紡粘法非織造布技術(shù)的新發(fā)展

紡粘法非織造布技術(shù)的新發(fā)展

自21世紀以來，世界上的非織布制造商注重快速、高質(zhì)量、集約的生產(chǎn)技術(shù)。紡織粘布生產(chǎn)技術(shù)已成為一個高產(chǎn)、高效、高能耗的方向。其中，工藝頭和高紡織印染設備的快速發(fā)展是不可避免的。多頭紡熔非織造布設備是指有多個紡絲模頭的紡熔設備,包括將紡粘和熔噴技術(shù)結(jié)合在一起的生產(chǎn)線(SM、SMS等)、多層紡粘網(wǎng)復合的生產(chǎn)線(SS、SSS等)以及一些采用多模頭紡絲的紡粘網(wǎng)和其它纖網(wǎng)復合的生產(chǎn)設備。1各種紡織模頭的紡織粘度、熔斷和噴灑技術(shù)1.1在線復合技術(shù)紡粘和熔噴兩種非織造布生產(chǎn)技術(shù)有許多共同點和不同點。相同點在于都是以聚丙烯為原料,經(jīng)過螺桿加熱熔融擠出,經(jīng)氣流拉伸成纖、熱粘合成布;不同點是紡粘法中擠出的熔體用驟冷空氣進行冷卻,再經(jīng)過氣流拉伸,形成的是連續(xù)長絲,鋪放在成網(wǎng)簾上,而熔噴法中擠出的熔體在高速熱空氣下吹成超細的短纖維,高速飛向成網(wǎng)簾上形成纖網(wǎng)。因此,以聚丙烯切片為原料,通過加熱、熔融、氣流拉伸,依次形成紡粘、熔噴、紡粘的“三明治”式纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu),一次性熱軋得到最終產(chǎn)品SMS非織造布,也稱為一步法或在線復合SMS工藝,它具有流程短、用工省、生產(chǎn)成本低、勞動效率高、產(chǎn)品性能優(yōu)、用途廣泛、技術(shù)密集、經(jīng)濟效益好等特點。SMS非織造布中的“S”是非織造布生產(chǎn)技術(shù)中紡粘法的縮寫,“M”則是熔噴法的縮寫。SMS非織造布實際上是一種上、下兩層紡粘布中夾入一層熔噴布的產(chǎn)品。由于熔噴法非織造布由超細纖維組成,因此具有優(yōu)良的過濾性、吸附性及阻菌效果,但本身強力較差難以單獨使用,而紡粘法非織造布由連續(xù)長絲組成,強力較高,缺點是過濾性、吸附性及阻菌效果較差,它們結(jié)合制成的SMS非織造布則兼具兩種材料的優(yōu)點,所用原料均為聚丙烯,又有很好的耐酸、耐堿性,因此在醫(yī)療衛(wèi)生和過濾材料領域得到廣泛應用。特別是薄型的SMS產(chǎn)品,由于防水透氣性好,更是為一次性衛(wèi)生用品的發(fā)展提供了廣闊的市場,如衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護墊、嬰兒尿褲、成人失禁褲等領域,近年來的市場增長速度非常迅速。還有適用于醫(yī)療領域的手術(shù)服、手術(shù)包巾、殺菌繃帶等中等厚度的SMS產(chǎn)品,適用于高效過濾材料的厚型SMS產(chǎn)品等等,市場空間都很大。SMS非織造布在經(jīng)過多種功能性的處理后,可以附加不同的優(yōu)異特性,更進一步提升了它可觀的增長空間。圖1是SMS設備的布置圖,其中鋪網(wǎng)機上方兩邊是紡粘模頭,中間是熔噴模頭。一條線上兼具紡粘、熔噴2種工藝,又有3個模頭,是一種多頭紡熔非織造布設備。最近幾年,為了達到高產(chǎn)、高效的目的,又發(fā)展了更多模頭的在線復合技術(shù),包含了多個M,如SMMS、SMMMS、SSMMMSS等,目前最多的多箱體復合產(chǎn)品可達7層。多個熔噴模頭的加入,彌補了熔噴產(chǎn)量低、紡粘產(chǎn)量高的不匹配問題,同時由于多層的復合,在提高產(chǎn)量的同時,還改善了產(chǎn)品的質(zhì)量。1.2紡粘法非織造布sms國外對SMS非織造布的認識較早。20世紀80年代美國金百利公司為了克服熔噴材料強度低、尺寸穩(wěn)定性差等缺點,開發(fā)出了這種復合材料,因此這種多頭紡熔非織造布技術(shù)和設備發(fā)展也較早。