针布产品特质解析与应用

针布产品特质解析与应用

冯喜奎

（原河南第一纺织器材股份有限公司）

文九巴

（河南科技大学）

0     前言

近年来，随着梳理技术的进步和发展，出现了一种趋势，即给梳理机用针布产品贯注特质代码，如Trützschler某道夫针布的标示码为090 30H 367 RLA，其后三位字母是产品特质码。R、L、A分别表示：香蕉形齿、低肩联结、特殊热处理。

准确地解读这些特质代码所隐含的意义，针布制造者科学有效地强化和组合产品特质，用户准确地甄别和解读、合理选用针布特质，是梳理技术领域的热点和难点，事关国产针布产品的制造水平、质量水平，同样也关系到纺织厂产品质量和企业效益的提升。

1     针布的功能与产品特质

1.1    针布的功能

针布的主旨功能是梳理, 在既适用特定条件（纤维、纱支、梳理工艺、梳理机型等）又尽量少损伤纤维的前提下，各梳理元件之间协同与配合完成对纤维的梳理。不同工作部位的针布因为所起作用不同，在完成穿刺、吸纳、握持、分梳、均混、释放、转移和除杂等功效时，其功能的侧重和强化不同。

1.2    针布的质量与特性质

保障针布功能的是产品的质量,质量的综合表现是“六度三好”：平整度、锋利度、光洁度、耐磨度、淬火均匀度、抗轧强度，成卷包装好、接头好（不显接头）、色泽好。

为了突出和强化针布的某些功效，需使其具备特别的品质,如高产清梳联要求锡林针布高耐磨、长寿命；道夫要具备高效转移特性。针布功能的强化和侧重依其用途不同有所区别，且其功能是由若干项针布的特殊品质组合而成的。

2     针布产品特质的分类

针布的特质可分为以下几类：齿形及特殊设计特性、表面处理特性、材质特性、特殊热处理特性、用途特性。

3     针布特质解析及适用 

3.1    特殊齿形及特殊设计 

3.1.1   弧形齿

弧形齿（亦称香蕉形）如图1所示。可以有效地改善大前角针布易轧伤、倒齿的弊端，上齿部大前角，提高了转移率，淬硬状态不易弯倒,弧形过渡至下部较为直立，加强其抗弯倒能力^［1］，其前角α可在32°～45°过渡。该齿形应用于大齿深高效转移的道夫、精梳锡林，毛纺工作辊等。

图1    弧形齿形

3.1.2   鹰嘴齿

齿尖部像鹰嘴一样，如图2所示,也称弧形变角齿尖齿形^［2］，顶部的齿背可为锥形或弧形，齿前面可为弧形或折线形，齿尖局部的实际工作角比下齿部减小10°～30°，该齿形的道夫极易从锡林上接转纤维，接转后握持和凝聚能力极好［3］。 

图2    鹰嘴齿道夫齿形

鹰嘴锡林针布在高端产品中已隐约可见，如图3所示，其齿尖优化设计成弧尖状或鹰嘴状，增加了齿尖处的可用磨损体积。图4所示为锡林齿尖部位的优化设计平面图，鹰嘴弧尖和直尖相比较，A是二者共有面积，B、C是各自多出的面积，显然C > B。若图中三条曲线分别代表针布使用过程中齿尖不同的磨损边界，则磨损到第一、二、三边界时前者的可用磨损面积分别是后者的1.90倍、1.46倍、1.33倍。越靠近齿尖，越是早期磨损，越能体现鹰嘴弧尖齿的耐磨性^［1］。 

图3    鹰嘴状齿尖的锡林

图4    锡林齿尖优化设计例

3.1.3   凸纹线齿面

凸纹线齿面（亦称细齿、锯齿纹、“M”加工）如图5所示，齿部斜面有横纹。凸纹线扩大了与纤维的接触面积，提高齿面的摩擦因数。用于道夫针布可加强握持和凝聚纤维能力，提高转移率，偶见用于刺条和工作辊针布。

