（一）短纤针刺非织造土工布的生产流程
短纤土工布生产由以下几个主要部分组成：开包、混棉、精开松、梳理、成网、牵伸、针刺、成品收卷。生产流程如图2-3-1所示。
图2-3-1 短纤土工布的生产流程
（二）短纤针刺非织造土工布制造设备及工艺
短纤针刺非织造土工布制造设备，即生产线，一般构成如下。
①开包机→②混棉箱→③精开松→④喂料箱→⑤梳理机→⑥铺网机→⑦棉网牵伸机→⑧针刺机→⑨牵引→⑩储布架→⑪分切机→⑫牵引→⑬收卷机。
现代化的短纤针刺非织造土工布生产线，除上述装置外，还配有计算机自动控制系统等。
我国于20世纪80年代后期开始引进国外先进的针刺法非织造布生产线，到90年代初我国也研制成功4.4m高速型针刺法非织造布生产线。目前，国外制造短纤针刺非织造土工布设备著名的企业有德国Dilo公司、奥地利Fehrer和法国的Asselin公司等。国内著名的企业有：江苏飞天无纺机械制造公司、江苏靖江无纺布设备制造厂、太仓双凤非织造布设备厂、仪征纺织机械厂等。
下面以天鼎丰公司所引进的全套德国DILO短纤非织造土工布生产线为例，介绍设备的组成及作用。
（1）纤维喂入设备
德国DILO非织造布短纤生产线有两台开包机，开包机①与开包机②。两个开包机原理与结构完全一样，在纤维原料的选取上，能够将两种不同性能的纤维按任意比例混合，喂入到混棉箱中，均匀混合，与纤维种数和类型无关，产量稳定，不受纤维配比影响。应用灵活，改变整批原料成分时，不需附加设备。高度自动化。开包机产能达到1000kg/h。纤维喂入是通过开包机喂入的。开包机的一般结构如图2-3-2所示。在接到喂棉的通知以后，输棉帘②将大块的纤维传送角钉帘⑤，角钉帘⑤在运转过程中将纤维带起，均棉罗拉④将超出两隔距之间的纤维剥取下来，再通过剥棉罗拉⑥的作用，将纤维剥去下来，落到称斗⑧当中，达到设定值的重量值的时候，称斗由气压打开，棉落入混棉帘⑩上。
图2-3-2 开松混合设备
①喂棉箱 ②输棉帘 ③光电控制 ④均棉罗拉 ⑤角钉帘⑥剥棉罗拉 ⑦活门 ⑧称斗 ⑨称斗活门 ⑩混棉帘
（2）混棉设备
开包机初步粗开松的纤维，还不能达到均匀混合和开松度的要求，需要进一步用混棉箱对原料进行混合再开松，所以三号线配置了一个大仓混棉箱如图2-3-3所示。混棉仓内采用横铺直取的方法。混棉箱的结构原理跟开包机有些相似，只是在尺寸规格上比开包机大得多。它是起存储纤维和对纤维进一步的开松，提高纤维的开松度的作用，有利于下道工序的进行。
图2-3-3 混棉设备
①自动称量机 ②（③，④）混棉帘子 ⑤压棉帘子 ⑥打手 ⑦风机
（3）精开松设备
由于纤维在开包以后都是块状的，虽然经过开包机、混棉箱等已经进行了初步的粗开松，但是并没有达到开松效果，所以要用专门的开松机开松，精开松是对粗纤维进行进一步的开松。由混棉箱经过输棉管道传送到精开松后，经过几个表面包覆有钉子的棍子作用后，得到了充分的开松，再由风机输到喂棉箱中，这是作为梳理机之前的最后一道开松机，它的产量能达1000kg/h。图2-3-4中打手⑥（针布或者钉齿）的速度非常快（500～1400m/min），而给棉罗拉④和⑤速度相对慢，通过高速转动将纤维给撕裂成近单纤维状。
图2-3-4 混棉设备
①储棉箱 ②出棉箱 ③光电控制 ④上给棉罗拉⑤下给棉罗拉 ⑥打手 ⑦补风口
（4）梳理设备
德国DILO梳理机采用双锡林双道夫配置，如图2-3-5所示，该梳理机产量最高能达到800kg/h。该类梳理机可以处理各种细度与长度的纤维。
图2-3-5 梳理机设备
