纺粘法先进技术及发展方向

[内容摘要]针对纺粘法发展的特点，重点介绍了当前纺粘法的先进技术和研究方向。对铺网方式和牵伸器的结构原理进行了分析研究。并对纺粘法非织造布技术的发展提出了建议。

 

    纺粘法又称纺丝成网法。五十年代末，美国杜邦(Du Pont)公司首先研究纺粘法非织造布并获得了专利。七十年代刚推出纺粘法时，纤维单丝较粗，铺网不均匀。到九十年代纤度大幅度下降，加上一些其他技术措施，使纺粘法非织造布的均匀度差、遮盖力小、手感粗糙等缺点都己得到很大改善，纺粘法非织造布得到了广泛应用。我国从86年引进第一条生产线，到目前为止，己先后引进十多家公司的二十多条生产线。国内已有四个单位研制并提供近二十多条生产线。纺粘法非织造布技术之所以发展如此迅速，其原因就是它比传统的非织造布工艺流程短，劳动生产率高，人均产值大(达百万元)，单条线生产能力强。随着纺粘技术的不断进步和工艺的逐渐更新，一次性投资和能耗费用将有所降低。此项技术正处于飞速发展阶段。纺粘法技术研究和生产线设备制造公司在工艺路线、设备结构上都有独特的技术，使得所生产的产品各有特点。

    美国艾森(Ason)公司96年开发并获得一项纺粘技术专利。技术重点是将熔喷法的技术应用到纺粘技术中。两种不同生产技术的差异在以下三个方面：①纺丝速度不同。熔喷法的纺丝速度可达30Km/min以上，纺粘法最高速度80OOm/min。②纺丝温度不同。熔体细流被拉伸时的温度(以 PP为例)熔喷法为230℃左右，纺粘法为80℃左右。③纺程不同。纺丝受力点到喷丝板距离，熔喷法仅几个厘米，而纺粘法长达数米。另一个技术重点是特殊结构的牵伸器，使得丝束在高速气流中形成“波浪”或“曲折”而产生压推力，使纺丝速度大于气流速度。约70%的牵伸作用是压推力。艾森公司的技术核心是短程纺、压推式热牵伸。即仔细选择侧吹风的条件，不使丝条过冷，使其在较高温度下受到拉伸变形，同时保证在进入牵伸器前不发生相互粘连。目前纤度达0.7d。日本神户制钢采用细喷丝孔，高速牵伸实现细旦，PP可纺到0.5d，PET可纺到0.9d，实验室 PP可纺到0.3d。德国莱芬豪舍公司的 PP己达到0.7d， PET达到0.9d。总的来讲，作为一种趋势，纺粘法非织造布设备的生产企业都在努力开发微细旦技术。

  2.2设备多功能化

    一套生产设备能生产纺粘、熔喷、双组份纤维以及复合产品。纤维加固有热轧或针刺，这样形成多种产品。意大利莫登(Modem)公司采用双套喷丝板和可升降的管式牵伸器，改变工艺参数来生产丙纶或涤纶。德国莱芬豪舍、意大利 STP等公司的设备能生产纺粘和熔喷复合产品，最薄可生产5／2／5g／m2 的 SMS熔纺布产品。美国捷迈(JML)公司能生产纺粘、熔喷、双组份纤维、可方便形成 SMS、 SSS、MMM、 SMSMS、 SAMAS产品。日本神户制钢采用抽气式双螺杆挤出机，使纺涤纶时不用另上干燥设备，它谈化了螺杆挤压机的长径比概念。并能纺 PP、 PET、尼龙6、尼龙66、双组分、可降解树脂。有的生产线能生产热轧产品，还能生产针刺产品。德国迪罗公司的针刺机托网板改成回转毛刷帘，采用碳纤维复合材料作为针板横梁和针板，使得最高频率为3000次／分，生产线速度达到60m／min，并能连续运行。国内己研制成功一条幅宽4.2m，3000t/y的涤纶纺粘针刺生产线。

  2.3设备整体块化

    为了提高产品的均匀性和布面质量，莱芬豪舍首先采用整块喷丝板和横式整体牵伸器技术.日本神户制钢、美国艾森公司都采用此项技术。而美国捷迈(JML)公司采用模块式结构适应不同原料。不同工艺路线(纺粘或熔喷)能在2小时内完成转换。箱体相同，仅喷丝板不同，风窗采用组合结构，钢平台可升降。艾森公司的牵伸器位置可升降。成网机高度可调。由于采用横式整体牵伸器技术，取消生产中最敏感而且调整操作非常困难的摆丝器，使丝束在整幅面上均匀分散。

