水刺法非织造布生产工艺中节能降耗新设备研制

新设备　产业用纺织品　总第２１６期　

水刺法菲织遣帝塞产工艺中节麓璃耗新设备豫制　

顾平道邱燃：　（东华大学环境科学与工程学院　上海，２０１６２０）　

摘要：介绍了水刺法非织造布生产工艺的工作原理和特点，着重分析了其在实际应用中存在的能耗高的缺　

点。阐述了高压电场脱除物料水分的基本原理，针对上述缺点对烘干设备进行了部分结构改造，将高　

压电场脱除物料水分技术应用到烘干系统中，可节能３０％～４０％，从而达到节能降耗的目的。　

关键词：水刺法非织造布，高压电场干燥技术，烘干系统，节能降耗　中图分类号：ＴＳ１７４．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—７０９３（２００８）０９—００３６～０３　

能源和环保问题是关系到整个社会发展和人　

类生存的重要问题。工业生产过程中能源消耗日　

益增加，纺织行业的能耗在整个能耗中占有相当大　

的比例，因此纺织行业的节能正成为能源和环保领　

域的研究热点。　

１　水刺法非织造布生产工艺　

水刺法非织造布生产工艺是目前纺织行业中　

的一项新兴技术。在水刺法非织造布的生产过程　

中，纤网经过水刺加工后，虽然经真空吸水，但非织　

造布上仍然吸附着大量的水分，需要对经过水刺加　

固后含有大量水分的材质进行烘干，以除去其中的　

水分并使产品尺寸稳定，因此烘干工序是水刺法非　

织造布生产工艺中不可缺少的步骤ｌ１１。尽管目前　

采用了多种形式的烘干设备来提高烘干效率，但由　

于非织造布本身的特性，使得该工艺耗能一直居高　

不下。　

１．１生产工艺及特点　

水刺法非织造布生产工艺的主体结构主要由　

成网系统（混棉给棉机和梳棉机）、水刺系统（圆筒　

型水刺机和脱水轮）以及干燥卷绕系统（干燥设备　

收稿日期：２００８—０８—１３　作者简介：顾平道，男，１９６５年生，副教授。主要从事流体流动　

与传热和节能设备研发。　

一３６一　和卷绕头）组成。　

水刺法又称射流喷网法或水力缠结法，其工作　

原理与针刺法相似，属于非织造纤网的一种机械　

加固方法，所不同的是将钢针改为极细的高压细水　

流。纤维经过梳理成网后，利用高压喷射的水流形　

成水针所产生的穿刺力使纤网中的纤维相互缠结，　

用水刺直接加固，烘干卷装形成水刺法非织造　

布　引。　

水刺法工艺流程一般为　：　

配棉一开松一输送一喂棉一梳理一纤维成网　

一预湿一正反面水刺一脱水一（预干燥）一后整　

理（印花、上色、上浆等）一于燥定型一分切一卷曲　

一包装　

水刺法非织造布生产工艺主要特点是：①工艺　

较简单，生产中不用化学粘合剂（除特殊用途外），　

卫生性能好，因而不会造成环境污染，产品用途十　

分广泛；②加工时纤维不受损伤，产品不起毛，伸长　

较小；③产品具有优良的悬垂性和极柔软的手感，　

蓬松，透气性好，强力高，吸湿性好。　

１．２生产工艺的缺点和不足　

水刺法非织造布生产工艺也存在固有的缺点　

和不足，原因在于其采用高压水作为动力，经水刺　

开纤后形成的微纤，因其毛细管效应，使之吸水率　

和含水率大大提高，所得到的非织造布含水量很　

大，而超细纤维水刺非织造布的致密结构亦影响干　

燥机热量的穿透，使之烘干能力偏低，不易烘干，能　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第９期　产业用纺织品　新设备　

