任务一 机械成网的机构特点和成网质量
知识准备
在梳理成网过程中，除极少数产品将梳理机输出的薄网直接进行加固外，更多的是把梳理机输出的薄网通过一定方法铺叠成一定厚度的纤网，再进行加固。铺网的作用：增加纤网厚度，即增加单位面积质量；增加纤网宽度；调节纤网纵横向强力比；通过纤维层之间的混和，改善纤网均匀度；获得不同规格、不同色彩的纤维分层排列的纤网结构。
铺网方式有平行式铺叠、交叉式铺叠、组合式铺叠以及垂直式铺叠。还有一种是机械杂乱式成网，它是在梳理机基础上加装特殊机构或将纤网进行牵伸，使纤网中的纤维达到一定程度的杂乱排列。
一、纤网的类型及特性
（一）纤网类型
纤网中纤维的排列方向，一般以纤维定向性（度）来表示。纤维多数按机器输出方向排列的称为纵向排列，与机器输出方向垂直排列的称之为横向排列，纤维排列各个方向均有则称为杂乱排列。纤网中呈纵向或横向排列的纤维量所占比例称为定向度。如纵向定向度好的纤网，其纵向强力远大于横向强力。定向度太高的纤网最后会造成非织造布纵横强力差异大，严重影响其产品的应用范围。直接从梳理机道夫剥下来的纤维网，纤维呈纵向平行排列的程度高，称为平行网，纵横向强力差异大。在道夫后面加装凝聚辊，使某些纤维改变了平行向前的方向而往横向有一些移动，这种纤网称为凝聚网。在梳理机的锡林和道夫之间插入高速旋转的杂乱辊，能显著改善纤网的纵横向强力差异大的缺点，这种纤网称为杂乱网。采用空气流输送纤维，可以形成纤维杂乱排列的均匀纤网，这种生产方式可用于加工重量较大、厚度较厚的产品，而生产薄型纤网的均匀度不好。不同的纤网类型与非织造布的纵横向强力比值见表4-1。
表4-1 不同的纤网类型与非织造布的纵横向强力比值
纤网的质量与纤网中纤维排列的方向性有很大的关系。例如平行网，因为光线的折射或散射的影响，显示出均匀的外观，即使纤网存在一定的不匀率，肉眼也不太可能看得出来。但是对杂乱网，当面密度为15～40g/m2、不匀率>5%～6%和面密度为60～120g/m2、不匀率>10%时，则凭肉眼就能分辨其均匀度优劣。
（二）纤网定向性的改变
由纤维运动时的加速或减速可改变纤网的类型。当纤网中的纤维处于加速运动时，即头快尾慢，快速的头部要将尾部从纤网中拉伸出来，即发生牵伸运动，这有利于纤维的伸直，纤网的定向度提高。反之，当纤网中的纤维处于减速运动时，即头慢尾快，这是牵伸运动的反义，快速的尾部要推动头部发生偏移运动，使纤网的定向度降低，却使非织造布的纵横向强力比值减小。在锡林和道夫之间插入杂乱辊，先将纤维进行升速，再经道夫降速，纤维往横向偏移，杂乱的效果更好。
1.由平行网→凝聚网 由道夫出来的纤维→经过比道夫速度慢2～3倍的凝聚辊→纤维头慢尾快，迫使纤维向横向偏移→凝聚网。
2.由平行网→杂乱网 锡林→高速旋转的杂乱辊（升速）→道夫（降速）→杂乱网。在锡林和道夫之间插入杂乱辊这种方法，在进口设备上称为带高速的杂乱装置。杂乱辊高转速产生的离心力，使杂乱罗拉表面的纤维从张紧拉直状态变为悬浮在齿尖上的松弛状态。此外，高转速产生的空气涡流，促使纤维随机分布。
3.由平行网→气流杂乱网 道夫→气流输送管道→文丘利管（先加速后减速）→尘笼凝聚成网。
二、平行式铺叠成网
（一）串联式铺叠成网
从梳理机输出的薄网很轻，根据所需纤网的厚度，将梳理机前后串联排列，使输出的薄网铺叠成一定厚度的纤网，如图4-1所示。
（二）并列式铺叠成网
并列式铺叠成网就是将若干台梳理机并列排列，各台梳理机输出的纤网通过光滑的金属表面转过90°，铺叠在成网帘上，如图4-2所示。
图4-1 串联式铺叠成网
1—梳理机 2—铺网帘 3—薄网
图4-2 并列式铺叠成网
1—梳理机 2—薄网 3—成网帘 4—铺叠后的纤网
