解析纺粘生产新技术

作者：Ason Neumag 公司 卢福明

欢迎访问e展厅 展厅 4 非织布机械展厅 无纺布生产线, 无纺布折叠机, 无纺布手提袋制造机, 无纺布焊接机, ... 当今，由于产能过剩，纺粘生产商在某些市场中面临着激烈的竞争，价格战使原本很薄的利润一降再降。而另一方面，在一些市场上，用聚酯等非聚烯烃原料加工的产品供不应求，利润也远远超出平均水平。显然，生产商采用何种技术很大程度上决定了其产品的市场方向。而且，近来的一些市场发展趋势表明，双组份技术越来越多地被用到纺粘产品中，其独有特性是单种原料所不能获得的。例如，一些双组份纤维产品在纺粘后再经过进一步处理，会由于超细纤维的缘故而具有有纺织物的效果，从而可以与传统纺织品相媲美甚至在某些领域取而代之。因此，从生产商的观点来看，与设备的品质和可靠性同样重要的是设备所具有的技术能力和灵活性。 纽马格是合成纤维加工设备的领导生产商之一，积淀了50多年的纤维纺纱设备和加工技术诀窍，其中包括双组份纤维加工技术。为了能够对客户的需求作出更好的反应，纽马格决定在纺粘市场上推出新技术——Ason纺粘技术。2003年，一条门幅为1.2米的实验生产线与2003年12月投产。 设计的独特点 纺丝棍和熔体的分配 底部纺丝棍以及在纺丝辊内连成一体的管道设计的独特之处在于：滚筒是圆形的，采用道生加热；纺丝泵和熔体管道被内置在滚筒的加热部位；滚筒和纺丝箱的绝缘是功能非常强而有效的；多股熔体通过路径相同、长度、直径和曲率都相同的管道从主管道流向纺丝泵和纺丝组件入口；各纺丝组件入口的距离都是150毫米。熔体从组件入口到各个纺丝板的分布与此相同。整个滚筒中熔体的温度和加热状况也因此保持均匀。 这种设计的优点很明显，在180至310摄氏度的范围内，整个滚筒的温差不到摄氏1度，这在高速纺丝过程中是非常重要的。熔体相同的路径保证了滞留时间和状况的相同，也使得设备适用于不同的加工速度、温度和使用材料等。对于生产需要更多灵活性的场合，这种优点来得更为重要。 牵伸槽 这条实验生产线中使用的牵伸槽有两个特征：超声喷嘴；槽腔的长度，即从喷嘴出口到槽口底部的距离小于210毫米。 从计算机模拟牵伸槽中的气流来看，除了牵伸槽腔中的超音速外，同时还可以看到槽口下部的“波浪”或“折翼”状气流，对长丝产生“成型”牵伸的气流与空气中的气流形状一样。这种与空气速率呈指数增长的“成型”牵伸构成了牵伸槽口的总牵伸力的绝大部分，也使整个装置的工作能量强、效率高。 可调的纺丝长度和成型距离 实验生产线有两个可调平台，一个含有纺丝棍，另一个带有牵伸槽。 纺丝长度由喷丝板之间距决定，牵伸槽的大小可以通过单独降低平台高度进行调节，成型距离也可以通过移动顶部和底部的平台一起进 行调节。需要强调的是，纺丝长度小于1.5米，最好是在300-700毫米之间，这是Ason技术的独特之处之一。根据不同产品要求而选择的理想的、最小化的纺丝长度使牵伸力量最大化，并获得高的纺丝温度，从而保证了所需要的高纺丝速度（丙纶高于6000米/分，PET的纺丝速度超过8000米/分），也使这种设备有能力加工不同细度、不同原料的长丝。 双组份纤维生产的植针和阻隔技术 双组份纤维生产的关键是纺丝组件的设计要能使由两个不同挤出口挤出的两股不同聚合物熔体在到达喷丝口、形成不同形状的双组份单纤之前不会碰到一起。通常有三种不同的技术来设计不同截面的纺丝组件。 ◆ 薄层（板）技术：采用了多层导流板引导两种聚合物熔体独立通过组件，在进入喷丝板微孔之前正好形成纤维。 优点：双组份纤维所有需要的截面都可以通过不同层数的导流板，采用同一个组件 来生产，经济而灵活。 缺点： 易受原料的参数如不同的熔融粘度（粘度是否匹配）和重复操作的影响，也很难将很长的不同层进行密封。 ◆ 植针技术：在各个微孔上都有一个钉子，可以适当引导各股熔体、形成双组份纤维。 优点：具有可能获得各种不同的截面的灵活性，可以设计成适用于各种加工参数（不需要粘度相匹配）。 缺点： 设计和制造钉子的成本比较高，钉子的操作费时而有点难度。 ◆ 阻隔技术：一种组份从顶部导下，另一种组分从计量阻隔层边上导入。 优点：适用于各种工艺参数，是相对经济而简单的操作办法。 缺点：只适合于截面简单的如并列或包芯的双组份纤维的加工。 