间歇式绳状气流柔软整理机的原理和结构分析

　　摘要：根据织物机械整理的要求，详细分析了绳状气流柔软整理机的工作原理和结构功能，提出对织物机械整理实施的三个基本过程，以及每个过程的形成条件和参数控制方法。正确理解气流柔软整理机的各项功能，既可以有效地控制和达到预期效果，同时又可以发掘潜在的整理功能。
　　
　　纺织品除了纤维的一些特性外，更多的是通过功能性整理而获得。织物的整理在改善其服用性的同时，还可以获得许多功能性和布面风格效果，给人们的生活增添了新的情趣。织物整理除特殊整理功能外，更多的是柔软、摇粒、缩绒和预缩等常规整理。在柔软整理过程中，传统方法大多是采用化学法，大量助剂的使用对人体和环境都会产生一定的危害。而采用机械整理，则能够起到很好的环保作用，而且还可以产生化学法所得不到的效果，具有较高的附加值。
　　
　　在机械柔软整理中，较为典型的气流柔软整理，是目前织物机械柔软整理效果比较理想的一种工艺。它在原有的基础上，还可增加一些辅助装置，获得一些新的功能，进一步扩大使用范围。然而，要真正用好气流柔软整理，还必须对其原理和结构有一个全面的了解。应该结合织物纤维特性以及整理条件，对气流柔软整理过程进行分析。只有这样才能够达到预期所要求的效果，并且还可衍生出我们没有想到的效果，或者解决目前在其它整理机器所存在的问题。由于涉及的范围比较广，很难从几个简单例子讲清楚，所以，这里仅就织物以柔软、缩绒和摇粒等几个常规机械整理功能，对气流柔软整理机的原理实现和结构保证方面进行分析和讨论，为正确理解和使用气流柔软整理工艺提供帮助。
　　
　　1、织物机械整理的目的
　　
　　织物整理可以提高其内在的品质，并可获得有别于普通织物的感观效果，是织物后加工的一道重要工序。许多新型纺织纤维的特性，就是通过不同的整理过程后而表现出来的；即使是同一品种的织物，采用不同的整理方法也可获得不同效果。有些织物经过一定的机械整理，既可以保留原有的优良特性，同时还能克服或改善原来存在的缺陷。所以，织物整理是一种集中体现纺织品综合性能的加工手段，主要表现以下几方面。
　　
　　1.1、改善织物的服用性
　　
　　天然纤维和化学纤维总会存在一些不足之处。作为服装用料，满足服用性是*位，其次才是加工性和如何保证服用性的要求。麻纤维制作的服装具有较好的透气性和吸湿性，夏季穿着有凉爽感，但如果不经过后整理（如柔软），那么穿上之后会有刺痒感。天然纤维中含有蜡质或油脂等共生物，而化学纤维在纺丝过程中也带有油剂，使得这些纤维具有一定的柔软度。但是，由于这些共生物的存在会影响染色质量，所以必须通过前处理将它去除，结果反而使这些纤维失去了原有柔软度，不得不在染色之后又增加一道柔软整理工艺。基于目前的纤维制造工艺水平，还无法*达到织物的服用性，必须通过织物整理来弥补，或者改善纤维原有或前道工序留下的不足。
　　
　　柔软是改善织物手感的一种整理方法。是使纤维发生松弛或降低纤维与纤维间的摩擦系数，赋予织物柔软、平滑手感的加工工艺。化学法柔软整理，主要是用化学助剂来降低纤维之间的摩擦系数，使纤维在外力作用下容易滑动而产生柔软效果。机械柔软整理则是通过外力的反复作用，降低织物纤维的刚性，提高柔软度。
　　
　　毛织物后整理中有一道重要工序，称为缩呢或缩绒。它是利用羊毛所具有的缩绒特性，在湿热条件下，经机械外力对毛织物的反复作用，使得织物的纤维会相互交错缠结而毡缩。经缩呢后的织物结构变得紧密，织物表面只有少量的纤维缠结或覆盖。缩绒是一种毛纤维（羊毛）顺鳞片摩擦系数，小于逆鳞片摩擦系数的差微摩擦效应。缩绒后的织物手感柔软、丰满，主要用于粗纺毛织物，目前也逐步用于精纺毛纺织物。
