国外水刺非织造布生产设备的发展趋势与我国的差距

收稿日期:2003O 11O 21
作者简介:徐 朴(1934O )男,江苏启东人,教授级高级工程师,曾任中国纺织科学研究院院长,现任中国非织造布和产业用纺
织品行业协会名誉理事长。

非织造布
国外水刺非织造布生产设备的
发展趋势与我国的差距
徐 朴
(中国非织造布和产业用品行业协会 北京 100025)
[摘要]对国外水刺生产线中的梳理机、铺网机、水刺机等关键设备在技术上的最
新进展作了介绍。

如:梳理机在解决飘网、互相粘搭、横向不匀方面;铺网机在解决横截面整形系统;对整条生产线解决全流程自动控制系统;水刺机在提高水刺缠结效率,减少能耗,提高运转率,保证质量稳定方面以及发展水刺复合产品的相应配置等,这对发展我国水刺技术都有积极意义。

关键词:飘网;线性剥取系统;纤网导入装置;整形系统;控制系统;缠结效果 中图分类号:T S17312+2 T S17313 文献标识码:B 文章编号:1002O 3348(2004)01O 0012O 06
我在上一篇文章中[1]
阐述了我国水刺非织造
布工业发展迅速,其势不可阻挡,也分析了目前我国新上的水刺生产线以国产生产线为主,占总生产线数的80%左右,其原因在于国产线价格较低,仅及进口线的1/4~1/5。

但是必须指出的是:国产线与进口线的差距也十分明显。

差距主要表现在以下二方面:(1)每条生产线的产量只有进口生产线的1/2~1/3。

(2)产品质量无论外观质量及内在质量均有较明显的差距。

国产线生产的水刺布在外观上不如进口线生产的平整、细致,内在质量不论强度和均匀度都与进口线生产的有差距。

由于以上原因,生产的产品如果做革基布,一般都只能用于PVC 革,而PU 革基布则大多用进口设备来做;在生产医卫用品时,国产设备生产的产品也较进口设备生产的差一个档次。

本文的目的,将着重分析国外水刺生产线的发展趋势及我国设备存在的差距,以期我国的设备制造厂能及早迎头赶上。

这里需要说明的是水刺生产线,不仅局限于水刺设备本身,也包括前道设备开松机、梳理机、铺网机、牵伸机等。

由于前道设备速度开不高或质量
存在问题,同样也会影响整条生产线的生产效率和
质量水平。

以下将对水刺生产线中几台主要设备作些分析:
1 前道设备方面的发展趋势与我国的差距111 梳理机
我国是纺织大国,棉纺、毛纺梳理机的生产有着悠久的历史,这些设备的质量和生产速度虽然与国外也有差距,但大体差别不多。

而非织造布梳理机的质量和速度其差距要大得多。

究其原因,二者最大的不同点在于棉、毛纺梳理机其输出产品是条状形态,而非织造布梳理机输出的产品是网状形态。

由于我国梳理机的生产厂过去都习惯于生产以条状形态输出的纤维产品(特别是几个原来生产毛棉梳理机的企业),对网状产品的特点注意不够,研究不深,忽略了应相应采取的措施。

因此,虽然在梳理部件上大体与国外采取相似的结构,但在运转速度和最终产品质量上却与进口设备有较大的差距。

条状输出和网状输出会带来什么不同呢?
其一,条状输出,纤维凝集在一起强度较高,
纤维条运行时不易飘起,产生意外变形小,在较高的运行速度下较易取得好的效果。

而网状产品的输出容易受到外界的干扰,如气流影响、输送帘子光洁程度的影响,容易造成转移不彻底,产生飘网、互相粘搭等现象,致使产生意外的不匀,严重的甚至产生互相缠绕。

运转速度愈高,则这种现象愈严重。

其二,条状输出在成条时,横向各网段起相互并合的作用,横向的不匀不易暴露,而网状输出成网后不产生并合作用,因此对网的质量要求更高。

国外的梳理机正是在解决网状输出不产生飘网、互相粘搭,保持横向均匀方面作了大量的工作,在这方面我们应该借鉴、学习。

11111 法国Thibeau (属于NSC 集团)梳理机广泛应用线性剥取系统LDS 及纤网导入装置W ID
所谓线性剥取系统是适用于纤网从滚筒上顺利转移至带有孔眼的输网帘上的专利技术,如图1所示。

