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纺熔非织造技术三十年回顾与展望[复制链接]

发表于:2018/04/04 08:49:57
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        1987年,德国莱芬豪舍公司(Reifenhäuser,以下简称“莱芬”)公司第一条商品生产线在广东从化投入了生产运行,这条生产线开拓了中国纺黏法非织造布的先河,也是中国非织造布产业发展的一个里程碑,到了2017年,这条生产线已整整运行、使用了三十年时间,中国的非织造布产业也发生了今非昔比的巨大变化。
 

        以纺黏法技术为主的熔体纺丝成网非织造布,目前已成了各种非织造布中发展最快,产量占比最大的一个品种。2016年,全球各种非织造布的总产量为890万吨,使用PP、PET原料的纺熔非织造布占了46%。
 

        我国在2016年的纺熔非织造布产量已达266.3万吨,是二十年前(1996年)产量3.5万吨的76倍,年复合增长率为124.2%,超越了全球任何国家和地区的发展速度。中国的纺熔非织造布产量已占全球总产量的一半,对世界非织造布产业的发展有举足轻重的影响。
 

        为探索纺熔非织造材料生产技术,我国曾先后从意大利NWT公司、NWE公司、O.R.V公司、STP公司、卡蓬玛索(Campomarzio Impianti)公司、法瑞公司(Fare);德国莱芬豪舍公司、吉玛(Zimmer)公司、纽马格公司(Neumage);日本高度纸公司(NKK),美国诺信公司(Nordson)引进了十多种纺黏法原型设备。
 

        经过对引进设备的深度解读,消化、吸收、再创新实践,终于在本世纪初筛选出“宽狭缝负压牵伸”工艺,及“管式牵伸”两种工艺作为主要发展方向。各种新机型的出现,催生了具有中国特色的非织造布技术,我国也进入了发展的快车道,从设备纯进口国跃升为全球主要的纺熔装备供应国。
 

        目前,中国制造的纺黏法、熔喷法、纺黏/熔喷/纺黏复合(SMS)生产线已大量出口到东南亚、中东、非洲、南美洲和欧洲等地,日本、韩国的企业也购置了中国制造的设备在东南亚设厂生产非织造布;中国企业在越南的工厂早已投产,在美国的工厂也将在今年底试产。
 

        历经三十年的沧桑,我国的熔体纺丝成网非织造布技术已是今非昔比,发展成果骄人。但必须清醒地看到:无论是纺丝系统或配套设备的技术水平,还是非织造布产品的综合质量指标、应用领域等方面,与国际先进水平仍存在着“两代机型”的差距。必须加强技术创新工作,才能实现从“大国”向“强国”的华丽蜕变。

 

 

        1  中国使用的纺熔非织造生产工艺


        目前,德国莱芬“莱科菲”(Reicofil,简称“RF”)工艺及由此衍生出的“宽狭缝负压牵伸”工艺,是目前国内的主流工艺,近90%生产线中的1600个纺黏系统都是使用这种技术,所生产的产品有一半是用作医疗、防护和卫生制品非织造材料。 
 

        用“管式牵伸”、“宽狭缝正压牵伸”工艺生产的非织造产品,在卫生制品领域缺乏竞争优势,有的企业已转型、改行了。但在产业用纺织品领域,正是其“用武之地”,目前呈蓬勃发展势头。
 

        “管式牵伸”工艺主要用于PP、PET、PA、PLA、PPS等原料的加工及双组分纤维加工。产品主要用于生产油毡基布、房屋建筑、防水、高速铁路、高速公路、机场、港口码头、水利设施、地面制品、过滤材料等领域。我国已能制造“管式牵伸”工艺生产线的全套设备,使我国的PET非织造材料产量有了可喜的增长,产业结构更趋合理。
 

        “宽狭缝正压牵伸”工艺的牵伸速度高、原料适应性很好,主要用于双组分纤维(PET/PA等)、高强度粗旦PET和PP纤维加工;国内一些加工PLA、PET、PA聚合物的生产线就是使用这种工艺,产品有PET、或PP纺黏针刺土工布、双组分水刺布、热轧非织造布等。
 

        美国诺信、希尔斯公司、日本NKK公司、法国立达公司等的纺丝系统,就是使用“宽狭缝正压牵伸”工艺。德国纽马格公司的牵伸速度最高,可达8000m/min,牵伸气流的压力已由0.35MPa降低到0.1MPa,减少了能耗。所制造的7m幅宽双组分SXMS生产线,有望于2018年在广东恢复运行。
 

        意大利法瑞公司也是使用“宽狭缝正压牵伸”工艺,在高强、粗旦(≥6dtex)PP针刺非织造布技术方面也取得了进展。
 

        “宽狭缝正压牵伸”工艺的一个缺点是能耗高,有的机型PP纺黏产品能耗高达1600~1800kWh/t,SMS产品能耗高达2100~2500kWh/t,企业无法承受高昂的生产成本,只好将一些早期设备弃置了。加上国内使用的“宽狭缝正压牵伸器”基本都是国外制造的产品,因此,应用范围也较窄。

 

 

        2  德国莱芬的RF纺丝技术


        德国莱芬公司在1986~2002年间,开发了RF1、RF2、RF3、RF4等纺丝技术,并在十五年后的2017年开发出了最新的RF5技术,目前是RF3、RF4、RF5三个机型并存,适应不同领域的需要。我国已拥有全球生产线数量最多、机型最齐备、生产能力最大的熔体纺丝成网非织造材料产业群。

