CN1115806A - 材料幅面的针刺方法以及相应的装置和它的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种材料幅面的针刺方法，其特征是，材料幅面以预先给定的速度在许多绕自己的纵轴转动的并垂直于材料幅面的运动方向布置的针辊上行进，材料幅面总是覆盖住针辊表面的一部分，相对于材料幅面的速度的针辊的圆周速度被调整到，通过调整纵向滞后获得满意的针刺尺度。实施该方法的装置包括许多作行星轮运动的针辊(1)和支承材料幅面(9)的支承辊(2)，它们相互交替布置。本方法有很高的针刺速度。

Description

材料幅面的针刺方法以及相应的装置和它的应用
本发明涉及一种材料幅面(如薄膜、无纺布)的针刺方法，以及实施该方法的装置。
在生产和加工无纺布或层压材料时，可以采用机械措施，通常使用针刺、空气射流或水射流。这种处理方式的例子有无纺布的预先压实或把多层无纺布叠合成层压材料。这种处理方法是普遍的，例如在《无纺布》(出版者：Luenenschloss/Albrecht，Georg ThiemeVerlag(1982))一书的“无纺布强化”一章中作了叙述。
除了无纺布的强化，在对无纺布作另外的处理时，使用针刺也是已知的。
如德国专利DE—Cbm—82—11,455上，公开了一种强化无纺布的机器，它的特点是使用带有针的传送带作传送装置。
德国专利DE—AS—2,160,209上进一步公开一种热固定无纺布的方法，在其中，要处理的无纺布通过带有针的定位辊。
在这些已知的方法和装置中，针只起传送材料幅面作用。
使用单个转动的针辊，针刺材料幅面已经有了记述。
在德国专利DE—A—2 530 872上描述了一种针辊装置，它由一个带毛占针的辊和一个支承辊组成，支承辊带有耐压的、边上可偏转的支承元件。两个辊子相对转动，纺织物在辊子的针刺区域被毛占针针刺。使用针辊时人们估计，要针刺的材料幅面在迅速见效的针刺条件下将受到损害。在这个装置中，在辊子上径向站立的并与辊子一起转动的针在针脚和针尖之间有不同的圆周速度。因而，当针位于以不变的速度运动的材料幅面内时，一般来说针是按照进入材料幅面的深度而起不同的作用。
德国专利DE—C—38 22 652上描述了一种针刺装置，在这个装置中，唯一的一个针辊一方面绕针辊轴转动，另一方面绕与针辊轴平行的旋转轴转动，画出一条内圆滚线轨迹。用这种装置只能达到很小的针刺密度，即单位面积的针刺数很小。
在传统的缝纫中，针梁垂直于要缝纫的基片上下运动，针在基片上进出，起着在材料幅面上穿孔的作用；通过针上的倒钩产生一个线的盘结。传统的缝纫机到目前能达到的最大的生产速度是大约40m/min，主要是受到针梁所能达到的最大频率的限制。
本发明的目的是提供一种材料幅面的针刺方法，这种方法在通常的针刺密度下与传统的针刺方法比较可显著地提高生产速度。
本发明涉及一种材料幅面的针刺方法，其特征在于，材料幅面以预先给定的速度在许多绕自己的纵轴转动的并垂直于材料幅面的运动方向布置的针辊上行进，材料幅面总是覆盖住针辊表面的一部分，相对于材料幅面的速度的针辊的圆周速度被调整到，通过调整的纵向滞后获得满意的针刺尺度。
这里所说的“材料幅面”是这样一些非织造织物，它在针辊上针的作用下可改变其结构，例如薄膜或者特别是纺织类非织造织物，尤其是无纺布或者包含有化合物的无纺布和由此结合成层压材料的非织造织物。