  2.4自由松散式铺网

    铺网是纺粘技术的关键，直接影响布的外观质量和物理指标。目前铺网方式大致分为三种：①排笔式铺网。以意大利NWT 为代表，采用顺式狭缝牵伸器，为了使纤网均匀、使用圆辊式摆丝器，利用气流的附壁效应进行摆丝铺网。为了保证成网机网帘上纤网的稳定，网下吸风除要保证将牵伸器喷出的气体全部吸光外，同时还要吸入大量网上风，这样就干扰了成网机附近气流的稳定性。产生并丝原因来自三个方面：一是牵伸器的窄缝和甬道受气流中的杂质污染所造成气流不匀，使丝并绺：二是摆丝辊的不光洁、运行时的不平稳性、摆丝器的摆幅以及频率等也是产生并丝的原因；三是纤网下吸风吸不住，从摆丝器排出的气流把纤网上部的丝吹散、吹乱、吹成绺，从而产生并丝。产生并丝的比例随设备的状态不同而不同。这种铺网虽然布的纵横向强力差别较小，但布面并丝较多。②打散式铺网。以意大利 STP为代表，采用管式牵伸器和摆片式摆丝器，进行打散铺网。由于丝束从比较细的牵伸管喷出，比较集中，使用一般摆丝器很难把丝束分散均匀。采用打散方法，先让丝束打在一个摆片上，再折到另一个摆片上，丝束经打散后铺网，就象一块泥巴打在板上，四处飞溅，飞出溅块大小不一，分散不匀。因此采用打散方法分丝铺网，布面必然产生“云斑”。③自由松散式铺网。以德国莱芬豪舍为代表，采用横式牵伸器，没有摆丝器，并且纺丝甬道整体密封，减少外来风干扰。这种自由松散式铺网，丝呈螺旋状落到网帘上。由于有成网吸风，哪里纤网薄，丝就往那里去。所以布面并丝极少，没有“云斑”，柔软性好，延伸度高。但布纵横向强力差别较大。由于采用关风辊技术，使风系统封闭，因此产生纤网不匀的原因主要来自风系统内部的湍流和涡流。

    为了提高产量，降低能源消耗，设备生产厂商采用如下几项技术：④采用增加喷丝板孔数提高产量。①采用多箱体技术，使产量成倍增长，德国莱芬豪舍采用三个箱体加二个熔喷头，幅宽4.2m时，生产能力达到24000t/y．②为了提高产量，各家公司都在努力提高成网速度，目前最高速度600m/min  。莱芬550m／min，艾森公司600m/min，神户制钢500m／min， BBA公司448m／min，NWT 100M／min。③增加幅宽来提高单线生产能力，神户制钢4.2m幅宽，生产能力达12000t/y。莱芬5.2m幅宽，生产能力达到35000t/y。⑤大功率牵伸和空调风机采用变频调速来调风量和压力，降低电能消耗。⑥纺丝工艺采用热牵伸，骤冷风采用常温风冷却，取消制冷机．⑦采用管式牵伸器，减少牵伸风流量，降低电耗。特别适用于涤纶纺粘针刺工艺。⑧成网吸风改为侧吸风，减少阻力，降低电耗。

①意大利 STP的纺粘设备采用管式牵伸器，配合静电分丝新技术，均匀度有很大提高。②为了增加熔体的均匀性，莱芬在纺丝箱体前增加了静态混合器。③美国金佰利  (Kimberly—Clark)公司采用在纺丝甬道有凸起物，使长丝纤维发生卷曲，纺粘布手感好。④成风机出口采用关风辊来防止翻网。⑤产品幅宽能调整，满足用户要求，适应市场需要，最有代表性是NWT模式。⑥采用废边回收来减少原料消耗。莱芬和 STP采用辅助螺杆挤压机来回收废边直接注入大螺杆挤压机；NWT 采用废边搓粒后间接回收;Modem采用废边热轧切断式间接回收。而国内有一家采用熔融造粒间接回收。⑦在线质量自动检测。为了提高质量，减少次品，有些生产线配有在线整幅自动扫描仪，自动检测克重，统计不匀率。⑧分切机采用无芯轴卷取、电热接布、自动横切、自动换辊等新技术。⑨纺丝组件采用真空清洗炉或高温水解炉进行清洗。目前仅德国和我国有使用高温水解炉的报道。

以上是当今世界工业化应用的最新纺粘技术，这些成果的取得都是靠各个公司后面强有力的研究机构。莱芬技术后面有德雷斯顿撤克逊试验室：艾森技术后面是田纳西大学的无纺试验室JML公司本身就是试验室；NKK技术的后面是高度纸试验室。这些用理论指导的工程试验室，用试验来完成工程设想，探索新的技术路线。

纺粘法发展到现在，根据布的外观质量和性能指标可分为三类。第一类以NWT为代表，采用多排顺式牵伸器和圆辊式摆丝器，进行排笔式铺网，产品均匀性差，并丝较多。第二类以 STP为代表，采用管式牵伸器和摆片式摆丝器，进行打散式铺网，布面没有并丝，但有“云斑”。第三类以莱芬、神户制钢和艾森公司为代表，采用横式整体牵伸器及自由松散式铺网，铺网均匀，产品并丝极少，没有“云斑”，使产品的外观质量有了很大提高。