由于采用吸风的原理将纤网吸附在带有孔眼的输网帘上(下有吸风)使纤网在剥取和输送过程中
结构不会发生变化。

图1 线性剥取系统LDS (T hibeau)专利技术
纤网导入装置WID 亦是NSC 的专利技术。

如
图2所示,在纤网转移时,在转移处装有吸气导辊,将纤网在吸附状态下转移,不会产生纤网的破碎和意外牵伸。

图2 纤网导入装置WI D
在实际应用时,常常将上述两种技术结合使用。

图3为LDS 及WID 在纤网从梳理机上输出时二者结合使用的例子。

从而保证纤网在输送过程中顺利转移,不会产生飘网、意外牵伸等现象。

图3 L DS+W ID
由于Thibeau 梳理机(CA11型)广泛应用了这些措施,从而使梳理机的速度得以提高,而产品质量能够保持较高的水平。

11112 Spinnbau (属Dilo 集团)梳理机
新的Spinnbau 梳理机在输送帘部份广泛采用了更为先进的纤网转移技术:它采用带有负压的吸
气输网帘。

该输网帘表面带有孔眼,在整个纤网输网帘下空间装有一种特殊设计的翼片群(如图4)。

翼片本身不运动,当输网帘运动时,由于其与翼片之间的相对运动能产生负压,从而可吸住纤网不使飘起,速度越快,吸力越大。

可以在不需附加动力的条件下避免飘网及任何意外牵伸的产生,保持纤网在控制的条件下运动。

这就为提高梳理机的速度创造了有利的条件。

据称:梳理机的线速度可以达到200m/min,在某种有利的条件下,甚至可开到300m/min。

图4
2 交叉铺网机
对于纵横向强度比有一定要求,克重较重的产品,在梳理机后还要经过交叉铺网机及牵伸机。

传统的交叉辅网机有三大弊端:
(1)由于纤网的张力,使纤网产生横向收缩;
(2)当铺网小车变换方向时,由于存在死点(铺网速度为0),与梳理机以恒速输出之间产生差异,在纤网边缘部份产生超喂,致使边网部分的重量大于中间。

(3)当后续固结时,产品横向进一步收缩,使两边偏重的问题更加突出。

为了解决这个问题,国际上几个主要生产交叉铺网机的厂家都采取了措施,现举Asselin(属NSC 集团)及Autefa(属Dilo 集团)的设备加以说明。

211 阿斯林(Asselin)的交叉铺网机
为了解决一般交叉铺网机存在的弊端,阿斯林开发了新一代的夹持式交叉铺网机,其采取的主要措施为:
(1)缩短由梳理机至纤网铺放点之间的通道距离,以降低纤网所受到的张力。

阿斯林把原来纤网
进入皮卷控制的长通道改为短通道。

图5 Asselin 交叉铺网机
(2)采用多台伺服电机驱动,并使用计算机控制,使所有运动部件和位置控制更精确。

避免部件产生撞击震动,减少小车换向变速时间,利用铺网小车储存一定长度的纤网,调整纤网在不同位置输出的纤网长度。

在边网铺放时,使纤网欠喂,而至中间时,释放储存纤网,使之超喂,以保证水刺固结后的纤网横向均匀度处于最佳状态,这种技术阿斯林称之为profile 技术,亦即是纤网横截面整形系统。

(3)图5为阿斯林长通道和短通道二个系列交叉铺网机的示意图。

表1为相应的机型。

由表1可知,阿斯林最新的交叉铺网机机型为短通道Profile665型,其最高入网速度可达到
200m/min,原来转让给我国Active (活力)型,已是落后的机型了。

表1
机型Pro fi le 665
Pro fi le 660
Pro fi le 500Prof i le 400
Prof i le FP
Pro -El ite
Elete Ac t i v e
2型Active 1型
通道长短短通道长通道
入网速度m/min
200
170
150
120
60
80
70
60
45 以上的机型中Profile665、600、500、400,以及Proelite 都具有这种整形系统。

