第七章_纺粘法非织造布生产技术

第七章纺粘法非织造布生产技术第一节概述纺粘法非织造布是聚合物挤压成网法非织造布中技术最成熟、产品应用最广泛的非织造布生产方法。纺粘法非织造技术是化纤技术与非织造技术紧密结合的典范，它是利用化学纤维纺丝成型原理，在聚合物纺丝过程中使连续长丝纤维铺置成网，纤网经机械、化学或热粘合加固成布，整个过程由一套设备完成。其结构特点是由连续长丝随机组成纤网(纤维集合体)，具有很好的物理机械性能。纺粘技术是DuPont和Freudenberg两大公司于20世纪50年代末和60年代初分别在美国和欧洲同时开发和工业化的。然而第一条商业化的纺粘生产线却是德国Lurgi公司开发的Docan技术，它需要高额的投资，且生产成本高，是中小型企业无力购买和经营的。80年代中期，德国莱芬豪舍公司开发了一种新的纺粘工艺，它的造价低，生产规模小，生产成本低，深受中小型企业的欢迎。与此同时，出现了若干家能提供整套纺粘生产线的公司，从此纺粘法生产进入了高速增长时期。据世界最大的纺织机械制造商苏拉（Saurer）公司的统计，2005年全球纺丝成网法非织造布（包括纺粘、熔喷及其复合产品）产量为220万吨，占当年非织造布总产量511.5万吨的43.2%，而我国2005年纺丝成网法非织造布（包括纺粘、熔喷及其复合产品）产量为44.86万吨，占我国当量总产量的38.98%，占全球纺丝成网法非织造布产量的20.4%，成为世界最大的纺粘法非织造布生产基地。我国纺粘法非织造布的工业化生产始于1987年，当时广州第二合成纤维厂从Reifenhauser公司引进年产l000t的生产线，而后上海合成纤维研究所和纺织工业非织造布技术开发中心也相继分别由意大利NWT公司引进年产l000t的生产线。这3条生产线开拓了中国纺粘法非织造布工业之先河。此后，我国继续从STP、NWT、Reifenhauser等公司引进纺粘生产线，并成为世界纺粘法非织造布发展最快的国家。l991年全国仅有3条生产线，年生产能力3000t，到2006年，全国已有342条生产线（其中绦纶生产线15条），年生产能力达81.3万t（其中PET54400吨），实际产量已达到53万t，位居全球之首。以生产能力来计算，从1000吨到81万t,二十年间我国纺粘产能增长了810倍，平均年增长率达52%，如此高的增长率，在全球纺织行业中十分罕见。中国20年来纺粘法非织造布发展如表3-7-1所示：表3-7-1中国20年来纺粘法非织造布发展序号年生产工厂（间）生产线（条）生产能力（吨）产量（吨）较上年增长率%11987111000362219881110006778731989333000672-14199033300012708951991333000158725619925550002442547199355500024450819942223300001067833791995222652000229861151019962628760003435249111997283284300473273812199833351000005472516131999354311800069869281420004552148900100124431520014965167000137386371620025376242800170483241720036211535255026739657182004143242614200360107351920051552827120004295001920200617934281320053308124总体来说，我国纺粘法生产技术发展可分为4个阶段。第1阶段（1987～1991年）：全国仅3条生产线，生产能力还只有3000t，设备全部进口，作为国家“七五”计划攻关项目，这一阶段主要是消化、吸收国外技术，开发产品的应用领域。产品的主要用途是席梦思基布。第2阶段（1993～1998年）：以沈阳纺织工业非织造布技术开发中心和中航六零六所为主在大连金州(今瑞光无纺布厂)建立了第1条门幅2．