水刺工艺和水刺对非织造布性能的影响

水刺产品和水刺产品性能的影响因素摘要 : 非织造产品越来越受欢迎，而水刺法是一门正在蓬勃发展的非织造布加工新技术。

近年来水刺非织造布获得快速发展。

水水刺产品的影响因素有很多，这里我们主要研究两类：纤网的成网特性、水刺加固的工艺参数。

关键词 : 水刺非织造布，水针压力，水针头水过滤系统的效率水刺非织造布工艺是70年代中期由美国DuPont和Chicopee公司开发成功的。

1958年，美国Chicopee公司首先申请了利用加压的水流使纤维重新排列的专利，这项专利技术被成功地用于干揩布的生产实际中[1]。

20世纪70年代中期有美杜邦公司（dupont）和奇考比公司<chicopee．johnson＆johnsoｎ）公司的一部分,1995年被PGI公司并购>研究开发的水刺产品问世。

其后，水刺工艺因突破非织造布的传统工艺而迅速发展。

水刺法又称射流喷网成布法，是一种重要的非织布加工工艺。

水刺工艺具有很多其他工艺非织造布的特性，因此被广泛应用在很多领域。

不水刺工艺唯一的不足就是能耗较高，但是随着水刺非织造布技术的发展，其能耗正在明显下降。

通过各个发面的完善，水刺非织造布逐渐占领市场上的其他工艺的非织造布。

下面我们主要来研究一下水刺产品和水刺产品的影响因素。

Ⅰ. 水刺技术的现状与发展水刺工艺自20 世纪90年代进入中国以来，发展迅猛，目前已有100多条生产线，多数用于生产革基布、医用材料、卫生材料等。

一般水刺压力较低，产品克重在200g/m2以下，否则成布后极易出现分层[2]。

近年来，随着国际上水刺技术的不断进步，突破了水刺压力的瓶颈，开始进入工业滤料领域[3]。

世界水刺布的增长率高一其他工艺非织造布，而且每年都在以很高的速率在增加，见表1、表3[4]由于水刺法工艺织成的布具有透气性好、手感柔软、悬垂性好、外观多样多变、无需粘合剂加固、耐洗、强度高、低起毛性、高吸湿性、外观比其他非织造材料更接近传统纺织品的特点。

水刺工艺被越来越多的人所接受，虽然水刺法非织造布技术的主要不足是能耗较高，但是随着科学技术的发展，其能耗也在明显下降。

目前，水刺非织造布的应用领域也在慢慢扩大，慢慢在市场上占有一定的地位。

现在主要应用于医疗卫生用品、家用和工业用檫布、服装及衬布、合成革基布和过滤材料、服装用和传统产品修饰等。

水刺在医疗上的应用主要有手术衣和手术帘，因为水刺布可以防止病毒感染，而且具有很好的通气性，所以水刺手术衣一直占有主导地位。

目前，孩子的健康更受关注，所以基于水刺产品良好的通气性，其被应用在婴儿湿尿布行业。

当然其还有很多其他的特点，总之水刺非织造布已经被很多领域认可。

Ⅱ. 水刺工艺的设备对于非织造布的发展与快速进步，那么水刺设备就有更大的要求与改善。

美国赫尼柯姆公司的水刺设备是开发最早的水刺设备之一，在水刺技术发展史上具有一定的地位。

早在1973年，美国honeycomb公司已成为DuPont公司开发出水刺法非织造布生产设备，是DuPont公司此类产品在世界上占领了近10年的领导地位[5].虽然现在的水刺设备很多（如帕弗杰特公司、德国福来司拿公司、常熟飞龙公司、郑州纺织机械股份有限公司等），但是他们他们的水刺设备的基本原理还是相同的，技术也各有千秋。

Ⅲ. 水刺法工艺的流程水刺法非织造布与其他的干法非织造布的工艺过程相似，但也有其特有的过程：纤维计量→开松混合→梳理成网→纤网正反面水刺缠结→烘燥→卷取Ⅳ. 水刺法加固原理水刺非织造布与其它干法非织造布生产工艺过程类似，需对纤维进行喂料、开松、精密开松的处理，纤维经梳理机械成网后，通过高压水柱的水流（水针）对纤网进行喷射，在水针直射或托网反射产生的水力作用下使纤网中的纤维产生相对运动而重新排列和相互缠结，从而使纤网得以加固而具备一定强力后，再经烘燥卷取而获得[6]。

