聚焦纺织世界： 从变化到网络化
针刺技术领域中新的研发方法
今天，针刺无纺布被使用在各个产业应用领域中，例如使用无纺布本身，或者用来制作土工合成材料黏土垫，或者与土工格栅结合生产复合材料。城市化和经济形势等大趋势是土工非织造布持续增长的驱动因素。《无纺布业全球展望》报告中称，2014年全球共生产68.2万吨无纺土工布。2020年产量预计将达到94.3万吨。这相当于全球以每年38%的速度持续增长6年。[inda/edana，《2014 – 2020年无纺布业全球展望
研发方法与试验
格罗茨-贝克特利用与客户和合作伙伴合作而产生的协同作用，建立起自己内部的工艺知识，改进咨询服务、优化产品。在这个过程中我们也进行各种基本调查：例如，一个系列试验的目的是详细分析刺针工作部位的几何形状与纤维方向和无纺布针刺参数对纺织品物理性质的影响。在这个系列试验中重点放在了土工无纺布的应用。由于土工织物有时需要同时满足若干要求，特别是隔离、过滤和排水这些功能，因此土工织物承受的机械性负荷通常都达到了负荷能力的极限。土工织物强度等级代表了土工织物最终能承受什么。以下检验适用于无纺布：
- 按照DIN EN ISO 9864确定的单位面积质量
- 按照DIN EN ISO 12236规定的顶破力测定试验
根据实验获得的测量值可将土工织物分为相应的强度等级。不同种类的土工织物可分为五个不同的强度等级——从GRK1到GRK5。5级强度的无纺土工布克重必须至少达到300g/m²，顶破强度至少为3.5kN。为了把生产过程中出现的产品偏差考虑进去，一般情况下，这两个要求都至少需要5%的公差。
满足最终产品要求的合适的刺针
标准三角形工作部位
在土工织物领域，产品更注重高抗拉强度而表面质量发挥次要作用。因此格罗茨-贝克特的客户使用Tri STAR®和Cross STAR®刺针。这两种都是高效率刺针。Tri STAR®刺针的侧面内凹，Cross STAR®刺针上增加了第四条棱边。这两种工作部位横截面都在系列试验中与标准三角形工作部位进行了对比。
Cross STAR®
为了至少符合5级强度的标准，我们生产了克重为320g/m²的无纺布。该无纺布采用长90毫米、细度4.4dtex的聚丙烯短纤维成网。纤网牵伸机VST 19的牵伸倍数设为40%。
Tri STAR®
预针刺在一台DI-LOOM OD-II 20上使用GEBECON®刺针进行。针刺密度设为75 S/cm²，针刺深度为10毫米。
主针刺在一台DI-LOOM OUG-II SB 15上使用三种不同的工作部位横截面进行，针刺密度始终为250 S/cm²，以串联方式运行。针刺深度为8毫米。
试验结果
根据0.5kPA压力条件下的厚度计算得到的密度
针刺密度的检验表明，与标准三角形工作部位相比，使用Tri STAR®和Cross STAR®刺针可在克重相似的情况下使无纺布密度增加10%以上。导致这个优势的原因在于（Tri STAR®）钩刺区域能更好地握持纤维，提高了针刺效率，以及（Cross STAR®）钩刺分布在四条棱边上。此外，Tri STAR®和Cross STAR®刺针主要都是C型钩刺间距。试验中使用的标准型刺针为R型钩刺距离，因此在相同的针刺参数条件下针刺性能较低。
拉伸断裂强度/克重——横向
进一步的检验表明，使用Tri STAR®和Cross STAR®刺针能够对无纺布拉伸强度产生正面影响。MD/CD比例更加均匀，而且按照DIN EN ISO 9073-3标准，使用Tri STAR®刺针时横向抗拉强度增加8%，使用Cross STAR®刺针情况下甚至可增加12%。与此相应，伸长率有所下降。
断裂伸长率——横向
由于缺少足够宽的夹钳，无法进行DIN EN ISO 10319中规定的检验。但是我们进行了以9073-3标准为基础的测试。
顶破强度/克重
在按照DIN EN ISO 12236标准进行的顶破力测定中，三种工作部位横截面之间的对比显示出良好的结果。三种类型的刺针都达到5级强度，其中Cross STAR®刺针的结果最好。旁边的图表显示了测试结果。这里已排除了克重的变化，以便测量结果可直接进行对比。
标准三角形棱边针刺深度8毫米（左）和12毫米（右）
在另一个系列的试验中，主针刺过程中的针刺深度增加到12毫米，结果表面顶破强度显著降低。与针刺深度8毫米的试验相比，在12毫米的试验中总体顶破强度平均下降了11%。也就是说，增加针刺深度不再达到GRK 5级标准。在检验断裂强度时，针刺深度8毫米与12毫米之间也有明显区别。
针刺深度越大，就有越多的钩刺刺入纤维层抓取纤维。在这种情况下可以认为，针刺深度12毫米时纤维已经受损。针对这一点进行的试验室检验结果证实了这一推测。左图表示针刺深度8毫米情况下产生的穿刺孔。右图表示针刺深度12毫米时纤维受损明显增加。
总结与展望
这个试验系列清楚表明了刺针工作部位的几何形状对无纺土工布物理性质的影响。所有在试验中通过8毫米针刺深度制造的无纺布都达到了5级强度标准（克重>300g/m²，顶破强度>3.5kN）。
针刺深度增加50%（12毫米）的试验表明顶破强度明显降低，无纺布只能达到较小的强度等级。
将三种不同的工作部位几何形状直接进行对比，总的来说可以认为，与标准的三角形工作部位相比，Tri STAR®和Cross STAR®刺针：
- 在同样的机器设置条件下可使产品达到更高的密度
- 可达到更大的拉伸强度、更均质
- 可达到更高的顶破强度
从这些结果可以推导出，使用Tri STAR®和Cross STAR®刺针可在确保机械性质不变的前提下减少原材料的投入。因此，使用合适的刺针不仅可显著影响材料成本，也可直接影响生产成本。
格罗茨-贝克特技术研发中心（TEZ）为此提供最佳前提条件。针织技术、机织技术和无纺布技术三大产能中心在一个地方融合了所有现代表面成形方法。无纺布技术中心还拥有一条新建的短纤维针刺生产线，格罗茨-贝克特可利用这套设备扩展自己的工艺知识，不断优化产品，为无纺布业开发创新技术。该生产线还可有不同的配置，为客户和合作伙伴测试和联合项目开发刺针和纺织品。该设备的另一个使用重点是对客户的产品和生产工艺进行优化。此外客户还可使用这条新生产线进行小批量生产。格罗茨-贝克特通过整套服务方案协助客户避免资源瓶颈和自己生产线的停頓。
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您是否知道？
在装满刺针的新的短纤维生产线上、针刺深度6毫米、针刺频率1500转/分钟的条件下，格罗茨-贝克特刺针6个小时移动的距离相当于围绕地球一圈的周长。