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紡織科技—片梭織機生產機織土工布的工藝研究
發布時間：2012-10-20
1 前言
土工布是應用于土木工程中的紡織品。狹義的土工布是土木工程中與土木技術材料一起使用的可滲透的紡織品。而不可滲透的紡織品則稱為土工膜，土工膜一般由紡織物涂上瀝青或其它涂層得到。廣義上的土工布包括土木工程中可滲透的土工布和不可滲透的土工膜。美國材料試驗學會(ASTM)給土工布下的定義是“一切和地基、土壤、巖石、泥土或任何其它土建材料一起使用，并作為人造工程、結構、系統的組成部分的紡織物，叫做土工布。”土工布是繼鋼材、水泥、木材之后的第四種應用于巖土工程中的一種新型建筑材料，在鐵路、公路、水利、電力、冶金、礦山、建筑、軍工、海港、農業等領域中推廣應用，具有排水、過濾、隔離、加固、保護、防滲、防漏等作用。
隨著我國基礎建設高峰的到來，土工布正面臨著前所未有的機遇，包括對大江大河的長期治理改造、農田水利建設、公路建設、鐵路建設、機場和港口建設，所有這些都為土工布的發展提供了無限商機。但各項工程對土工布的幅寬、各項物理等指標要求較高，由于國產有梭織機性能不夠穩定，幅寬小滿足不了工程建設的需要，所以，生產有一定的難度。而片梭織機具有較大的幅寬，能夠適用各種規格紗線制造需要，滿足工程的要求，而且車速快，能夠提高產品產量，制造成本較低。加之片梭織機棕框運行平穩，紗線張力均勻，設備維修、操作簡單。這樣織物能達到設計參數的要求，保證了土工布的質量。
2 機織土工布的性能
土工布有很多種，按生產方法分可分為針織土工布、非織造土工布和機織土工布等幾種。而其中的機織土工布是由兩組長絲或扁條穿梭織成的織物，品種有單層機織土工布（也稱土工反濾布）、雙層土工布（也稱土工模袋布）及機織防滲布。我國機織土工布比非織造土工布發展要遲十多年，目前的生產技術還處于初級階段。機織土工布的原料主要是以聚丙烯扁絲織布為主，尼龍絲高強機織物為輔，幅寬多在3800mm以上，規格多為120-150g/m2的織物，工程要求高的一般可選用200-500g/m2的織物。
（1）單層機織土工布 單層機織土工布也稱土工反濾布，與一般機織物的結構相同，土工反濾布多數采用平紋組織，按照應用工程要求設計原料、紗支、密度等參數。產品要保證經緯向強力和水的可透性。生產工藝從聚合體切片粒子→長絲（或扁條）經紗→粒子儲存→紡絲（或成膜）→整經織造→檢驗整理，最后為土工布成品。
（2）雙層機織土工布 雙層機織土工布也稱土工模袋布，土工模袋是雙層織物，四層組織，其中第二第三用合股長絲或是粗繩作為厚度控制的加固筋。模袋厚度可厚可薄，成形可大可小，形狀有正方形、矩形或者其它幾何形狀。土工模袋織物柔軟，其中利用高壓泵充灌流動性混凝土或水泥砂漿，凝固后形成高強度剛性硬結板塊，可適應任何復雜的坡形、地形的變化和土質條件，用于大面積護坡或作土面襯及水下護底，它能夠起到模板的作用。機織土工模袋的性能主要表現在：①強度高，抗凍性強（可耐-40℃低溫），可按工程要求預制成不同大小、不同厚度的各種幾何形狀；②澆灌時柔性大，彈性好，可保證成型后的塊體緊貼地面，尤其適應于復雜起伏地形；③可以水下施工，無需圍堰或斷流；④施工可機械化，進度快，質量有保證；⑤機織土工模袋還有抗老化、抗腐蝕、抗微生物、耐頂破、耐刺破、耐磨性好和安全系數可靠等性能。是防洪、搶險的新穎紡織土工材料。
（3）機織防滲布 機織防滲布有二布一膜和一布一膜兩種，涂層PVC厚0.33mm左右，具有抗滲強度高、耐頂破、耐刺破的特性，是水庫、高壩、隧道、建筑等工程的特殊防滲材料。
3 機織土工布的特點
機織土工布在加固、增強、防沖蝕等高強度用途上具有優勢。主要用于公路、鐵路病害地段的治理、土質松軟地段的改善和河堤、水壩、海港等處的護坡加固以及機場跑道、人工島的構筑等等，其應用范圍相當廣泛。產品有如下特點。
