非织造布加工工艺.doc

无纺布加工工艺

无纺布加工工艺的方法有机械加工、热粘合、化学粘合、射流喷网、纺丝成网、熔喷法、湿法和其他方法。
第一节 机械加工
机械加固非织造布中大部分是针刺法机械加固而成的，这里主要介绍针刺法非织造工艺。
目前世界上的干法非织造布中，针刺法非织造布占40％以上，是非织造布的重要加工方法。由于针刺技术的不断发展，针刺产品的用途越来越广，不仅在民用方面、工业方面，而且在国防工业方面都得到了广泛应用，例如：土工合成材料、地毯、汽车内饰材料、造纸毛毯、过滤材料、合成革基布及耐高温复合材料等。
基本原理是纤维经开松、梳理成网 后，喂入针刺机，针刺机中截面为三角形（或其它形状〕且棱边带有钩刺的针，对蓬松的纤维网进行反复针刺，当成千上万的刺针进入纤网时，刺针上的钩刺就带住纤网表面的一些纤维随刺针穿过纤网，同时，由于摩擦力的作用，使纤网收到压缩。刺针刺入一定深度后回升， 因钩刺顺向而使纤维以垂直状态留在纤网内，起加固作用，这就制成了具有一定厚度和强力的针刺法非织造布。             

图1 高频针刺机
刺针是针刺机的关键器件，一般有带有弯头的针柄、针腰（有时和针柄合在一起〕、针叶和针尖等四部分组成。针刺工艺对刺针的基本要求主要有以下两点：（1〕刺针的平直度好，几何尺寸精确，表面光滑，钩刺无毛刺，针尖形状一致。（2〕刺针的弹性好，耐磨损。这样刺针在穿刺过程中，才能承受巨大的负荷，不易折断，并有较长的使用寿命。
目前世界上比较著名的刺针制造公司是美国的福斯脱（Foster〕；德国的胜家（Singer〕、格罗兹－贝克尔特（Groz-Beckert〕、杰克（Jecker)；日本的风琴和英国的针叶公司（Needle Industris〕等。
针刺法非织造布的应用非常广泛。可用于家用装饰、地毯、毛毯、汽车内饰、过滤材料、土工合成材料、建筑、农用丰收布等。  

第二节 化学粘合

化学方法加固是非织造布干法生产中应用历史最长、使用范围最广的一种纤网加固方法。近几年由于聚合物挤出直接成布方法的迅速发展及机械加固方法、热粘合法推广应用继续增加，由于某些化学粘和剂存不种于环境深护及人体健康的副作用，从而使得化学方法在干法非织造布中采用的比重有所降低，并且此趋势将继续下去。然而尽管如此，对不少产品来说化学粘合方法仍是一种十分重要的干法非织造布加固方法，并且化学粘合剂的制造技术已有很大改进，出现了许多无毒性、无副作用或者说“绿色”化学粘合剂，这也是今后化学粘合方法发展的重要基础。
基本原理是两个同类或不同类的固体，由于介于两者表面的另一种物质的作用而牢固地结合起来，这现象称为粘合（或称粘接），而介于两固体间表面的物质称为粘合剂。非织造布的粘合剂粘合法中被粘合的固体主要是纤维，它们被粘合得牢不牢，这是由粘合剂和被粘合的纤维分子之间及粘合剂自身分子之间的结合强度所决定的。在粘合剂和纤维相互接触的界面上，一般认为，有两种粘合作用，即机械粘合及由物理与化学作用产生的特殊粘合。所谓机械粘合，是由粘合剂渗入到被粘合物体的孔隙中而形成机械作用力，但这种作用力在粘合过程中只占次要地位。在粘合过程中起主要作用的是特殊粘合，它是由于形成化学健，也就是使粘合剂与被粘合物体之间通过化学反应在两相间形成化学键；或是通过粘合剂中极性基团的引入以及大分子键与链段的运动逐渐迁移至被粘合物体表面，双方极性基团相互吸引而产生分子间的作
用。而粘合剂粘合法中的纤维粘合，是以依靠粘合剂大量渗透到纤维网中纤维之间的缝隙中去，经固化后，介于孔隙之间的粘合剂与纤维“铆接”成一体，形成一种机械结合。当然亦可在粘合剂中引入各种能和纤维进行交联的宫能团，使粘合剂和纤维之间发生化学反应，以得到更好的粘合。
粘合剂是化学方法加固的重要材料，其性能对粘合法非织造布的质量与外观起着重要作用。粘合法非织造布所用的粘合剂，实际附着量为5％~300％。因此非织造布工业用粘合剂的研究与生产，已受到有关化工部门的重视。
目前，在非织造布生产中数量用得最多的粘合剂是水基粘合剂，它包括水溶性和水分散性两大类。水溶性粘合剂必须使用水溶性聚合物，例如聚乙烯醇等，非水溶性树脂可通国过乳化作用而成为水分散型乳液，因而就有可能将现在的具有良好性能的非水溶性粘合剂改变成为水基粘合剂。该类粘合剂因为它是以水为介质，较之溶剂型粘合剂有很多优点，例如具有不燃性、无毒性、成本低、制造设备简单、清除容易、贮存时无火灾危险、调节流动性方便等。困此，国内外正在大力开发和研究这一类粘合剂。
化学粘合法产品主要应用于粘合衬、保暖絮片、地毯、揩布等。