用这两种方法制得的纤网，称为平行纤网，其外观均匀度高，并可获得不同规格、不同色彩的纤维分层排列的纤网结构。但缺点是产品的幅宽受梳理机宽度的限制。其中一台梳理机出故障，就要停工，生产效率低。另外，要求纤网很厚时，梳理机台数也要相应增多，不经济。如果没有选用带杂乱罗拉或凝聚罗拉的梳理机，纤维呈单向（即纵向）排列，纤网的纵横向强力差异大，为（10～15）∶1，因此在生产中平行铺叠较少采用。
三、交叉式铺叠成网
采用交叉式铺叠成网可以克服平行铺叠成网存在的一些不足，它将梳理机输出的纤维由纵向排列变为横向交叉。纤维在纤网中的排列方向如图4-3所示。
图4-3 纤维在纤网中的排列状态
交叉式铺叠成网的方式有立式、四帘式、双帘夹持式等几种。交叉式铺叠成网在生产中应用较多，这种成网方法是使梳理机输出的纤维网方向与成网帘上纤网的输出方向呈直角配置。交叉式铺叠所制得的纤网，其均匀度比平行铺叠差。
（一）立式铺叠成网
将梳理机输出的纤网，用斜帘带到顶端的横帘上，然后进入一对来回摆动的立式夹持帘之间，使薄网在成网帘上进行横向往复运动，铺叠成一定厚度的纤网，如图4-4所示。成网机的纤网宽度，由来回摆动的夹持帘动程决定，而这种运动方式不仅限制了成品宽度提高，也限制了铺叠速度的提高，因此立式铺叠成网在实际生产中使用较少。
（二）四帘式铺叠成网
四帘式铺叠成网是工厂使用最多的一种铺网方法，它由四只帘子组成，如图4-5所示。梳理机输出的薄网由输网帘送到储量调节帘和铺网帘之间，储量调节帘和铺网帘不但回转，而且来回运动，于是薄网就被铺到成网帘上，成网帘的输出方向与铺网帘垂直。这种成网方法所制得的纤网，其定量大小可由成网帘的输出速度和梳理机输出薄网的定量来调节。
图4-4 立式铺叠成网
1—梳理机道夫 2—斜帘 3、6—成网帘 4、5—立式夹持帘
图4-5 四帘式铺叠成网立体图
1—梳理机道夫输出的薄网 2—输网帘 3—储量调节帘 4—铺网帘 5—成网帘 6—铺叠后的纤网
成网帘上铺叠的纤维网层数M可近似由下面公式计算：
式中：W——道夫输出的薄网宽度，m；
v2——铺网帘往复运动速度，m/min；
v3——成网帘的输出速度，m/min；
L——铺叠后的纤网宽度，m。
交叉铺叠成网的铺叠层数应不少于6～8层，层数越多，纤网的均匀度越好。四帘式铺叠比立式铺叠优越，但是随着成网帘输出速度的提高，铺网帘往复运动应加快，必须设法减轻铺网帘的重量。如将铺网帘上木质实心棒改为塑料空心棒，或把竹片组成的铺网帘改用合成胶带或锦纶交织网带替代，这样铺网帘的速度可提高20%～40%。但是随着铺网帘速度的再提高，薄网在往复铺网运动时要受到高速产生的气流影响，易发生飘网现象而导致纤网紊乱，从而影响纤网的质量。上述原因造成四帘式铺叠成网的生产速度不能大幅度提高。另外，在将薄网从一帘输送到另一帘时，会出现一边滞留、另一边进入铺网帘内部的现象，从而产生黏附不分离后果。
（三）双帘夹持式交叉铺叠成网
为了防止高速铺网时薄网的漂移，法国阿萨林（Asselin）公司制造了双层平面塑料网帘夹持薄网的350型铺叠成网机，如图4-6所示。薄网从梳理机道夫输出后，经斜帘被送到前帘1的上部，进入前帘1和后帘2的夹口中，因两帘呈倾斜状态，逐渐将薄网夹紧。在逐渐夹紧的过程中，夹持在薄网里面的纤维之间的空气被排出来，空气由后帘的孔隙被排出机外。通过两帘夹持的纤网经传动罗拉9后又改变方向，在下导网装置4处被一对罗拉夹持，随下导网装置的往复运动被铺叠在成网帘上。空气的存在会妨碍夹持帘对纤网的夹持和铺网，所以在上、下导网装置处均设有排除空气的空隙。而且下导网装置的下端与成网帘的间距很小，以防止空气阻力对薄网的影响而使薄网发生漂移。这种铺网方法，由于薄网始终在双帘夹持下运动，不致受到意外张力和气流的干扰，因此既可达到高速成网要求，又可改善纤网的均匀度。在这组铺叠成网机中，只有上、下两组导网装置不但回转，而且往复移动，其余罗拉都只做回转运动。导网装置还设有一套反转装置帮助迅速换向。