（1）機織土工布的拉伸強度和模量較大，斷裂伸長較小，它具有較好的應力應變關系。
（2）機織土工布中經、緯紗相互擠壓，阻止了織物受外力作用時的變形，所以機織土工布的結構一般都比較穩定。
（3）機織土工布孔隙尺寸較大，由經緯交織形成的篩網，其最小間隙在0.05mm。由于孔眼大，若作過濾用，則小的砂粒易流失，經長期過濾后，網眼易堵塞。
（4）機織土工布頂破強度低，斷裂功小。
（5）機織土工布生產工藝復雜，產量低，成本高。
4 片梭織機的發展及特點
片梭織機是用一個薄片狀梭子而實現引緯的，所以原則上說它還是屬于有梭織機，只是和傳統的有梭織機相比，梭子尺寸大大縮小了而已。片梭織機和傳統有梭織機的區別主要是在投梭原理和打緯機構上。片梭織機不象傳統有梭織機那樣是利用凸輪投梭，而是利用扭力軸積蓄的能量把極小的鋼質載緯器（一般稱為片梭）打向對側，使之穿過梭口引入緯紗，并在布邊處逐根剪斷，將緯紗紗頭折入下一個梭口形成堅牢的布邊。片梭從織機左側的啟動梭箱投向右側的承梭箱，然后從經紗的下邊用輸送鏈把片梭送回左側啟動梭箱，所以片梭織機上實際引緯的片梭只是一只，但卻有許多片梭等距離的分布在輸送鏈上，并緩緩地向左側的啟動梭箱運行以待用。左側的啟動梭箱和右側的承梭箱都固裝在機架上，為了使梭子準確地進入梭口和承梭箱，在片梭的引緯過程中，筘座應靜止不動，這樣的要求非四連桿打緯機構所能滿足，因此采用共軛凸輸打緯機構。
片梭織機是世界上最早研制成功并且技術比較成熟的一種新型織機。1953年首先由瑞士蘇爾壽.魯蒂（SULZER RUTI）公司投入工業化生產。我國首先使用片梭織機是由北京第二毛紡織廠在1980年從瑞士蘇爾壽.魯蒂公司引進的二手設備PU型（幅寬2160mm）。在80年代到90年代近二十年間，片梭織機的使用在我國得到了較快的發展（以引進瑞士蘇爾壽魯蒂公司設備為主），到目前為止，全國已有215家左右的紡織廠使用片梭織機近7000臺左右，大概占全國新型織機總量的1/8以上。片梭織機已擴展到全國棉、毛、絲、麻。毛巾復制、塑料、建筑、篩網、土工布及工業用布等各個行業領域。片梭織機和其它各種織機相比具有一定的優越性，主要表現在以下幾個方面。
（1）片梭織機適于寬幅低速高引緯
特闊幅片梭織機在工藝，設備性能上較之噴氣、劍桿織機有較大優勢。因此，片梭織機筘幅在3300mm以上機型應充分發揮其特闊幅優勢，生產獨特特闊幅產品，這樣才能提高產品的競爭力和經濟效益。由于片梭織機的低轉速，機器整體磨損相對減小，設備使用壽命長，剩余價值高。片梭織機的引緯率可高達1100m/min（新近瑞士蘇爾壽.魯蒂公司生產的P7200型，引緯率可達1200m/min），這樣大大提高了片梭織機的產量。
（2）片梭織機對產品有廣泛的適應性
片梭織機的品種適應性較廣，它不僅適合于棉、毛、絲、麻等各紡織領域，而且適用于各種織物組織結構，諸如平紋、斜紋、緞紋織物還能織造各種變化組織，如蒸呢布的緯二重織物，高級單面花呢的經雙層組織女士呢的縐組織等。它也適用于任何支數和經緯密度的織物；它還能織造環錠紗、自捻紗等條染、匹染、筒子染色紗線；又能織造空氣變形紗，花式合股紗，結子紗等有梭織機織造較困難的紗線。
（3）片梭織機對緯紗張力可進行調控
片梭織機采用緯紗制動器（壓紗器），可對引緯時期的緯紗張力進行調控，保證了引緯的可靠性。而噴氣織機在引緯時必須對緯紗的制動解除，引緯時的緯紗張力很低，可控性較差。其次，在片梭織機上，還有一個精確調節緯紗張力的過程，當緯紗引入梭口之后，綜平之前這段時間內，在制梭側的片梭向布邊處發生少量回退，使梭口中緯紗張力松弛，同時依靠引緯側的張力平衡桿將梭口中松弛的緯紗拉緊到一定程度，每次引緯后，都對梭口中緯紗張力進行精確的調節一次，確保織物布面質量，避免緊緯和松緯造成的疵點。所以，片梭織機相對緯紗張力的可控性最佳，屬于精確控制。