为保证水刺固结后成品横截面均匀,必须使整形后纤网中间稍厚些,以使经过水刺二边增厚后达到一致。

因此,上
述整形系统在考虑/超喂0/欠喂0时,必须把这
个因素考虑在内。

图6
注:图6A 未采用整形系统常规铺网的横截面示意图;图6B 铺网机采用整形系统后未经固结的纤网横截面示意图;图6C 经过固结后纤网的横截面示意图。

212 Autefa 交叉铺网机(属Dilo 集团)
Autefa 的交叉铺网机同样带有储网功能和纤网横截面整形功能(Profiling 系列)。

用计算机控制Profiling 系统,通过改变铺网小车的速度对纤网进行超喂或欠喂,同样使产品质量达到较高水平。

其最高入网速度(CL-4004机型)可达150m/m in 。

213 纤网均匀性全自动控制系统
交叉铺网机横截面整形系统(NSC 的profile 系统,Dilo 的profiling 系列),虽然可以解决纤网横截面均匀性的一些问题,但是只能根据一般规律事先设置程序。

实际上喂入纤网的均匀性千差万别,固结前后的差异亦不尽相同,靠这种设定的规律不能完全解决问题,为了彻底解决纤网的不匀问题,NSC 集团首先于1999年研究成功ProDyn 系统,Dilo 集团后来亦推出了CVI profi-line 系统。

这个系统是将梳理机、铺网机以及后面的水刺设备联成一体,形成自动控制系统。

在水刺固结烘干后(未经卷绕),利用B 或C 射线检测装置不断沿横向往复运动,对非织造布每一点的厚薄情况进行检测,将信号返回中央控制系统,发出指令对设备的工艺状态进行调整,形成闭环系统,使最终产品获得均匀一致。

图7
NSC 系统与Dilo 系统在控制上有一些不同:
NSC 的ProDyn 系统参与控制系统的有servo O x 梳理机,交叉铺网机;在线固结后设备的自动检测系统,计算机自动控制。

图7为某厂采用ProDyn 前后质量(CV 值)的对比情况,采用前CV 值为411%,采用后为0185%。

据NSC 介绍,采用
ProDyn 后CV 值达到1%以下是有保证的。

由于产品不匀率下降,在保持非织造布同样功能的条件下,可以大幅度降低原料用量。

Dilo 集团的CVI Profi-Line 控制系统则包括以下硬件:
(1)spinnbau (斯宾宝)生产的带有FBK 喂料箱的Super-Servo 梳理机;
(2)Dilo (迪罗)公司的CVI 工作站;(3)AuteFA 公司的Top-Liner 交叉铺网机CL4004;
(4)检测固结后单位面积重量变化的检测装置。

检测装置同样在固结后,卷绕前用B 射线(或C 射线)检测头沿机幅宽度方向往复运动进行检测,根据检测情况通过计算机调整工艺参数,达到产品质量的提高。

据了解:虽然Dilo 的Profi-LineCV I 与NSC 的ProDy n 的作用相类似,但调整点却不同。

Dilo 集团是在梳理机和交叉铺网机联结之间加一牵伸机构,根据检测出来的情况,提前调整牵伸机构的牵伸倍数,使纤网减轻或增厚,以正好适应最终产品的均匀一致。

而ProDyn 系统,据称其调整点是道夫速度。

即根据检测出来的情况改变道夫与喂入罗拉间的牵伸倍数,同样可以达到最终产品的均匀一致。

两者相比,似乎以ProDy n 更合理些。

Dilo 集团采用这一自动控制系统后,据称可使固结后的非织造布CV 值控制在015%~115%之间。

由于国外设备采用全自动控制系统,这就为提高最终产品的质量创造了有利条件。

3 水刺设备
水刺设备国际上主要有两家:Rieter perfo jet 和Fleissner 。

其主要特点是产品质量稳定、能耗低,每条生产线的产能高。

以产能来说,每条生产线年产可高达万吨,配置单台梳理机的亦可达3000t/年。

而国产生产线仅为800~1400t/年,相差甚大。

进口生产线能耗这些年明显降低,如以perfojet 为例1996年
前该公司生产1kg 水刺布耗能1度电。

1996年后推出JetLace-2000,每公斤水刺布耗能已降为013度,而目前已降至0107度(均以30g /m 2水刺布为准),仅及1996年前的1/15~1/20。

产品质量亦显著提高。

图8为perfojet 与其它水刺设备所生产的水刺布抗拉强度的对比情况。

水刺布的表面质量国外设备生产的
亦明显好于国内设备生产的。

图8
注:均为第一滚筒上经二排喷头水刺后的强度
国外水刺设备的主要特点为:
311 Fleissner 在进行主要缠结前,将纤网用网帘上下夹紧并压实,进行预湿和预水刺,这样可以减少空气隙,保持纤网不移位,在主水刺时,可提高水刺效率,降低能耗。