图2 双网式浸渍机
1—纤网 2—上帘网 3—下帘网 4—浸渍槽 5—轧辊 6—浸渍后的纤网

第三节 热粘合
热粘合法非织造布至今发展迅猛，其主要缘由是人们生活水平提高，化纤原料的新技术、新材料的开发应用，产品成本下降，以聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯纤维为代表，替代了原先的棉及粘胶等纤维。同时上述聚丙烯纤维具有低熔点的特性，非常适合热轧非织造工艺，无化学粘合剂，产品柔软，干燥感好，在国内外被迅速用于“用即弃”卫生材料、尿布面料和卫生巾面料等。
基本原理是热塑性合成纤维一般均具有无定形－结晶态结构，结晶区的存在使纤维具有一定强力，而无定形区的存在使纤维的大分子链可自由移动，从而使纤维的性质接近于非晶态的高聚物，具有非晶态高聚物所特有的一些物理状态待征，即加热时有玻璃态、高弹态、粘流态，热粘合加固正是利用这一原理。当热熔纤维加热至一定温度时，非晶区的纤维大分子链构象发生变化，通过链段的相跃迁，使整个大分子链相互滑移即热熔纤维软化、熔融，发生粘性流动。如果在主体纤维中混人部分热熔纤维，通过纤网毛细管作用及表面张力作用，熔体流散或者热熔纤维与主体纤维直接接触，则在纤维交叉点处，由热熔纤维的熔体形成粘合点。如果采用双组分纤维（其外壳为低熔点高聚物），则在纤维交叉点处熔体更易形成粘合点。