Ⅴ. 水刺法工艺过程纤维计量开松混合-梳理成网-纤维正反面水刺缠结-烘燥-卷取Ⅵ. 影响水刺产品的因素影响水刺非织造布性能的因素很多，主要分为两大类:一是纤网的成网特性;另一类是水刺加固的工艺纤维性能对水刺产品性能的影响:在一定的水刺压力下缠结的水刺产品，其断裂强度与纤维长度有关，在一定的长度范围内，断裂强度随纤维的增加而增加，这是因为纤维的长度增加，每根纤维受到水流冲击的部位增加，纤维的缠结度随之增加，从而提高了产品的断裂强度。

对于纤维的细度来说，同样长度的同种纤维，在同种的水刺压力下缠结，细度细的纤维织物的强度比细度粗的纤维织物的强度大，这是因为同样克重的产品，细度细的纤维覆盖率要比细度粗的大，且其弹性模量也低，在水刺时的缠结点增加，从而提高了缠结度，增加了产品的强度。

纤维的抗弯刚度直接影响到水刺效率，抗弯刚度越大水刺效率越低。

可见，纤维的弯曲挠度只与水刺力成正比，而与纤维细度（纤维的折合直径）的四次方成反比，同时还与纤维的截面形态系数和纤维抗弯模量成反比。

也就是说，纤维细度对水刺效果的影响远大于水压对水刺效果的影响。

若纤维直径增加一倍，则水刺力增加十五倍才能使纤维达到相同的抗弯挠度。

纤维的截面形状和抗弯模量也影响到水刺效率，纤维的截面形状系数依次为:扁平形/圆形/中空圆形/三角形，即扁平纤维的水刺效率最高。

纤维得抗弯模量越小，水刺效率越高。

对于纤维的卷曲度来说，卷曲度愈高，纤维成网时有利于纤维间的相互抱合，使纤维的稳定性增加，同时纤维抗拒外力变形的能力增加;在水刺时，反纤维的缠结度降低，因此提高了最终产品的蓬松度，降低了织物的强度。

纤维表面处理的油剂性能，直接影响水刺产品的质量，纤维的含油量太低，则会影响纤维的成网均匀性。

用于水刺纤维的油剂应具有低泡特性，且含油量不能太大，如果含油量太高，水刺后油剂进入工艺水中，会产生大量的泡沫，这不仅影响过滤系统的过滤效率，而且泡沫一旦进入高压泵或管道，不仅使高压泵的柱塞磨损，而且泡沫进入水刺装置后影响高压水流的连续喷射，且不能维持高压，使布面出现稀密路，影响产品的表观质量。

在这种情况下，应适当添加消泡剂，消除泡沫，保证循环过滤系统的工作正常纤维的吸湿性也可以提高水刺带动纤维的效率[7]成网方式对产品的影响:对于相同克重的纤网，在同样的水刺加固条件下，成网方法不同，产品的纵横向强力比是不一样的[8].采用机械杂乱梳理成网的纤网，纵向排列的纤维多于横向排列的纤维，经过水刺后总是纵向强力大于横向强力。

因为，经水刺后只会加强这种现象，纵横向强力比得不到改善；采用交叉折叠铺网的纤网，由于横向排列的纤维多于纵向排列的纤维经过水刺后会使纵向排列的纤维增加，从而可以使产品的纵横向强力比接近1:1而得到改善。

水刺装置排列对水刺非织造布性能的影响:用同一台杂乱成网的梳理机梳理同样克重的纤网，若分别采用平板式排列和圆周排列的水刺装置以相同的水针压力进行水刺加固，最终水刺产品的横向强力，后者要比前者提高0.3~0.4。

这是因为纤网经过滚筒时，上部疏松，下部压缩，提高了纤维网之间的缠结度，滚筒上的金属网帘的开孔率仅在0.09~0.15，采用随机分布方式，高压水流在喷向纤网时，纤网的纤维被无规则地推向空的四周，促使纤维横向排列，故使纤网横向强力提高。