这里所说的“针刺”是指用针辊上的针对前述的材料幅面的处理，在这里材料幅面通过这种处理改变它的结构。例如，属于针刺处理的有薄膜或纺织类的非织造织物的穿孔、开缝，以及特别是纺织类的非织造织物的线的机械缠结和连接，例如象无纺布或包含有层压材料的无纺布。针可以是光滑的或者带有倒钩的。
如上所述，在给定针辊转速时，在针辊上径向站立的针在径向延伸上有不同的速度。因而，位于针辊针刺区域的、以给定速度行进的材料幅面在厚度上出现不同的变形，变形由在这个位置的针和材料幅面之间的相对速度引起。
在沿着针辊的传送中，材料幅面的行进方向进一步变化，由此针和材料幅面之间的相对速度也发生变化。结果，在材料幅面沿着针辊行进中，在材料幅面的某一位置对材料幅面起作用的力发生变化。
本发明的方法的依据是，把由针的运动和材料幅面的运动之间的相对速度在材料幅面上引起的力调到可获得满意的针刺效果上。
在本发明的方法的一个最佳实施例中，针辊的转数n的选定要使针辊的圆周速度Vnadel符合至少位于材料幅面上的、在针脚和针尖之间区域的那个位置和在材料幅面的速度Vmat的进针和退针之间的区域的那个位置。
一个更佳的实施例是，针辊的转数n的选定要使针辊的圆周速度Vnadel符合至少位于材料幅面上的、在针脚和针尖之间区域的和在材料幅面的速度Vmat的进针和退针之间的中间的那个位置。
在本发明的方法的另一个实施例中，针辊的转数、材料幅面的速度Vmat和材料幅面在针辊上的包缠角α的选定要使产生出一个作为在针插入材料幅面的位置上、针尖的圆周速度Vnspe和材料幅面速度Vmat之间的矢量差的针的插入速度Vrele，它的方向在针插入材料幅面的位置垂直于材料幅面的运动方向。
在类似的方式中，当然要考虑针从材料幅面退出时的情况。在这种情况下，针辊的转数n、材料幅面的速度Vmat和材料幅面在针辊上的包缠角α的选定要使产生出一个作为在针退出材料幅面的位置上、针尖的圆周速度Vnspe和材料幅面速度Vmat之间的矢量差的针的退出速度Vrele，它的方向在针退出材料幅面的位置垂直于材料幅面的运动方向。
在本发明的方法的另一个最佳实施例中，许多绕自己的轴转动的、半径为r的针辊，在半径为R的圆上运转。
在此，材料幅面是这样运行的，它能沿着大约一半的与针辊相切的圆运行的路程与针辊接触。
通过以行星运动的形式的这种针辊运动方式，针辊能以简单的方式滚压在材料幅面上；由此可实现对针脚和针尖之间的不同的滚压速度的运动学上的补偿。
借助于针辊的行星运动产生出一系列设计参数，它们可以有效地解决纵向滞后、针脚密度和生产速度问题。通过针辊轴相对材料幅面运动的相反发向的运动，可以达到，在比材料幅面的速度高的圆周速度下，针辊在针的插入时保持与材料幅面运动同步。
由于与材料幅面有关系的针辊的滚压运动，针是按照插入深度以不同的圆周速度插入材料幅面。圆周速度应尽可能地适应材料幅面的转送速度。如果这两种速度存在着大的差距，将导致滞后或材料幅面的损害。因此，最好力求针的插入运动尽可能垂直于材料幅面的运动发向。
本发明的方法提供了这种可能性。在滚压和连续的针刺过程中，针的运动和材料幅面的运动之间的相对速度不依赖于针插入材料幅面的深度，而是使针的运动在材料幅面运动方向上的分量与材料幅面的速度之差朝着零减小。
在本发明的一个最佳实施例中，许多绕自己的纵轴转动的、半径为r的针辊，在半径为R的圆上运转，针辊的旋转方向与针辊轴的旋转方向相反并且材料幅面的速度Vmat、半径为r的针辊的转数n和针辊轴在半径为R的圆形轨道上的转数N的选定要符合关系式(I)
    Vmat＝2×π×r×n－2×π×(r＋R)×N(I).