图3 热风喷射式原理图

图4 热风穿透式原理图

图5 热风喷射式热粘合生产线（单联网〕
1－喂料斗    2－梳理机     3－撒粉装置    4－交叉折叠机构    5－烘房      6－加压辊

热轧法非织造布近几年在国际市场上崛起，迅速成为增长速度最快的工艺方法之一，目前世界上总产量已超过25万吨，占非织造布总产量的10~12％。其产品性能优越，应用范围广泛，以其手感柔软，透气性好，强力较好，并具有不含任何化学粘合剂的突出优点，很快占领了医料卫生用品、服装衬布、家庭用品(装饰布、揩布)及其它工业市场，成为国际市场上的抢手货，其产品规格从14g/m2至80g/m2。既可以做衣衬、医疗用品，也可做装饰及包覆布等中厚型产品，用途广泛。据预测：至2000年，世界非织造布产量将超过280万吨，热轧法产品将占15%以上。 
热熔粘合产品具有蓬松度高、弹性好、手感柔软、保暖性强等特点。采用成网－>热熔粘合工艺可制做用于防寒服、被褥、婴儿睡袋、床垫、沙发垫等蓬松的热熔非织造布，采用成网－>针刺－>热熔粘合可生产高密度的非织造布，用于制做过滤材料、隔音材料、减震材料、汽车成形地毯、壁毡、服装衬里等。
热轧非织造布由于具有产量高、成本低、无任何化学试剂的特点。被广泛应用于用即弃产品的制造，如手术衣帽、口罩、妇女卫生巾、婴儿尿裤、成人失襟垫等卫生用品以及各种防护服和工作服等等。此外，还应用于农业丰收布、土工布、电缆电机绝缘材料、电池隔膜、包装材料、服装衬里、人造革基布、防水材料等等。热轧粘合技术是近年来发展较快的一种加工方法，随着非织造布后加工技术的发展和新产品的不断开发，热粘合非织造布应用领域将会更加广阔。
第四节 射流喷网
射流喷网法（也称水刺法〕非织造布生产工艺是一种新型非织造布加工技术，70年代中期由美国Dupont和Chicopee公司开发成功。十几年来水刺工艺开发的相当活跃，纤网性能不断提高，水刺加工技术有了突破性发展。水刺法工艺也称射流喷网工艺，是通过高压水柱高速水流对纤网进行喷射，在水力作用下使纤网中纤维运动而重新排列和相互缠结，从而纤网得以加固而具备一定的强力。水刺法非织造布具有强度高、高吸湿性和透气性、不起毛、手感柔软、悬垂性好及无化学粘合剂等优点，主要采用原料为涤纶、锦纶、丙纶、粘胶、脱脂棉纤维、超细纤维或桨粕以及其它功能性纤维等。另外，一些难以加工的纤维可应用于水刺工艺，如芳纶纤维可以加工成防火非织造布，抗菌纤维可做成抗菌非织造布，沥青基碳纤维可制成耐高温、耐腐蚀、导电性非织造布等。水刺法非织造布与其它非织造布相比有其自身特点和发展潜力，越来越受到人们的重视。水刺法工艺技术发展迅速，已成为继干法和纺粘法、熔喷法之后新的生产工艺及制造方法。
基本原理是下图是水刺非织造布工艺原理图。由成网机构输出的纤网经预加湿或预水刺后输人水刺区。多股、高压集束的极细水流2由水流喷射腔1垂直射向纤网3，而纤网是由托持帘网导带4托持运动的，在托持帘网导带的下方是表面具有很大开孔率的托持滚筒5，它可以是由开孔的不锈钢薄板制成或由蜂巢状的特制薄壳结构钢片制成。滚筒内腔有真空箱6，7为真空密封装置。当水流穿刺过纤网后一部分水8在真空箱的负压作用下直接吸入滚筒内腔，另一部分水则在穿过纤网后冲击到托持帘网上，由于帘网具有三维结构，水流在冲向托持帘网后向不同方向反弹回来，产生复杂的多向反射水流，它们又再次射向纤网，因此纤网中的纤维便同时受到垂直于纤网方向及不同方向的水流冲击，纤维之间便产生了缠结作用。反射水流经一次或多次反射后，能量减少，也在滚筒内真空抽吸装置的负压作用下吸入滚筒内腔，然后被抽出滚筒至水过滤、循环装置。经过头道水流冲刺缠结加固后的纤网也可再送至第二水刺装置，从纤网另一面进行水刺，然后湿纤网经初步真空脱水后输入烘燥装置，蒸发大部分水分后则制成水刺非织造布。    

图6 水刺非织造布工艺原理图

图7 jet2000水刺线

图8 jet2000水刺头

产品用于(一)皮革行业中PU、PVC涂层皮革基布，即各种鞋用革、相包布、服装革、沙发革、装饰材料等。 (二)医用卫生材料：手术衣、手术帽、口罩、鞋套、手术包覆布、医用纱布、绷带、药膏布、卫生巾及一次性床单等。(三)民用日用品及其它即弃材料：有湿面巾、旅游用品的魔术毛巾、一次性内衣裤、镜头、镜片擦试布、服装衬基布、鞋帽衬、除污布、揩布等。