Perfojet 亦经过一定的预湿和预刺。

312 积极提高水刺缠结是包括水刺头的直接喷射作用和射流遇到支持纤网的介质所产生的反弹作用二者联合产生的作用。

Rieter perfojet 和Fleissner 都采用金属水刺鼓或金属网帘代替纤维质输网帘,其目的就是为了充分利用高压水流与之接触后能增加反弹作用。

在这方面国外作过很详细的试验表明:当用纤维质的输网帘支持纤网时,经水刺后几乎没有回弹固结效应,因为纤维质的托网把水刺的能量都吸收了。

Rieter perfojet 为增加水刺的反弹固结作用,首先研制采用了镍质微孔套筒(M icro perforated sleeve),用于Jetlace 2000及以后的机型上取得了很好的效果,微孔直径为0125~013mm,在套筒表面随机分布。

他们认为采用有规律的分布会产生针痕。

但是Fleissner 则正好采用有规律的微孔(采用镍质微孔套筒或不锈钢丝鼓),使水刺产品具有自己的特色,以适应一些买主的需要。

国内最近亦已开发成功镍质套筒以代替原来的纤维质网帘。

但在一些工艺上还缺少系统研究。

Perfojet 在这方面作了较详细的研究,他们认为:为充分发挥反弹力的作用,水刺鼓微孔套筒的开孔率以小为宜,但开孔率过小会造成纤网中的水份吸不干,同样也会影响水刺的缠结效率,且会造成水
针痕。

他们的试验表明:开孔率以8%为最佳,开孔率
过大会造成反射面减少,将显著影响缠结效果。

另外,perfojet 认为:套筒套在支持滚筒上面的接触面要小,以保持有较好的脱水效果。

perfo -jet 建议采用比蜂窝孔略高的支持凸缘来支持套筒
(如图9),这样可以使支持表面的开孔率达到95%,如果采用目前多孔板来支持镍网套筒,由于多孔板的开孔率只有50%,微孔套筒的开孔率用8%就嫌之过低,脱水作用就不够,应该适当放大微孔套筒的开孔率。

