程 冉,張 瑜,劉仁才,張廣宇,王海樓,*

（1.南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,江蘇 南通226019;2.常熟振泰無(wú)紡機(jī)械有限公司,江蘇 常熟215539）

由于實(shí)行退耕還林、退牧還草等恢復(fù)生態(tài)措施,天然皮革產(chǎn)量逐漸下降,人造合成革正被逐步用來(lái)替代部分真皮革[1-2]。其中,海島型超細(xì)纖維針刺革基布可以很好地模擬天然皮革,其性能接近于甚至優(yōu)于天然皮革[3-4],成為合成革基布的一個(gè)重要分支[5-6]。海島型超細(xì)纖維材料成本較低且環(huán)保,其人工合成皮革的開(kāi)發(fā)和推廣也順應(yīng)了生態(tài)文明建設(shè),可促進(jìn)形成人與自然和諧發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)新格局。

海島超細(xì)纖維主要分為定島型與不定島型兩類(lèi)[7]。其中,不定島型超細(xì)纖維成本較低,其針刺革基布仿真皮性好、附加值高。由于不定島超細(xì)纖維在生產(chǎn)過(guò)程中纖維中的島在微觀上是不可控的,且在纖維長(zhǎng)度方向上是非連續(xù)密集分布,導(dǎo)致島數(shù)不定、纖度離散度大、細(xì)度更細(xì)[8],其難梳理性對(duì)革基布生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的工藝要求,導(dǎo)致能夠生產(chǎn)不定島超細(xì)纖維合成革的企業(yè)不多。

常熟振泰無(wú)紡機(jī)械有限公司聯(lián)合南通大學(xué)研究高速針刺超纖革基布生產(chǎn)聯(lián)合機(jī),為改善不定島超細(xì)纖維的梳理效果和成網(wǎng)均勻性,針對(duì)不定島超細(xì)纖維的高速梳理工藝技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化,制得了各向均勻性好的不定島超細(xì)纖維針刺革基布,具有較好的仿真皮效果。

1 不定島超細(xì)纖維革基布的高速梳理技術(shù)

1.1 針刺超纖革基布工藝路線

圖1 針刺超纖革基布工藝路線

圖1是高速針刺超纖革基布生產(chǎn)聯(lián)合機(jī)的生產(chǎn)工藝路線,從纖維原料的開(kāi)松到梳理成網(wǎng),再到鋪網(wǎng)、針刺、卷繞,每個(gè)環(huán)節(jié)都很重要。其中梳理部分關(guān)系到纖維的伸直程度、成網(wǎng)均勻性以及含雜率等,會(huì)嚴(yán)重影響后道工序的加工質(zhì)量,對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量影響甚重。為改善不定島超細(xì)纖維的梳理效果,研究出了一種新的梳理工藝,可改善不定島超細(xì)纖維的梳理效果及產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 不定島超細(xì)纖維高速梳理工藝技術(shù)

超細(xì)纖維在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是纖維纖度極小,大大降低了纖維剛度,從而極大提高了纖維柔順性;另一方面,其比表面積急劇增大,纖維表面吸附作用增強(qiáng)。由于不定島型超細(xì)纖維在生產(chǎn)過(guò)程中島的大小、數(shù)量、分布存在隨機(jī)性,導(dǎo)致不定島超細(xì)纖維中纖維長(zhǎng)度和纖度離散性較大。

由于以上特點(diǎn),不定島超細(xì)纖維黏度較大,用傳統(tǒng)形式的梳理機(jī)梳理難以達(dá)到理想的梳理效果,或者在保證梳理效果的條件下,其梳理速度難以進(jìn)一步提升,梳理效果和梳理速度有時(shí)難以兼顧。

為解決不定島超細(xì)纖維因難于梳理而導(dǎo)致成網(wǎng)質(zhì)量差的問(wèn)題,利用產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合優(yōu)勢(shì),研究出了新型高速梳理工藝技術(shù),從三個(gè)方面對(duì)梳理機(jī)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