第五节 纺丝成网
在非织造布各类工艺技术中，纺粘是一种新颖而有发展前途的新技术，它是在60年代末美国Dupont公司，德国Freudenberg 公司进行工业化生产的，70年代末，不同的纺粘生产工艺分别由美国、德国、英国、法国、意大利和日本研究发展并产业化，它与干法工艺相比，具有产量高，工序流程短，产品性能优异，用途广泛等优点。纺粘法省去了纤维切断，打包，开包，混合，梳理等多道工序，而是以合成聚合物为原料，经纺丝后直接成网，并可采用多种手段对纤网进行加固，使得纺粘非织造布跨入传统纺织品的应用领域，其应用界限已被突破。从技术角度观测，纺粘法设备的生产效率和生产能力，主要取决于牵伸效率，纺丝速度，纺丝箱体配置数量，模板宽度（数量配置）成网幅宽和成网均匀度与速度，纤网和加固技术等，在这些关键技术问题上，近几年来都取得了不同程度的改进和突破。为纺粘法生产设备和产品的高效率，降低能耗，降低成本创造了条件，使纺粘非织造布的具有了更强的竞争优势。从纺粘法非织造布的产量上来看，全球在80年代初的纺粘非织造布产量仅为15万吨/年，至90年代初其产量近60万吨/年。到目前，廿世纪末全球纺粘法非织造布产量已达100万吨/年左右，约占非织造布总产量的35％以上，且仍以8％的速度增长。如美国和西欧等国家和地区纺粘非织造布产量所占整个非织造布比重已超过总产量的50%以上。
基本原理是从根本上说，纺丝成网法是化学纤维纺丝技术的外延。它是在聚合物己被挤出、拉伸而形成连续长丝后，再设法使这些连续长丝铺置成网，然后经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法，使纤网变成非织造布。
纺丝成网法非织造布基本上可采用化学纤维纺丝的所有聚合物为原料，但是考虑到纺丝工艺性能、生产成本及产品用途等，实际上采用的聚合物以热塑性的占绝大多数，例如聚丙烯、聚醋、聚乙烯、聚酰胺等，极个别的采用了粘胶。根据聚合物的不同，纺丝成网法非织造布基本上都采用熔融纺丝枝术，个别采用湿法纺丝或溶剂纺丝工艺及其他特殊工艺。
下图为纺丝成网非织造布的原理示意图。聚合物切片加入料斗1后，喂入加热的挤出机2，聚合物切片成为熔体被挤出机的螺杆挤出，经过滤后的熔体由计量泵3从纺丝装置4喷丝板的许多小孔挤出，形成许多细丝流6，进入骤冷室5，冷空气从两边进入骤冷室，使热状态的熔体细丝流冷却成丝，再进入空气枪或气槽7，经高速空气流的拉伸，铺放到下面有吸风的成网帘带8上，然后输送至加固装置，经热轧、化学粘合、针刺、水刺等方法中任何一种或两种方法加固，即成为纺丝成网非织造布10。

图9 纺丝成网的示意图

图10 双模头纺粘生产线

神户制钢为实现在同一生产线上生产聚丙烯和聚酯纺粘法产品及生产聚丙烯超细纤维（0.7旦）的纺粘法产品，它改善了纺粘法技术，尤其是在生产率方面。据了解中国海南欣龙无纺布有限公司拟订购该公司聚酯纺粘设备。神户制钢公司在纺粘法工艺中安装了几套独特的设备。
a．双螺杆挤压机设备
使用该设备我们可以直接将湿的非结晶状的聚合物切片送入挤压机。不再需要聚酯切片的结晶设备或干燥设备。该挤压机也具有良好的聚合物混合性能。对聚丙烯纺丝，挤压机可使用各种染色切片喷射或混合，该双螺杆挤压机的工作也是很有效率的。
b．对挤压机、聚合物生产线和纺丝横杆全部采用电加热，它能提供清洁、高精度以及大范围的温度控制。
c．足够宽度的纺丝横杆和具有8个内装式喷丝泵的喷丝扳。
d．两个面处于大气压下的喷丝骤冷能够自由地改变操作状态。
e．足够宽度的拉伸喷头。它可以任意改变长丝方向和喷丝速度。
f．至于粘合可按客户要求选择电加热热粘合或者是油加热热粘合。由于这些改进，目前其设备具有：(1)加工多种聚合物的能力：聚丙烯、聚酯、聚酰胺等等；(2)细旦尼尔和超细纤维的纺丝能力，粗旦尼尔的范围为0.7~10旦尼尔；(3)高速纺丝范围，聚酯为5000米/分，聚丙烯为3500米/分；(4)高速纤维网生产速度最高为500米/分；(5)产品有优良的均匀性。
纺粘产品广泛应用于医疗卫生品、一次性防污服、农用丰收布、水稻育秧软盘、农用人参专用棚布、畜牧暖棚、家具用布、鞋衬、汽车内饰材料、土工用布、新型防水卷材、旅游及日常民用产品、涂层织物底布等。