5m，产量1000t的国产线，上海合纤所在江苏常熟建立了门幅3．2m，年产2000t的国产线。这段时间广东开平、梅县、上海枫围等地引进了Reifenhauser生产线；广东中山、辽宁清远、河北华阳引进了意大利NWE生产线；杭州华银、河南南阳、广东冠南引进了STP生产线；湖南益阳、江苏仪征、江西合达等引进了涤纶线，这一时期发展的特点是以引进生产线为主，以丙纶热轧线为主，但涤纶针刺和热轧生产线也有了。设备的国产化能力已基本具备。此时的产品以一次性卫生材料为主，沿海地区特别是广东等地卷材出口也很多。第3阶段（1999～2002年）：上海市合纤所为温州永得利投产了一条年产3000t的国产线，迈出了民营经济投资纺粘法的第一步，使民营经济逐渐成为纺粘法投资的主体，也使温州在极短的时间内成为我国纺粘法设备和产品的主要产地。这期间，沈阳纺织工业非织造布技术开发中心，中航六零六所和上海合纤所建造的生产线成为投资主流，国产线数量超过了进口线数量。国产线的技术主要是NWE公司的翻版。产品也拓展了用途，如鞋材辅料、箱包、过滤支撑材料、包装材料等。第4阶段（2003～2006年）：SARS的流行与Reifenhauser生产线的国产化成功，使我国纺粘法得到了高速发展。出现了一批国产化线生产厂，我国也从纺粘线的进口国，变成出口国。引进线虽然不多，但档次大大提高，具有规模大，速度高、产品新的特点，但市场难以消化生产量。一、纺粘法的基本工艺流程以厚型聚酯纺粘非织造布生产流程为例，纺粘法的基本工艺流程为:切片→干燥→螺杆挤压机熔融→过滤→喷丝→冷却→气流牵伸→分丝铺网→预针刺→主针刺→热定型→切边卷绕→成品，如图1所示。图1常见纺粘法工艺示意图未经干燥的非晶态聚酯切片，用气流输送入高位料仓，通过旋转阀喂入结晶器中，经处理的干热空气自下而上穿过结晶器与切片错流接触，通过调节、控制空气温度和切片在结晶器中的停留时间，使切片达到预定的结晶度并进行预干燥。结晶和预干燥后的切片在干燥塔中借重力自上向下运动，与由干燥塔底部通入的干热空气逆流接触，进行湿、热传递。达到所要求的湿含量（一般为30mg/kg）后进入下一工序。结晶、干燥用的干热空气由专设的空气处理加热和循环系统来提供。结晶、干燥后的热切片从干燥装置喂入螺杆挤压机中，挤压机套筒分区加热，切片在挤压机中熔融后进入预过滤器，再进入纺丝箱体，熔体经计量泵进入纺丝组件，靠计量泵准确地计量，将熔体定量地输送到喷丝板，经喷丝孔喷出形成细流，即初生纤维。初生纤维经骤冷风冷却进入空气动力学牵伸系统。牵伸速度可高达4500～5000m/min，使纤维达到全牵伸状态。从牵伸装置出来的长丝经分丝和摆丝均匀地铺放到运行中的成网帘上形成纤网。成网机成网帘下有吸风装置，在负压的作用下，纤网均匀稳定，纤网通过一台预针刺机得到初步缠结，然后进入主针刺机完成最后的针刺加固。针刺后的纤网通过速度补偿器后经分切卷绕机按要求幅宽切去边料后卷绕成定长的卷材，包装入库。从纺粘非织造布的生产流程可以看出，纺粘法实际是将化纤生产与非织造布生产两者合二为一，在同一条生产线上同时进行两个工序生产，其牵伸之前的部分与合成纤维的生产工艺基本相同，均有螺杆熔融、过滤、熔体计量、纺丝、冷却。纺粘法属于合成纤维的长丝类型，是一步法高速纺丝，纤维经过牵伸有较高的取向度和结晶度。牵伸之后两者的区别在于：1)合成纤维产品是短纤或长丝，最后是打包或卷装，而纺粘法则是纤维经过牵伸后直接铺网一次成布；2)牵伸方式差异较大，合成纤维采用机械牵伸，容易控制，而纺粘法基本上是用气流牵伸，较难控制。纺粘法非织造布由连续的长纤维组成，纤维经过高速气流的牵伸，有较高的取向度和结晶度，纤维成网时纵横交错，纤网又经过热轧加固，因而具有以下特点：1)有较高的断裂强力和较低的断裂伸长率；2)纵横强度比较小；3)纤度较低；4)可以在纺丝前加入各种不同性能的添加剂，使非织造布具有不同的性能。