根據(jù)INDA(非織造布聯(lián)合會)提供的數(shù)據(jù),早在2001年北美地區(qū)就有丙綸紡粘生產(chǎn)線27條,生產(chǎn)能力14.8萬t;而SMS生產(chǎn)線就有17條,生產(chǎn)能力14.5萬t,其SMS與丙綸紡粘非織造布產(chǎn)能基本接近。又如日本,2008年銷售額名列世界第19的AsahiKasei公司2008年的產(chǎn)能中,SMMS和PP紡粘法非織造布的產(chǎn)能一樣,也達到了1.3萬t。目前國外著名的非織造布設備生產(chǎn)公司均有紡粘熔噴結(jié)合的多箱體復合設備和產(chǎn)品,主要生產(chǎn)商包括OerlikonNeumag(歐瑞康紐馬格)公司、德國Reifenhauser(萊芬豪舍)公司以及意大利Fare(法瑞)公司等。1.2.1日本卷繞機和日本卡森公司的紡粘生產(chǎn)線OerlikonNeumag是非織造布行業(yè)第一家可以提供所有關(guān)鍵工藝技術(shù)的供應商。其紡粘生產(chǎn)線的關(guān)鍵設備采用了OerlikonBarmag(歐瑞康巴馬格)的螺桿、Kuester(寇司德)的熱軋機、意大利Acelli(亞賽利)的卷繞機和日本Kasen(卡森)公司的熔噴組件。這些公司的產(chǎn)品在同類設備中無論是自主知識產(chǎn)權(quán)、研發(fā)能力、加工制造、產(chǎn)品性能等均處于國際領先水平,享有相當高的聲譽。目前其紡粘生產(chǎn)線在中國市場上尚未實現(xiàn)銷售,但在國外已有多條生產(chǎn)線在正常運轉(zhuǎn),均為多頭紡熔非織造布設備。該公司的AST紡粘設備是該公司在收購美國Ason紡粘技術(shù)的基礎上進一步開發(fā)形成的正式產(chǎn)品,該生產(chǎn)線的紡絲速度可達8000m/min,單絲纖度為0.5~6.0D,可生產(chǎn)PET、PA、PP紡粘產(chǎn)品,對外供應的成熟生產(chǎn)線超過6條,出口到俄羅斯、意大利等國家。尤其是2008年3月,在德國投產(chǎn)了門幅為7m的(紡粘–熔噴–紡粘)三模頭配置的SMS生產(chǎn)線,成為目前世界上最大幅寬的紡粘線,在世界上處于領先地位。1.2.2提高紡絲速度Reifenhauser公司開發(fā)的ReicofilIV型設備在冷卻、拉伸、鋪網(wǎng)等工藝方面得到進一步優(yōu)化,加大了正壓牽伸的力度,使紡絲速度進一步提高。紡丙綸時的最高紡絲速度由原來的3500m/min提高至5000m/min;同時,采用多頭紡熔技術(shù),產(chǎn)品均勻性好,能耗小,產(chǎn)量高,一條紡粘非織造布生產(chǎn)線的年產(chǎn)量最高達2萬t,產(chǎn)布速度也相應提高,最高可達800m/h,最薄可生產(chǎn)(5/2/5)g/m1.2.3fare公司的紡粘設備目前發(fā)展SMS等紡粘熔噴復合及多模頭生產(chǎn)線仍是紡粘技術(shù)的主流趨勢。除了上述兩家知名公司外,還有其他許多設備生產(chǎn)商都可提供多模頭紡熔非織造布設備,生產(chǎn)SMS等紡粘熔噴復合產(chǎn)品。比如Fare公司近年來以其高端的短纖維生產(chǎn)技術(shù)為平臺,在市場上已有的SMS、SMMS技術(shù)的基礎上進行了創(chuàng)新,在公司的實驗室建有一條完整的紡粘試驗線,2008年該公司在俄羅斯投產(chǎn)了一條SMMS生產(chǎn)線。據(jù)報道,目前Fare公司已能提供6個箱體的多頭紡熔非織造布設備。Kasen公司多年來在世界上是以噴絲板的設計、加工制造聞名的,其成套的紡粘和熔噴生產(chǎn)線已進入國際市場,實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。雖然中國尚未引進Kasen的紡粘線,但它的紡粘噴絲板、拉伸器和熔噴模頭已嫁接在國內(nèi)的聚酯及SMS生產(chǎn)線上。為了滿足市場多樣化的需求,Kasen公司可以提供SMS、SMMS、SMMMSA和雙組分復合紡粘生產(chǎn)線。Kasen公司的生產(chǎn)線具有柔性生產(chǎn)的特點,可以在同一條生產(chǎn)線上紡制PP、PET、PA6、PE、可生物降解等產(chǎn)品,用卡森噴絲組件和拉伸器生產(chǎn)的纖維細度可以達到0.5D以下。