第六节 熔喷法
熔喷法非织造布是将挤压机挤出的高聚物熔体经过高速的热空气（310~374oC）或其它手段（例如离心力、静电力等〕使高聚物受到极度拉伸，而形成极细的短纤维，井凝集到多孔滚筒或帘网上形成纤网，最后经自身粘合或热粘合加固而制成。

基本原理是熔体由挤出机1经齿轮泵2挤出进入特殊的喷丝板4中的喷丝孔，上下两股热空气流3经过喷丝孔上下方的喷气槽高速喷出，因此由喷丝孔挤出的熔体细丝受到这股高速热气流的喷射、拉伸作用，同时，室温冷却气流人喷丝头两侧带入该热气流，对纤维冷却，在凝网装置5上形成超细纤维网，纤网可经热轧或直接导向卷绕装置6，制成熔喷非织造布。

图11 典型的熔喷非织造布工艺示意图

图12 熔喷设备

熔喷对原料的要求是原料的熔体流动率（MFR〕必须较高。聚丙稀是应用最多的一种原料，而聚丙稀的MFR较低，所以必须升高挤出机的温度，同时，具有较高MFR的聚丙稀也被研究出来。目前，除了广泛使用的聚丙稀之外，聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚氨基甲酸酯、乙烯共聚物及一些热塑性的弹性体原料也已在熔喷非织造布生产中应用，以开发、制造满足不同性能需要的产品。 
目前，熔喷法非织造布主要用途有：过滤材料、医用材料、卫生用品、吸油材料、服装材料、擦布、热熔粘合材料、电子专用材料（蓄电池、电池隔层等）、特殊纤维等。从这些用途的市场规模来看：过滤材料应用最广，其次是医用与卫生材料，吸油材料、服装材料、擦布等位于第三，而热熔粘合材料、电子专用材料及特种纤维方面则用量较少。

第七节 湿法
目前，熔喷法非织造布主要用途有：过滤材料、医用材料、卫生用品、吸油材料、服装材料、擦布、热熔粘合材料、电子专用材料（蓄电池、电池隔层等）、特殊纤维等。从这些用途的市场规模来看：过滤材料应用最广，其次是医用与卫生材料，吸油材料、服装材料、擦布等位于第三，而热熔粘合材料、电子专用材料及特种纤维方面则用量较少。

湿法成网非织造布与传统造纸方法相比，无论从原料、加工技术及产品特性来说，都有显的区别。1.造纸法采用纤维极短的浆粕为原料，纤维长度一般为l mm－4mm；湿法成网非织造使用的原料以纺织纤维为主，一般长度为8mm－10mm，最高可达30mm。2.纸张虽然也是纤维制品，但纤维与纤维之间的粘合是靠纤维本身具有的氢键作用而产生的；而湿法成网非织造布中纤网的加固，主要靠外加的粘合剂产生的粘合作用。3.一般说，湿法成网非织造布的柔软性、悬垂性比纸张要好特别是纸张浸泡于水中会即失去强力而成为一团浆料，湿法成网非织造布却有一定的湿强力。

图13 典型的圆网式湿法成网机
1－管道    2－分散辊  3－输入成网机  4－挡板  5－成网帘 6－抽吸箱
7－滤水盘  8－回转滚筒    9－湿网导带  10－调节螺栓

湿法工艺：湿法成网非织造布的工艺基本上与干法一样，即：纤网准备 －> 湿法成网－> 粘合加固（化学或热〕 －> 后处理。

第八节 其他方法
缝编，顾名思义，含有两个意思：一个是对某些加工材料（纤网或纱线层等）进行穿刺，类似缝纫加工；另一个是进行编织，形成线圈结构，类似针织生产。
缝编法是利用经编线圈结构对纤网、纱线层、非纺织材料（例如泡沫塑料薄片、塑料薄膜、金属箔等）或它们的组合体进行加固，以制成非织造布。随着缝编技术的发展，现在还出现了复制缝编或修饰性缝编，它不以加固成布为目的，而是为了在底基材上（例如机织布、针织 物、缝编非织造布及其他平状材料等）取得某种效应，例如毛圈、绒头棱条等，甚至用缝编方法来制得花龟效应纱，这就扩大了缝编产品的品种和应用范围。