雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線的開發(fā)

林清華 (福建南紡有限責(zé)任公司，南平，353000)

伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，以資源、能源消耗性為主的重工業(yè)迅速發(fā)展，我國已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產(chǎn)國和第二大電力、有色金屬、化肥生產(chǎn)國。高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。重工業(yè)排放的大氣污染物以高溫?zé)煔鉃橹?，煙塵類顆粒物是主要的控制對(duì)象之一。以前高溫?zé)焿m的治理主要采用電除塵器，但隨著國家對(duì)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，特別是2010年國家環(huán)?？偩诸C布的新排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，單一的電除塵技術(shù)已滿足不了對(duì)微細(xì)粉塵的控制和排放要求，高效率的袋式除塵技術(shù)正成為新除塵技術(shù)的應(yīng)用方向，因而使電除塵行業(yè)和袋除塵行業(yè)面臨著完全不同的發(fā)展前景。未來袋式除塵技術(shù)的地位將大幅提高，甚至有可能逐步替代電除塵而成為主流技術(shù)，這給袋式除塵和電袋復(fù)合除塵提供了廣闊的市場空間，袋式除塵的市場份額將有大幅度提高，其核心部件復(fù)合針刺氈濾料市場也將有巨大的發(fā)展空間和爆發(fā)式增長的機(jī)遇。

國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，將進(jìn)一步推動(dòng)國內(nèi)針刺氈濾料應(yīng)用市場的新一輪發(fā)展，國家對(duì)空氣污染防治的重視，給環(huán)保濾料產(chǎn)業(yè)帶來巨大商機(jī)。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)相對(duì)低迷、發(fā)展增速明顯放緩的大背景下，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)一枝獨(dú)秀。2013年袋式除塵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在200億元左右，同比增長15%左右;其中過濾袋產(chǎn)值50億元左右，同比增長16%左右。節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)是國家加快培育發(fā)展的七個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，中國計(jì)劃在未來5年投入1.75萬億元實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，“十二五”規(guī)劃中我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)的投資占GDP比重提高到歷史性的1.5%［1］。因此，環(huán)保濾料作為應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的紡織品，已被列入國家《產(chǎn)業(yè)用紡織品“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，作為重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品之一。

1 國內(nèi)高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)狀況分析

上世紀(jì)50年代，我國開始從國外引進(jìn)袋式除塵產(chǎn)品，但沒有專用的國產(chǎn)除塵濾料。1978年為適應(yīng)高能脈沖清灰袋式除塵器發(fā)展的需求，研制成功了三維針刺氈濾料，除塵濾料結(jié)構(gòu)開始從二維轉(zhuǎn)向三維;20世紀(jì)90年代繼續(xù)研制成功了高密面層針刺氈，針刺氈除塵濾料的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)從二維轉(zhuǎn)向三維的進(jìn)一步突破，適用于脈沖噴吹類高氣布比袋式除塵器，具有過濾效率高、運(yùn)行阻力低的優(yōu)越性。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，在“節(jié)能減排”政令驅(qū)使下，袋式除塵方式從冶金、建材、機(jī)械、輕工等工業(yè)部門擴(kuò)展到電站鍋爐、垃圾焚燒爐等新領(lǐng)域，應(yīng)用日趨廣泛。

中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)袋式除塵委員會(huì)的資料顯示，雖然近年來國內(nèi)濾料市場發(fā)展迅速，針刺氈產(chǎn)能增長較快，但濾料企業(yè)(尤其是高溫濾料企業(yè))的生產(chǎn)集中度和技術(shù)水平并不高。新上的生產(chǎn)線大多配置低，產(chǎn)品是低端的常溫濾料，生產(chǎn)方法簡單，生產(chǎn)線效率低下，產(chǎn)品技術(shù)含量低。高溫濾料以低檔的國產(chǎn)玻纖濾料為主，而外資品牌濾料則以耐高溫合成纖維濾料為主，產(chǎn)品整體水平較高。2013年我國濾料生產(chǎn)企業(yè)有100多家，生產(chǎn)線200多條，年產(chǎn)能約2億 m2;產(chǎn)能利用率約80%，實(shí)際產(chǎn)量約1.6億m2(其中：常溫濾料約占62.5%，產(chǎn)值僅占10多億元;高溫濾料占37.5%，產(chǎn)值卻有 30 多億元)［1］。

隨著環(huán)保要求的提高以及耐高溫合成纖維國產(chǎn)化進(jìn)程的加快，未來高性能合成纖維濾料的優(yōu)勢將越來越明顯，高溫濾料市場的比重也將越來越高。因此，開發(fā)高性能、高效率的高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線，適應(yīng)國內(nèi)高溫環(huán)保濾料產(chǎn)品快速增長的市場需求是行業(yè)發(fā)展的需要，也是專家們積極探索的課題。