1.3步法sms技術(shù)的引進和引進技術(shù),已經(jīng)實現(xiàn)批量出口在中國,20世紀80年代末國家“七五”規(guī)劃期間,在引進紡粘法工藝和設備的同時,制定了消化、吸收、再創(chuàng)新的丙綸紡粘非織造布設備國產(chǎn)化的課題。90年代初期,生產(chǎn)出了第一條完全國產(chǎn)化的生產(chǎn)線。經(jīng)過不斷優(yōu)化,制造技術(shù)已相當成熟,不僅滿足了國內(nèi)市場的需要,也為近年來紡粘行業(yè)的跨越性發(fā)展作出了貢獻,而且已經(jīng)實現(xiàn)了批量出口。一步法SMS技術(shù)的引進和投產(chǎn)始于1999年底,整整比國外晚了10多年,在設備的國產(chǎn)化方面也沒有得到足夠的重視。因此無論是生產(chǎn)線數(shù)量,還是生產(chǎn)能力都遠遠落后于丙綸紡粘法非織造布領域,在整個紡粘法非織造布產(chǎn)能中的比重相當?shù)?因而具有相當大的發(fā)展?jié)摿?表1)。表2是目前國內(nèi)主要的一步法SMS非織造布生產(chǎn)企業(yè)、設備產(chǎn)地及其生產(chǎn)能力統(tǒng)計。一步法SMS生產(chǎn)設備的制造具有相當高的技術(shù)含量和難度。從表2可以看出,中國的一步法SMS非織造布生產(chǎn)線除一條是溫州昌隆公司自行研制外,其余均為從德國Reifenhauser、意大利STP、美國諾信進口的,這幾家也是目前世界上不多的可以提供成套生產(chǎn)線的公司。據(jù)報道,2008—2009年,還有幾條國產(chǎn)SMS非織造布生產(chǎn)線已正式或即將運行,其中包括溫州昌隆的3.2m幅寬的SMMS非織造布生產(chǎn)線和宏大研究院的一條3.2m幅寬的SMS非織造布生產(chǎn)線。1.3.1國內(nèi)進一步開發(fā)sms非織造布生產(chǎn)線溫州昌隆公司與溫州市甌海輕工機械二廠研制開發(fā)了國內(nèi)第一條一步法SMS非織造布生產(chǎn)線,年產(chǎn)量為2000t,幅寬為1.6m,產(chǎn)品克重為14~120g/m1.3.2紡粘、熔噴生產(chǎn)線的技術(shù)特點宏大研究院是國內(nèi)知名的丙綸紡粘法和熔噴法設備開發(fā)制造商,已銷售了數(shù)十條生產(chǎn)線,部分設備已出口到土耳其、埃及、印度等國家,其SMS系列生產(chǎn)線項目得到國家專項基金支持。該生產(chǎn)線結(jié)合了宏大研究院紡粘、熔噴生產(chǎn)線的所有技術(shù)優(yōu)點,并通過優(yōu)化設計,把紡粘、熔噴兩種工藝有機結(jié)合在一起,使生產(chǎn)線的整體性能達到新的技術(shù)高度。該SMS生產(chǎn)線中紡粘和熔噴模頭之間配置合理,結(jié)構(gòu)緊湊而工藝上互不干涉,每個紡粘或熔噴模頭對應的成網(wǎng)機位置下都有單獨可調(diào)的抽吸風機,保證了高速下纖維網(wǎng)輸送平穩(wěn),成網(wǎng)均勻。熔噴模頭的成網(wǎng)距離可調(diào)整,也可整體水平移動。3.2m幅寬的生產(chǎn)線產(chǎn)量為6500t/a,最高工藝速度350m/min,克重范圍13~120g/m2多紡織模頭的多層紡織網(wǎng)的制造技術(shù)2.1紡粘生產(chǎn)線:雙多s疊加復合技術(shù)紡粘法非織造布在產(chǎn)品幅寬一定的前提下,受噴絲板、冷卻系統(tǒng)以及氣流牽伸器效率和能力的局限,單紡絲模頭生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力有所局限,雖然各個知名非織造布裝備開發(fā)商都在致力于紡絲能力的研發(fā),但是單個紡絲模頭的產(chǎn)能最大也只能為240~320kg/(m·h),雖然增加幅寬也能增加產(chǎn)量,但是設備的加工制造成本就要大大增加,導致投資費用的增加,所以除非特殊用途需要,一般紡粘熱軋非織造布生產(chǎn)線幅寬很少超過4.5m。