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无纺布生产中的熔体过滤加工 |
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作者：德国格诺斯塑胶技术有限公司 |
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欲保证无纺布生产中物料洁净，方法之一是使用过滤系统。本文介绍两款德国制造的过滤器，它们更换滤网时工艺不产生波动，同时能直接使用回收料进行生产以降低成本。
在纺粘法生产无纺布的工艺中，纤维抽丝和无纺布成布过程是合二为一的。聚合物原料经过挤出机以熔融状态进入喷丝头，再经纺丝后直接进入传输带，最终形成无纺布。
纺粘生产线
无纺布生产的纺粘工艺
切片经过混合和喂料后，进入挤出机，再经过滤器，以熔体状态进入熔体泵。通常，过滤器中装有过滤网等部件，以将熔体中的杂质挡住，避免进入下游设备。
对于过滤器而言，最重要的要求是在过滤器更换滤网过程中，不对生产造成不良影响和不引起物料中断或减少。熔体泵可增强熔体压力，并确保熔体物料稳定输送。
根据这种工艺，纤维喷丝板有不同的设计方式。通常，喷丝板系统配置了许多熔体泵，这些熔体泵需确保纺丝能顺利进行。
喷丝板系统设计和精密控制，可以确保通过喷丝板的熔体平稳、无波动。另外，喷丝板中也有过滤器，以保证熔体均匀、洁净。喷丝板的过滤器由多层织网组成，熔体中残余的杂质被其阻挡，因而过滤网需定期更换。
在更换喷丝板过滤网时，需停止此工位工作，有时还需停止整条生产线运行。过滤网越细，喷丝板的寿命也越长。因此，喷丝板之前的过滤器应该尽可能多的除去熔体中的杂质，以增加过滤器的使用寿命。 
纺粘工艺流程
熔纺工艺中，将熔体直接注射到热的高速空气流，熔体由液态变成纤维状，纤维的直径为0.5~30um，通常是2~7um。纤维和热空气一起进入堆积网，与冷空气接触后被冷却、固化。
气流波动造成纤维随意取向，而纤维取向性的随意化正是无纺布熔纺工艺的要求，因此，可满足无纺布生产的同质化要求。这些不透明的无纺布具有低的撕裂强度、大的表面积和绝缘、过滤性能。
熔纺工艺的显著特点是熔体被加热到较高的温度，因此，熔体流道的设计、喷丝板内部结构和熔体流的优化非常重要。
熔体流速过低或存在死角都将造成熔体热降解，降解物料若进入喷丝头则会在最终产品上形成破洞或黑块，这样将不得不停止整条生产线，以清洁传输带。
工艺中，长丝挤出后进入冷空气区，此时由于空气流的变化和静电等因素，纤维不粘在一起。
无纺布堆积过程发生在有孔的堆积带，堆积带输送直到无纺布成卷、打包，单根长丝的直径为15~ 35um。与熔纺工艺类似，纤维结构无序，但具有轻、保暖和高吸水性。与其它布料相比，无纺布具有极好的单位密度/重量的抗张强度，主要应用于防水密封材料、卫生用品或土工布，如防止水土流失等。
“Reicofil”工艺中，空气遍布整个织布，而在后续工序，纤维分离并通过气旋混合。
苏拉集团（Saurer）旗下纽马格（Neumag）提供给土耳其的生产线采用ASON Spunbound 技术。由于喷丝板、注射器和堆积带位置可变，生产灵活性大大增强。因此，单一一条生产线可以生产许多种产品，而且切换时间非常短。同时，也可以使用不同的原料，如复合纤维以及目前在无纺布巿场增长极其迅速的聚酯材料。
无纺纤维的堆积
无纺布生产中的过滤系统
在无纺布生产过程中，熔体过滤系统的作用是除去熔体中的杂质，保护喷丝板。因为即使很小的杂质也可能迫使更换喷丝头，造成整条生产线停车。同时，每个纤维的断头都可以导致无纺布的瑕疵和不规整。另外，在纤维纺丝过程中，也要求喷丝板更换频率低。
对过滤细度的要求取决于无纺布的结构和应用领域，对于土工布产品，肉眼可见的杂质是允许的，而对于医疗用品，任何微小的杂质都必须被清除。喷丝板过滤器的过滤细度由最终产品和纤维的直径决定，通常为20~75um。
多数情况下，更换喷丝板的过滤器只能在生产线停止阶段进行，同时通过上游熔体过滤器泄压。通常，上游熔体过滤器的过滤细度与喷丝板过滤器的过滤细度相当或更细，以达到延长喷丝板寿命。