2 雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線的開發(fā)

2.1 設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)

高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線主要設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)是：節(jié)能高效、技術(shù)先進(jìn)、可靠實(shí)用、品質(zhì)穩(wěn)定，能滿足越來越高的外觀質(zhì)量和各項(xiàng)物性指標(biāo)要求;能滿足越來越高的過濾精度和除塵排放要求;能適應(yīng)多種技術(shù)的綜合應(yīng)用以及梯度過濾、多層過濾和不同風(fēng)格產(chǎn)品的生產(chǎn);能適合各種復(fù)雜工況要求，能開發(fā)耐高溫、耐腐蝕的復(fù)合材料產(chǎn)品。

2.2 工藝技術(shù)要求

2.2.1 纖維的選擇和配比

為確保開清、梳理及針刺過程的順利進(jìn)行，應(yīng)合理選擇適應(yīng)生產(chǎn)線工藝的迎塵層、內(nèi)表層各組分纖維的配比，充分考慮纖維的可紡性，如長度、線密度、卷曲度和抱合力等。

2.2.2 針刺密度和產(chǎn)品密度

為保證最終濾料產(chǎn)品的強(qiáng)度和過濾性能，要求針刺加固的纏結(jié)程度較普通產(chǎn)品高。針刺密度應(yīng)控制在1 500～1 800刺/cm2，產(chǎn)品密度控制在0.20 g/cm3以上。

2.2.3 刺針的選擇和針刺深度

為適應(yīng)后整理工藝的需要并防止過濾初期階段漏灰現(xiàn)象發(fā)生，需選擇最佳型號(hào)的刺針和最合理的針刺深度配置，確保纖維穿刺充分但又不受到損傷，保證濾料產(chǎn)品針眼小，表面平整度好，易于清灰。

2.2.4 張力控制

在復(fù)合生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制針刺過程的張力，確?；紝訌?fù)合不發(fā)生折皺;復(fù)合層退卷張力保持持續(xù)恒定，布幅穩(wěn)定性好，不發(fā)生偏移，確保三層復(fù)合完好。

2.3 工藝流程的選擇

工藝流程選擇原則是在滿足產(chǎn)品質(zhì)量和工藝技術(shù)研發(fā)要求的前題下，生產(chǎn)線力求做到生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品品質(zhì)好，同時(shí)具備在線雙幅一次性多層復(fù)合的功能。

下面介紹一種雙開清、雙梳理、雙鋪網(wǎng)和雙預(yù)刺工藝流程和生產(chǎn)線設(shè)置。該設(shè)置的特點(diǎn)在于獨(dú)創(chuàng)的雙預(yù)刺及配套構(gòu)造。雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線的流程見圖1。

圖1 雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線流程

2.4 設(shè)備配置及功能

2.4.1 開清裝置

開清裝置為對(duì)稱設(shè)置的雙開清裝置。兩套開清裝置各包括開包機(jī)、粗開松機(jī)、大倉混棉機(jī)、精開松機(jī)、儲(chǔ)棉箱和喂棉箱。1#開清裝置用于迎塵層的不同原料，2#開清裝置用于內(nèi)表層的不同原料，其作用都是實(shí)現(xiàn)纖維原料的均勻開松混合，使最終產(chǎn)品的迎塵層和內(nèi)表層均達(dá)到色澤均勻、比例一致、質(zhì)量穩(wěn)定的效果。

開包機(jī)的作用是通過斜釘簾垂直抓取輸送簾上的纖維塊，由均棉打手把較大的纖維塊剝下，小的纖維塊由斜釘簾帶走，經(jīng)剝棉打手從斜釘簾中剝下落到稱量斗上，按設(shè)定重量經(jīng)稱量后落在開松機(jī)的喂入簾上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維塊的初步開松。

開松機(jī)的功能是對(duì)經(jīng)輸送長簾送入的纖維束進(jìn)行初步的開松、分梳、除雜后，使塊狀、卷曲、密實(shí)的纖維束得到初步的開松、拉直并送至下道工序。

大倉混棉機(jī)的作用是對(duì)經(jīng)過粗開松后的不同纖維進(jìn)行均勻混合和初步開松，并通過輸棉管道，進(jìn)入混棉箱頂部的旋風(fēng)頭，經(jīng)過旋風(fēng)頭將原料大面積、均勻地鋪在輸送簾上，原料呈層狀存在大倉內(nèi)，斜釘簾垂直抓取輸送簾上的纖維塊，由均棉打手把較大的纖維塊剝下，小的纖維塊由斜釘簾帶走，經(jīng)剝棉打手從斜釘簾中剝下落到儲(chǔ)棉箱，以達(dá)到對(duì)不同纖維混合并初步開松的目的。

