陳海成

（青島紡織機(jī)械股份有限公司，山東 青島 266042）

隨著非織造布技術(shù)的不斷發(fā)展，專用梳理機(jī)在結(jié)構(gòu)、功能和性能上發(fā)生了顯著的變化。專門應(yīng)用于非織造布生產(chǎn)的梳理機(jī)已將對(duì)纖維的分梳和成網(wǎng)效果擺在同等重要的位置。由于成網(wǎng)效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，因此如何改善纖網(wǎng)的均勻度和纖維的分布狀態(tài)就變得十分重要。

1 雜亂輥雜亂原理

“雜亂”就是纖維經(jīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的雜亂輥后，由于雜亂三角區(qū)旋渦氣流的作用，使得部分纖維排列發(fā)生方向轉(zhuǎn)移，從而形成纖維非定向排列的纖維網(wǎng)。對(duì)于雜亂應(yīng)該符合幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）雜亂輥與錫林同向運(yùn)轉(zhuǎn)且針布上針齒呈平行排列。

（2）具有起纖維雜亂作用的高速雜亂輥，線速度應(yīng)和錫林線速度相當(dāng)，雜亂輥和錫林之間配置專門的擋板，用來形成雜亂旋渦氣流。

如圖1所示，是帶有雙雜亂輥和雙道夫的高速雜亂梳理機(jī)。其作用是在錫林與雜亂輥之間的楔形區(qū)域內(nèi)，改變纖維的排列方向。

對(duì)于雜亂輥到道夫間纖維的轉(zhuǎn)移，主要是由三種形式來完成：（1）離心力的作用；（2）氣流的作用；（3）針齒抓取作用。當(dāng)纖維因離心力和氣流的作用轉(zhuǎn)移到道夫時(shí)，纖維的取向度下降，而通過道夫針齒抓取作用轉(zhuǎn)移時(shí)，纖維的取向度高。因此一般希望通過雜亂輥轉(zhuǎn)移纖維，這樣得到的纖網(wǎng)雜亂度較高，縱橫向強(qiáng)力更加接近。

圖1 高速雜亂梳理機(jī)示意圖

對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)，纖維的離心力C公式如下：

其中：m—纖維的質(zhì)量（kg）

V—輥?zhàn)拥乃俣龋╩／min）

R—輥?zhàn)影霃剑╩）

由公式（1）發(fā)現(xiàn)，提高纖網(wǎng)面密度和提高雜亂輥轉(zhuǎn)速V，會(huì)增大雜亂輥中纖維的離心力，也就會(huì)增大通過離心力向道夫轉(zhuǎn)移纖維的比例，從而增大纖網(wǎng)的雜亂度。并且由公式可發(fā)現(xiàn)，通過改變雜亂輥轉(zhuǎn)速來改變纖網(wǎng)雜亂度比提高纖網(wǎng)面密度更有效果，并且纖網(wǎng)的面密度一般要根據(jù)產(chǎn)品需求而定，且雜亂輥半徑也是固定的，因此通過改變雜亂輥速度就成了改變纖網(wǎng)雜亂度的主要途徑［1］。另外，雜亂輥的直徑設(shè)計(jì)也不能過大，否則會(huì)降低雜亂輥上纖維的離心力，影響纖網(wǎng)雜亂度。

2 雜亂三角區(qū)氣流模擬及纖維雜亂過程分析

2.1 纖維流體模擬分析

在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，流體具有粘性。由于粘性兩相鄰流體間產(chǎn)生不同的內(nèi)摩擦力（切應(yīng)力），使流體層出現(xiàn)速度差。對(duì)選定流層來說，速度較慢的一層流體作用于速度較快的一層流體上的切應(yīng)力是阻止流體前進(jìn)的力，它的方向與流動(dòng)方向相反；速度較快的一層流體作用于速度較慢的一層流體上的切應(yīng)力是加速下沉流體的力，它的方向與流動(dòng)方向相同。于是這個(gè)流層所承受的切應(yīng)力構(gòu)成力偶，有促使流體質(zhì)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的傾向產(chǎn)生旋渦運(yùn)動(dòng)［2］。其微分方程式為：

外部沒有能量補(bǔ)給流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)叫做自由渦運(yùn)動(dòng)。自由渦運(yùn)動(dòng)時(shí)，總的能量無增無減，即H=常數(shù)，也就是dH=0，由旋渦運(yùn)動(dòng)基本方程（2），得：