（4）片梭織機的結構設計合理 片梭織機突破了有梭織機的局限性，在引緯方式上進行了改造，采用四色選色機構取代了復雜的梭箱運動，使車速和幅寬有了大幅度提高，在不降低車速的情況下織造出多種緯紗的織物并且質量明顯優于有梭織機也消除了有梭織機經常發生的錯花型，夾梭、飛梭等隱患。另外，片梭織機在結構上采取了一些特殊措施為高速創造了條件，如開口機構用回轉式積極開口多臂機；用片梭代替木梭引緯；用共軛凸輪代替曲拐牽手打緯；合成塑料沖孔紋板代替紋鏈；設備上還備有比較完善的護經和信號系統等。
（5）片梭織機運轉準確，經久耐用，下機質量好 由于片梭織機大量采用優質合金鋼，加工精密，后處理適當，所以易損件少，壞車率低，這樣大大減少了備用零件的儲備和保全保養人員的負擔。
片梭織機下機坯布質量明顯好于有梭織機，減少了坯布的疵點類型，如夾梭擋、緯印、雙緯等，坯布擋子和油污都有很大程度的降低。
（6）片梭織機擋車工勞動強度低，噪音小 由于緯紗采用大卷裝，每班只需換一次筒子，減少了換梭的繁重勞動，各種停臺指示燈齊全，便于指示修機修車和擋車工操作。該機還有先進的落布裝置，到碼時擋車工一人就可將布軸落下，方便又省力,這樣片梭織機大大降低了擋車工的勞動強度。 片梭織機開車噪音在85dB左右, 比有梭織機的100-105dB低的多。但片梭織機也有設備價格高，生產加工淺色織物，特別是白色織物不理想等缺點。
5 片梭織機生產土工布的工藝研究
片梭織機在生產土工布時，為了使織造工序順利進行，提高坯布質量，應根據品種的要求，制定合理的上機工藝參數。 片梭織機的工藝參數主要包括經位置線、梭口高度、綜平時間和上機張力及引緯工藝等。
5.1 經位置線的調節
片梭織機經位置線的調節是工藝調節中重要的內容。它是指從胸梁經過筘、綜、停經片到后梁為止的一段經紗所處的位置線。在調節時可改變織機上后梁，停經架的高低、前后位置和托布架的高低位置。后梁位置和托布架高一般隨品種、紗支和織物組織結構等因素進行調節。生產土工布時，可將托布架高度調至51-52mm，后梁刻度調至0-+20。
5.2 梭口高度的調節
梭口高度的調節應遵循兩個基本原則，一必須使上下層經紗相對于梭導片有合理的位置，二必須使緯紗能順利地從梭導片孔腔內滑出來。片梭織機的梭口高度在一般在130mm左右，生產中主要應考慮所加工的品種,一般紗支高，紗疵少, 條干光潔,應適當選小一些；而對于紗支低，紗疵較多, 紗條干發毛，相互連接機會多的梭口高度應適當選大一些。若梭口高度選擇不當會造成經紗斷頭。
5.3 綜平時間的調節
由于生產中綜框高度略有差異，其梭口并不處在同一平面上，梭口高度略有差異，表現為上下經紗略有開口不清晰，因此，必須選用合適的綜平時間。對于大多數織物綜平時間基本定位在6-8°的范圍(投梭時間120°)，如果綜平時間過早，會影響片梭的引緯效果，容易造成接梭側布邊出現萎縮疵點；如果綜平時間過遲，容易造成經向斷頭，特別是投梭側布邊處, 經紗斷頭較多。
5.4 上機張力的調節及引緯工藝的調節
由于大多數片梭織機是自動送經，其張力調節比較簡單，只需針對不同的品種，扭力棒扭力作適當調整，生產土工布時一般采用大張力，扭力調整為2.5-3°。
引緯工藝的調節，就是調節好梭口緯紗的張力，其原則就是使緯紗既平直無松弛，又要有一定彈性而不至于斷緯,達到順利織入的目的。
6 結束語
我國的土工布以其安全性、可靠性、耐久性為生產目標，從原料的檢測到工藝流程的設計、機械設備改造等方面都取得了顯著的成效。國內生產的土工布已經廣泛應用于農田、水利、鐵路、公路、環保等基礎設施的建設中，我國現有的土工布生產能力已經完全能夠滿足國內土工布的需要。但是許多工程仍需要大量進口土工布，造成的主要原因是機械設備落后，以前，國內生產機織土工布所采用的織機多數是利用經改造的寬幅棉織機或毛織機來織造，生產出的產品質量、性能等方面與國外有較大差距。而片梭織機作為一種新型織機，以其合理的經濟性，高技術性及科學的環保性,倍受紡織行業的青睞。它得到了越來越廣泛的應用，是一種比較理想的織機。用它生產加工機織土工布，其產品質量和產量，將會有很大的改變。