　　
　　毛纺织物的缩绒主要与羊毛的鳞片和弹性等内在因素有关，但必须通过三个外界作用条件，即温度、湿度和外力才能够达到缩绒效果。
　　
　　1.2、提高织物附加值
　　
　　随着人们生活水平的不断提高，崇尚自然化、个性化的服饰已成为时尚；同时新型纺织纤维的不断出现，也*地丰富了纺织面料的品种。织物不仅仅是满足服用性，而且还可以仿自然界许多动物、植物外表。在给人类社会增添了新的色彩同时，还保护了野生动物。由于许多织物通过整理后，具有较强的新颖和时尚型，所以往往就有较高的附加值。
　　
　　（1）摇粒绒摇粒绒是针织面料的一种，小元宝针织结构，在大圆机编织而成。织成后坯布先经染色，再经拉毛、梳毛、剪毛、摇粒等多种复杂后整理加工处理。面料正面拉毛，摇粒蓬松密集而又不易掉毛、起球；反面拉毛疏稀匀称，绒毛短少，组织纹理清晰、蓬松弹性特好。它的成份一般是全涤的，手感柔软。用于制作冬季御寒休闲服，深受国内外中青年人的喜爱。
　　
　　（2）Lyocell[天丝]原纤化处理它是一种具有环保特性的新型纤维，分为普通型和交联型。其中普通型的Lyocell纤维具有原纤化特性，它是在纤维纵向表面分叉出来的短纤绒，长短不均匀。如果将这些短纤绒进行一定程度的酶处理，然后再通过一定的织物相对运动，即可产生二次原纤化，这时得到的是长短一致的，布面可产生桃皮绒的效果，具有较高的商用价值。
　　
　　Lyocell纤维原纤化的产生需要具备一个很重要的条件，这就是织物之间在一定湿态下，要有相互摩擦运动。大量的应用表明，采用空气流牵引织物运动，能够给织物之间的相互摩擦运动带来非常有利的条件。
　　
　　1.3、环保要求
　　
　　织物的化学法整理工艺是，通过化学助剂减少纤维之间的摩擦系数，削弱纤维抵抗变形的能力，在一定程度上提高织物的柔软度。由于化学助剂或多或少对人体和环境有一定的危害，有的通过使用后已经发现对人的健康有影响，而有的暂时还没有发现，但还需要一定的时间或者方法才能够验证。所以，开发和采用机械的整理方法，已成为满足环保要求的首要任务。欧洲对纺织品进口的环保要求是非常严格，一些绿色壁垒也是为了环保而设置的。
　　
　　2、织物机械整理的基本条件
　　
　　2.1、湿度
　　
　　提供一定的湿度[尤其是湿热]条件，可以使亲水性纤维得到溶胀，有利于减少纤维在揉搓中的阻力。天然纤维素纤维在湿热自由松弛状态下，还可得到一定的预收缩。羊毛纤维因干燥时的纤维鳞片对纤维抱合很紧，无弹性，缺少定向摩擦，即使在外力作用下，也很难伸长或回缩，无法进行缩绒。而在湿润条件下，毛纤维鳞片会膨胀而张开，这时在外力作用下就能够伸长或回缩，可产生缩绒。
　　
　　2.2、外力
　　
　　外力的作用形式很多，有轧辊的挤压作用、栅栏的撞击作用、气流的振动和拍击作用等等。在不同的整理过程中，应该以什么形式的外力作用，才能获得所要求的效果，有一个侧重点问题。从气流柔软作用的原理来看，zui重要的是气流的振动和拍击作用。因为它比任何其它机械作用都来得柔和、均匀，能够被绝大部分需要外力作用的织物整理所接受。棉纤维在气流的振动和拍击作用下，不会出现擦伤现象。至于麻类织物因其纤维的刚性较大，所以还要附加栅栏撞击作用。在湿润条件下，羊毛在受到反复挤压和揉搓时，会产生定向摩擦效应，形成相互交错缠结，产生缩绒。
　　
　　2.3、温度
　　
　　提高处理温度，对任何纤维都可以加快分子链段运动，降低纤维刚性。纤维容易伸长或回缩，有利于揉搓效果。温度可根据工艺要求确定，干整理采用空气加热，湿整理可以采用喷直接饱和蒸汽。
　　
　　3、气流柔软整理原理分析
　　