1—喂入罗拉 2—给棉板 3—转移辊 4—胸锡林 6，10—剥取辊5，9—工作辊 7—转移辊 8—主锡林 11，15—道夫 16，17—凝聚辊12，18—剥取辊 13，19—输出辊 14，20—输出帘
梳理的作用是进一步开松纤维并除杂；将纤维原料进一步混合均匀；将块状纤维梳理成束状，再梳理成单根纤维状；将纤维梳理成网，双道夫梳理机还能起到将双层纤网重叠均匀的作用；带有杂乱机构的梳理机还能使纤网的纤维杂乱排列，减小产品纵横向的强度差异。
梳理机的基本结构主要包括喂入系统，预梳系统，主梳系统，输出系统和传动系统，梳理纤维长度范围38～203mm，梳理纤维细度范围1.1～55dtex，梳理的两个基本动作为分梳和剥取，分梳的两种情况为针齿平行配置，沿各自针齿方向旋转和针齿平行配置，两针齿面同方向旋转。前者任何纤维都得到了充分梳理，但纤维损伤很大，后者每一个针齿表面都会带走一部分纤维，纤维被分梳和凝聚。
常见的梳理机类型还有盖板梳理机图2-3-6所示、双锡林单道夫梳理机、单锡林单道夫梳理机、带高速杂乱的三锡林双道夫梳理机、分梳辊式梳理机和气流成网梳理机。
图2-3-6 盖板梳理机
梳理过程中纤维受力分析如图2-3-7所示，主要受以下方面的力：
①针刺直面作用力FN（主梳理力）：垂直于锡林工作角方向所受的力，其大小与针布的齿形结构、工作角度、相对梳理速度、纤维的特性等有关。
图2-3-7 梳理过程中纤维受力分析
②针刺斜面和弧底的托持力FM：方向垂直于齿斜面和弧底，大小与斜面角度和弧底设计有关。控制纤维进入针齿的深度。
③离心力FC：由于梳理机滚筒的高速旋转，纤维会受到很大的离心力，它设法使纤维脱离针尖的抓取。
④纤维层的挤压力 FI：由于纤维间的相互挤压而产生的力，其方向向内。
⑤气流阻力FP：其方向是锡林运转方向相反，与围绕辊筒的气流有关，气流与梳理点之间的隔距和针布齿深有关。
⑥纤维与针齿间的摩擦阻力 Ff：其大小与针齿的光洁度有关，方向沿针布各面向齿尖方向。
最终形成一个合力对纤维产生分梳或剥取作用。
锡林与工作辊的针齿成平行配置，而且锡林表面的线速度远大于工作辊的表面线速度，因此锡林与工作辊的作用为分梳作用。
锡林针布的特点为工作角大，满足长纤维梳理和纤维被转移的需要；锋利度好，有较好的穿刺能力，确保分梳；齿深较浅，齿隙适当；工作面齿形合理，直面+负角。工作辊针布的特点为工作角较小，满足纤维分梳、转移和释放的需要；锋利度好，有较好的穿刺能力，确保分梳；齿深较深，齿隙适当；保证一定的容纤量；齿面加横纹，增强纤维抓取能力。
工作辊与剥毛辊的相互作用为：它们之间的作用是完全剥取作用，另外由于剥毛辊速度快，当纤维转移到转移辊上时，还受到补充梳理和拉直作用。装在锡林侧下方的工作辊和剥毛辊，由于转移辊的离心作用，还可以把部分短纤维和杂质去除，起到除杂作用。转移辊与锡林的相互作用为：它们之间主要是剥取作用，也有补充梳理的作用。锡林将转移辊上的纤维剥取以后，这些纤维又被锡林带向原来的那个工作辊进行分梳。
（5）交叉铺网机
交叉铺网机为四帘式交叉折叠铺网，如图2-3-8所示，采用抗静电喂入帘子，易于纤网改向的上铺网帘，原于驱动系统完美的同步，帘与帘之间纤网没有任何收缩，独立的纤网输送和铺网功能，更好的压网和防止气流紊乱，纤网输出无褶皱和翻边；非常整齐的网边，非常精确的纤网搭头，前后两边相同的纤网分布，铺网的作用主要有增加纤网单位面积质量，可获得很大单位面积质量的纤网；增加纤网宽度，铺叠后纤网宽度不受梳理机工作宽度限制，可以调节纤网中纤维的排列方向，调节纤网纵横向强力比；改善纤网均匀性（cv值）。(www.xing528.com)
图2-3-8 交叉铺网机
1—输网帘 2—补偿帘 3—铺网帘 4—输出帘
