第七章纺粘法非织造布生产技术.docx
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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、NW、TReifenhauser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%
1
1987
1
1
1000
362
2
1988
1
1
1000
677
87
3
1989
3
3
3000
672
-1
4
1990
3
3
3000
1270
89
5
1991
3
3
3000
1587
25
6
1992
5
5
5000
2442
54
7
1993
5
5
5000
2445
0
8
1994
22
23
30000
10678
337
9
1995
22
26
52000
22986
115
10
1996
26
28
76000
34352
49
11
1997
28
32
84300
47327
38
12
1998
33
35
100000
54725
16
13
1999
35
43
118000
69869
28
14
2000
45
52
148900
100124
43
15
2001
49
65
167000
137386
37
16
2002
53
76
242800
170483
24
17
2003
62
115
352550
267396
57
18
2004
143
242
614200
360107
35
19
2005
155
282
712000
429500
19
20
2006
179
342
813200
533081
24
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NW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NW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勺流行与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：
切片一干燥一螺杆挤压机熔融一过滤一喷丝一冷却一气流牵伸一分丝铺网一预针
刺f主针刺f热定型f切边卷绕f成品，如图1所示。
-Q上丁丁滤
齿轮泵
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。
、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）,—
般丙纶非织造布的纺丝速度控制在3000—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w0.01dl/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（170C），低干燥温度（160C），延长干燥时间（8h），降低减湿空气露点（w—70C）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w
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。
、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200〜210C，涤纶为265〜270C。
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225〜235C，涤纶为
275〜285C。
计量区的作用是使切片进一步熔化，保持熔体流动在稳定的压力下前进，其温度可比熔融区稍低一点。
2、法兰区和弯管区
此区加热的主要作用是对熔体起保温作用，因而温度不必太高，应与计量区温度大体一致，或稍低一些。
3、纺丝箱体
纺丝箱体的温度应稍高一些，其目的是增加熔体的流动性能，保证喷丝的顺畅，但过高的箱体温度会发生大量断头丝、毛丝，不利于生产的顺利进行。
各区温度分布根据设备不同、原料不同、工厂情况不同而不同。
有的设备温度分布是低、高、低'较高，有的是高、低，还有的是温度平稳分布、各区温度一样，但不论如何分布均必须保证生产时不会发生“环结”现象。
熔体本身实际温度应比切片的熔点高20〜25C,这样纺丝正常，纤维质量好。
纺丝温度（即熔体温度）的控制直接影响纺丝生产的正常进行以及单丝质量，从而影响成品的布面质量和内在质量。
温度升高，熔体的流动粘度降低，熔体的均匀性和流
变性能好，可纺性提高，经冷却后丝束的最大拉伸比和自然拉伸比增大，丝牵伸后丝束
的单丝强力和断裂伸长加大，成品的各项指标也可提高。
但温度太高则加剧熔体降解、粘度降低，使螺杆压力产生波动，泵供量不稳，喷出丝均匀性差，无法牵伸，牵伸丝毛丝、断头多，极易产生注头丝，在成网布面产生浆点，而且极易污染喷丝板，缩短喷丝板使用周期。
熔体温度过低，因粘度太高，使熔体在喷丝孔中剪切应力加大，造成熔体破裂，可纺性差、布面产生并丝。
综上所述•对于PET长丝纺丝，只要不污染喷丝板面、产生注头丝，纺丝温度可
适当提高。
丙纶、涤纶的常见纺丝温度见表3-7-2、表3-7-3和表3-7-4。
表3-7-2由低到高的丙纶纺丝温度
加热区
1
2
3
4
1
|5
6
7
纺丝箱体
工艺温度冼
210
215
■220
226
235
235
235
3-7-3由高到低的丙纶纺丝温度
加热区
L
2
3
4
5
6
7
8
纺丝箱体
工艺温度况
!
2«0
280
270
270
260
250
245
24（1
235
表3-7-4涤纶纺丝温度
加热区
1
2
3
4
5
6
71
袪兰
弯管
纺丝箱
工艺温度比
275
275
275
280
290
290
I285
285
235
2^5
4、纺丝熔体压力
在纺丝过程中，除纺丝温度外，熔体压力也是影响纺丝非常重要的因素。
熔体压
力低，熔体分配不均匀，形成的熔体细流粗细不一、表面不规整；熔体压力过高，易造成熔体破裂。
在聚丙烯纺枯法非织造布生产过程中，熔体压力一般控制在6〜10MPa之
间，因此在纺丝箱体上都安装有测量范围为50MPa勺压力测量头，以测量熔体压力，安装有测量范围在0〜400E的铂电阻测量头，以测量熔体温度。
PET纺丝，熔体压力应控制在10〜12Mpa.