積分后，ln（ur）=常數(shù)，即

對(duì)于錫林和雜亂輥，其周圍的氣體都屬于圍繞圓柱體的流體，在粘性力影響下進(jìn)入運(yùn)動(dòng)區(qū)，經(jīng)過一定時(shí)間速度穩(wěn)定后，根據(jù)公式（3）其速度分布將按雙曲線的規(guī)律而減小，實(shí)際上這種規(guī)律的形成相當(dāng)于在理想流體條件下的速度分布規(guī)律，見圖2。

圖2 旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)訋?dòng)的氣流速度分布

因此根據(jù)旋渦理論，對(duì)流產(chǎn)生旋渦在錫林、雜亂輥和擋板形成的雜亂三角區(qū)必然會(huì)形成旋渦氣流。對(duì)于錫林、雜亂輥和擋板形成的三角封閉區(qū)域，可以看出有明顯的旋渦氣流形成，旋渦氣流的外部速度較大內(nèi)部較小，這就是所謂的雜亂三角區(qū)的旋渦氣流。

安裝在雜亂輥1和主錫林2之間的蓋板，會(huì)形成如此封閉的雜亂三角區(qū)（見圖3）。隨著雜亂輥1和錫林2的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，三角區(qū)形成旋渦氣流4，部分纖維隨氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，達(dá)到更好的混合雜亂效果［3］。

圖3 雜亂三角區(qū)氣流圖

另外，在三角區(qū)擋板的橫向，氣流分布如圖4所示。

圖4 三角區(qū)擋板CD方向氣流分布圖

經(jīng)高速雜亂輥帶動(dòng)的氣流，在與擋板發(fā)生碰撞后，除了產(chǎn)生MD 方向的氣流變向，還會(huì)在CD方向產(chǎn)生氣流分布。再加上梳理機(jī)系統(tǒng)的飛花抽吸系統(tǒng)，必然在雜亂三角區(qū)產(chǎn)生一個(gè)CD 方向的氣流分布。

綜上可以得到，由于以上氣流在雜亂三角區(qū)擋板附近的變向，使得最終雜亂三角區(qū)的氣流分布如圖5所示。

經(jīng)過雜亂三角區(qū)后，原來針布上部分縱向分布的纖維會(huì)發(fā)生橫向轉(zhuǎn)移，纖網(wǎng)達(dá)到一定的雜亂效果，如圖6所示。

2.2 雜亂三角區(qū)纖維排列分析

在雜亂三角區(qū)，從錫林轉(zhuǎn)入雜亂輥的纖維分成兩部分，一部分是未經(jīng)旋渦氣流雜亂就直接嵌入雜亂輥針布的纖維，這部分纖維對(duì)纖網(wǎng)中纖維排列分布影響較小。另外一部分是浮在針布表面的自由纖維，這部分纖維首先分布在錫林針布棉層的表面。當(dāng)其轉(zhuǎn)至雜亂三角區(qū)旋渦氣流附近時(shí)，由于受旋渦氣流作用，纖維的一端被氣流吹起，另一段勾住錫林針布，由于氣流作用和雜亂輥針布排列，被吹起纖維的自由端被雜亂輥針布勾住［4］。接著纖維的另一端斷開與錫林的纏結(jié)而轉(zhuǎn)向雜亂輥，一端勾住雜亂輥針布，一端由于旋渦氣流作用漂浮在雜亂三角區(qū)，根據(jù)雜亂三角區(qū)氣流分布，此時(shí)由于雜亂三角區(qū)還存在CD 方向的氣流，使得纖維的自由端發(fā)生橫向的轉(zhuǎn)移，纖維產(chǎn)生斜向或者橫向排列，纖網(wǎng)雜亂形成。因此正是這種雜亂三角區(qū)的特殊設(shè)計(jì)使得纖網(wǎng)雜亂成為可能。但是由于只是一部分棉層表面的纖維可以得到雜亂效果，而嵌入針布的那部分纖維受氣流雜亂影響較小，因此雜亂輥只可能改變纖網(wǎng)中部分纖維的取向度，大部分纖維仍然沿MD 方向排列。