图4-6 阿萨林公司的350型铺叠成网机
1—前帘 2—后帘 3—上导网装置 4—下导网装置 5、6、7—张力调节系统 8—成网帘 9—传动罗拉
图4-7 改进后的夹持式铺叠成网机
1—被铺叠的薄网 2—前帘 3—上导网装置 4—后帘 5—下导网装置
双帘夹持式铺叠成网机在薄网经过传动罗拉9后又发生反转，这也是影响薄网均匀度的一个因素。现在阿萨林公司对这种铺网机又作了改进，取消了纤网翻转这一点，把传动罗拉处直接变为铺网点，如图4-7所示。这样改进后，更适应细特合成纤维的薄网铺叠，而且整个过程由电子计算机控制。
阿萨林公司铺网装置的夹持帘带由涤纶长丝交织而成（经丝细，纬丝粗），厚度为0.7～1mm。帘带表面用合成橡胶涂层，涂层料中混有少量碳粉，以防止帘带上静电积聚。帘带采用斜面搭接（搭头长度100～200mm），用黏合剂固着，以保证帘带回转平衡。机上还装有帘带整位装置，防止帘带歪斜跑偏。
（四）交叉铺网新技术
1.德国奥特法公司的铺网机 传统铺网机生产出来的是一种两端较厚、中间较薄的产品，而且生产的非织造布重量越厚，边部和中间的厚度差异越大。为使最终产品的重量分布均匀，必须将两边切去，因而浪费很多纤维原料。造成这种问题的主要原因有两点：一是铺网小车在铺网到边部时，速度应逐渐降为零，然后反向再加速，但梳理机单位时间内恒速地输出薄网，因而造成铺叠后的纤网两边变重。其二是，即使铺叠后的纤网重量分布是均匀的，但在后面的加工中，由于张力因素而使纤网产生横向收缩以及针刺机对纤网中部针刺作用强的缘故，也造成最终产品边部重量较重。这说明在铺网时，若将边部铺较薄、中间铺较厚，经过纤网的横向收缩以及后面的针刺加工，就能得到横向均匀的非织造布。
针对这一问题，德国奥特法（Autefa）公司开发了储网装置和纤网轮廓整形系统。
奥特法公司研制了具有储网功能装置的交叉铺网机，如图4-8所示。铺网小车在两端减速停顿时，储网装置中垂直帘子向下运动，将梳理机输入的薄纤网储存起来。当铺网小车完成换向加速时，垂直帘子向上运动，恢复薄纤网的供给，以保证整个铺叠纤网在宽度方向上重量一致，这样就解决了上面提到的第一个问题。
图4-8 奥特法储网装置示意图
1—储网装置 2—上部铺网小车 3—下部铺网小车
奥特法公司还开发了计算机控制的纤网横截面轮廓整形系统，采用小车铺网到边部时速度加快15%，在中间速度减慢15%的方法，相当于在两端铺网时进行了网的牵伸，中间进行了网的凝聚，因此铺叠后的纤网呈两边轻中间重。在后续加工中，纤网产生横向收缩以及针刺机对纤网中部针刺作用强的缘故，可使最终产品在厚度分布上更均匀。
奥特法公司铺网机与传统铺网机产品比较见表4-2。
2.法国阿萨林（Asselin）公司的交叉铺网机 见前面双帘夹持式交叉铺网机。
图4-9为传统铺网机不带截面轮廓整形功能的铺网效果，图4-10为带截面轮廓整形功能的铺网效果。
表4-2 奥特法公司铺网机与传统铺网机产品比较
图4-9 传统铺网机不带轮廓整形功能的铺网效果
图4-10 传统铺网机和带轮廓整形功能的铺网效果
交叉铺叠成网的特点如下。
（1）纤网的宽度由铺网帘的往复动程决定，不再受梳理机幅宽的限制。
（2）如果在梳理机后面不加装凝聚罗拉和杂乱罗拉，产品的纵横向强力仍然差异很大。纤网中纤维由梳理机输出时的沿纵向排列变为横向交叉，产品的横向强力会大于纵向。
（3）交叉铺叠形成的纤网称为交叉纤网，比平行纤网的均匀度差，纤维表面有斜向折痕，交叉纤网表面折痕的斜度及纤网的铺层数取决于铺网帘往复运动速度和输出帘输出速度之比。