5、喷丝速度与纺丝速度
喷丝速度是指熔体喷出喷丝板面时的每分钟喷出长度，纺丝速度是指纤维拉伸前
进的速度。
决定喷丝速度的因素主要是每分钟计量泵的泵供量、喷丝板的孔数和孔的直径大小。
若喷丝板不变，泵供量越多，喷丝速度越快；反之则越慢。
而泵供量是由计量泵的每分钟转数所决定的。
这与纺粘布的产量有直接关系.对纤维的线密度与质量也十分重要。
纺丝速度也影响纺丝的稳定性，纺丝速度低，从喷丝板上喷丝孔中喷出的熔体细
流数量少，易冷却，只需要少量的冷却风即可满足工艺需要。
但是，纺丝速度过低，从喷丝孔喷出的熔体细流量太少，极易冷却变硬，流动性差，延伸率低，拉伸过程易出现断丝现象。
而纺丝速度太高，从喷丝板中喷出的熔体细流速度太高，冷却难度大，易发生熔体粘连及并丝现象，且纤维线密度高。
所以在纺丝过程中，合理设计纺丝泵转速对稳定生产、提高产品质量至关重要。
三、侧吹风冷却系统的工艺控制
熔体纺丝时，熔体细流自喷丝孔喷出后，在空气介质中冷却凝固成形是一个单纯的物理过程。
产品均匀度、丝条纤度、外观质量与丝条冷却效果好坏有密切的关系。
在选择冷却方式时要着重考虑冷却气流与丝条热交换的能量传递，从喷丝孔喷出的熔体细
流，放出大量的凝固热，必须对此热流进行热交换，故熔体离开喷丝板10mn左右，要
对其进行冷却吹风，要求冷却对每一根丝条都具有均匀性，冷却长度对丝条的扰动要尽量小。
因此在喷丝板下面装有很严格的冷却风装置，要求在一定的长度内，对每根单丝均能进行均匀性冷却，这对正常生产和丝的质量有重大影响。
以下分析侧吹风（其装置
结构如图3-7-2所示）对丝条纤度及产品质量的影响。
1.风道；2•蝶阀；3•多孔板；4•稳压室；5•风窗；6•蜂窝板;
7•金属网；8•喷丝板；9•缓冷室；10.冷却风；11•纺丝甬道
图3-7-2侧吹风装置结构图
（1）蝶阀用于调节冷却风量，在阀后的风道上装有风量指示仪，指示各纺丝部位的冷却风量，多孔板成倾斜状态，采用开孔率为50%〜80%的金属板，孔径为1〜3mm用来克服风窗垂直面上风速分布的不均匀。
（2）整流层采用金属薄板，制成蜂窝状结构，其作用是使冷却风呈层流状态水平吹出。
如果蜂窝网有损坏，则对丝条冷却及布面外观有影响，冷却风在此处出现紊流，布面乱丝较多，云斑较重。
（3）过滤网采用不锈钢丝网，金属网以不同角度交错而成，在风压不变的情况下，其作用是使冷却均匀、混合稳定和过滤粉尘。
通过测试证明，不锈钢网目数的大小对丝条纤度和产品均匀度有很大影响（如表1所示）。
目数过大，丝条冷却不够，容易并丝，牵伸中易断丝；目数过小，丝条过早冷却，牵伸受影响，易出现粗丝。
因此，一般采用100目的不锈钢丝网。
不锈钢网的平整度直接影响产品的均匀度，钢丝网的褶皱不平使布面显示明显的厚条和薄区，布面乱丝较多。
为了保证丝条冷却均匀，产品均匀度高，要保证整个网面同一水平线上风速大小均一，这样将会大大减少布面的云斑和乱丝。
丝条冷却条件对纤维结构与性能有决定性的作用，冷却吹风系统工艺条件包括风压、风温、风速、风湿和冷却位置等。
1、冷却风风压的设定冷却吹风的风压必须十分稳定，力求所有单丝受冷均匀．这主要取决于风压与风
速的设计。
决定冷却风风压的大小因素有送风设备能力、送风量和冷却窗的结构、材料等。
冷风输送风机风压高，风量大，冷却风风压就高；冷却风窗的结构花板孔径小、密度低或过滤网密度高、空隙小、阻力大，冷却风窗的风室内压力就大，反之相反。
