针刺机的配件及工作原理解析

纤维成网工序所成的纤网强度很低，不能满足非织造布的使用要求，因此必须使纤维网中的纤维彼此黏合或交联，即对纤维网进行加固。固网是非织造布生产工艺过程中的关键工序，它对非织造布的强度和手感等性能有着决定性的影响。

（1）针刺机理

针刺加固是利用三角形或其他形状截面且棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，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；经过多次针刺，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材料。针刺示意图如图7-56所示。

图7-56 针刺示意图

1—纤维 2—刺针 3—托网板 4—剥网板

（2）针刺机的结构

针刺机的种类很多，型号各异，但基本的组成部分是一致的，主要由送网机构、针刺机构和牵拉机构三大机构组成，另外还有机架、传动机构、辅助机构等，如图7-57所示。

图7-57 针刺机

①送网机构 送网机构的作用是把纤网输送至针刺区域，由于针刺机机型的不同，送网机构各不相同。由于预针刺机所加工的纤网高度蓬松，所以对预针刺机的送网机构要求很高，出现了多种形式的送网机构，如压网帘式送网机构、带导网片的压网帘式送网机构、带喂入罗拉的压网帘式送网机构、槽形辊式送网机构等。图7-58是带导网片的压网帘式送网机构。

图7-58 带导网片的压网帘式送网机构

图7-59 针刺机构

②针刺机构 针刺机构是针刺机的关键机构，由主轴、偏心轮、针梁、针板、刺针、剥网板、托网板等组成，如图7-59所示。主轴上装有偏心轮和平衡机构，针梁用于安装针板，并与偏心轮连接，在偏心轮的带动下作往复运动，使针板上的刺针随之反复穿刺纤网。

针板是用来安装刺针的，针板上的植针密度和刺针在针板上的布针方式是两个十分重要的参数。

针板的植针密度是指在机台的宽度方向上单位长度针板上的刺针数，这一参数是衡量一个机台的重要指标。植针密度越大，纤网的针刺密度越大，这样，对针刺密度要求一定的产品其加工工序就可缩短。植针密度与针板上针孔的加工精度、针板的强度等有关，一般为3000～10000枚/m。

布针方式指针板上针的排列方式。其排列方式应以加工出产品的表面刺针刺点呈均匀分布为佳，解决这一问题是较复杂的。布针方式有人字形、双人字形、无规杂乱形等，如图7-60所示，现在多采用计算机设计的无规则杂乱形排列。

图7-60 布针方式

（a）人字形 （b）双人字形 （c）无规杂乱形

图7-61 刺针穿过托网板

剥网板和托网板是一对配合刺针对纤网进行固结的部件，两板均钻有孔眼，与针板上的孔眼完全对应。针刺时，托网板起到刺针刺入纤网时的托持作用，剥网板起到刺针退出纤网时的阻挡作用。图7-61为刺针穿过托网板。剥网板和托网板的表面要平整光滑，以便纤网顺利通过。为适应不同厚度纤网的加工，托网板、剥网板和针板的间距可以调节，以实现不同的针刺深度。

③牵拉机构 牵拉机构的作用是将针刺后的纤网从针刺区域输出，如图7-57中的输出辊。牵拉机构一般由一对牵拉辊组成，其表面包覆摩擦因数较大的材料，以增加牵拉辊对纤网的握持。纤网的牵拉速度和喂入速度要适当配合，保持纤网在针刺区不产生拥塞，也不受到过分牵伸。牵拉机构的传动形式有间歇式和连续式两种。

（3）刺针

刺针是针刺法非织造布生产中的主要工具，它的型号、规格、布针方式及在加工过程中的针刺深度对产品的结构、质量和性能都有很大影响。目前各种类型、规格的刺针有1500种左右，图7-62为常用刺针结构。刺针要求：几何尺寸正确，针杆平直，针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，表面硬度高，耐磨性好；有良好的刚性、韧性和弹性，“宁断不弯”。

图7-62 刺针(www.xing528.com)

一般刺针的长度在75～90mm，这一变量主要由加工纤网的特性所决定。每枚刺针的尾部都有一个弯头，以便将针放入针板上时能放直、放正。刺针的针身一般由针柄、针腰、针叶三部分组成。针腰是针柄向针叶的过渡段，对于针叶直径要求较大的刺针，可以不经针腰的过渡而直接由针柄、针叶组成。针叶为刺针的工作段，是刺针的主要区段。针叶的截面形状有圆形、三角形、三叶形、正方形、菱形、星形、水滴形等，常用的为等边三角形，且在三个棱边上分别有三个刺钩。特殊刺针在三个棱边上分别有两个或一个刺钩，预针刺可使用一个刺钩的刺针，以降低交联。

