用针刺法生产的非织造织物具有独特的三维纤维结构，通透性好、机械性能优良。在土木工程领域，尤其是在建筑与水利工程方面，各类针刺非织造织物因其优异的排水保砂功能而得到了广泛应用。本文主要介绍针刺
工艺参数对其结构及性能的影响。

1 针刺密度

1.1 针刺密度对织物结构的影响

针刺密度是指每平方米织物所受的针刺数:

111对织物克重及密度的影响

给定纤网重量，织物克重随着钊刺密度的增加而减小。这是由于在针刺过程中，倒刺带着纤网表层的纤维重定向垂直进入纤网内层，纤维之间相互锁合，同时针刺的压力使纤网变形产生扩散，纤网前进中受到托网板、针刺的阻力以及输入与输出的速比而造成牵伸，结果使纤网厚度下降，织物克重减小。

织物密度取决于织物克重和织物厚度，曾跃民通过试验研究发现，织物密度随着针刺密度的增加而增加。这主要是因为针刺作用使纤网厚度下降的趋势要大于使织物克重减小的趋势，从而使织物结构变得紧密，织物密度变大。刘丽芳等人的试验结果也证明了这一点。

1.1.2 对织物厚度的影响

非织造织物的厚度随针刺密度的增加而逐渐减小随着针刺密度的增加，更多的刺针作用于纤网上，使纤网逐渐紧密，纤维之间的摩擦纠缠加强.纤网表层的纤维随着刺针的运动进人纤网内层.由于纤维的纠缠抱合力的增强，纤维山干应力回弹而回到初始状态的可能性变小f。纤维被锁定在新的位置，致使非织造织物厚度逐渐下降。

但是随着针刺密度的进一步增加，非织造织物的紧密度相继增加到一定程度后趋于稳定，其厚度也趋于稳定。这时针刺密度的继续增加势必会导致纤网中表层纤维的损伤，而且损伤的纤维还主要保留在基织物表面，纤维的变短使其回弹性能增强，纤维之间的束缚减弱，这样非织造织物的厚度有回升的趋势。

1.1.3 对织物孔隙率的影响

随针刺密度的增大，织物孔隙率先减小后增大。因为针刺密度增加，纤维之间的纠缠抱合加强，织物的紧密度提高，密度变大，单位面积内的纤维根数增多，纤维之间的空隙减少，孔隙率降低;但当针刺密度过高时，非织造织物的密度不能再随之增加，而且断裂纤维数增多，在织物中出现刺针“轨道”，使得织物孔隙率反而增大。

1.2 针刺密度对织物机械性能的影响

1.2.1对拉仲断裂强度的影响

针刺密度增加，织物的拉伸断裂强度也随之增加，达到一峰值后趋于下降。随着针刺密度的增加，织物单位面积内所受的刺针作用数量增多，刺的倒刺带着纤网表层纤维重定向进入纤网内层，这样纤网中水平、垂直两方向上的纤维之间的联系、锁合加强了。同时在针刺力的作用下，织物的紧密度大大提高。这样在织物拉伸过程中，纤维之问滑脱减少，织物的强度提高，其断裂伸长率下降。随着fl刺密度的进一步提高，织物的紧密度不再随之增加，纤维之间的束缚使纤网的纤维不能随着刺针作用而产生滑移，使刺针损伤纤维的数量迅速增加，反而影响了织物的强度。刘丽芳等人通过试验研究发现，当针刺深度为10 mm、针刺非织造织物克重为380g/m2、针刺密度为470刺/Cm2时达到最大拉伸断裂强度。

1.2.2 对比应力、伸长率、初始模量的影响

在织物纵向，织物的断裂比应力随着针刺密度的增加而增加;而在横向，断裂比应力则随着针刺密度的增加达到峰值后开始下降。断裂仲长随着针刺密度的提高趋于下降;撕裂强度、初始模量随着针刺密度的提高而上升达到最高值后开始下降，而且在相同针刺密度条件下，织物纵向的强度要比横向的强度大。这些性能的改变是因为针刺密度的增强，纤网中纤维重定向增多，纤维之间纠缠、抱合增强，织物的紧密度提高，使得织物在拉伸、撕裂过程中，纤维之间的滑脱减少，织物强度提高，而断裂伸长降低。当针刺密度进一步增加时，织物的紧密度不再随之增加，纤维由于针刺作用而产生的滑移减少，使针刺刺断纤维的数量增多，从而影响织物的拉伸、撕裂性能，同时织物的初始模量下降。

1.23 耐磨性能

随着针刺密度的增加，针刺织物的耐磨性能得到明显改善。这是由于针刺密度的增加，织物的紧密度提高，在磨损过程中纤维不易从织物中抽拔出来，从而改善织物的耐磨性能，但是其抗顶破强度性能将下降。