冷却吹风风室压力大有利于冷风均匀分配或减少串风的干扰，但是压力过大，说明风窗透风效果差，不利于纤维冷却；压力过小，送风量不足或者屏蔽效果差，易产生送风不均现象。
所以生产中控制冷却风的风压范围在400〜1200Pa之间。
2、冷却风风速的设定管式拉伸纺丝机采用单向吹风冷却，冷却要从熔体细流的一面吹向另一面，吹风
距离长，熔体细流对冷风的阻力大，因此在设计冷却风风速时要适当高一些。
又因挤出量的变化，需要的冷却风风量也不相同，因此冷却风风速不同。
根据经验，生产过程中冷却风风速一般设定在0．8〜1．6m/s之间；宽狭缝式风速为2m/s左右，而窄狭缝牵伸工艺的冷却系统是由两面向熔体细流同时吹风冷却，吹风距离短，热量损失小，所以风速设计较低，一般在0.4〜0.8m/s之间。
风速不能过低，否则达不到冷却的目的，但也不能过大，风速过大丝束会大幅飘荡，并在喷丝板处形成涡流，影响纺丝。
3、冷却风风温设定经喷丝扳喷出的熔体细流温度高，熔体处于无定型的粘流状态，需要进行骤冷，使熔体呈高弹状态进行拉伸。
为了达到骤冷的目的，在控制冷却风风量的同时还要设定好冷却风风温。
风温高，冷却效率差，难以达到冷却的目的；风温低，冷却效率好，但过低易使丝条冷却过分，丝条不易拉伸、易断丝，形成僵头丝，而且还会影响板面温度，使喷丝板更换率增加。
因此，在生产过程中.应根据挤出量的大小、工艺温度高低及环境温度的变化，决定冷却风风温的高低。
根据生产经验.冷却风风温一般设计在8〜20C之间较好，寒冷的冬季使用外界风就可满足纺丝过程中的冷却需要。
吹风湿度大小对纺丝也有严重影响，其相对湿度纺PP—般应控制在65%左右，纺PET在85%左右。
冷吹风位置对于冷却效果及成丝的质量也有一定影响。
吹风窗顶部距离喷丝板约10cm左右。
冷吹风部位一般在40〜80cm高处，过长的冷却距离会使拉伸应力上升，造成拉伸气流增大，不利于拉伸。
吹风面离丝束外缘距离也不能过大，一般为1〜2cm。
除了上述冷却风条件外，丝室温度亦会影响纤维的冷却成形过程，应加以控制。
生产时，丝室温度最好保持在40°C左右。
四、牵伸点及其控制熔体细流在离开喷丝板面一定距离时，温度仍然很高，流动性较好。
在牵伸力的作用下，细流很快被拉长变细，速度增快；同时由于接触到冷却风，细流从上到下温度逐渐降低。
当达到一定距离后，温度下降造成的熔体细流粘度增高愈来愈明显，细流变细的速度也愈来愈缓慢，最后细度的变化基本停止，粘流态的熔体细流变成了固态纤维。
从微观上看，拉伸过程中丝条内大分子得到初步取向，取向诱导结晶，到达某一位置大分子取向最好，同时出现结晶取向，这一点是丝条受拉伸被超延伸的效果。
过此点丝条不再变细，保持其细度不变，这个细度变化的终点是细颈处，一般叫牵伸点，其位置见图3-7-3所示。
图3-7-3细颈变形过程
由图3-7-3看出可将拉伸过程分为3部分：
第一部分：
细化变形阶段，变形是渐进式分子初步取向，非结晶或少结晶。
第二部分：
细颈变形阶段，超延伸变形，分子取向中间相到分子完全取向，纤维结构初步形成，结晶和取向结晶同时出现。
第三部分：
细度不变，丝条直径一定，进一步分子取向和结晶，取向进一步促进细晶度提高，结晶完善和稳定，取向和结晶由丝条外部向内层扩展。
在细颈变形牵伸点附近分子大尺寸和小尺寸取向同时出现，这是熔体纺丝过程中最重要的拉伸变形区域，
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