本发明将在附图1至4中作详细说明。
图1表示了实施本发明的方法的装置的横截面，该装置同样是本发明的对象。
图2表示了图1所示的装置的局部。
图3表示了用图1所示的装置针刺时的速度关系。
图4最后表示了在针刺预先强化了的无纺布时本发明的装置的使用。
图1所示的装置包括许多半径为r的针辊(1)和许多支承辊(2)，针辊以相互交替着布置成圆形，它们各自可绕自己的纵向轴(3、4)转动。针辊以转数n在半径R上转动，针辊(1)和支承辊(2)装在支承盘(5)上，支承盘(5)和针辊(1)各自的转动由没表示出的驱动装置带动。针辊是由齿轮带动，材料幅面(9)以速度Vmat沿着针辊和支承辊构成的圆形表面行进，根据本发明的装置，材料幅面(9)在进入前和离开后的位置各有一个导向辊(8)。
在图2中详细表示了针辊(1)和支承辊(2)的布置，并且表示了在材料幅面上进针和退针的那一刻的最佳速度关系。针辊(1)的半径为r并以转数n转动，在针辊(1)的径向上站立着长度为Δr针(只表示出了一部分)。材料幅面(9)以速度Vmat沿着支承辊(2)和针辊(1)运动。绕在针辊(1)上的材料幅面(9)的包缠角α和接触角β通过改变支承辊(2)的位置可以调整。
包含着在针辊(1)上的中间点和材料幅面(9)接触针辊(1)的进入点之间的距离和在针辊(1)的中间点和材料幅面(9)离开针辊(1)的退出点之间的距离的那个角可理解为接触角2α。
包含着在针辊(1)上的中间点和材料幅面(9)接触针尖的进入点之间的距离和在针辊(1)的中间点和材料幅面(9)离开针尖的退出点之间的距离的那个角可理解为接触角2β。
针辊(1)的驱动轴(3)以半径R和转数N作圆周运动。
上边的叙述得出关系式(1)
        Vmat＝2×π×r×n－2×π×(r＋R)×N
(I)
从这个关系式可以算出在预先给出的材料幅面的速度Vmat和选定的转数N下的最佳的针辊转数n，其结果为
        n＝[2×π×(R＋r)×N＋Vmat]/2×π×r
(II)
通过改变不同的参数可以获得不同的针刺密度或者材料幅面的纵向滞后。
属于这些参数的有，例如半径R、针辊的直径和数目，包缠角α以及接触角β、转数n和N。
在一个最佳实施例中，使用了八个半径r为200mm的针辊，它们在半径R为800mm的圆上运动。在图2中表示了包缠角2α为22.5°的布置。
当材料幅面的速度为每分钟100米，转数N为每分钟10时，按照前面的关系式(II)相应地针辊转数n为每分钟129.6。
由此产生的在进针和退针点上的速度关系同样可以从图2中所表示的矢量图上看到。由针尖速度Vnadel和材料幅面速度Vmat产生的相对速度Vrele和Vrela在这里可以从矢量图中导出为每秒1030mm。
由于在按本发明的方法所表示的方案中，Vrele和Vrela垂直于材料幅面的速度，因而在进针和退针点没有相对的提前和落后，因而也没有滞后。当与针辊外切的圆上的材料幅面的最大包缠角为157.5°时(在包缠区内有3个针辊和4个支承辊)，针辊在材料幅面上有5.83个滚压接嵌，当针之间的距离为10mm时，在材料幅面的纵向上，针刺密度为3.74mm。
如果要纵向滞后，在所述的例子中，通过转数n和/或N微小改变就可实现；通过改变包缠角α，例如改变支承辊的径向位置，也可以达到。
在图3A/B中详细地表示了包含在图2中的、在进针位置的、两个实施形式的矢量图。从中可以看到，针尖速度Vnspe本身是一个相对运动，它是由以圆周速度Vnadel运动的针辊的转动n和以圆周速度Vpl运动的针辊轴的转数N合成的。在图3中表示了当总是相同的每分钟100m的材料幅面速度Vmat和不同的速度Vpl和Vnspe时的速度关系。在两个所表示的方案中，人们注意到，在针尖的圆周速度Vnspe和材料幅面速度Vmat之间的矢量差，在针扎进材料幅面的那一点产生了一个针的插入速度Vrele，它的方向在针扎入材料幅面的那一点垂直于材料幅面的运动方向。图3中上面的矢量图表示了针刺时的速度关系，在这里n＝197.58/min，N＝20/min；图3中下面的矢量图表示了针刺时的速度关系，在这里n＝129.577/min，N＝10/min。
在图4中表示了用本发明的装置对加固的无纺布的针刺。一个在带轮(11)之间运转的、没有表示出来的无纺布生产装置的传送带(12)，把一个没有强化的无纺布幅面(13)送入一个预先强化装置(14)，例如一个借助水射流预先强化的装置。接着在本发明的装置(15)中对材料幅面(9)进行针刺。在本发明的装置中，材料幅面(9)以半圈沿着在半径上布置的并转动的针辊(1)和支承辊(2)运动，针辊和支承辊绕它们自己的轴转动并以与它们自己的轴相反的转动方向运动。在材料幅面运动时，当然可以从外部通过已知的导引装置，例如循环运转的带子，对针刺过程进行支持。针刺过的无纺布接着进入没有表示出的烘干器和缠绕机。在预先强化装置(14)和本发明的装置(15)之间装有各自的导向辊(16、17、18)，在这里导向辊(17)还附加有一个吸水装置。
在所说明的实施例中，可以用下面的参数进行运转：
无纺布的速度：100m/min