（4）可获得很大单位面积质量的纤网。
随着铺网速度和纤网轻定量要求的不断提高，对铺网机的要求也越来越高。现在的水平铺网机都带有边网调节装置，以补偿在高速下所引起的纤网扭曲变形，使纤网的横向收缩降到最低，同时控制边网定量。现在铺网机的铺网速度和幅度都大幅度提高，如阿萨林公司生产的铺网机，最大铺网速度可达150m/min，最大铺网宽度可达15.7m。
四、组合式铺叠成网
交叉铺叠形成的纤网上往往留有各层折叠痕迹，影响纤网的均匀度和外观。组合铺叠就是将平行铺叠、交叉铺叠组合应用，即在交叉纤网的上、下两面再铺上一层平行网，以改善外观。这种组合式铺叠成网，因其使用机台多、占地面积大，产品幅宽受到限制，所以应用较少。
五、垂直式铺叠成网
平行式和交叉式铺网机都是将输出的纤网进行平面铺叠，即单层的梳理网一层一层平摊地铺放，特点是原来单层纤网中纤维的方向在铺成的纤网中仍为二维平面型结构。这种纤网如果经过针刺工艺，各单层纤网的纤维之间可以相互缠结，但这种纤网若是经过热黏合或喷胶黏合，成布后容易发生分层现象。
此外，平行和交叉纤网所制成非织造布在其他各项力学性能，如蓬松度、抗压缩性、弹性回复性等方面也不够理想。
在垂直式铺网中，单层纤网中的纤维在铺成网后趋于垂直，其铺网原理如图4-11所示。梳理机输出的梳理网1在导板6和钢丝栅5的引导下，成形梳3作上下摆动，使输出薄网进行折叠，经过带针压板4的摆动，铺成上下曲折的厚网。由于带针压板的作用，各层曲折单网之间的纤维有一定的缠结，最后铺成网中的纤维处于与布面近似垂直的状态。
图4-11 往复移动垂直铺网机
1—梳理网 2—垂直铺成的纤网 3—成形梳 4—带针压板 5—钢丝栅 6—导板 7—烘房输送带
还有一种回转式的垂直铺网机，如图4-12所示。梳理机输出纤网经喂给板喂入铺网机，经过一个带齿的工作盘，配合钢丝栅的作用，使薄网形成上下反复曲折的折叠方式。铺成网的结构与往复移动式的相似。
图4-12 回转式垂直铺网机
1—纤网喂给板 2—薄网 3—带齿工作盘 4—垂直铺成的纤网 5—钢丝栅
由于纤维对于布面近似垂直状态，因此这种非织造布具有较好的压缩刚度和经受反复加压后的高度回弹性。它可以用来替代聚氨酯泡沫做汽车工业的衬垫，可以作为成衣的保温、隔热和充填料；装饰用品类如毯子、绗缝被和枕芯；建筑用的保温、隔音材料等。垂直式铺叠成网在设备投资、机器占地面积和能耗方面都比平面铺叠少。
六﹑机械杂乱式成网
从梳理机道夫下来的纤维网，纵向定向性高，采用平行铺叠方法得到的非织造布纵、横向强力之比为（10～12）∶1。要使成品的纵、横向强力差异很小，即定向性差，目前采用的方法是机械杂乱式成网和气流成网。机械杂乱式成网方法是将梳理机输出的薄网通过凝聚或牵伸，而使纤维达到某种程度的杂乱排列，这种成网工艺克服了气流成网存在的纤网厚度不匀和生产率低的缺陷。机械杂乱成网有两种不同的杂乱方式，即杂乱辊式成网和杂乱牵伸式成网。
（一）杂乱辊式成网
在道夫之后加装的杂乱辊，称为凝聚罗拉，比道夫速度低；在锡林和道夫之间加装的杂乱辊，称为杂乱罗拉，比道夫的速度高，还可以将凝聚罗拉和杂乱罗拉联合使用。这些都称为杂乱辊式成网。
1.采用凝聚罗拉的杂乱梳理机 在道夫后面安装一组凝聚罗拉，凝聚罗拉和道夫以及凝聚罗拉之间针尖为交叉配置，同向转动，如图4-13所示。道夫的线速度比第一凝聚罗拉的线速度快2～3倍，
图4-13 采用凝聚罗拉的杂乱梳理机
1—锡林 2—道夫 3—第一凝聚罗拉 4—第二凝聚罗拉 5—剥离辊
第一凝聚罗拉的线速度又比第二凝聚罗拉的线速度快1.5倍。道夫上任一根纤维的前部嵌入凝聚罗拉时，它的速度立即减慢，而它的后部则被道夫的高速推动向前，纤维就改变了原来平行向前的方向，使纤维网变为三向杂乱的纤维网，这样制得的杂乱纤网其纵向、横向强力比为（5～6）∶1。