梳理机输出的薄网经过定向回转的输入帘1和补偿帘2到达铺网帘3，铺网帘不仅可以回转，并可按照所需成网宽度来回运动，因此薄网被交叉折叠铺放在输出帘4上，形成一定厚度的纤维网。
（6）纤网牵伸机
纤网牵伸机主要由牵伸罗拉组成，如图2-3-9所示，牵伸罗拉表面包覆特殊针布，采用交叉铺网机铺叠的纤网，纤维在纤网中大体呈横向排列。利用多对罗拉的小倍牵伸，使纤网中横向排列的部分纤维朝纵向移动，从而改变纤维的排列方向，使纤网纵、横向强力比变小，基本在1∶1左右，物理机械性能趋于各向同性。
图2-3-9 纤网牵伸机
1—机架 2—输入帘 3—输出帘 4—传动部分 5—牵伸辊 6—油路升降系统
（7）针刺机
针刺工艺主要是利用三角截面（或其他截面）梭边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺。如图2-3-10所示，倒钩穿过纤网时，将纤网表面和局部里层纤维强迫刺入纤网内部。由于纤维之间的摩擦作用，原来蓬松的纤网被压缩。刺针退出纤网时，刺入的纤维束脱离倒钩而留在纤网中，这样，许多纤维束纠缠住纤网使其不能再恢复原来的蓬松状态。经过许多次的针刺，相当多的纤维束被刺入纤网，使纤网中纤维互相缠结，从而形成具有一定强力和厚度的针刺法非织造短纤土工布材料。
针刺法特点为：a.机械缠结后不影响纤维原有特征。b.纤维间相互缠结，有较好的尺寸稳定性和弹性。c.良好的通透性和过滤性能无污染。d.边料可回收利用。
图2-3-10 针刺工艺示意图
1—纤维网 2—刺针 3—托网板 4—剥网板
针刺机的种类很多，按加工纤网的状态和产品的不同可分为预针刺机和主针刺机两大类，每一类又有很多机型，各种机型都具有不同的特点、不同的作用。
预针刺机的作用是：对高度蓬松而无强力的纤网进行针刺，使其初具强力，且厚度大为减小，以便送至主针刺机进行针刺。为了确保高度蓬松的纤网均匀度不受预针刺的影响，预针刺机采用多种送网方式和针刺形式。
主针刺机的作用是：加工预刺纤网，使产品具有所需针刺密度。预刺纤网经主针刺机加工后，厚度减小，密度增加，产品具有较大强力。主针刺机的技术要求主要着重于确保产品质量、性能和生产效率。产品质量和性能取决于刺针设计和选择、刺针排列、针刺密度、针刺深度等。生产效率主要取决于提高机速、增加植针密度、增加针刺幅宽和增加针刺区。针刺机分有单针板、双针板、三针板和四针板等。又分有上刺式、下刺式、上下对刺式、斜刺式等多种。
对刺针的要求主要有几何尺寸正确，针杆平直，刺尖对纤网具有良好的穿刺能力。表面光洁，钩刺切口边缘平滑无毛刺、良好的刚性、韧性和弹性，“宁断不弯”。表面硬度高，耐磨性好。刺针由带有弯头的针柄、针腰、针叶（刺针的工作段）和针尖组成。如图2-3-11所示为刺针结构图。
常见的刺针有普通刺针、叉形刺针、侧开叉刺针和单刺成圈刺针。普通刺针为针叶截面为三角形、三个棱边上各有3个相互错开的钩刺。该类型刺针应用最多，主要用于预针刺和一般针刺非织造材料的加工。叉形刺针为针叶截面为圆形，头端开叉。该类型刺针主要用于毛圈型针刺非织造材料的加工。侧开叉刺针为兼有普通刺针和叉形针的结构特点。该类型刺针主要用于长绒毛型针刺非织造材料的加工。单刺成圈刺针为截面为三角形，仅一个棱边上有1个钩刺。该类型刺针可用于成圈加工。
图2-3-11 刺针结构
L—刺针总长度 LR—针板长度 LS—针柄长度LT—针叶长度 lI—第一个钩刺到针尖的距离lm—同棱相邻钩刺间距 ln—二棱相邻钩刺间距