  3 目前的研究动向

  3.1微细旦纺丝技术

    优良的牵伸器是保证纺微细旦丝的先决条件，其次是喷丝板孔径及冷却条件和冷却区高度等工艺条件的选择。优选方案，进行实验，找出最佳工艺条件。

  3.2纺喷技术

    艾森公司已将熔喷技术引用到纺粘中，那么应该将熔喷技术与纺粘技术结合到一起，生产纺喷布．原因是直接纺丝做非织造布不象纺长丝那样要求不断丝，丝纤度均匀性要求不那么严格。这种方法生产的非织造布既有熔喷纤维的细旦，过滤性好，手感软，又有纺粘连续长丝的强力高的双重特点。纺喷法非织造布对从过滤材料到卫生覆面材料的所有用途都适用，并以较少的投资和生产成本从事生产。

  3.3利用超声波粘合生产双组分纺粘布

    用两种原料纺丝(以 PP／PE皮芯型为例)，可使外层用低温熔融材料，内芯用高温熔融材料。这样在粘合时，较底温度下靠外层部分就融合成产品，而且内层未受到任何破坏，保持很高的强力，可用于许多特殊领域和场合。如果采用超声波粘合，不用热轧机，布面没有轧点，则布面质量有一个飞跃，是一项很有发展前途的技术。

  3.4牵伸器结构的研究

    纺粘法用牵伸器形成的高速气流来牵伸纺丝.牵伸器的结构是最重要也是最深奥的。从原理上讲它们都是基于引射器设计的。排式牵伸器的狭缝设计和管式牵伸器的环隙选择基本原理相同。牵伸器由导丝器和喷嘴两部分组成。导丝器的设计有入口宽度(或直径)和长度、出口扩散角。喷嘴的设计有入口锥角、喉部宽度(或直径)和长度、出口扩散角、扩散段宽度(或直径)和长度。还要考虑导丝器和喷嘴装配后构成的缝隙形状和大小的选择，并且由于导丝器外形尺寸、出口扩散角与喷嘴构成的紊流室大小的设计是至关重要的。

    经缝隙形成的高速气流，在紊流室内产生强烈的紊流。紊流是流体的一个极不规则的运动，有较大的剪切应力，在流体的内部形成频率、振幅不同的振荡，通过能量交换作用在丝束上，使丝束高频率振荡起来。这种振荡促使丝束中单丝相互分离并弯曲，并使其波浪式向前运动(艾森技术的关键所在)，直至从喷嘴喷出。喷嘴喉部出口处的高速气流使丝束在运动方向上产生不规则的变化，形成高频振动，使出口处丝束蓬松。同时喷嘴喉部出口处有扩散段，使气流速度减慢，以利于铺网。所以高速气流产生紊流，使丝束波浪式运动，是牵伸的动力。

    导丝器和喷嘴的材质、几何形状、加工精度和光洁度是保证形成高速气流的重要因素，是直接影响丝的纤度和丝束松散性的原因。当然牵伸器还有一个整体结构设计、材质选择及加工工艺等问题。牵伸器的研究应向纺丝速度最快、所用空气压力最低、消耗气量最小的方向努力。

  4 我们的努力方向

    美国捷迈(JML)公司与日本高度纸(NKK)签定了联合协议，共同研究下一代熔纺布。非织造布中心与意大利 ORV公司、日本神户制钢、美国艾森(Ason)公司进行了技术交流和拟订了合作协议。在纺粘技术飞速发展的今天，我们应坚持“广泛交流，精诚合作，协同攻关。”的原则，横向联合，吸收先进技术，积极开展研究工作。

  4.1微细旦技术

    开展改进纺丝工艺条件降低纤度的研究，同时研究熔喷技术，把它引用到纺粘技术中，使纤度大幅度下降。

  4.2整体牵伸器和喷丝板技术

    应开展对牵伸器原理的研究，减少牵伸风压力和流量，降低能耗，提高布的均匀性。应借鉴塑料板材和流延法土工膜复合中的挤出模头，来研究整体牵伸器和整块喷丝板的结构原理及加工技术。

  4.3开展对纺喷技术的研究

纺喷技术刚刚有专利报道，是一种很有发展前途的先进技术，应开展这方面的研究。

    因化纤纺丝中的双组份纺丝是很成熟的技术，所以应向这方面努力，并开发相应的超声波热粘合技术。

    美国的针刺土工布，纺粘针刺占70%，短纤针刺占30%;欧洲市场纺粘针刺占60%，短纤针刺40%;中国纺粘针刺仅占 15%，其余为短纤针刺。纺粘针刺土工布的强力是短纤针刺的1.5—1.9倍。而国内纺粘针刺布都是涤纶，共有三条引进生产线，一条国产生产线，目前还没有丙纶纺粘针刺生产线。应借鉴涤纶纺粘针刺生产技术来攻克丙纶纺粘针刺技术的难关。

    纺粘法是集化工、化纤、造纸、塑料等行业为一体的综合技术，涉及学科较多。纺粘法技术的核心是铺网和纺丝。铺网均匀是纺粘技术水平的体现,而如何高效经济地进行纺丝牵伸，是纺粘技术进步的关键。这显然是今后纺粘技术研究的方向。