图5    凸纹线齿面

3.1.4   增强齿尖

增加齿尖厚度、弧尖齿形、鹰嘴齿形都可强化齿尖，增加齿尖可用磨损体积，提高耐磨性，防止崩尖和弯齿。图6是增强齿尖一例。 

图6    增强齿尖样品

3.1.5   自锁式

基部自锁如图7所示，包覆后各圈之间相互啮合锁紧，防止松脱。用于工作中受力大且不均衡，易发生轧伤、断条、松脱的场合，如非织造布、毛纺、化纤、废棉、棉纺的开松和刺辊等。

图7    基部自锁示意

3.1.6   低肩连结

降低针布的肩高，以便加大齿深，增加齿隙空间，扩大吸纳和握持纤维的容量。

低肩连结用于道夫、刺条、无纺针布和精梳锡林针布等。

3.1.7   深浅齿、高低齿、不等距

针对部分中长化纤梳理时易缠绕锡林和盖板，充塞针齿，短绒过多而专门设计的特殊齿形。

3.2表面处理 

对高端针布恰当地表面处理是发展趋势，不同的表面处理可以有效提升产品的观感,消除色差（不同的氧化状态和表膜）^［4］，提高产品的光洁度、耐蚀性和耐磨性。

3.2.1   电化学抛光

电化学抛光也称电解抛光，是被抛工件黏膜作用下的阳极溶解，表面凸起处的溶解会更加充分，可去除毛刺和热处理氧化皮，提高光洁度。特殊的电解抛光液可产生表面致密膜，增加光亮度和抗腐蚀性，并且色泽一致，光泽持久^［5、6］。

特点：表面清洁光滑，对针齿棱角、棱尖有溶解、圆钝作用，锋利度下降。

适用：对光滑度、清洁度要求高的无纺和罗拉梳理机针布，转杯纺分梳辊针布，棉纺中除高齿密锡林之外的其他针布，起绒针布等。

3.2.2   喷砂处理

利用磨料对金属表面的冲击和切削作用，去除毛刺和氧化皮，使表面清理质量达到 Sa3 级（无阴影、疵点、锈蚀）。宏观效果为光饰加工，消除方向性痕纹，产生亚光或漫反射的表面效果，微观上喷砂时形成微坑（谷峰）。不同的喷砂磨料和喷砂方式（干式或湿式）,可获得不同的亮度、亚光细度和色泽深度^［5］。

特点：有光饰效果（亚光或漫反射），去除毛刺及氧化皮（冲切面易残留氧化皮）；对针齿棱角、棱尖有圆钝作用，使锋利度下降；表层易锈蚀。

适用：清洁度要求高、光滑度要求较高的无纺和罗拉梳理机针布，转杯纺分梳辊针布，棉纺中除高齿密锡林之外的其他针布，起绒针布等。

3.2.3   化学镀

化学镀（Chemical Plating），也称无电镀（Electroless plating）、自催化镀（Autocatalytic plating ），是一种不需要电源，靠氧化还原的强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在活化的材料表面形成致密镀层的方法^{［5，6，7］}。可镀镍、铜、钴、镍-磷、镍-磷-硼等。