水质要求与影响:水刺工艺用水的处理是水刺非织造布的关键。

生产中要合理配置过滤系统，注意循环水的处理，定期更换滤布、滤袋和滤芯等器材，准确调整工艺用水的pH值，定时添加杀菌剂，防止细菌等微生物的滋生。

循环水也要定期适量排放，添加新鲜水，使工艺水保持一定的纯度。

同时，还要注意水刺装置内安全过滤网和水针板的清洁，要定期用高压水枪冲洗水刺装置内腔。

如果工艺用水处理不当，会使设备无法正常运行。

如果细小的杂质和污垢会使水针板的针孔堵塞；如果纤维表面油剂选择不当，水刺后会产生大量泡沫，影响产品质量;如果工艺水中滋生微生物和藻类，会增加水针板针孔堵塞的概率，同时会污染空气。

为了保证设备的连续运行，工艺用水的要求必须严格，水中不能含有固体颗粒杂质，水质必须是中性，水中尽量减少金属离子的含量，特别是钙镁离子及其他无机物和有机物杂质，更不能有微生物的污染。

总之，工艺用水越清洁越干净，在生产中遇到的问题就越少。

在实际运行过程中，工艺用水的温度升高，有利于纤维的柔软，有利于纤维的缠结，但水温的升高也会促使泡沫产生、促使微生物生长，也会引起沉淀和水锈，使水针板的针孔受到磨损。

这就要求在生产过程中必须按时添加经过弱化处理的新鲜水，而对工艺过程中用过的水必须进行净化、过滤处理，滤去直径大于20微米的杂质后再循环使用。

水针压力对其影响:水刺法非织造布是由高压水流形成的“水针”作用纤网，使纤维相互缠结而形成的。

高压水流经水针头、水针板垂直射向纤网，形成连续呈圆柱状的水针。

在水针纤网的过程中，纤维在水力作用下从表面被带人网低，当水针穿过纤网射到托网帘后，形成不同方向的反射，又使纤网受到多方位水柱的穿刺，这些直射和反射动作的组合形成对纤网不同方向的缠结，使纤维网中的纤维向不同方向做无规则运动。

从而形成水刺非织造布[9]。

如表5、6并且通过实验可以得出在某种程度上，水针压力越高，水针的能量就越大，水刺布的强度也越高，但过高的水压对提高产品强度作用不大，有时甚至会出现反作用，而且会浪费大量能量，导致生产能耗增加，生产成本过高[10]。

结语非织造布的应用有很多实质性的优点，而非织造布的生产又有很多工艺，但上面所说的水刺工艺却有很多自身的优点，而很多因素又在影响着水刺非织造布的性能。

纤维的细度来说，同样长度的同种纤维，在同种的水刺压力下缠结，细度细的纤维织物的强度比细度粗的纤维织物的强度大。

纤维的抗弯刚度直接影响到水刺效率，抗弯刚度越大水刺效率越低。

纤维的卷曲度来说，卷曲度愈高，纤维成网时有利于纤维间的相互抱合，使纤维的稳定性增加，同时纤维抗拒外力变形的能力增加;在水刺时，反纤维的缠结度降低，因此提高了最终产品的蓬松度，降低了织物的强度。

所以对于不同的产品首先要选用合适的纤维，以满足产品的需要，降低生产成本。

过滤过程中，一定要选取合适的过滤方案和装置。

参考文献[1]马咏梅国外水刺非织造布的现状与发展[2]吴兵非织造布生产技术简介[3]马永梅国外水刺非织造布的现状与发展[4]浦松丹李洪水刺非织造布对纤维原料性能的要求[5]郭秉臣非织造布学[M] 北京中国纺织出版社 2002 113-116[6]焦晓宁水针压力对水刺非织造布质量的影响[7]马建伟纤维性能对水刺效果的影响[8]马建伟陈韶娟非织造布技术概论中国纺织出版社 2008[9]翁美玲张孝南侯伟丽水刺工艺在工业除尘滤料上的应用和发展趋势产业用纺织品 2011（11） 38-41[10]王晓婷陈廷水刺非织造布技术的新发展[J] 纺织导报 2006（6) 64-66。