在选择过滤器类型时，必须考虑过滤器对熔体特性不会造成任何影响。死角、停留时间过长、空气进入过滤器或氧化的熔体都可能导致聚合物降解、改变原料特性和造成产品质量缺陷，因而必须停机清理。
另一方面，原材料价格和营运成本的上升，要求必须考虑过滤系统的经济因素，延长喷丝板过滤器的换网时间及改善产品质量可以节约成本。同时，也必须考虑投资和营运成本。
另外，需要着重考虑的是能否使用回收物料，由于原料占整个生产成本的比重极大，使用更加便宜的回收料更能快速回收投资，通常，投资过滤器的回收期应少于12 个月。
无纺布生产要求工艺连续和压力稳定，以确保纺丝过程连续。德国格诺斯（Gneuβ）研制的过滤器，熔体流道过滤面积大，采用具有专利技术的旋转式过滤技术，过滤转盘位于两个模块之间。
SFXmagnus技术
该技术的过滤盘位于过滤模块之间，全封闭，因而可减少外界因素对熔体造成不良影响。过滤网以环形分布在过滤盘上，整个过滤系统依靠坚硬、平整的表面密封，无其它密封件，因而系统不易损坏。过滤盘依靠液压驱动，根据压力和/或时间，每次旋转很小的角度（ 小于8 度 ）。 
SFXmagnus
过滤盘的每次旋转都使得一小部分干净的过滤网进入熔体流道中，同时，同样面积的脏滤网离开熔体流道，因而过滤系统的有效过滤面积总是保持一致不变。
由于过滤盘旋转的角度很小，在自动脏滤网移出熔体流道过程中不会对生产造成任何不良影响。当要更换整个滤网时，只须打开过滤器左侧的换网门即可，同样也不会对生产造成任何不良影响。 
SFXmagnus 工作原理
由于采用“自动预排”技术，即使更换滤网过程中带入极少量的空气，也可以在滤网进入熔体流道前被排除，这也确保系统可迅速运转。
过滤盘连续旋转令SFXmagnus可以在短时间内提供较大的过滤面积，即使原料中杂质较多也可处理，因此，该过滤系统可处理高比例的回收料。SFXmagnus 无死角存在，因此，在整个过滤系统内不会有热降解物料。
SFXmagnus 特点：
熔体和最终产品质量均匀、连续；
全自动操作；
压力始终稳定，即使更换过滤网；
可应用于各种类型和粘度的熔体；
有效过滤面积可达11000cm2；
系统承压最高可达800bar，过滤细度可达3um，熔体温度最高可达350℃；
全封闭设计，100%无外界因素影响，且无需进行滤网的整体清洁。
RSFgenius技术
格诺斯的RSFgenius过滤系统同样适用于无纺布的生产，并且它与SFXmagnus相比较，具有更好的性能，特别是具有自清洗功能，能够处理物性极其敏感和杂质含量极高的物料。
RSFgenius的滤网转盘完全包覆在两个模块之间，转盘内放置有环形分布的滤网片，侧面换网门打开即可更换过滤网，不会对正常的生产造成任何影响。 当过滤设备前的熔融物料压力增加时，滤网转盘会由液压缸带动转动（每次旋转约1°），因此保证滤网的有效过滤面积维持一致稳定。
RSFgenius
已用过脏的滤网再转入熔体流道前，可经由专利设计的逆洗系统将滤网清洗干净，以利再次使用。
在出口模块内装有逆洗活塞，熔融物料在经过滤网后从主流道分出一股细流道，将过滤后的干净物料导入逆洗活塞，在每次转盘转动时，逆洗油压缸会给于干净的物料以高压脉冲喷射，喷射紧贴滤网的狭窄开口，并将原滤网上的脏料从背后冲洗出去。
逆洗料的用量可根据物料的清洁程度自由调整，大概介于产能的0.01~0.1%之间；而逆洗液压缸的速度也是可调整的，如此可使逆洗料压高于塑料从主流道通过滤网之压力损失，以保证最佳的滤网清洗过程。
RSFgenius 结构图
RSFgenius 系统可在稳定的压力下全自动连续地运转，连续运转模式利用“旋转技术”，亦即靠转盘转动所实现，通过控制过滤盘的转动来获得稳定的压力。整个设备是由熔融物料的背压或差压来控制运转，运转中料压变动不超过±2bar，有效过滤面积及滤网污染程度可维持一致及稳定。
更换滤网时也不会发生压力大幅变动，保证了工艺一致性与稳定性，这些都是熔体、温度与粘度变化关系中有一致稳定的剪切应力所致。尤其是采用这种旋转技术，在换滤网时不会有裂解材料被导引进入生产流程的主流道中。
该设备具整体的滤网自动逆洗清洗功能，而传统的更换滤网设备则需操作人员将用过一次的滤网从设备中取出，再放入新的滤网使用。
RSF genius 过滤系统完全自动化操作，同时，可避免在更换滤网过程中因操作人员的失误造成物料污染。