化学镀Ni-P特点：高硬度、高耐蚀、耐磨性好、表面清洁光亮。

缺陷：工艺时间长，在线浸镀有困难，镀前清洗时对针齿棱角、棱尖有溶解作用，使锋利度下降，成本较高。

适用：较大规格，耐磨、耐蚀及清洁度要求较高的金属针布。

3.2.4   化学抛光

化学抛光是靠化学溶剂对针布表面溶解，去除氧化皮和加工痕迹，浸蚀整平表面的一种工艺方法。其效果不如电解抛光。

缺陷：溶解针齿棱角、棱尖，溶液的调整和再生有困难，对环境有污染。

适用：较大规格，耐磨、耐蚀及清洁度有一定要求的品种。

3.2.5   电镀

电镀是利用电化学方法在金属表面获得金属电沉积层，是传统而成熟的表面涂层工艺。可生成光滑硬镀层，显著提高针布耐磨性、耐蚀性和观感。

缺陷：废液严重污染环境，成本高。

适用：个别对观感、耐蚀性和耐磨性有高要求的较大规格金属针布。

3.2.6    刷光处理

刷光是用金属丝制成的刷轮处理针布表面的工艺方法。刷光轮弹性金属丝的端面和侧锋具有很好的切刮能力，可除去毛刺、氧化皮和污垢。当选用动物毛或纤维刷轮时具有抛光效果。刷光可有效地消除针布使用初期的挂花和绕花现象。

特点：效率低，针布生产线上刷不及，去毛刺为主，去氧化皮不匀，须防锈处理；

适用：活动盖板针布和对光洁度有较高要求的较大规格金属针布等。

3.2.7   磨齿处理

用砂带或砂轮磨砺针布的针齿。主要应用于活动盖板针布，少量用于对平整度（直线度）有较高要求的金属针布。

3.2.8   机械抛光

采用机械方式（转动轮、转动带、振动等）对针布表面抛光。效率低，抛光不易均匀（轮式及带式），抛后尚需防锈处理。在较大规格针布偶见应用；振动式机械抛光可用于短节状金属针布。

3.2.9   超声波清洗及超声波抛光

利用超声波的空化、直进流和加速度作用清除针布表面的油污、附锈、积炭、氧化皮等，获得清洁表面。超声波磨液抛光不但清除表面脏物，而且可以抛出光洁的金属表面^［5］。

特点：与其他表面处理工艺方法结合，可提高效率、改善效果。

适用：对清洁度有较高要求的较大规格针布，与其他表面处理工艺结合应用更好。

3.2.10   镀膜钢丝

镀膜钢丝用于弹性针布，有防锈作用，提高耐蚀性；用于金属针布时,钢丝膜的成份有助于强化成品热处理后的表膜,提高耐蚀性、耐磨性和光洁度。

3.3    材料

3.3.1   合金钢

采用高碳低合金钢,可提高针布耐蚀性和耐磨性。因为针布工作环境有足够的温湿度，碳钢针布表面会生成强度不高的极薄氧化膜,此膜不断地生成与破损剥落,即是针布磨损的主因。合金钢淬火后不但生成弥散分布未溶合金碳化物的极细隐晶马氏体，而且表面会生成抗蚀、抗氧化的高强度表膜，有效提高针布的耐蚀和耐磨性能^［8］。

合金元素一般为Mn、Cr、V、Nb、W、等^［9、10］，合金元素总含量一般为0.7%～3%。

合金钢使针布成本上升，一般用于需要耐蚀和耐磨的高端针布，此类材质的锡林针布梳理寿命将达600 t～800 t 纤维。

3.3.2   耐磨合金钢

耐磨合金钢提高了钢中合金的比例并优化元素配比，合金元素一般为Cr、Ni、V、Nb、W、Ti及Mn等，合金元素总含量一般为3%～6%（接近中合金钢），形成高碳耐磨合金钢，可进一步提高针布的耐蚀和耐磨性能。图8是此材质的一例（基部与众不同的合金碳化物形状和密度）。采用此材质的高速、高产、高密度锡林针布梳理寿命将达800 t～1000 t 纤维。 

图8    高耐磨合金钢针布基部组织

3.4   特殊热处理

采用特别的加热方法、淬火介质、冷却方法，以获得高淬深、高硬度、特殊金相组织、特殊表膜等。适用于对淬深、淬硬、金相组织、表面状态等有特殊要求的高端产品。图9是某进口20针布淬深浸蚀，几乎全齿深淬硬，标准测点3达320HV。