　　机械柔软整理是利用机械方法，在一定的张力状态下，将织物多次揉搓以降低织物纤维的刚性，使之恢复到适当的柔软度。机械柔软整理是以挤压、搓揉等机械方法，让纤维发生应力松弛，释放掉在加工过程中因为受拉伸而产生的内应力，使纤维、纱线本身柔顺、松弛，进而表现为织物柔顺、松软，从而获得柔软效果。从以上的几种织物整理过程来看，都有一个重要的条件，那就是对织物要有一定的机械作用。
　　
　　3.1、工作原理
　　
　　高压风机产生高压气流，通过文丘里管转换为高速气流，牵引绳状织物作循环运动。织物纤维周期性地经历拍打、变化作用力和撞击过程，可获得特殊的整理效果。完成这种效果整理，需要实现以下三个基本过程。
　　
　　（1）在一定的区域内[气流喷嘴和导布管]，高速气流对织物进行剧烈抖动，织物之间相互产生摩擦，气流与织物接触处的边界层内，气流对织物产生的相对滑动摩擦。空气温度的增加，或者提高气流速度，都可能增加织物运动的激烈程度。
　　
　　（2）当完成一定区域内的气流与织物的相互作用后，织物在突然失压状态下，产生急剧蓬松，自由向四周撒开，织物纤维的状态会发生变化。织物弯曲或受挤压的纤维迅速展开，释放内应力。在这种周期性的作用下，织物的暂时性折痕能够得到消除，纤维分子的刚性也会不断减弱。
　　
　　（3）失压状态下的织物以一定速度撞击栅栏，将动能全部转换为织物纤维的变形能，然后自由落入储布槽。织物沿斜滑槽[通常底部垫聚四氟乙烯板]滑到储布槽前部，经提布辊重新进入气流喷嘴进行下一个循环。
　　
　　值得注意的是，织物在整个动程循环中，气流喷嘴前的提布辊，并不起到牵引织物运行的主要作用，而是作为改变织物运行方向，减少阻力之用。织物在高速运行条件下，虽然提布辊有速度调节[变频调速]，但很难做到与气流牵引织物的速度同步。这种速度差是客观存在的。如果将该速度差控制在一定的范围内，让提布辊的线速度低于气流牵引织物的速度，那么就如同旗杆拉住在风中飘扬的旗帜一样，能够产生剧烈的抖动。这恰恰为气流对织物的作用，以及织物之间的揉搓提供来了有利条件。

　　
　　由图1得知，提布辊并不设计成具有很大牵引力的结构（如采用增加摩擦力的橡胶条），而是采用齿形条，对织物的握持力非常小。在不大的线速度下，织物就会与提布辊面产生相对滑动。正是这种带有牵制作用的提布结构，可以使织物在高速气流的牵引下产生剧烈的抖动。为了保证这一功能的实现，电气控制对提布辊电机变频采取了保护措施。
　　
　　3.2、织物的受力状况
　　
　　相对其它机械柔软整理而言，绳状气流柔软整理对织物的作用条件有所不同。首先，由气流喷嘴与气流导布管构成的织物牵引系统，不仅是织物循环运动的主要动力源，而且更重要的是它为织物与气流提供了一个相互作用的环境，同时也是织物之间进行相互揉搓过程的区域。由于高速气流在这个区域内处于紊流状态，对自由松弛状态的织物实际上是产生一个三维方向的作用，所以无论是哪种整理过程，对整个织物都能够获得均匀的作用效果。
　　
　　根据不同织物纤维的特性，可以提供湿热或干热环境，让织物纤维大分子链段松动，以及纤维的膨润。这样更加有利于纤维之间位置的变动，加大纤维的揉搓力度。在湿热处理条件下，纯棉针织汗布可产生良好的预缩效果；而聚酯类纤维在干热处理条件下，能够获得非常均匀的摇粒绒效果。有应用表明，经绳状气流柔软整理机做出的摇粒绒的品质，比传统滚筒式摇粒机更佳。
　　
　　3.3、织物的受力时间和程度
　　
　　织物在一段足够长的导布管中，受到高速紊流状态的气流作用，能够产生非常高的震荡频率，可在较短的时间内完成织物的揉搓次数，有效地降低织物纤维的刚度，其作用的强度远大于平幅或者连续式机械柔软。对于麻类、毛圈类织物，还提供一个栅栏撞击过程。麻类织物纤维受到瞬间剧烈撞击，可增加柔软度；毛圈类织物受到适度撞击可以蓬松毛圈，使倒下的毛圈恢复原状。对织物的作用的时间和程度，可以根据不同的织物特性和工艺要求进行调整。
