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针刺非织造产品工艺流程短,原料来源广泛,设备结构简单,一次性投资少,而且针刺非织造产品拥有独特的结构、性能和技术特点,因此针刺非织造产品在工业、农业、国防、医疗、建筑等各个行业的领域得到了极其广泛的应用。
随着针刺技术的发展,针刺非织造产品的质量也迅速提高,本课题研究的针刺非织造布的质量包括物理机械性能及外观性能,物理机械性能包括:(1)面密度;(2)厚度;(3)密度;(4)孔隙率;(5)断裂强度;(6)撕裂强度;(7)顶破强度,外观性能主要包括:(1)布面针刺痕迹;(2)布面针孔的分布及形状。
针刺非织造产品的质量受到很多因素的影响,本课题主要研究的影响因素主要为针刺工艺,包括针刺工艺参数(针刺密度,针刺频率、针刺深度、牵伸比,走布速度)以及针板布针方式。
本课题的研究方案主要包括:
(1)探讨针刺工艺参数对产品物理机械性能的影响。
(2)设计波浪形布针方式,并利用计算机模拟软件,探讨了针刺工艺参数对产品表面模拟针刺痕迹的影响,得出最优工艺条件。
(3)探讨牵伸比对产品表面实际针刺痕迹的影响,确定最优牵伸比,并探讨了产品表面针刺痕迹对于物理机械性能的影响。
(4)探讨了针刺工艺参数对产品表面针孔形状的影响,并研究了产品表面针孔形状的变化对于表面针刺痕迹的影响。
本课题在大量的实验和研究基础上得出了以下结论:
(1)随着针刺密度和针刺深度的增加,针刺非织造样品的面密度逐渐降低,厚度逐渐减小到最小值后趋于稳定,之后又有回升的趋势;密度随着针刺密度的增加而逐渐增大,但当针刺密度过大时纤网反而有减小的趋势;随着针刺密度的增加,非织造布的断裂强度、顶破强度、撕裂强度均先增大到一定值后逐渐减小,而断裂伸长率则是随着针刺密度的增加逐渐减小。
(2)在针刺工艺参数对样品表面模拟痕迹的研究中发现:针刺频率、针刺密度及出布速度三个工艺参数任意一个变化时,模拟针刺痕迹均会发生变化,步进量的改变将直接导致模拟针刺痕迹效果的变化,针板布针方式确定后,要根据不同工艺条件下的针痕模拟效果来确定理想的步进量范围。
(3)模拟布针不考虑牵伸比的影响,在此条件下模拟实际针刺效果有一定指导意义,牵伸比较大时,实际针刺痕迹与模拟针刺痕迹的差别较明显。牵伸比改变,则实际针刺痕迹也随之变化,布面质量也会受到较大影响,主要包括针孔的分布、布面条纹以及布面均匀度等。若牵伸比过小,则布面会有凸起,纤网发生拥塞;牵伸比过大则容易产生条纹,且造成重复针孔增多。
(4)确定了针刺非织造生产波浪形针板模拟布针的两个最优工艺条件,分别为:①针刺密度为95刺/cm2,针刺频率为528刺/min,出布速度为3.06m/min,植针密度为5500针/m,步进量为5.80mm/刺,牵伸比为1.47;②针刺密度为120刺/cm2,针刺频率为763刺/min,出布速度为3.50m/min,植针密度为5500针/m,步进量为4.59mm/刺,牵伸比为1.27。
(5)在第一和第二种工艺条件下,当牵伸比分别为1.47和1.27时,产品的外观性能和物理机械性能最为理想,产品的外观性能的好坏将会影响其物理机械性能的优劣。
(6)通过拉伸实验模拟了牵伸比对针孔形状的影响,得出:针孔周围纤维受到牵伸力作用而导致分布发生改变,从而导致针孔形状的变化。产品在针刺过程中,在靠近输出辊的边缘部分受到的牵伸作用最显著,其次为产品横向边缘部分,中部区域受到的牵伸作用则相对较小,针孔形状的变化将会导致产品表面针刺痕迹的改变,针孔分布均匀,周围纤维的去向集中,则布面针刺痕迹较好,针孔形状变化剧烈,则纤维分布也会不够均匀,布面针刺痕迹则会杂乱。