图9    高淬深组织形貌

3.5    特殊用途 

纤维的种类不断增加，某些纤维表现出独有的特性，如超细旦纤维、蛋白纤维、功能纤维等，它们要求针布具有相应的特性,以满足各自的梳理要求。

梳理工艺不同（棉、毛、麻、绢、非织造布等），梳理机不同（活动盖板梳理机、罗拉梳理机、专用梳理机等），要求针布具有相应的特性，以适应不同工艺及设备。

4     针布特质的应用及组合

4.1    特质应用及组合的思考

4.1.1   特质的成本与价值

多数产品特质的生成会增加成本，当产品的增值远大于新增成本时，才具有特质的价值和意义。

4.1.2   特质的负面效果

多数表面处理方法不能在线完成，再次专线处理易损伤针布。过度抛光，单纯地对针布表面着色处理，会损耗用于抵抗磨损保障寿命的宝贵齿体，对密而薄的金属针布不利，会缩短针布寿命^［11］。过渡光滑对某些针布不利^［12］。

电化学抛光、化学镀、化学抛光、电镀等液浸类表面处理对针齿棱线、棱尖有溶解作用，锋利度将下降；电镀和化学镀污染环境；喷砂对针齿棱线、棱尖有圆钝作用,锋利度下降，表层不耐蚀；轮式或带式机械抛光不均匀，抛后尚需防锈处理。

特殊材质（合金钢及耐磨合金钢）使成本大幅上升，仅适用于高端产品。特别热处理的特深淬火（齿深的90%～100%），标准测点3（齿根）的组织和硬度变化大，易失控而过硬，特别是宽比（齿根宽/基部宽）较大时。

4.1.3   特质的配置与组合

用户往往会关注和期待产品的某项（些）产品特质，对这些产品特性起关键作用的是产品的主导特性，而对产品性能有改善和补充作用的特质则为辅助特性。

综合考虑具体产品的特点、用途、品位和用户需求，以主导特质突出和强化产品的关键特性，规避特质负面效果，经科学评析后确认辅助特质，以提升和完善产品的另一些特性，即形成了若干项针布特殊品质的配置与组合。

4.1.4   特质的制造工艺

特质的形成要符合制造工艺原则，较易于稳定、可靠地在生产中实现。

4.1.5   产品及其特质的优化设计  

针布优异性能首先是在设计时建立的，其几何参数及质量参数的确立和梳理技术与装备的进步和发展紧密相关，特质是将其关键性能进行突显和强化，技术方案则是实现特质的具体方法、手段和工艺措施。

将针布的几何外形(齿形、截面等)设计、内在质量指标设计、特质及其组合确认、技术工艺方案设计进行系统而科学的优化，是形成其优异品质的基础和前提。

4.2   国外针布公司特质应用

4.2.1    特殊齿形及特殊设计类

国外主要针布品牌此类特质应用详见表1。

4.2.2   表面处理类 

国外主要品牌针布此类特质应用详见表2。

表2    国外主要品牌针布表面处理应用

4.2.3   特殊材质类 

Graf：G4（Cutty-Sharp）合金钢用于锡林、刺辊、固定盖板、分梳辊；G6用于锡林；G2用于道夫，SICO用于固定盖板；BICO用于刺辊。

Hollingsworth：H特质（Mastersteel-特殊钢）主要用于锡林。

Trützschler： NovoStar高耐磨合金钢材质，用于梳理寿命达1000t的高端产品。

Bekaert-ECC：Ultra（U）超细晶粒合金钢，用于寿命达1200t，70 kg/h以上的锡林、刺条；Duratech（D）长寿命（达800t）合金钢，用于锡林、刺辊、固定盖板；GrV、WV、GrSiV合金钢用于较高端针布。