　　
　　4、设备结构功能分析
　　
　　气流柔软整理机的工作原理，必须借助必要的结构和控制功能来实现。每个结构既有自身的作用特点，同时又有与其它相关结构的协调关系，只有这样才能够组合成为一个有机整体，共同完成工作的全过程。图2为机器的结构示意图。现对主要结构功能进行分析。
　　
　　4.1、储布槽
　　
　　用于储放织物，尾部翘起形成一定坡度，底部衬聚四氟乙烯板，织物撞击栅栏后顺势下滑。为了防止后面的织物翻倒压到前面，储布槽后部设置了一组挡杆，可以保证织物有序下滑。储布槽底部的坡度应满足织物在自重作用下能够自由下滑，并且不发生压布、翻布[后面压到前面]现象。
　　
　　4.2、空气加热器
　　
　　供空气加热之用。采用翅片式换热管间接加热，热源可以是蒸汽或者导热油。空气加热的循环利用是节能所必须考虑的，现在有的设备空气加热是没有回用的，会造成很大能源浪费。由于回风中带有大量的细短绒，如不加以净化就容易堵塞空气加热器，因此，回风应经除尘系统净化后才能使用。不过，这样会增加设备结构的复杂程度，目前做得比较好的是部分净化回用。

　　
　　4.3、气流循环系统
　　
　　由高压风机产生高压气流，通过必要的管路分配系统，在文丘里管内产生高速气流，完成气流对织物的振动和牵引过程。这部分主要由高压风机和气流喷嘴所组成，可根据不同的处理工艺进行风量的调节。这里既包括布速的改变，同时还起到对织物作用力度的控制。
　　
　　4.4、提布辊装置
　　
　　采用齿形辊，可交流变频调速。与气流牵引织物运行速度在高速条件下，会形成一定的线速度差。通常织物线速度大于提布辊线速度[有一定相对滑动]，对织物产生一个牵扯作用，有利于织物在气流中波动。但相对滑动速度不能过大，否则会对某些织物产生擦伤。所以，两者具体的速度控制在什么范围zui合适，应根据织物的特性和处理工艺要求来决定。
　　
　　4.5、轧辊装置
　　
　　该装置是作为选用件，通常用作水洗处理中对织物进行挤压处理液，加大液体对织物渗透力，提高水洗效率。在柔软整理中不使用该装置。
　　
　　4.6、撞击栅栏从导布管出来的织物，虽然在气流压力释放下速度有所下降，但仍处于较高运行速度状态。这时，如果织物通过撞击栅栏，进行瞬间能量转换，就可以使得刚性较强的纤维得到强制变形，获得一般机械作用无法达到的效果。撞击栅栏对麻类织物的作用是非常显著的，也是那些需要强烈撞击，才能得到处理效果的织物所必须设置的。
　　
　　4.7、喷直接蒸汽给湿装置
　　
　　该装置是为织物需进行湿态处理而设置的。由于饱和湿蒸汽遇到温度低的织物，会释放出潜热，并在纤维上形成冷凝水，迅速湿润纤维，所以织物可以在湿态下快速升温。纯棉针织物在这种状态下，可以获得一定的收缩。喷直接蒸汽一般设置在两个位置，一个是在气流喷嘴之前的风管内，另一个在导布管出口。蒸汽喷嘴喷出扇形水雾状，可以增加与气流或空气的接触面积，提高传热效率和传热分布的均匀性。
　　
　　4.8、除尘系统
　　
　　与织物作用后的气流夹带大量从织物脱落的碎短绒，必须及时从设备容腔中排除。通过一个的除尘装置，将碎短绒截留并收集，经净化的空气排除机外[正规的工厂还要引到集中除尘系统]。该系统中的除绒装置，是采用刮盘式。正常时不工作，当刮盘上滤网积聚的绒毛过多时，除尘风机的进口阻力增大，有一负压传感装置发出信号，刮盘开始工作。刮下的绒毛通过螺旋绞龙排到收集袋。
　　
　　5、技术参数的确定