若想在一條生產(chǎn)線上進一步提高產(chǎn)量,唯一可行而且可靠的辦法就是采用多個紡絲模頭(S),這不僅可以成倍增加單條生產(chǎn)線的產(chǎn)量,而且由于雙(多)S的疊加,還能在很大程度上改善布面均勻性,使布面質(zhì)量得到提高。紡粘生產(chǎn)線采取雙(多)模頭紡絲的雙(多)S疊加復合方式后,單條生產(chǎn)線的年產(chǎn)能才能做到1t這個級別,這樣一來,在生產(chǎn)管理人員幾乎不增加的前提下,就可以成倍甚至幾倍地提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力;另外,多紡絲模頭便于公用工程相互的相對集中使用,這也可以使產(chǎn)品的能耗大大降低。圖2是雙模頭紡粘熱軋生產(chǎn)線的設備布置圖。2.2多個紡粘生產(chǎn)線目前,國外知名的非織造布設備制造商和非織造布生產(chǎn)企業(yè)基本都采用多模頭紡絲,用于生產(chǎn)單純的紡粘產(chǎn)品可改善質(zhì)量及提高產(chǎn)量,這已成為紡粘生產(chǎn)發(fā)展的主流。Reifenhauser、Kasen、OerlikonNeumag、RieterPerfojet(已出售給Andritz集團)、Fare、STP等設備生產(chǎn)商都可提供多個紡絲模頭的多層紡粘網(wǎng)復合的生產(chǎn)設備。如OerlikonNeumag公司的AST型生產(chǎn)線在紡制PET產(chǎn)品時,最多可提供3組箱體,拉伸速度8000m/min,生產(chǎn)線速度600m/min,噴絲板孔密度8000孔/m;Fare公司的第一條雙模頭(SS)紡粘生產(chǎn)線于2008年2月在波蘭投產(chǎn),并且還能提供SSS生產(chǎn)線;美國AlexJames&Associates公司可提供3組箱體、加工3種聚合物的生產(chǎn)線,加工速度可達300m/min;山東俊富非織造材料有限公司從Reifenhauser公司引進的目前世界上最先進的ReicofilⅣ型雙頭SS紡粘法非織造布生產(chǎn)線,具有2個紡絲箱體,幅寬4.2m、年產(chǎn)能為1.6萬t、成布速度最高可達720m/min,纖維纖度為1~1.1D,可生產(chǎn)克重最小為5g/m2.3國內(nèi)ss國產(chǎn)化生產(chǎn)設備從目前國內(nèi)的技術(shù)裝備來看,盡管近幾年取得了一些進展,能夠生產(chǎn)SS的生產(chǎn)線,但是在實際產(chǎn)能和布面質(zhì)量等方面還有待進一步提高。從非織造布的生產(chǎn)企業(yè)來看,盡管有近400條國產(chǎn)化紡粘生產(chǎn)線在運轉(zhuǎn),但據(jù)統(tǒng)計,2008年全國丙綸紡粘法生產(chǎn)線的平均產(chǎn)能不過2035t/條,和美國8700t/條相比,我國的產(chǎn)能過小。到目前為止,尚沒有一條國產(chǎn)生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力能達到年產(chǎn)1萬t以上。高產(chǎn)、高速、寬幅的多頭紡絲大型非織造布生產(chǎn)線還沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前我國提供SS國產(chǎn)化生產(chǎn)設備的生產(chǎn)商主要有邵陽紡機、鄭州紡機、宏大研究院等單位,已在國內(nèi)得到商業(yè)化應用,部分已出口國外。邵陽紡機、鄭州紡機等企業(yè)自行研制成功的雙模頭丙綸紡粘法非織造布系列生產(chǎn)線,幅寬1600~4500mm,產(chǎn)品克重范圍10~150g/m3紡織大品紡織技術(shù)的新發(fā)展3.1雙組分紡粘生產(chǎn)線雙組分紡粘技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)的紡粘法和復合纖維生產(chǎn)的特點,正在成為目前紡粘技術(shù)的發(fā)展方向,在國外也正處在發(fā)展階段。