二、纺粘法非织造布生产原料与产品的应用纺粘法非织造布工艺是非织造布工业的一门较新的技术，由化学纤维纺丝技术发展而来。因此，适用于传统熔融纺丝工艺制备纤维的聚合物一般都可以用来生产纺粘法非织造布，其中常用的包括聚烯烃类（聚丙烯，聚乙烯等）聚酯类、聚酰胺类及今年出现的聚氨酯类聚合物。而使用聚丙烯为原料的丙纶纺粘非织造布占第一位，据2001年统计，世界纺粘非织造布总量中，丙纶纺粘布占73.4%，涤纶纺粘布占18.8%，锦纶纺粘布占7.7%，此外还有少量的纺粘法功能性非织造布。纺粘法非织造材料已广泛用于国计民生的各个领域，主要有：1)工业方面：可用于制作汽车套、防尘罩、擦布、环保过滤物、土工布、CD套、房屋防渗材料、包装材料；2)农业方面：可用作农用丰收布、香蕉袋、农作物的培养基、保暧防虫材料等；3)医疗方面：可用于制作手术衣帽子、口罩、鞋套、隔离服、病人床单等；4)卫牛方面：可用于婴儿尿布及妇女卫生巾的面料、导流层、背衬、防侧漏边、包装物等；5)家居装饰方面：可用于家私底衬、墙布、购物袋、桌布、窗帘等。第二节纺粘法纺丝工艺纺粘法非织造布的纺丝特点是采用超高速纺丝一步成形而获得纳向长丝(FOY)，一般丙纶非织造布的纺丝速度控制在3000一4500m/min，涤纶非织造布的纺丝速度控制在5000一8000m/min。如果抵于这个速度，只能得到部分取向长丝(POY)，剩余牵伸大；这种长丝制成的纺粘布必然伸长大、强力低、尺寸不稳定，容易变形，不是高品质的纺粘布。因此，用于生产纺粘法非织造布的切片，必须使用生产化纤长丝FOY的原料，否则不可能进行超高速纺丝、生产出高品质产品。一、原料的干燥与混合PET纺粘法非织造布生产用切片需要较高的干燥效果，切片含水率必须小于0．003%，干燥后切片的特性粘度差要≤0．01dl/g，生产中既要减少因切片中水分汽化形成的气泡丝、断丝，又要避免水解、热裂解造成的切片特性粘度降低。采用高预结晶温度(170℃)，低干燥温度(160℃)，延长干燥时间(8h)，降低减湿空气露点(≤一70℃)等一系列措施，可使干切片含水率在0．002%～0．0025%，干、湿切片的粘度降≤0．005dl/g。在非织造布中，除了少量不添加其它颜色的本色产品外，市场经常需要五颜六色的产品或具有某些持殊功能的产品，这就必须在原料中添加各种着色母粒(包括增白母粒)及特殊功能母粒(如抗静电、抗老化、亲水、阻燃等)，并使其与切片按预定的比例混合，搅拌均匀，从而生产符合特定要求的产品。一般情况下，当加进一种色母粒时，随着加入比例的增加，非织造布的颜色就会由浅到深变化，有时为了调配出某种颜色的产品，常会同时使用两种以上不同的着色母粒，通过改变各母粒的加入量比例便能生产出仅用一种着色剂无法生产的产品，这对减少着色母粒的品种、减少库存都有实际意义。根据生产要求及产品不同使用特点和助剂质量设计生产工艺配方，确定生产配比后，在多组分电脑自动计量配料系统上进行定标，设计菜单，由电脑进行程序控制，自动、准确配料；或者在螺杆加料器中设计好螺杆转速和挤压机螺柠转速的对应关系，确定配方比例；使用人工计量时，用电子秤称量好助剂量，与原料在搅拌器中混合均匀后使用。二、纺粘法纺丝主要工艺参数纺粘法在纺丝过程有许多工艺参数，这些参数决定纤维形成的历程以及纤维的结构和质量，在生产实际过程中必须合根据原料、设备及产品要求合理设定。1、挤压机各区温度挤压机一般分为进料区、熔融压缩区和计量区三个区段，其加热分7～10个加热区，各区的温度按其工作任务而不同。进料区的主要任务是预热，为保证螺杆的正常运转，在此区间切片不应过早熔化，又要使切片达到半熔状态。此区温度过高，易造成切片在进料口环结无法进料，若温度过低，则会加大熔融段压力，使切片不能全融化，造成进料的阻力。这个区的温度设计，丙纶一般为200～210℃，涤纶为265～270℃。熔融区为主要加热区，切片必须在此区保证百分之百的熔化，因此此区温度要高，但过高了又会使聚合物降解，质量下降。这个区温度丙纶一般为225～235℃，涤