KANAI： Tenamal材质,形成细而硬的合金碳化物（3000HV），用于高产梳理时（40Kg/h以上）的锡林和自锁刺条。

4.2.4   特殊热处理类

国外针布公司在热处理加热方法、冷却介质、淬火前后处理方面形成特质如下。

Trützschler：Z特质（特殊热处理），用于表面无鳞片的清洁针布。

Hollingsworth：A特质（特别加热处理）用在道夫、剥棉、集棉辊等针布。

KANAI：Junimat（高淬深）针布用于锡林、道夫、刺条，另有激光淬火硬度达950HV以上。

4.2.5   特殊用途类 

针对特种纤维、特殊梳理机及特殊工艺各公司都以合适的方式注明产品特质（略）。

4.3    特质的组合应用参考方案  

4.3.1   高产、高耐磨锡林

高产、高耐磨（长寿命）、高齿密的锡林针布要慎用表面处理，可在以下特质中遴选、组合应用。

材料特质为合金钢及高耐磨合金钢；特殊齿尖设计为弧尖形、弧顶形、鹰嘴形、折尖形等；较大的齿尖角；加厚齿尖；特殊热处理:高淬深、高硬度、特殊金相组织、特殊表膜；表面处理：生成光洁表面、耐磨表膜、不溶解和圆钝针齿棱线、棱尖。

4.3.2   大规格高耐磨针布

对于较大规格的锡林（如毛纺、无纺、化纤）、工作辊、分梳辊、固定盖板、刺辊等高端针布可遴选以下特质相组合。

特殊齿形设计：弧顶、折尖、鹰嘴、平顶等齿形；材料特质：高耐磨碳钢、专用合金钢；加厚齿尖；特殊热处理；涂层：化学镀、镀铬、镀合金等；恰当的表面处理。

4.3.3   高效转移道夫

高速、高产梳棉机的道夫针布必须具备高效转移特性，可遴选以下特质相组合：

弧形齿、鹰嘴齿、凸纹线齿面、低肩大齿深、双折线齿形（组合齿形）、恰当的表面处理。

4.3.4   高清洁针布

（1）超声波清洗与电化学抛光组合：用于纯净色纤维、超细易缠绕纤维的梳理。

（2）刷光与喷砂（或某种暗色处理）组合：用于转杯纺分梳辊等。

（3）刷光处理：刺辊、工作辊、分梳辊、转移辊、道夫、固定盖板等较大规格针布。

（4）喷砂处理：用于道夫、化纤罗拉梳理机针布、起绒针布等。

（5）机械抛光：用于较大规格及短节状（精梳锡林、后固定盖板）针布。

4.3.5   高清洁、高耐磨特质-镀层处理

将电解抛光、超声波清洗和化学镀（或电镀）相组合。应用于高档、高清洁、高耐磨金属针布，如纯净色纤维梳理、高档固定盖板、高档精梳锡林、转杯纺分梳辊等。

4.3.6   防散条、抗轧伤

大梳理力、有冲击负荷的开松、刺辊、预分梳、胸锡林等可遴选以下特质相组合：

基部自锁、齿部加厚、尖劈形齿截面、低肩连结。

4.3.7   高清洁、高光洁活动盖板

针对超细、静电高、易绕花、纯净色纤维的活动盖板可遴选以下特质相组合：

精细磨针处理、刷光处理、钢丝镀膜（清洁、光滑膜）处理。

4.3.8   高耐磨活动盖板

针对高产高速梳棉、腐蚀性纤维、高杂质纤维的盖板针布，可遴选以下特质相组合：

高耐磨合金材质钢丝、涂层（镀镍、铬镍等）、特别热处理。

5     结束语

（1）针布的特质配置与组合要权衡并掌控其必要性、实用性、科学性、可行性及互容性。

（2）针布及其加工有特殊性，形成产品特质的工艺方法和技术手段有待创新和完善。

（3）有区别的分类强化针布产品特质，可使产品档次错落有致，品位清晰易见，形成合理的产品结构。

（4）科学、合理地强化针布产品特质，有利于制造者与客户的沟通与互动，便于客户对产品的甄别和有效利用，能有效地助推梳理器材和纺织行业的产品升级与技术进步。

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