聚丙烯紡粘法非織造布均勻性問題的解決措施探討

(中國紡織科學(xué)技術(shù)有限公司，北京，100176)

中國紡織科學(xué)技術(shù)有限公司在成功研制成套聚丙烯紡粘法非織造布生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備穩(wěn)定性，進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造，對生產(chǎn)線總體設(shè)備配置進(jìn)行了優(yōu)化，使設(shè)備的穩(wěn)定性有了大幅度提高。但是，在聚丙烯紡粘法非織造布的生產(chǎn)中在產(chǎn)品的均勻性方面尚存在一定的問題，如何使非織造布厚薄更均勻、面密度更一致和降低不勻率已經(jīng)成為當(dāng)前眾多非織造布生產(chǎn)廠家面臨的首要問題。本文根據(jù)目前生產(chǎn)中的實(shí)際情況，就產(chǎn)品的均勻性問題進(jìn)行了探討。

1 提高非織造布均勻性的改進(jìn)建議

非織造布的均勻性與很多因素有關(guān)，但關(guān)鍵是要掌握好絲條牽伸和鋪網(wǎng)的技巧，建議可以從以下幾個(gè)方面加以改進(jìn)。

1.1 優(yōu)化噴絲板設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)噴絲板時(shí)，可以采用增加孔數(shù)、減小單孔排量的方法來實(shí)現(xiàn)熔體總量的控制。在熔體擠出量一定時(shí)，成絲的直徑減小，即意味著絲條總數(shù)增多，只要落絲均勻，對鋪網(wǎng)均勻性必然有利。

但是，在增加孔數(shù)時(shí)必須遵循紡絲原理，考慮熔體剪切速率增加對其的制約。根據(jù)熔體剪切速率計(jì)算公式:

式中:SR——剪切速率(s-1);

Q——每個(gè)孔的吐出量(g/s);

r——噴絲孔半徑(cm);

d——熔體密度(g/cm3)。

由上式可知，剪切速率與噴絲孔半徑的三次方成反比，孔徑減小會(huì)使孔流區(qū)熔體剪切速率升高，使熔體產(chǎn)生高彈形變，甚至可使熔體細(xì)流破裂，無法成纖。一般情況下，紡制聚丙烯長絲時(shí)剪切速率控制在(0.2～0.4)×104s-1，噴絲板孔徑在0.4～0.6 mm之間比較合適。

噴絲孔的長徑比會(huì)直接影響熔體入口到出口的松弛時(shí)間，長徑比增大，則膨化率降低，熔體大分子取向性增強(qiáng)，更有利于絲條的牽伸。紡制聚丙烯長絲的噴絲孔長徑比一般在2～4之間。

除此以外，在單位面積不變的情況下增加孔數(shù)，還應(yīng)考慮孔距的減小容易造成絲條冷卻不好、并絲增加等一系列問題。因此，噴絲板的優(yōu)化設(shè)計(jì)一定要全面考慮各方面的影響因素。

1.2 優(yōu)化牽伸系統(tǒng)

“絲的線密度越小，紡絲成網(wǎng)質(zhì)量越均勻”已經(jīng)成為紡粘非織造布生產(chǎn)中的共識(shí)。當(dāng)牽伸風(fēng)的速度增加時(shí)，絲條在摩擦力的作用下速度也會(huì)增加，絲條張力和牽伸倍數(shù)相應(yīng)增大，從而提高纖維的拉伸性能、耐磨性以及達(dá)到所需的纖維線密度。

在增大牽伸風(fēng)速度的同時(shí)必須有許多工藝環(huán)節(jié)予以配合。影響纖維線密度的紡粘工藝參數(shù)包括聚合物擠出量、熔體溫度、氣流的冷卻溫度、冷風(fēng)壓力和吸風(fēng)速度等，它們之間存在相互聯(lián)系和相互制約的關(guān)系。一般來說，聚合物擠出量小，熔體溫度高，冷風(fēng)壓力大，都能使纖維線密度減小;當(dāng)牽伸風(fēng)道間隙一定時(shí)，氣流冷風(fēng)溫度高，吸風(fēng)速度大，也能使纖維線密度減小。另外，牽伸風(fēng)道和擴(kuò)散風(fēng)道的高度及出口間隙都對風(fēng)和絲條有極大的影響，但由于其關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，大多需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整，因此建議有條件的生產(chǎn)線可將牽伸風(fēng)道出口尺寸等關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)成具有可調(diào)節(jié)性，這將給拓展工藝調(diào)整帶來很大的空間。

1.3 確保牽伸風(fēng)和擴(kuò)散風(fēng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

冷卻牽伸和分絲成網(wǎng)部分全都是憑借氣流提供的外力來完成的，因此牽伸風(fēng)系統(tǒng)和擴(kuò)散風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)得好，不僅可使絲條成網(wǎng)均勻，而且也會(huì)相應(yīng)提高強(qiáng)力和伸長等內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)。