1.2.4 弹性变形

随着针刺密度的增大，织物的拉伸回弹性变大，因为随针刺密度的增大，纤维间的相互纠缠增多，故，拉伸负荷去除后，织物会具有较好的恢复性;但当针刺密度过大时，织物的拉伸恢复性又会变差， 因为当织物受到拉仲后，纤维会立即产生滑移，而纤维的滑移是不可恢复的，所以拉仲恢复性减小。

随着针刺密度的增大，织物的压缩In[弹性也变大。当针刺密度较低时，织物结构疏松、回弹性差，而当针刺密度变大时，织物结构变得紧密，限制了纤维的运动，压缩回弹性变人。

在较低的针刺密度F,织物的压缩性能随着针刺密度的提高明显下降后逐渐趋于稳定，织物的回弹性能呈相反趋势变化。这些都是由于针刺密度的增加使得织物紧密度改变的结果。

12.5 泊松比

随着针刺密度的增加，泊松比先增加，到达最高值后下降。这是因为针刺密度较低时，纤维间的纠缠较少，所以得到给定伸长所需的负荷一也较小，横截面方向的力也较小，故泊松比较小。随针刺密度的增大，达到给定伸长所需的负荷也增大，横截面方向的力也增大，横向的收缩变大，在高的针刺密度下，织物结构非常紧密，限制了织物在宽度方向的收缩，因此泊松比较高。

1.3 针刺密度对透气性及过滤性能的影响

随着针刺密度的增大，织物透气率先减小后增大，过滤效率先增大后减小，作为转折点的临界值随其它工艺条件及织物性能参数的不同而有所不同。例如，当针刺深度为11 mm、织物克重为500g/m2时，针刺密度在400刺/Cm2左右达到最人过滤效率;当针刺深度为]12rnm,织物克重为400 g /m2时，针刺密度在380刺ICm2左右达到最大过滤效率，所以应该根据实际工艺条件及织物性能参数选择合理的针刺密度。

2 针刺深度

针刺深度是指针刺动程达到最低点时针尖通过托网板孔眼距托网板上表而的距离。毛}刺深度对织物性能的影响主要是通过改变纤网中纤维的分布(即织物的结构)来实现的，具体说来是通过以下两种方式实现的:(1)针刺深度的不同导致通过纤网作用于纤维的针刺倒刺数不同，从而影响织物的性能和结构;(2)针刺刺入纤网的深度不同，导致纤网中纤维的重定向程度不同，造成织物的结构和性能变化。下面阐述针刺深度变化对织物各项性能的影响。

2.1 针刺深度对织物结构的影响

随着针刺深度的增大，针刺织物的克重下降，密度增加，厚度降低。因为针刺深度增加，刺针作用于纤网的工作长度增加，同时作用J几纤网的刺针倒刺数量增加，纤网中表层纤维随着刺针进人纤网内层的程度加大，纤维在垂直方向上的数量增加，纤维在垂直、水平方向下的联系加强，彼此之间的束缚加大，纤维回弹到初始位置的可能性变小，导致织物的厚度下降。

2.2 针刺深度对机械性能的影响

织物的拉伸断裂强度随针刺深度的增加而逐渐增加，达到一峰值后逐渐降断裂仲长率不断减小，耐磨性、压缩回弹性有所上升。随着针刺深度的增加，一方面纤维在垂直、水平方向上的联系加强，织物的紧密度提高，机械强度得到改善;另一方面，由于针刺深度的增大，作用于纤网的刺针倒刺数增多，因此纤维在垂直方向上数量增多的同时也增加了纤维的断裂。这样过大的针刺深度导致织物强度的下降。而且，针刺深度太大时刺针可能会穿透织物，并将纤维带出，影响了织物的表面性能。

另有一种观点认为，随着针刺深度的增加，刺针对织物中纤维的损伤加大，使纤网中纤维的上体长度有所下降，纤维在织物的拉伸过程中，纤维的滑移长度有所降低，从而使织物的断裂强度、断裂伸长减小

2.3 针刺深度对透气性及空气过滤性能的影响

织物克重较大时，透气率随针刺深度的增大而减小;织物克重较小时，透气率随针刺深度的增大先减小后增加。透气率随针刺深度的增大而减小，是因为针刺深度的增加使织物结构变得紧密，气流通过时阻力变大，透气性变差。织物克重较低时，透气率在针刺深度为12一14 mm 时变化不大，当针刺深度在16一18 mm时，透气率有增长趋势。随着针刺深度的增加，纤维沿气流方向的重新排列减小了对气流的阻力，且减小的趋势超过了织物密度增加的影响，最终导致透气率上升。而且，针刺深度较大时，纤维断裂数增多，针刺“轨道”变大，也会引起透气性的增大。刘即芳等人研究发现，当织物克重为380g/mi、针刺密度为400刺/Cm2、针刺深度为14 mm时，织物的透气性较差。