（1）采用雙錫林雙道夫兩組凝棉輥的梳理形式,提高梳理成網(wǎng)速度和成網(wǎng)均勻性,使得出網(wǎng)速度最快可達(dá)90 m/min,如圖2所示。

圖2 梳理機(jī)雙錫林雙道夫系統(tǒng)

表1 部件直徑與針布型號(hào)

（2）選用較大直徑的錫林、工作輥、剝毛輥和下道夫,以提高表面線速度,增強(qiáng)對(duì)纖維的梳理作用,從而提升梳理效果和梳理速度。

（3）選配合適的針布類(lèi)型,在提高梳理機(jī)對(duì)纖維梳理效果的同時(shí),盡可能減少對(duì)纖維的損傷。

另外,還針對(duì)梳理機(jī)的羅拉給棉裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),改善了梳理機(jī)的除雜率,進(jìn)而提高梳理質(zhì)量與成網(wǎng)質(zhì)量,同時(shí)也增加了對(duì)梳理機(jī)的保護(hù)作用,減少工人工作強(qiáng)度。該梳理機(jī)所采用的是一種新型羅拉給棉裝置,具有兩個(gè)特點(diǎn):

（1）防堅(jiān)硬雜物功能。纖維原料中有時(shí)會(huì)有堅(jiān)硬異物混入,例如金屬絲或從設(shè)備上脫落下來(lái)的螺絲、螺母、墊片等。這些堅(jiān)硬異物容易對(duì)上、下給棉羅拉和錫林輥等的針布造成損傷,引起連鎖反應(yīng)。為防止堅(jiān)硬異物混入纖維對(duì)梳理機(jī)造成損傷,梳理機(jī)采用的新型羅拉給棉裝置具有防堅(jiān)硬雜物的功能,如圖3所示。圖3中A、B分別指上給棉羅拉和下給棉羅拉,下給棉羅拉端部有個(gè)離合機(jī)構(gòu),離合機(jī)構(gòu)內(nèi)通過(guò)一安全銷(xiāo)連接。當(dāng)有金屬或非金屬的堅(jiān)硬雜物混入纖維中,隨纖維進(jìn)入上、下給棉羅拉之間時(shí)會(huì)增大給棉羅拉的扭矩,下給棉羅拉端部的離合機(jī)構(gòu)會(huì)因扭矩過(guò)大導(dǎo)致安全銷(xiāo)斷裂而發(fā)生分離,讓機(jī)構(gòu)間失去聯(lián)動(dòng),從而使得喂棉羅拉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與上喂棉羅拉以及下喂棉羅拉之間的傳動(dòng)關(guān)系解除,避免堅(jiān)硬雜物損及針布,并及時(shí)去除雜物,從而提高成網(wǎng)質(zhì)量。

圖3 羅拉給棉裝置

（2）清潔功能。上、下給棉羅拉工作時(shí),容易纏繞纖維或異物,影響羅拉給棉裝置向刺輥喂送纖維,因此需盡可能保證上、下給棉羅拉處于清潔狀態(tài)。此新型羅拉給棉裝置中的下給棉羅拉B下方添有一個(gè)給棉羅拉清潔機(jī)構(gòu)C,如圖4所示。該喂棉羅拉清潔機(jī)構(gòu)C可自動(dòng)地伴隨下給棉羅拉B運(yùn)動(dòng),并及時(shí)將纏嵌滯留于給棉羅拉表面針布上的纖維有效剔除,從而使給棉羅拉順暢地向刺輥喂送纖維,這既可減少工人因定期清潔羅拉給棉裝置而產(chǎn)生的工作強(qiáng)度,又可保障梳理機(jī)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 給棉羅拉清潔機(jī)構(gòu)的位置

2 產(chǎn)品性能測(cè)試與分析

2.1 試樣說(shuō)明

通過(guò)工藝優(yōu)化后的設(shè)備生產(chǎn)了3種不同克重的超纖革基布,基本加工流程如圖5所示,具體規(guī)格及針刺頻率參數(shù)見(jiàn)表2。這3塊樣品具有不同克重,相同的針刺頻率,其他工藝一致。樣品S1、S2、S3的克重依次增加。