耗较大。烘燥阶段最重要的工艺参数是烘燥温度　

（一般是１２０—１６０℃）。在不同的烘燥方式下，都　

存在烘燥速率与烘燥温度成正比的关系，但不能因　

要追求高烘燥速率而大幅度地提高烘燥温度，因为　

烘燥温度不仅受设备的限制，且受所采用的纤维材　

料的限制。若烘燥温度过高，纤维可能变色、变脆，　

甚至发生塑性形变，最后体现在纤网尺寸、机械强　

度等的变化，从而影响产品的质量　Ｊ。因此，高能　

耗的水刺法生产工艺不仅影响了产品的竞争力，而　

且也不符合目前节能降耗的方针政策。　

２　高压电场脱除物料水分的原理　

研究表明　ｊ，高压静电场对蒸馏水的蒸发和　

含水物料的脱水过程有促进作用，具有提高脱除速　

率，节省能源，运行费用低等显著特点，近年来受到　

了人们的关注。　

高压电场脱除物料水分技术是利用了著名的　

“浅川效应”，即在施加一定电压后水的蒸发速率　

会加快，并认为电场消耗的能量很小。高压电场脱　

除物料水分的基本原理是“电场能传质”，即通过　

非均匀电场的作用，利用水分子的极性，使热湿空　

气中不规则运动的水分子作定向运动。高压电场　

脱除非织造布中的水分子过程主要是实现离子束　

在水分子上能量沉积、电荷交换。一方面载能离子　进入非织造布后，与水分子相互作用，逐渐把动能　

传给水分子，直至离子的动能完全散失并在非织造　

布中停止下来，从而使水分子的能量加大，促进水　

分子中氢键的断开，使分子团变成单个的水分子，　

减小水分子脱出时的阻力；另一方面离子和水分子　

发生电荷交换，使水分子携带离子的能力增加，在　

电场作用下水分子所受的电场力增加，内部的自由　

水向表面移动速率加快。非织造布内部的水分子　

要克服各种阻力而逐步渗到非织造布表面，需要电　

场有足够大的能量，使水分子能够顺利脱出，因此　

要求外加电场力要大于某一特定的阈值。　

水分子从物料内部脱出，不发生液态到气态的　

转化，就能量方面而言，节省了汽化的能量，从而降　

低了能耗；在表面水分的逸出过程中，水分子直接　

被电场力拉出，也会减少大量的汽化潜热，因此高　

压电场可辅助物料脱除水分，能耗大大降低。　

３　烘干设备结构设计　

结合水刺法非织造布生产工艺流程，对高压电　

场辅助烘干的实例作进一步详细说明。如图１所　

示，在金属板外壳结构６上布置左右对称的两块绝　

缘板７，同时在绝缘板结构７上设有转轴ｌ７，在转　

轴１７上安装高压极板，此极板上布置一定数量的　

等间距的金属针型芒刺８（正电极），且在金属针型　

１——混棉给棉机；　５——水针；　９——通风小孔；　１３——绝缘支撑杆；　１７——转轴；　２——梳理棉；　６——金属板外壳　１Ｏ——引风机；　１４——固定支架；　１８——热风半圆管　３——圆筒型水刺机；　７——绝缘板；　１ｌ——绝缘圆导板；　１５——卷绕头；　４——脱水机；　８——针型芒刺放电极（正极）　１２——金属板（负极）；　ｌ６——排水槽；　

图１　带有高压电场辅助烘干的水刺法非织造布生产工艺　

一

３７—　维普资讯 http://www.cqvip.com 新设备　产业用纺织品　总第２１６期　

芒刺８之问设置通风小孔９。绝缘圆板Ｉ１和金属　

板１２（负极）连接在支撑杆１３上，并通过固定支架　

ｌ４安全固定。布料在绝缘圆板１ｌ上通过，受到下　

方金属板１２（负极）的电场影响。同时，由热风半　

圆管１　８送入的热风将产生的热湿气体通过通风小　

孔９由金属板外壳结构６顶端的引风机ｌ０排出，　

而少量产生的水则通过排水槽１６处理。在整体设　

备上方装有引风机１０，将产生的热湿污浊气体排　

除。　

通过布置一定距离、一定形状的正负电极，接　

上高压电源来产生高压电场，其中设置在抽风圆桶　

内部的弧形金属板上布置一定密度的芒刺，且该弧　

形金属板为带芒刺正电极，铺网下方的半圆金属板　

设置为负极，通过在不规则的区域内布置一定密度　

的芒刺一板构成非均匀的高压电场。同时，送人一　

定量的热风加快非织造布的烘干速率，提高烘干效　

果，达到节能降耗的目的。　

４　节能效果　

通过采用高压电场对水刺法非织造布生产工　艺进行脱水烘干处理，部分实测表明采用高压电场　

比同样条件下采用常规的电加热器、热风系统节能　

３０％～４０％，因此这是脱除非织造布水分、降低能　

耗的好方法。该技术还可以在含湿处理量大的领　

域，如环保、食品等行业中积极推广。　

参考文献　

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［Ｊ］．产业用纺织品，２０００，】８（１）：２５—２７．　［２］魏敏．非织造布生产技术与生产状况［Ｊ］．纺织机械，　

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非织造布，２００１，９（１）：２０－２６．　

［４］　邢声远．水刺法非织造布的生产现状与发展趋势　

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［５］　彭富兵，焦晓宁．影响水刺法非制造布产品质量因素　

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内蒙古大学学报（自然科学版），１９９９，３０（６）：６９９—　

７０５．　

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