另外蜂窝滚筒与抽吸机构内部需要精密配合使之无泄漏,以保持脱水效果。

图9
水刺头的设计更是十分重要。

Fleissner 和per -fojet 对此都十分重视。

实践证明:对水刺头加强设
计,使水刺头内腔不产生紊流,保证水流在腔内均匀分布,可以用较低的水压加工同样克重的产品,可以大幅度降低能耗和保持好的缠结效果。

Perfo -jet 对水刺头内腔采用连续狭缝代替原来钻孔的设计,使水流达到理想状态(图10)。

Fleissner 称:经过大规模的数值模拟和大量试验,大大优化了水刺头内部的几何结构,确保即使在宽幅的条件下,也能达到比较均匀的水流分布。

图10这些措施对于提高质量,减少能耗都是十分有效的。

313 在水刺头的整体布局上,Fleissner 和perfojet 的思路似乎亦不一致。

Fleissner 水刺一般采用三级,四级的较多。

每级配的喷头数亦较多。

国内进口Fleissner 的水刺最多有11个喷头位的,(常用9个喷头,余2个位备用)。

而perfojet 的一般采用三级,每级一般2个喷头就可以了,整台车的喷头数一般为5~7个。

Perfojet 更多地强调提高每级水刺的缠结效率。

另外,Fleissner 的水刺机可配备较高
的水刺压力,最高可达600Pa,有利制作较厚型的产品。

Perfojet 一般不提倡采用过高的水刺压力。

314 提高设备运转率,保证产品质量稳定Perfojet 和Fleissner 都对水针板的使用寿命十分重视。

水针板在高压水流以100~350m/s 的高速喷射作用下极易磨损,水针板磨损后会带来针孔堵塞影响产品质量,因此必须每班清洗。

针板的寿命短的只有几百小时就要调换。

Perfojet 改变水针板使用特种合金钢,其硬度由原来肖氏250度提高到1200度,使针板寿命提高4倍。

Fleissner 称在使用600@105
Pa 的水压时,通过改变材质,比原来的使用寿命提高30倍。

另外,水针板夹紧装置用自封形式代替油压,这方面国内新供应的设备亦已采用,这使调换水针板十分方便。

国外水刺生产线对水过滤装置十分重视。

目前基本上都采用絮凝气浮,二道砂过滤(带反冲清洗),袋式过滤等多道过滤。

可以保证回水保持清洁,有效减少新鲜水的用量。

同时可以保持过滤效率稳定,可以大幅度减少针板堵塞现象。

在使用时还普遍采用紫外线灭菌或化学法灭菌措施,减少细菌和泡沫现象的产生。

国内新引进设备的过滤装置大都与此类似,但国内生产的设备在这方面都还与此存在着差距,需要迎头赶上。

315 采用双区干燥装置
Rieter Perfojet 与M etso 合作,最近推出双区烘干机PerfoDry 3000,这种烘干机的特点是分成两个干燥区来增加烘干机的柔性和安全性。

所谓双区即一个是湿区亦即是高温区,另一个干区即低温区。

这种配置特别适用于干燥不同原料混合的产品,如聚丙烯原料和粘胶或木浆混和或复合的产品。

粘胶或木浆纤维含水量大,而聚丙烯纤维熔点低,如果采用一种温度不易发挥设备的效率。

分为双区后,第一区采取高温,由于产品刚进入干燥区,非织造布含水量大,即使温度高些聚丙烯亦不会融化,而这有利粘胶纤维或木浆纤维中的水份迅速得到烘干,当再进入第二区时,温度较低适合于聚丙烯纤维的加工,而此时粘胶或木浆纤维在第一区高温下已基本干燥,温度低些也能烘干。

这样可以提高整台烘燥机的速度,也有利于提高热效率,这种双区干燥装置已在Jet-Lace 3000中应用。

316 将水刺固结用于复合产品
以前水刺方法都用于梳理成网的固结,但目前
Rieter Perfojet 和Fleissner 都已分别和不同的合作
者开发了将水刺用于加工多种成网方法的技术和设备。

其中最为成熟并已定型的设备为将梳理成网与浆粕气流成网利用水刺进行多层复合的技术。

R-i eter Perfojet 与M&J Fibertech 合作搞出的称为Air -Lace2000和AirLace 3000,Fleissner 与Danw eb 合作搞出的称为Aquapulp 。

图11为AirLace 3000型生产线的示意图,这是将梳理成网经水刺初步固结后,上面加上浆粕气流成网的纤网层再经水刺进行最后固结并经烘干、卷绕后形成二层复合的非织造布。

Fleissner Aquapulp 则采用在梳理成网纤网上铺上浆粕气流成网后再加上一层梳理成网,然后再经最后水刺,形成梳理成网)))浆粕气流成网)))梳理成网三层复合的加工方法。

据Rieter Perfojet 称亦可供生产这种三层复合的AirLace 设备如图11。

这种复合产品最适合用于揩布。

在三层复合时,上下二层可以用纯涤纶(或丙纶)纤维,中间层为木浆纤维;在上下两层复合时,下面用的是涤纶纤维,上层为木浆纤维。

这种产品可以代替原来采用涤纶和粘胶纤维混和制作的水刺揩布。

它既有一定的强度又具很好的吸湿性和柔软性。

由于木浆纤维价格大大低于粘胶纤维,因此产品的最终成本要比原来涤粘水刺揩布低得多。

设备的投资可能要大一些,但由于原料便宜了,可以很快就得到补偿。

由于经济上的合理性,在世界上已有10多条生产线在运转。

我国目前已能自己生产水刺机,浆粕气流成网设备国内也已有多家能够生产,二者进行联接起来应该不是十分困难的事,故期待国内的企业搞出相应的生产线来。

除了以上定型的复合设备外,国外也已有水刺用于纺丝成网的固结,纺丝成网与浆粕气流成网的复合水刺固结,湿法成网的固结等等,由于这几种加工方法尚没有定型的设备,在这里就不一一介绍了。

图11 Rieter Perfojet 的A ir L ace 生产线。

参考文献
[1]徐朴1水刺非织造布的发展形势和几点建议[J]1北
京纺织,2003(6)1
更正启事:本刊2003年第6期19页右栏第6行,/,生产线45~85条,0应改为/,生产线45~50条,0,特此更正,并向作者致歉。