絲條線密度、產(chǎn)品均勻度、外觀質(zhì)量與絲條的冷卻效果有密切的關(guān)系。在確定冷卻方式時(shí)要著重考慮冷卻氣流與絲條熱交換的能量傳遞。從噴絲孔噴出的熔體細(xì)流，會(huì)放出大量的凝固熱，必須對此熱流進(jìn)行熱交換，故熔體離開噴絲板10 mm左右時(shí)就要對其進(jìn)行冷卻吹風(fēng)，要求每一根絲條都能得到均勻的冷卻，且冷卻風(fēng)對絲條的擾動(dòng)要盡量小。因此，側(cè)吹風(fēng)對絲條線密度及產(chǎn)品質(zhì)量的影響至關(guān)重要。

在側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面已進(jìn)行了大量的工作，包括側(cè)吹風(fēng)高度的計(jì)算，加多孔板增大阻尼以提高冷卻氣體的風(fēng)壓，選擇合適目數(shù)的不銹鋼絲網(wǎng)，提高側(cè)吹風(fēng)窗的密封性等。目前在側(cè)吹風(fēng)的硬件方面似乎很難有大的改進(jìn)，但在軟件方面還可以進(jìn)行探索。例如:在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步提高風(fēng)溫、風(fēng)壓控制的穩(wěn)定性，使用閉環(huán)控制系統(tǒng)控制風(fēng)壓，加強(qiáng)對側(cè)吹風(fēng)系統(tǒng)定期清潔工作的管理，建立相應(yīng)的規(guī)章制度等。

抽風(fēng)吸網(wǎng)裝置結(jié)構(gòu)也會(huì)影響成網(wǎng)均勻性，有可能導(dǎo)致纖網(wǎng)不勻、翻網(wǎng)和薄邊等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

在生產(chǎn)中，冷卻風(fēng)、抽吸風(fēng)和自然補(bǔ)充風(fēng)之間的配合與調(diào)節(jié)是不容忽視的重要環(huán)節(jié)。

2 產(chǎn)品的外觀質(zhì)量指標(biāo)分析

非織造布的不勻性在產(chǎn)品的外觀質(zhì)量上主要表現(xiàn)在布邊偏薄、布面云斑和布面并絲等幾個(gè)方面。

2.1 布邊偏薄

在牽伸系統(tǒng)中，風(fēng)道兩端板的距離與噴絲板的總長度是一致的，噴絲板有孔位置的長度要比總長度小，這就意味著噴絲板的有效長度要小于纖網(wǎng)的幅寬，所以從噴絲孔兩端附近下來的絲要分走一些到邊上，這就會(huì)造成布面兩端偏薄。一般情況下，兩端的布都要被分切掉，對生產(chǎn)沒有影響;但在生產(chǎn)薄型或者超薄型非織造布時(shí)，兩端纖網(wǎng)太薄，強(qiáng)力也低，易造成翻網(wǎng)、纏輥、爛邊等現(xiàn)象，這就會(huì)給生產(chǎn)造成影響。通常的解決辦法是用遮擋或減小自然補(bǔ)風(fēng)口縫隙的方法來使兩端布邊變厚。

2.2 布面云斑

在寬狹縫牽伸設(shè)備中，絲條是通過氣流來鋪網(wǎng)的，產(chǎn)品或多或少都存在一定的云斑現(xiàn)象。經(jīng)過觀察分析，云斑現(xiàn)象是絲條從牽伸通道進(jìn)入擴(kuò)散風(fēng)道的過程中由于風(fēng)速突然降低被迫減速呈螺旋狀向下運(yùn)動(dòng)，易在網(wǎng)面形成片狀堆積而產(chǎn)生的，這屬于正常狀態(tài)。但如果是絲條擴(kuò)散不充分，或者是氣流密度不夠、側(cè)吹風(fēng)的冷卻氣流不均勻等原因引起的絲條之間互相粘連纏繞而導(dǎo)致的網(wǎng)面云斑變大變深，則必須引起重視，需針對具體問題分析原因，加以處理。在問題原因不易判斷的情況下，也可以靠調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的方法來彌補(bǔ)。調(diào)節(jié)風(fēng)量有可能減輕云斑現(xiàn)象。