沿着本发明的装置的无纺布的半径R＋r：1000mm
转动速度N：20/min(相当于外表面速度：125.66m/min)
针辊的半径r：200mm
针辊的转数n：179.58/min(相当于外表面速度：225.67m/min)
针长：12mm(相应地针尖在圆周上的线速度为139.21m/min)。

Claims (16)

1.一种材料幅面的针刺方法，其特征在于，材料幅面以预先给定的速度在许多绕自己的纵轴转动的并垂直于材料幅面的运动方向布置的针辊上行进，材料幅面总是覆盖住针辊表面的一部分，相对于材料幅面的速度的针辊的圆周速度被调整到，通过调整纵向滞后获得满意的针刺尺度。
2.按照权利要求1所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，针辊的转数n的选定要使针辊的圆周速度Vnadel符合至少位于材料幅面上的、在针脚和针尖之间区域的那个位置和在材料幅面的速度Vmat的进针和退针之间的区域的那个位置。
3.按照权利要求1所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，针辊的转数n的选定要使针辊的圆周速度Vnadel符合至少位于材料幅面上的、在针脚和针尖之间区域的和在材料幅面的速度Vmat的进针和退针之间的中间的那个位置。
4.按照权利要求1所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，针辊的转数n、材料幅面的速度Vmat和材料幅面在针辊上的包缠角α的选定要使产生出一个作为在针插入材料幅面的位置上、针尖的圆周速度Vnspe和材料幅面速度Vmat之间的矢量差的针的插入速度Vrele，它的方向在针插入材料幅面的位置垂直于材料幅面的运动方向。
5.按照权利要求1所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，针辊的转数n、材料幅面的速度Vmat和材料幅面在针辊上的包缠角α的选定要使产生出一个作为在针退出材料幅面的位置上、针尖的圆周速度Vnspe和材料幅面速度Vmat之间的矢量差的针的退出速度Vrele，它的方向在针退出材料幅面的位置垂直于材料幅面的运动方向。
6.按照权利要求1所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，许多绕自己的轴转动的、半径为r的针辊，在半径为R的圆上运转。
7.按照权利要求6所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，针辊的旋转方向与针辊轴的旋转方向相反并且针辊的转数n和针辊轴的转数N的选定要使针辊的圆周速度Vnadel符合至少位于材料幅面上的、在针脚和针尖之间区域的那个位置和在材料幅面的速度Vmat的进针和退针之间的区域的那个位置。
8.按照权利要求6所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，材料幅面是这样运行的，它能沿着大约一半的与针辊相切的圆运行的路程与针辊接触。
9.按照权利要求6所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，许多绕自己的纵轴转动的、半径为r的针辊，在半径为R的圆上运转，针辊的旋转方向与针辊轴的旋转方向相反并且材料幅面的速度Vmat、针辊的转数n和针辊轴的转数N的选定要符合关系式(1)
     Vmat＝2×π×r×n－2×π×(r＋R)×N    (1).
10.按照权利要求6所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，附加有许多绕自己的纵轴转动的支承辊并且在圆上运转，针辊和支承辊相互交替布置。
11.按照权利要求6所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，未强化的无纺布在一个预先强化装置中进行处理，接着按照权利要求6进行针刺。
12.按照权利要求11所述的材料幅面的针刺方法，其特征在于，用水射流进行预先强化。
13.一种针刺材料幅面(9)的装置，包括许多针辊(1)，针辊绕自己的纵轴(3)转动而它们的纵轴(3)在一个圆形轨道上运行。
14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，该装置包括许多附加的绕自己的纵轴(4)转动的支承辊(2)，而它们的纵轴(4)在一个圆形轨道上运行并且针辊(1)和支承辊(2)相互交替布置。
15.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，支承辊(2)可在半径方向上移动。
16.按照权利要求13所述的装置，它用于对材料幅面，特别是对无纺布或层压材料进行针刺。
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