最近,許多知名的非織造布設備供應商和非織造布生產(chǎn)企業(yè)正越來越多地將雙組分紡粘技術(shù)與多頭紡熔技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)出雙模頭雙組分紡粘生產(chǎn)線和雙組分復合紡粘/熔噴/紡粘(SMS)生產(chǎn)線及其產(chǎn)品。OerlikonNeumag公司提供的門幅為5m的雙模頭、皮芯結(jié)構(gòu)(PP/PE)的雙組分生產(chǎn)線已出售給意大利的一家非織造布生產(chǎn)企業(yè)。而Kasen公司則將特有的雙組分復合熔噴和雙組分復合紡粘結(jié)合,形成了皮芯型雙組分復合SMS生產(chǎn)線,成為多頭紡熔技術(shù)中的一大亮點。我國雙組分紡粘技術(shù)與設備的開發(fā)才剛起步。目前,上海合成纖維研究所和上海太平洋紡織機械成套有限公司合作開發(fā)的皮芯型雙組分復合紡粘生產(chǎn)線結(jié)合了多頭紡熔技術(shù),生產(chǎn)線采用的是雙模頭設計,每只模頭配兩根螺桿。目前,皮芯型雙組分復合SMS生產(chǎn)線在國內(nèi)還處于空白。3.2雙多模頭紡粘法多頭紡熔技術(shù)與其他非織造布加工技術(shù)的結(jié)合包括兩種,一種是雙(多)模頭紡粘法的纖網(wǎng)與不同的非織造布加工技術(shù)的結(jié)合,如紡粘/紡粘/水刺生產(chǎn)線、紡粘/紡粘/針刺生產(chǎn)線等;另一種是雙(多)模頭紡粘法纖網(wǎng)與不同的非織造布成網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合,也就是不同的纖網(wǎng)多層復合,比如像SAS(紡粘/氣流成網(wǎng)/紡粘)生產(chǎn)線,生產(chǎn)的是一種紡粘和漿粕氣流成網(wǎng)的復合產(chǎn)品(有時也稱為SPS,P表示漿粕),這種產(chǎn)品手感柔軟、吸濕性好,適宜用作揩布。目前,這幾種生產(chǎn)線Reifenhauser、OerlikonNeumag、Fare等設備生產(chǎn)商都有提供,產(chǎn)品在國外均有生產(chǎn)。而國內(nèi)目前這幾種生產(chǎn)線的國產(chǎn)化設備很少,尤其是SAS(SPS)還是空白。3.3多路紡熔技術(shù)近年來,許多紡粘非織造設備生產(chǎn)商提供的生產(chǎn)設備除使用傳統(tǒng)的PP等原料外,一些新原料也在多頭紡熔技術(shù)中得到應用,如彈性體材料、PLA、PPS等,尤其是在SMS產(chǎn)品中。比如AsahiKasei公司在2009年5月成功開發(fā)出了PPS聚合物的SMS產(chǎn)品,其中紡粘的細度為2dtex,熔噴的細度為0.03dtex,克重為10~200g/m4我國多級紡熔非織造布生產(chǎn)的現(xiàn)狀多頭紡熔非織造布技術(shù)是紡粘法生產(chǎn)技術(shù)朝著高產(chǎn)高效、高質(zhì)多能方向轉(zhuǎn)變的必然途徑,其飛速發(fā)展已成為紡粘法發(fā)展的一種趨勢。國外的一些公司已在多頭紡熔非織造布技術(shù)方面積累了大量經(jīng)驗,在相當多的領域處于壟斷狀態(tài)。近年來我國的紡粘裝備行業(yè)發(fā)展受到重視,取得了長足的進步,在多頭紡熔技術(shù)與設備開發(fā)上取得了不小的成果,并成功開發(fā)了國產(chǎn)化3.2mSMMS設備,與國際先進水平相比,差距有所縮小,但單線產(chǎn)能低,設備差別化不夠,低水平重復多,專業(yè)化生產(chǎn)的集中度不高,這些問題還有待解決。要解決這些問題,必須重視以下兩個問題。(1)紡粘生產(chǎn)線的技術(shù)進步長期以來,我國非織造布設備生產(chǎn)企業(yè)在研發(fā)方面習慣于模仿,自主研發(fā)能力低下,創(chuàng)新不足,缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)。而反觀國外的企業(yè),均用自己的專利技術(shù)