很多机器上设置专门机构，可以使输出棉网在凝聚网和平行网之间转换，将凝聚罗拉上移或下移，就可以选择性输出平行网或凝聚网，如图4-14所示。
图4-14 平行网和凝聚网之间的快速转换
2.采用杂乱罗拉的杂乱梳理机 在锡林和道夫间插入高速旋转的杂乱罗拉，杂乱罗拉比锡林的表面线速大，杂乱罗拉和锡林的针尖相对且同向转动，如图4-15所示。杂乱罗拉能将锡林针齿内的纤维提升到针面，另外它和锡林气流附面层之间的三角区形成的涡流，使纤维卷曲、变向。纤维从杂乱罗拉向道夫转移时，尾部和头部的速度差异更大，纤维往横向偏移更多，因此制得的纤网纵横向强力比为（3～4）∶1。这种杂乱装置又称为带高速的杂乱系统。
3.凝聚罗拉和杂乱罗拉联合应用 采用凝聚或杂乱罗拉生产的纤网，其外观结构是不一样的，但从改善纤网的纵、横向强力来看，效果又是相同的，也可以将这两种方式联合使用，如图4-16所示。
图4-15 采用杂乱罗拉的杂乱梳理机
1—锡林 2—挡风辊 3—杂乱罗拉 4—道夫
图4-16 凝聚罗拉和杂乱罗拉联合应用
1—锡林 2—杂乱罗拉 3—道夫 4—凝聚罗拉
杂乱梳理机按道夫的数量，可分为单道夫和双道夫梳理机。生产较厚产品时，可在锡林上设置双道夫，同时上、下道夫的直径可调节。以法国蒂博（Thibeau）公司的CA11系列25PPL型杂乱梳理机为例（图4-17），它的上道夫2的直径小且无凝聚罗拉配置，则上面取得的纤网定量轻且得到的是平行纤网；下道夫3的直径大，同时配有凝聚罗拉4，则下面取得的纤网定量重且获得的是杂乱纤网。将上下道夫取得的纤网再进行并合，即在杂乱纤网的上面再铺上一层平行纤网，可改善非织造布的外观。又如图4-18所示（25XPP型），在锡林和上下道夫之间配置上下两个杂乱辊，将两个道夫剥取的纤维网重叠以后再进行铺网，可使纤网的均匀度得以改善。
图4-17 蒂博公司CA11系列25PPL型杂乱梳理机
1—锡林 2—上道夫 3—下道夫 4—凝聚罗拉
图4-18 蒂博公司CA11系列25XPP型杂乱梳理机
1—锡林 2—杂乱罗拉 3—道夫
（二）杂乱牵伸式成网
纤维网牵伸机的工作原理为：道夫输出纵向排列纤网→折叠后变为横向交叉纤网→经纤维网牵伸机→纤网［纵、横向强力比（3～4）∶1］。
将梳理机输出的纤维网采用网片叠置机构，通过纤维网牵伸机可制得各向同性的纤网。杂乱牵伸式成网的工作原理就是通过多极小倍数的牵伸，使纤网中原来呈纵向排列的部分纤维朝横向移动，从而减小纤网的纵、横强力差异。实质是，纤网经折叠后，纤维由纵向排列变为横向交叉，通过牵伸后又向纵向偏移部分。
如图4-19所示为德国斯宾宝公司的杂乱牵伸式成网机。
图4-19 德国斯宾宝公司的杂乱牵伸式成网机
1—喂入帘 2、3、6、7—光罗拉 4、5—锯齿罗拉 8—成网帘
图4-20 纤维网牵伸机
（1）通常3根牵伸罗拉构成一个牵伸区，由一个电动机驱动。牵伸区内3根牵伸罗拉传动件的齿数比，决定牵伸区的固定牵伸倍数。每个区的牵伸倍数不一样。
（2）前后罗拉钳口隔距远大于纤维长度，纤维在牵伸区内浮游长度太长，采取在罗拉钳口间距内增加小罗拉，以加强对纤维的控制。
（3）纤网牵伸的目的是改变纤维的排列方向，牵伸倍数大会造成纤维移动量太大而破网。因此牵伸倍数较小，一般为1～3倍。牵伸罗拉采用自重加压。
图4-20所示纤维网牵伸机可调节纵横向强力比接近1∶1的要求，应用于高要求的土工布、过滤毡等非织造布。
技能训练
一、目标
综合分析，用尽量小的改造成本，降低梳理机输出纤网的纵横向强力差异。
二、器材或设备
四帘式铺网机或双帘式铺网机。