刺针的选用原则为：a.纤维细度，即纤维细针号大。b.针刺工艺，即考虑针刺密度、针刺深度等。c.产品性能要求，即考虑产品强度、厚度等。d.对一条针刺生产线按“细→粗→细”选择，即预针刺选略细刺针，主针刺先粗后细。e.仅一台针刺机时针板前几列可植入较细的刺针。
针刺工艺参数主要有针刺深度、针刺密度和进布量。
①针刺密度是指纤网单位面积内所受到的理论（包括重复在内）针刺数，单位：刺/cm2。针刺密度如计算公式2-19所示：
式中 Dn——针刺密度，刺/cm2
N——植针密度，枚/m，沿纤网的宽度方向
n——针刺频率，刺/min
v——纤网输出速度，m/min
通常植针密度N是不变的，通过调节针刺频率n和纤维输出速度v来调节针刺密度。
针刺密度与产品性能的关系为：针刺密度↑→纤维缠结程度↑→针刺非织造材料强度↑，针刺密度↑↑→纤维断裂↓→针刺非织造材料强度↓。
②针刺深度指刺针针尖穿过托网板到极限位置时，针尖到托网板托持纤网的表面的距离，即针刺时刺针穿过纤网后伸出纤网的最大长度，单位mm，如图2-3-12中H为针刺深度。
图2-3-12 针刺深度（H）
一定范围内，针刺深度增加，纤维间的缠结充分，但针刺过深，纤维断裂，产品强力降低。确定针刺深度的原则为：粗长纤维组成的纤网，针刺深度↑，反之↓。单纤强度较高纤维组成的纤网，针刺深度↑，反之↓。单位面积质量较大的纤网，针刺深度↑，反之↓。较蓬松的纤网，针刺深度↑，反之↓。要求硬实的产品，针刺深度↑，反之↓。要求针刺密度较高的产品，先↑后↓。预针刺比主针刺↑。
③进布量是指针刺机每针刺一个循环，织物所前进的距离。当针板布针方式确定后，步进量会对布面的平整和光洁性有一定影响。一般短纤织物针刺的步进量在3～6mm/针。如果步进量与刺针之间的距离成整数倍，有可能导致重复针刺而产生针刺条痕。
针刺力是指刺针穿刺纤网时受到的阻力。针刺力是动态变化的。开始刺入时，针刺力增加很缓慢；逐渐深入时，进入纤网的钩刺数也逐渐增加，针刺力剧增并达到最大值；穿出纤网后，针刺力以波动方式逐渐下降。针刺力与针刺深度变化图如图2-3-13所示。
图2-3-13 针刺力与针刺深度变化
针刺力可间接地反映出针刺过程中刺针对纤维的转移效果和损伤程度，因此，可通过针刺力的测试来进一步研究针刺频率、针刺深度、针刺密度等工艺参数的合理性。
针刺机性能的表征指标有针刺频率、布针密度、工作幅宽、针刺动程、自动化程度、减震性能及动力消耗。
①针刺频率即每分钟的针刺数。它反映了针刺机的技术水平，针刺频率越高，说明技术水平越高。现在的针刺机一般在800～1000次/min左右，最高可达3500次/min。
②布针密度也叫植针密度，是指1m长针刺板上的植针数。布针密度越高，针刺频率也越高，但同时对针板用材及机械设计要求也高。德国DILO针刺机的预针刺机的布针密度较低，在9000枚/m左右；主针刺机较高，在14000枚/m左右。
③工作幅宽是指针刺机的最大有效宽度，一般为针板长度的整数倍。现在常见的工作幅宽有2m、2.5m和3.2m，最大可达16m。
④针刺动程就是在针刺过程中针板所运动的路程。针刺动程越小，震动也越小，越有利于提高针刺频率。预针刺机的针刺动程略大，一般在50mm左右，以放大剥网板和托网板之间的距离，减少拥塞。而主针刺机的针刺动程较小，一般在30mm左右，最小可达25mm。
⑤自动化程度越高，减震性能越好，动力消耗越低，则针刺机的技术水平越高，性能也越好。
目前世界上针刺机制造水平较高的是奥地利的菲勒（Fehrer）公司、德国的迪罗（Dilo）公司和法国的阿萨林（Asselin）公司。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