2.3 布面并絲

并絲是多根單絲纏結(jié)在一起而形成小絲束固結(jié)在非織造布表面上的現(xiàn)象，對非織造布的外觀質(zhì)量影響很大。并絲太多也會(huì)產(chǎn)生布面不均勻，尤其是薄型產(chǎn)品，看上去特別顯眼。從氣流牽伸原理可知，氣流牽伸是靠高速氣流與長絲之間產(chǎn)生的摩擦力實(shí)現(xiàn)的。在摩擦力的作用下，不但使長絲得到牽伸，同時(shí)也使其帶上大量靜電荷，由于有靜電的排斥作用，加上氣流在接近網(wǎng)面時(shí)的擴(kuò)散作用，正常情況下是不會(huì)產(chǎn)生并絲的。并絲的產(chǎn)生大都與擠壓紡絲的擠出量、冷卻風(fēng)是否均勻有關(guān)。而牽伸和成網(wǎng)過程的某一環(huán)節(jié)異常也會(huì)使高速氣體產(chǎn)生紊流，如風(fēng)道中有單體和掛絲，側(cè)吹風(fēng)或補(bǔ)風(fēng)不均勻，網(wǎng)簾透氣性異常等都會(huì)影響氣流的穩(wěn)定性，這些因素都有可能導(dǎo)致并絲的產(chǎn)生。并絲產(chǎn)生的原因應(yīng)首先考慮冷卻風(fēng)的影響，絲條冷卻不夠和風(fēng)力不勻都會(huì)使絲條纏結(jié)。如果是噴絲板面(或孔)有問題，一般只會(huì)產(chǎn)生注頭絲和斷絲，而產(chǎn)生并絲的可能性不大。因此，開機(jī)前應(yīng)仔細(xì)檢查風(fēng)道及相關(guān)部位是否有異常情況，發(fā)現(xiàn)問題及早解決。

3 不勻率不達(dá)標(biāo)的原因分析

非織造布均勻性的綜合指標(biāo)通常用重量不勻率，即變異系數(shù)(CV)來表示，其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是CV＜7%。

紡粘法非織造布的均勻性取決于長絲在纖網(wǎng)中的分布狀況。長絲在成網(wǎng)時(shí)由于牽伸風(fēng)道較長，影響因素太多，網(wǎng)簾上的鋪放量會(huì)存在一定的差異，反映在面密度存在偏差，這也是紡粘法非織造布的不足之處。對于厚型產(chǎn)品影響較小，但對薄型產(chǎn)品特別是薄型著色產(chǎn)品影響較為明顯。引起CV值太大的原因可能有以下幾個(gè)方面:

(1)模頭各區(qū)溫度存在偏差。模頭的溫度越高，熔體的流動(dòng)性越好，因此對應(yīng)溫度高的加熱區(qū)位置的纖網(wǎng)就偏厚，而對應(yīng)溫度低的加熱區(qū)位置的纖網(wǎng)就偏薄。

(2)側(cè)吹風(fēng)金屬網(wǎng)使用時(shí)間過長變臟。雖然冷卻的氣流在進(jìn)入側(cè)吹風(fēng)箱前作了過濾處理，但是氣流中還會(huì)有少量未排凈的油狀單體和灰塵聚結(jié)在側(cè)吹風(fēng)金屬網(wǎng)上，使網(wǎng)面透風(fēng)不勻，風(fēng)的波動(dòng)會(huì)引起絲條湍動(dòng)，造成布面局部面密度偏差。

(3)補(bǔ)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)不均勻。補(bǔ)風(fēng)是由于網(wǎng)下的吸風(fēng)和高速氣流產(chǎn)生的負(fù)壓而進(jìn)入擴(kuò)散風(fēng)道的。補(bǔ)風(fēng)口一般都經(jīng)過精加工處理，一般不會(huì)有大問題。在補(bǔ)風(fēng)口有吸風(fēng)的條件下，補(bǔ)風(fēng)口寬的位置上纖網(wǎng)會(huì)變薄，而補(bǔ)風(fēng)口窄的位置上纖網(wǎng)會(huì)變厚?；谏鲜鲈恚谏a(chǎn)中解決布面有“火車道”問題時(shí)，補(bǔ)風(fēng)口的調(diào)節(jié)可以作為應(yīng)急的調(diào)整方案，但必須說明的是此做法并非良策，應(yīng)該從根本上找出問題的關(guān)鍵，作針對性的處理。

(4)網(wǎng)面吸風(fēng)波動(dòng)過大。吸風(fēng)波動(dòng)的原因是多方面的，包括網(wǎng)簾運(yùn)動(dòng)和透氣不均、抽風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等，其中最重要的原因是網(wǎng)上或網(wǎng)下局部密封不好，造成一定區(qū)域氣流雜亂，影響鋪絲成網(wǎng)，從而出現(xiàn)多種布面問題。特別是網(wǎng)下的問題很難發(fā)現(xiàn)，應(yīng)引起高度重視。

4 結(jié)語

聚丙烯紡粘法非織造布的均勻性與設(shè)備的性能及配置相關(guān)，與電控系統(tǒng)的控制精度及穩(wěn)定性相關(guān)，與工藝的合理調(diào)節(jié)及綜合管理相關(guān)。工藝調(diào)節(jié)主要是根據(jù)用戶提供的質(zhì)量要求來修正工藝參數(shù)，使生產(chǎn)工藝達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。穩(wěn)定和連續(xù)的開機(jī)是工藝調(diào)整的前提條件，因此工藝的調(diào)整必須嚴(yán)謹(jǐn)。只有這樣，非織造布的均勻性問題才會(huì)實(shí)現(xiàn)真正意義上的突破。