（1）當(dāng)纖維較短時(shí)，纖維的一端的纏結(jié)很容易與錫林脫落，而另一端又很難與雜亂輥的纖維層纏結(jié)，因此會(huì)在雜亂三角區(qū)形成浮游纖維，受三角區(qū)氣流作用強(qiáng)烈。纖維由于很難被帶走而在旋渦氣流的作用下最終形成棉結(jié)，粘附于纖維層的表面，嚴(yán)重影響纖網(wǎng)內(nèi)在和外在質(zhì)量。

（2）當(dāng)纖維較長(zhǎng)時(shí)，雜亂三角區(qū)相對(duì)于纖維會(huì)較小，錫林與雜亂輥間對(duì)纖維的強(qiáng)力作用會(huì)導(dǎo)致纖維發(fā)生較多的斷裂，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)大三角區(qū)錫林和雜亂輥之間的隔距，這樣有利于纖維的雜亂。

（3）當(dāng)生產(chǎn)面密度大的纖網(wǎng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從錫林轉(zhuǎn)移到雜亂輥上的纖維會(huì)較大，雜亂三角區(qū)大小相對(duì)之前會(huì)減少，雖然受旋渦氣流作用的纖維較多，但是比例會(huì)降低，從而纖網(wǎng)整體的雜亂度會(huì)有所下降。

（4）當(dāng)雜亂輥速度提高時(shí)，也就是錫林和雜亂輥間的相對(duì)速度增加，一方面三角區(qū)旋渦氣流會(huì)增大，對(duì)纖維作用會(huì)更加強(qiáng)烈，從而增大被雜亂纖維的比例；另一方面，相對(duì)速度的增加會(huì)加大針布對(duì)纖維的作用，增加纖維斷裂比例，斷裂形成的短纖維在旋渦氣流作用下易形成棉結(jié)，影響纖網(wǎng)內(nèi)在和外在質(zhì)量。因此雜亂輥速度應(yīng)合理控制，在滿足纖網(wǎng)質(zhì)量的前提下可適當(dāng)提高，有利于提高纖網(wǎng)的雜亂度。

這時(shí)纖維的轉(zhuǎn)移就不僅依靠機(jī)械力量了，而很大程度上是由氣流進(jìn)行傳送、轉(zhuǎn)移的。因此就在雜亂輥上形成了一個(gè)纖維分布呈兩維及部分三維的纖維排列，同時(shí)還有一部分纖維由于其兩端已被握持在兩個(gè)輥?zhàn)拥尼槻贾g，于是仍舊保持了沿機(jī)器方向（即縱向）的排列次序。這樣就使得纖維在經(jīng)過雜亂輥后，一部分雜亂分布，另一部分纖維仍保持原來的排列順序，同時(shí)得到的網(wǎng)面縱、橫強(qiáng)度之比由傳統(tǒng)梳理機(jī)的10∶1降到了3∶1。

3 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，雜亂輥線速度大，纖網(wǎng)中纖維彎曲程度增加，棉結(jié)增加，纖網(wǎng)膨松，這對(duì)后道工序加工不利。在設(shè)定雜亂輥速度時(shí)，我們一般遵循下面三個(gè)原則：（l）纖網(wǎng)面密度大，需要反向的纖維多，因此反向氣流相應(yīng)要增大，可將雜亂輥速度適當(dāng)調(diào)大，反之則調(diào)小。（2）產(chǎn)品橫向斷裂強(qiáng)力要求較高時(shí)，可適當(dāng)調(diào)大雜亂輥的速度，但其效果不是很明顯，只是稍有改善。（3）對(duì)纖維較長(zhǎng)、細(xì)度較粗的原料應(yīng)適當(dāng)增大雜亂輥的速度。

［1］廖聲海.對(duì)雜亂成網(wǎng)均勻度及雜亂程度的工藝探討［J］.非織造布，1999，（3）：24—25.

［2］柳吉祥.旋轉(zhuǎn)流分選的理論及應(yīng)用［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1985.

［3］吳凱輝.水刺非織造Delta高速雜亂梳理成網(wǎng)工藝的研究［D］.上海：東華大學(xué)，2008.

［4］張學(xué)榮，儲(chǔ)思敏.影響非織造布纖網(wǎng)均勻度因素的探析［J］.非織造布，1996，（3）：5—7.