 

        3  RF4技术的特点


        用德国莱芬公司的RF技术生产的非织造布是卫生、医疗制品的主要材料,产品的特点迎合了制品的“更轻”、“更薄”的时尚趋势。老一代设备无法生产新机型生产的产品、将逐渐失去竞争能力,也促进了技术进步和转型升级。
 

        并不需要所有的设备都是“高、大、上”,但新技术具有明显的领先的竞争优势,并成为竞相发展装备的主流。2002年出现的RF4技术,仍是迄今为止在用的最先进技术,并在长期的应用中得到改进、提高。与早期机型比较,RF4有如下特点:
 

        第一,在外形方面,RF4冷却风侧吹风装置又恢复了类似RF1两层冷却风的结构,但工艺条件则与RF1相反。在RF1系统,上层冷却风是温度较低的14~16℃制冷空调风,而下层则是温度较高(≥28℃)的冷却气流,是抽吸风机的回风与室内、外气流的混合风。
 

        第二,RF4使用了比RF3以前各种机型更宽的喷丝板,纺丝组件的宽度由216mm增大至256mm,“布孔区”的宽度由120mm增加至160mm,喷丝板的孔密度也由5100个/m增加为当前的7000个/m。在喷丝孔单孔流量相同的条件下,产能可增加30%左右。
 

        第三,RF4牵伸通道的外形有了明显的变化,结构和刚性加强,通道出口最小宽度仅20mm左右,比以往机型更窄,这就意味着冷却、牵伸气流速度也就更高,这是获取更细纤维的保障。
 

        第四,RF4在牵伸通道增加了加热装置,补偿了由于内部牵伸气流与环境的温差所引起的通道截面变形,增加了调控铺网均匀度的技术手段。
 

        第五,为了获得更高的牵伸速度,冷却风机的压力是RF1的二十多倍,侧吹风箱内的压力也提高了十倍以上。提高牵伸气流压力还增加了气流密度,有利于提高牵伸效率。
 

        第六,RF4将原来的“封闭式”纺丝通道改为“半开放式”通道,消除了由扩散通道出口与各邻近构件的“动、静密封装置”引发的各种工艺故障,对提高生产线的运行速度和设备可靠性有很好的效果。
 

        第七,在RF4纺丝系统的上、下游设置了辅助抽吸区,这是将纺丝通道由全封闭式改为半开放式的配套措施。减少了压辊数量,除了能有效防止发生缠辊外,还能减少环境气流对铺网过程的干扰。
 

        第八,以往机型的扩散通道与成网机之间的距离是不可调的,仅能通过改变扩散通道的宽窄来控制铺网过程。现在不仅保留了控制通道宽度的手段,还能利用改变通道出口与网带间的高度来调节,这就为改善铺网均匀度及产品MD/CD性能提供了更多手段。
 

        第九,RF4系统的能耗较低,一些多纺丝系统的SMS型生产线的单位产品能耗约为1600~1700kWh/t,节能优势明显。

 

 

        4  RF5技术的亮点


        在传承RF4优点的基础上,RF5还应用了很多新技术,使其性能全面超越了RF4,主要体现在以下几个方面。 
 

        (1)RF5生产线的最高运行速度为1200m/min,比RF4提高了30%。可生产规格为8g/cm2的轻薄产品,是当今最先进的水平。在2019年前后、该机型将在中国南方出现。
 

        (2)纺黏系统的生产能力达270kg/(m•h),比RF4提高了35%;熔喷系统的产能达70kg/(m•h),比RF4提高了40%。 
 

        (3)RF5的单丝纤度小于1den,比RF4减小20%,产品具有更好的均匀性、遮盖性、强度和柔软性。
 

        (4)工艺稳定性、可控性增强,大幅度减少了产品的疵点,提高了产品质量。与RF4相比较,能减少90%以上的云斑、硬块等疵点。 
 

        (5)在纺熔复合机型方面,能提供更多的组合、排列方案,RF5首次提供了有8个纺丝系统的SSMMMMSS结构的复合非织造布装备。
 

        (6)熔喷系统可选只有一行喷丝孔的传统机型、也可以选有“多行”喷丝孔的“Multi row”熔喷技术。
 

        (7)在SMS型生产线中,RF5熔喷技术可以灵活调控静水压,在增加35%的产量时,产品的质量也提高了20%,解决了以往高产量与高质量之间的矛盾。
 

        (8)只有幅宽不小于4200mm的机型才需要建造放置设备和管网的地下室,现在幅宽小于4200mm的RF5生产线已不需要建造地下室,大幅度降低了土建费用。 
 

        (9)RF5生产线中的螺杆挤出机、热轧机、电动机等都是高效、节能产品。虽然生产线总装机容量较大,但产品的能耗仍比RF4减少了15%。
 

        (10)效率更高,停机时间更少。RF5型的技术改进有助于增加有效生产时间,如通过对工艺风系统的改进,使维护清洁的工作更加便捷,减少了停机时间,提高了生产线的利用率。
 

        (11)利用双组分(RF Bico)技术,可以生产双组分“并列型”的PP/PP,或PP/PE自卷曲纤维,利用热风或热轧固结这种纤网后,便成为高度蓬松、触感和厚度保持性良好的双组分非织造产品,是一种性能优异的卫生制品材料。

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