刺钩的整体结构由刺钩形状、下切角、刺钩深度、刺钩长度（也叫齿槽）和刺钩高度（也叫齿突）五个要素组成，如图7-63所示。刺钩是刺针的主要部位，针体在纤维网层上下穿刺，通过刺钩使纤维互锁、缠结。刺钩的形状将直接影响纤网的性能，如带纤量、纤维损伤断裂程度、产品的平整度、拉伸强度、纤网结构的紧密度等。

刺针按齿距分为R型、M型、C型、F型四种，齿距分别为6.3、4.8、3.3、1.3 mm，如图7-64所示。仅从钩距来看，钩刺距离越近，则每次针刺钩带的纤维量就越少，生产出的产品也较均匀，但产品的强度较低。一般来讲，C型、F型刺针适合于较细纤维和针刺密度较小的薄型产品；而M型和R型刺针应用的范围就比较广，尤其是R型刺针，它适应大部分产品的预针刺场合和部分产品的主针刺场合。

图7-63 刺钩结构

刺针磨损后会显著影响针刺效率，同时影响针刺非织造材料的性能，因此必须定期更换刺针。换针方式采用分批法，以防止针刺非织造材料性能的突然变化。通常在规定时间内先更换针板上全部刺针的1/4～1/3，过一段时间后再更换1/4～1/3，依次进行刺针的更换。

（4）针刺方式

按所加工纤网的状态，针刺方式可分为预针刺、主针刺和修饰针刺。预针刺是将蓬松的纤网进行自上而下针刺加固，使其厚度减少，初步具有强力，以便送至主针刺机进行针刺；主针刺是将纤网进一步刺针加固；修饰针刺对纤网表面进行修饰，消除针孔、针迹，提高平整度。

按针刺角度，针刺方式分为垂直针刺、倾斜针刺，其中垂直针刺又分为上针刺、下针刺。

按针板数量，针刺方式分为单针刺、双针刺、多针刺等。

（5）影响刺针非织造材料性能的主要因素

图7-64 不同类型刺针的齿距

影响刺针非织造材料性能的主要因素有针刺深度、针刺密度、刺针规格型号和排列、步进量、牵伸比、纤维性能等。

①针刺深度 针刺深度指刺针穿刺纤网后，突出在纤网外的长度，在下刺式针刺机即指针尖与托网板上平面之距。

针刺深度是针刺工艺中的一个重要参数。纤网在针刺过程中，必须得到足够的针刺深度，方能使纤维间得到足够的缠结和获得有效的抱合力。但针刺深度要适度，过深不仅会损伤纤维，而且也会增加针刺力和设备负荷，造成断针；过浅则纤维间的缠结和抱合力不足，也就达不到所要求的强度。

针刺深度一般在3～17 mm。针刺深度的选用一般可以遵循以下的原则：对粗而长的纤维，纤网可刺得深些，反之则浅些。对厚型纤网刺得要比薄型纤网深些，反之浅些。对要求硬挺的产品可刺得深些，反之则浅些。

②针刺密度 针刺密度指单位面积的纤网所受到的总针刺数，它与针板单位长度上的植针数和纤网在每一个针刺循环中前进的距离有关。针刺密度可按下式计算：

式中 D_n——针刺密度，刺/cm²；

N——1m长度板上的植针数量，针/m；

n——针刺频率，次/min；

v——纤网输出速度，m/min。

由上式可以看出，针刺密度是随针刺频率和植针密度的提高而增大，随纤网输出速度增加而减少。

针刺密度随产品的不同而不同。一般来讲针刺密度越大，纤维网的强力也越大，产品也越坚实硬挺。当针刺密度达到一定的值时，纤网就相当紧密，继续针刺下去，刺钩带动纤维位移十分困难，针的受力加大，这既容易造成断针，又会增加纤网中纤维的损伤，使纤网强力下降。因此，由不同纤维组成的纤维网，由于纤维自身强力的差异，它们的针刺密度极限也不一样。强力高的纤维，针刺密度可大些，反之则低些，否则由于纤维过度损伤，会大大降低纤网的强力。