纽马格在植针和阻隔技术加工双组份纤维方面有多年经验，在这个领域的研究也一直没有间断过，目的是希望通过提高孔的密度来提高生产效率和以尽少的设备生产尽可能多的不同截面的纤维。 实验生产线纺丝能力和灵活性 纺丝能力 图中显示，随着产品细度的增加，生产率也在提高。PP为120-260/公斤/孔/分钟，PET为150/公斤/孔/分钟。虽然石英长丝的细度非常广，从0.5dph至6dph， 也即可以生产各种可以满足不同用途和性能要求的产品。同时，不管是粗纤维还是细纤维，由于纺丝速度高，长丝被充分牵伸，质量非常优异。产量高的粗纤维与产量低的细纤维的双折射率随着纺丝速度的提高而降低，到4000米/分时，已经不存在了。也就是说，如能达到高速，粗纤维的完全拉伸也是可以的，各种不同粗细的高品质产品也可以获得。 灵活性 一种技术的灵活性通常是指它能将不同聚合物加工成许多高品质的、不同尺寸的长丝、不同克重的面料和纤网的能力，也就是客户可以根据市场和客户的客户的要求来生产产品、调整产品性能的可能。纽马格的这条实验生产线可以生产的产品为： 各种不同的长丝细度要求不同的流量，也就要用到不同孔数和直径的喷丝板。如果纤网克重低于150克，一般可以通过热轧方式来粘合，否则要用针刺、水刺或气流粘合的方式。如果聚合物不是PP和PE ，则会有长丝和面料的收缩问题，必须在产品特别是低克重产品的加工之前解决。 下图显示了PET长丝在结构和尺寸稳定时，四种不同纺丝速度下各自的结晶度和沸水收缩率。可以看出，随着纺丝速度上升，长丝的结晶度提高，沸水收缩率下降。很明显，PET长丝尺寸不会稳定，除非随着纺丝速度变化而高度结晶，本设备的这个速度在4500米/分或更高。用低速纺丝生产的涤纶纺粘无纺布由于物理性能差如韧度低、缩率高手感粗糙和发脆而不理想。高速纺丝可以加工纤网均匀的轻质低旦的高品质PET面料。 MFR高至750的熔喷级PP树脂只有在纺丝速度非常高的情况下才能生产纺粘布。实际上，用熔喷级PP树脂生产的纺粘布具有更低的旦数，如上图所示。因此与常规纺粘树脂相比，手感更软，阻隔性能更好。 NANOVAL技术介绍 下图简要地介绍了Novoval工艺。从图中可以看出，熔体从喷丝板流出，被附近的气流“抓住”，而后在Laval喷嘴中，按照空气动力学原理不断上升，在最窄的截面，气流速度有可能达到声波速度。如果P1和P0之间的压力比超过临界值1.8，则可以达到超声波速度。同时，由于两股流体之间的剪切力，熔体细流的速度也相应提高。因为作用在长丝外层的表面张力与长丝直径成反比，所以，在长丝变细的过程中，内部压力增大。此处的气流压力由于气流在Laval喷嘴内的上升而减弱。相应地，如果表面张力不能将液态长丝凝结在一起，长丝将裂成毛刷样的众多单丝。 分裂的长丝冷却、在冷气流中固结，最终长丝的性能与短纤相差无几，由于随机分裂的影响而产生的长丝内纤维更宽的分布则除外。 将长丝置于金属网上，就像在熔喷工艺中一样，利用余热自动粘结在一起，得到杂乱的纤网。 与熔喷相比，Nonoval 工艺的特征非常明显：在Nonoval工艺中，熔体和气流在Laval喷嘴中的速度同时增加，而熔喷工艺中，当气流在气嘴中的与长丝接触时，速度下降；Nonoval是冷空气，熔喷是加热空气；Nonoval中，长丝变细或衰减导致分裂，熔喷中，只是长丝变细或衰减；Nonoval中，树脂MFR低于30， 熔喷为350至1500。 可以有多种变量影响分裂过程，也即Nonoval工艺中长丝最终的细度旦数。 如，随着熔体温度上升，其速度和表面张力降低，导致爆破点向纺丝线进一步下降，长丝旦数更低。典型的变量公式可以表示为： N = 4Q/[πd2VF] 其中，N为分裂后的长丝数；Q是产量（克/分钟·孔），d为长丝平均细度；V为长丝的速度。公式表明，长丝数跟它们的平均细度与产量和速度有关。因此，任何影响长丝速度如熔体温度、气压P1，树脂MFR，添加剂和Laval喷嘴的空气动力设计等都会影响最终结果。 Nonoval工艺允许的产量范围为70至140 kg/h/m，最终长丝平均直径为2-8微米，最低的直径范围为0.7-4微米。 从上述讨论可以看出，Nonoval技术由于使用冷空气而耗能低，产量高，生产的面料弹性好，长丝直径与熔喷工艺的相当。(end)

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