随着针刺深度的增大，织物的过滤效率先增大后减小。过滤效率增大是因为纤网中纤维与纤维之间的交缠加强，织物结构紧密;但是超过一定限度后，针刺深度的增加不仅不会使织物结构紧密，反而会造成纤维损伤断裂，并kL还会在织物中形成针刺孔，灰尘颗粒可以从中穿过，致使过滤效率降低。

3 针刺道数

增加针刺道数的主要目的是使织物达到较高的针刺密度，但是针刺道数的增加也会对织物的其它性能造成影响。卜面介绍给定针刺密度时，不同的针刺道数对织物性能的影响。

3.1 针刺道数对织物结构的影响

3.1.1对织物克重及密度的影响

织物克重及密度都随针刺道数的增大而增大后趋恒定〔纤网重量一定)，针刺道数小干等于3时织物克重的增长率不大，而当针刺道数超过3道以后织物克重会有显著增长。织物克重随针刺道数的增大而增大的原因在于，当给定的针刺密度山一道针刺来完成时，刺针的运动非常剧烈，但当同样的针刺密度由多道针刺来完成时，刺针的运动相对缓和，因此，针刺道数越多，针刺运动的强度越小，使纤网变形的可能性小，致使织物克重增大。另外，针刺道数越多，束J针可以较为均匀地分布在织物上，纤维在织物巾的分布越均匀，织物的重量不匀率越小。

3.1.2对织物幅宽的影响

针刺道数的增加，织物在宽度方向上有所收缩，而在长度方向上变化不大。这是因为针刺过程中纤维发生了重定向。交叉铺网后纤维多是沿织物平面方向分布，针刺过程中部分纤维随刺针的运动而在垂直方向重新分布。针刺道数越多，在垂直方向分布的纤维也越多，纤网在受到一定的牵伸张力而使织物幅宽减小。而在织物的长度方向，刺针的运动也会带动纤维产生重定向，但是因为沿长度方向分布的纤维较少，摩擦阻力不足以带动相邻的纤维，相反，在剧烈的针刺力的作用下长度还会有延展的趋势。

3.1.3对织物厚度和孔隙率的影响

织物的厚度随着针刺道数的增加有所上升，而4L隙率随钊刺道数的增加而减小，这是针刺道数增加使得织物密度增大，克重增大而幅宽减小的缘故。

3.2 针刺道数对织物机械性能的影响

作为工程用土工织物，要求在保证有一定的伸长条件下，机械强度尽可能高。但是单纯增加针刺密度以提高织物的强度， 一方面会使织物的紧密度大大增加，手感变硬，伸长率减小。另外针刺密度的提高对纤维的损伤程度也增加，这样通过提高针刺密度改善织物的机械性能也是有限的。为了解决这一矛盾，可以通过增加针刺道数来实现。针刺道数增加，每一道的针刺密度相对较低，织物单位面积内所受的针刺数减少，纤维在针刺过程中能产生足够的滑移，从而减少了刺钊对纤维的损伤;同时，由于钊刺道数的增加，纤网中针刺密度的分配更为均匀，织物的结构得到改善，在提高织物强度的同时，又改善r织物的其它性能。

(I)经过多道针刺比一次针刺而成的织物所承受的断裂载荷要大，而且随着针刺道数的增加有上升趋势;

(2)针刺道数增加，织物的压缩性能下降而回弹性能提高;

(3)针刺道数增加，针刺织物的初始模量提高，断裂伸长卜降。但对拉伸断裂强度、断裂功的影响并不显著;

(4)针刺道数增加，织物的撕裂强度逐渐卜降。研究中发现，针刺非织造织物的撕裂是纤维束的断裂而不是单根纤维的断裂。针刺道数少，织物的紧密度较低，纤维之间的组缠程度较小，易彼此发帐滑移，在撕裂过程中各自承担一定的负荷。然而在针刺道数过人时，纤维之间的纠缠程度加剧，织物紧密度增加，撕裂过程中纤维之间不易滑移形成纤维束，断裂只发生在单纤维卜，从而影响了织物的撕裂性能。

3.3 针刺道数对织物透气性能的影响

随着针刺道数的增加，织物透气性下降。因为针刺道数增加，纤维之间的纠缠抱合加强，织物变得更加紧密，气流阻力增大、通道减少，织物透气性变差。

4 结语

(l) 随着针刺密度的增人，织物的克重减小，密度增大，厚度及孔隙率先减小后有卜升趋势;拉伸断裂强度、初始模量先上升达到最高值后开始下降，断裂仲长下降，回弹性变大;透气性先减小后变大。

(2) 随着针刺深度的增大，织物的克重有所下降，厚度降低，密度增加;初始模量、拉仲断裂强度先达到峰值后逐渐下降，断裂伸长、透气性能下降;耐磨性、压缩回弹性上升。

(3) 随着针刺道数的增加织物的克重及密度先增大后趋于稳定，织物幅宽减小，厚度增大，孔隙率减小;织物强度、初始模量增加，回弹性能提高，断裂伸长下降，透气性下降。