　　
　　为了满足各项功能整理的需要，除了一些必要的机械结构外，更重要的是在不同整理过程中，对相应的工艺参数的控制。从目前整理功能来看有以下几个主要技术参数。
　　
　　5.1、织物线速度
　　
　　织物线速度起两个作用，首先是在织物长度一定时，可以表现织物环循环的频率，显然频率越高，对织物作用次数越多，有利于需要一定作用次数的整理过程；其次是高压气流对织物振动拍击和织物之间的揉搓，可随织物线速度的变化而不同。这两个作用是相互关联的，快速循环的织物必然会受到强烈的作用，对不同的织物品种和整理工艺有不同的要求。
　　
　　5.2风量
　　
　　风量对织物处理效果起到很重要的作用。织物的线速度和高压气流对织物振动拍击的程度，可以通过风量的大小控制。风量形成的高速气流牵引织物运行，须保证与提布辊线速度的关系。风量大小应根据织物品种和整理工艺来确定，编程进行动态控制。在干整理过程中，应考虑到空气随温度的提高粘性增加，会增大对织物的牵引力，即布速提高。
　　
　　5.3、温度
　　
　　它是根据工艺要求而设定的。通常有二个检测点，一个在空气加热器与循环风机之间，检测加热空气的温度并控制加热的温度；另一个在除尘风机上，检测排风温度。升温和保温是由空气加热器提供，冷却一般是通过吸入机外自然空气进行强制对流循环来实现。因为空气的比热较小，所以空气强制对流降温的速度也比较快。
　　
　　5.4、湿度
　　
　　对许多亲水性纤维[如棉、麻、粘胶等]，在一定的湿度条件下，可以增加纤维的膨润性，有利于整理效果。采用循环气流中加湿[如湿饱和蒸汽]或者排湿，可以有效控制容腔内空气的湿度。
　　
　　5.5、时间
　　
　　是控制整理过程的长短。在其它参数一定的条件下，整理过程进行到什么程度，就由时间来控制。在满足整理过程的条件下，所用的时间越短越好，可以避免织物在长时间的作用下可能出现的损伤。
　　
　　5.6、预热
　　
　　主要是控制冷凝水的排放。在直接蒸汽加热加湿之前，织物和设备有可能是冷态，一旦蒸汽进入循环气流中放出潜热时，就会在管壁和设备容腔内壁上形成冷凝水。如果滴在织物上就会产生水渍印，影响产品质量。因此，除了设备应设置预热防止冷凝水滴外，还要及时排除管道和储布槽内的冷凝水。
　　
　　6、结论
　　
　　织物的气流柔软整理是一项环保型整理技术，具备了织物机械柔软整理的必要条件。了解织物机械整理的功能要求，掌握气流柔软过程的作用条件，是使用或开发间歇式绳状气流柔软整理机的关键。为此，可得出以下几个使用和控制要点。
　　
　　（1）高速气流对织物产生的三维振动拍击、揉搓是织物整理的重要过程，也是处理效果的关键部分。许多织物的整理效果是气流对织物高频振动所完成的，而并非是撞击栅栏的作用。
　　
　　（2）高速气流压力的急剧变化，织物可以在瞬间获得迅速蓬松，内应力释放，并有一定的预缩效果。这是织物的一个快速形态变化，织物原有的暂时性折痕可通过这个变化消除。
　　
　　（3）织物对栅栏的撞击，可以进行能量转换，较大的动能转化为织物纤维的变形能，降低纤维的刚性。刚性较强的纤维[如麻类]通过对栅栏的撞击，可显著降低纤维的刚性。
　　
　　（4）能耗大是目前间歇式织物绳状柔软整理机的主要问题。如何充分利用循环回风，应从机械结构成本，以及使用的经济性来综合考虑。
　　
　　（5）气流柔软应用于针织物摇粒绒的整理，比传统滚筒式摇粒机效果更好，质量稳定。可以作为滚筒式摇粒机的替代产品。
　　
　　（6）利用间歇式气流柔软机所具有的机械特性，进一步完善连续式气流柔软机，可以获得更高的生产效率。
　　
　　（来源：刘江坚第八届印染后整理论文集）