圖5 基本加工流程

2.2 性能測(cè)試與分析

圖6是3種樣品的表觀形態(tài)圖。樣品本身外觀結(jié)構(gòu)形態(tài)都比較均勻,且沒(méi)有明顯瑕疵。

表2 樣品規(guī)格及針刺頻率參數(shù)

圖6 試樣表觀形態(tài)

圖7顯示的是不同樣品的厚度情況?？梢钥闯?樣品厚度隨克重增加而增加,符合一般規(guī)律。樣品S1與樣品S2的厚度差異相對(duì)較小,是由于兩者間克重差異較小,但依舊是克重略大的S2具有略大的厚度。

圖7 樣品厚度

圖8顯示樣品的縱/橫向斷裂強(qiáng)度。3種樣品的斷裂強(qiáng)度隨克重增加而增加?？酥卦酱?纖維含量越高,意味著樣品承載能力就越強(qiáng)。圖中同一樣品的黑色與灰色的柱高有一定差異,說(shuō)明樣品的縱向斷裂強(qiáng)度和橫向斷裂強(qiáng)度存在有一定差異,但此差異在可接受范圍內(nèi),樣品各向斷裂強(qiáng)度性能均勻性能夠起到較好的仿真皮效果。另外,圖中黑色與灰色柱高差異隨克重增加而減小,意味著在斷裂強(qiáng)度方面厚克重的樣品相對(duì)更均勻。

圖8 樣品縱/橫向斷裂強(qiáng)度

圖9 樣品縱/橫向撕裂強(qiáng)度

圖9顯示樣品的縱/橫向撕裂強(qiáng)度。3種樣品的撕裂強(qiáng)度隨克重增加而增加。同樣的,圖中同一樣品黑色與灰色的柱高也存在差異。但相對(duì)于斷裂強(qiáng)度,撕裂強(qiáng)度的縱/橫向差異相對(duì)不明顯,說(shuō)明樣品各向撕裂強(qiáng)度性能更加均勻,更能滿足較好的仿真皮效果。樣品在撕裂過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)撕裂三角區(qū),撕裂三角區(qū)含有縱/橫向纖維,導(dǎo)致樣品受縱/橫向纖維影響比較大。也即是,樣品的撕裂強(qiáng)度同時(shí)與樣品縱/橫向性能有較大關(guān)系,也因而減弱了樣品縱/橫向撕裂強(qiáng)度差異。

圖10 樣品縱/橫向剝離強(qiáng)度

圖10顯示樣品的縱/橫向剝離強(qiáng)度。類(lèi)似的規(guī)律,3種樣品的剝離強(qiáng)度隨克重增加而增加。這主要與樣品中纖維的穿插有關(guān),厚克重樣品中纖維穿插數(shù)量較多,從而使得剝離強(qiáng)度略高。與斷裂強(qiáng)度比較,圖中同一樣品黑色與灰色的柱高差異相對(duì)不明顯,樣品各向剝離強(qiáng)度性能也更加均勻。

總體而言,樣品縱/橫向性能比較均勻,能夠達(dá)到比較好的仿真皮效果,適宜于作皮革基布。這與前道梳理機(jī)梳理效果有關(guān),梳理機(jī)梳理效果越好,纖維伸直度比較高,成網(wǎng)質(zhì)量較高,后期鋪網(wǎng)也更易控制纖維層中纖維取向的分散均勻性,從而提高各向性能均勻性。

3 結(jié)語(yǔ)

將優(yōu)化改進(jìn)后的梳理機(jī)用于不定島超細(xì)纖維革基布的生產(chǎn)中,通過(guò)提高纖維梳理效果和除雜效果,改善纖維的成網(wǎng)均勻性,使得最終產(chǎn)品性能具有較好的縱/橫向均勻性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和仿真皮效果。本項(xiàng)目中的工藝優(yōu)化有利于不定島超纖針刺革基布的高速高質(zhì)生產(chǎn),促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備升級(jí),形成良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。