Suction cylinder enabling the transfer of a fibre web between a transport belt and two calendaring rolls:US，6050469［P/OL］.1996-09-25.http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC＆adjacent=true＆locale=en_EP＆FT=D＆date=20000418＆CC=US＆NR=6050469A＆KC=A.

The discussion for instructure and properties of nonwoven carding machine

Ma Yueshuang1，Jin Xiangyu2and Han Xu3
(1.Nonwovens Engineering Dept.，Textile College，Donghua University; 2.Textile College，Donghua University; 3.Hezhonghexian Company Ltd.of Shaoxing)

The properties and instructure for three types of advanced nonwoven carding machines were introduced，and the newly-development of these nonwoven machines which is characteristic of wide-width，highspeed and high-output as well as randomly consendation was discussed from following aspects:feed-in part，thansfering mechanism and web-forming mechanism.Many core concept of patent technology for carding machines made in abroad were represented.

nonwoven carding machine，instructure，property

TS173.22

A

1004－7093(2010)01－0024－07

2009－09－23

馬月雙，男，1986年生，06級在讀本科生。