过滤转盘及熔融物料完全密封包覆在两个外围本体模块中，从而完全与外界影响因素隔离，熔融物料受到持续的保护，所有与熔融物料接触之设备组件不会与空气中氧气与水份接触。
由于该设备采用密封设计并且流道进行了优化，因而所有熔融物料在整个设备中之滞留时间非常短（小于1 分钟）。在滤网转盘转入流道前，都会经过全新熔融物料的逆洗过程，而用来逆洗的熔融物料量很少，且转至流道的时间一般取决于所设定的转盘转速，设定已经通过实际颜色变化测试验证过。
RSFgenius 滤网细度与使用次数关系表
设备逆洗量可依需求与现场条件做调整，因此可保证滤网清洗过程。尤其此逆清洗步骤是实施在非常小范围的滤网上（约小于1°），可保证在此小范围内相同的逆洗流速，这就是为什麽即使滤网细至3μm 时，仍可确保滤网100%清洗干净，并可再使用。逆洗压力在此时被调至大于杂质带来的压力。
RSFgenius 逆洗熔体流失量（蓝色为杂质含量高，黄色为杂质含量低）
由于在逆洗时，熔融物料以脉冲方式流经小范围滤网，因此逆洗时物料流失量可降至几乎可忽略不计。在杂质含量很高时，其流失量最高仅为产能之1%，大大低于普通换网器更换过滤网时物料的损失，从而使其损失量小于其它所谓逆洗过滤器的10倍以上。
滤网的使用寿命及次数取决于使用中所产生的疲劳应力，其中滤网细度及熔融物料粘度是重要决定因素。例如，20μm滤网可重复使用60~110 次，而其它具有逆洗功能的过滤器的滤网一般只能重复使用2~5 次。
因而滤网转盘是旋转运转，在流道中有效过滤面积内滤网一直不停的变换着，这会使累积在滤网上的杂质脏饼的滞留时间变得非常短暂。相较于蜡烛型滤网过滤设备，其杂质脏饼之滞留时间至少超过转盘式的5千倍。保持短暂的杂质脏饼滞留时间是一大优良特性，因为脏饼长期滞留会对熔融物料或最终产品质量产生不良影响。
由于流道的优化设计和熔体在系统中的停留时间极短（ 少于1 分钟 ），逆洗过程中熔体的更换都可确保整个工艺无干扰。同时，逆洗过程也可防止在更换滤网后，空气进入过滤系统。
其它类型的过滤器
在实际生产中，应用了许多其它不同种类的过滤器，但它们多数不能确保系统的压力稳定和工艺连续。
常见的过滤器有烛式过滤器、双柱塞式过滤器和滑板式过滤器，这些过滤器的有效过滤面积会在生产进行及更换滤网工程时改变，造成无纺布生产的波动。同样，固定的过滤器也难以确保工艺连续和压力稳定。
多数情况下，熔体流道的设计会采取折中的方式，因此，在选择过滤器时，应仔细考虑存在的死角对生产可能造成的干扰。
烛式过滤器具有极大的过滤面积，因而不需要频繁更换滤网，减少了更换滤网的次数。但这也造成了熔体在过滤系统中残留量大，停留时间长。
同时，烛式过滤器所需空间也较大，更换滤网也是艰苦和危险的工作，需要技术熟练的工人进行，滤网虽然可以多次重复使用，但为了确保清洗后的过滤网品质合格，须使用复杂、昂贵的清洗设备。
双柱塞式过滤器有多种设计，但都有一个通病，即过滤系统中存在死角，因而在柱塞表面易产生降解物料，使得生产中或更换滤网后，产品中有焦料或黑点。另外，由于有效过滤面积的变化可引起压力波动。
对于具有反清洗功能的双柱塞过滤器来说，反清洗过程无法真正将滤网清洗干净，也在一定程度上增加了操作成本。
直接使用回收料
由于原材料价格的上升，直接使用部分或全部回收料进行生产是十分重要的。为了确保回收料生产的最终产品质量与全新料生产的最终产品质量一致，过滤器起到至关重要的作用。
此时，过滤器的细度应比喷丝板过滤器的细度还要细，以确保更换喷丝板过滤器的频率极低，不会对生产造成中断或干扰。
另外，无纺布生产中物料堆积量很大，只有采用全自动、压力稳定的过滤系统才能降低生产成本。SFXmagnus 和RSFgenius 旋转式过滤系统的设计，便是要确保生产连续。
资料来源：德国格诺斯塑胶技术有限公司。
Source: Gneuβ.
原载《中国纺织及成衣》(end)
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(投稿)
(4/30/2006) |
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