儲(chǔ)棉箱的作用是對(duì)原料起到中間儲(chǔ)存和保證能夠均勻穩(wěn)定地輸送原料給下一道工序。喂棉箱作用是纖維經(jīng)開清工序處理后，由輸棉風(fēng)機(jī)送入本機(jī)上部的上棉箱，經(jīng)氣壓控制后形成一定密度的纖維層，然后在握持狀態(tài)下進(jìn)行開松，纖維通過高速旋轉(zhuǎn)的開松輥產(chǎn)生的離心力和開松輥與開松輥下護(hù)板形成的反彈氣流的共同作用下送入下棉箱，由一對(duì)輸出輥夾持送出，通過輸送簾喂入梳理機(jī)［2］。

2.4.2 梳理裝置

梳理裝置為對(duì)稱設(shè)置的雙梳理裝置，包括1#和2#梳理機(jī)。1#梳理機(jī)用于迎塵層纖維的梳理，2#梳理機(jī)用于內(nèi)表層纖維的梳理。兩臺(tái)梳理機(jī)的作用都是使纖維進(jìn)一步混合均勻、開松并除去雜質(zhì)和短絨，將塊狀纖維梳理成束狀，再將卷曲狀態(tài)的纖維束梳理成基本伸直的單纖維狀態(tài)并成網(wǎng)。兩套梳理設(shè)備可根據(jù)濾料的不同物性要求配置成雙雜亂、單雜亂或無雜亂結(jié)構(gòu)，目的是通過梳理機(jī)的雜亂輥使經(jīng)過梳理后基本伸直并平行排列的纖維在纖網(wǎng)成型過程中按要求改變排列方向，形成具有一定縱橫向強(qiáng)力比的纖網(wǎng)。

2.4.3 鋪網(wǎng)裝置

鋪網(wǎng)裝置為對(duì)稱設(shè)置的雙鋪網(wǎng)裝置，包括1#和2#鋪網(wǎng)機(jī)。1#鋪網(wǎng)機(jī)的作用是把1#梳理機(jī)輸出的較輕、較窄的迎塵層纖網(wǎng)進(jìn)行鋪網(wǎng)加工，把每層單網(wǎng)經(jīng)機(jī)械鋪疊成所需厚度和面密度的多層比較均勻的纖網(wǎng)，供1#預(yù)針機(jī)使用;2#鋪網(wǎng)機(jī)的作用是把2#梳理機(jī)輸出的較輕、較窄的內(nèi)表層纖網(wǎng)進(jìn)行鋪網(wǎng)加工，把每層單網(wǎng)經(jīng)機(jī)械鋪疊成所需厚度和面密度的多層比較均勻的纖網(wǎng)疊加起來，形成濾料夾心構(gòu)造的表層，供2#預(yù)針機(jī)進(jìn)行三層復(fù)合。

2.4.4 預(yù)刺裝置

預(yù)刺裝置為不對(duì)稱設(shè)置的雙預(yù)刺裝置，包括1#和2#預(yù)刺機(jī)。1#預(yù)刺機(jī)用于對(duì)1#鋪網(wǎng)機(jī)輸出的蓬松的、無強(qiáng)力的纖網(wǎng)進(jìn)行初步預(yù)刺，加固成具有一定強(qiáng)力的預(yù)刺布，保證迎塵面纖維纏結(jié)效果，減少迎塵層纖網(wǎng)輸送至2#預(yù)刺機(jī)過程中產(chǎn)生的意外牽伸和變形，同時(shí)大幅度降低三層疊加厚度，減輕2#預(yù)刺機(jī)的喂入阻力;2#預(yù)刺機(jī)用于對(duì)1#預(yù)刺機(jī)輸出的預(yù)刺布、發(fā)布裝置輸出的基布以及2#鋪網(wǎng)機(jī)疊加上的蓬松的、無強(qiáng)力的纖網(wǎng)進(jìn)行初步的三層預(yù)刺復(fù)合，供給主針刺裝置進(jìn)一步加固。

2.4.5 主針刺裝置

主針刺裝置為兩臺(tái)雙板正刺機(jī)及兩臺(tái)雙板倒刺機(jī)，分別用于對(duì)內(nèi)表層和迎塵層的纖維作重復(fù)的上下穿刺，使迎塵層、基布層和內(nèi)表層中的纖維進(jìn)一步互相纏結(jié)，形成一定強(qiáng)度、密度、厚度和透氣度的針刺氈。

2.4.6 修面針刺及生產(chǎn)線配套裝置

修面針刺裝置為一臺(tái)雙板對(duì)刺機(jī)，用于對(duì)主針刺裝置出來的針刺氈表面進(jìn)行修理，減少濾料表面的毛羽，提高濾料表面的平整度和光滑度，改善濾料的清灰效果，減少運(yùn)行阻力。為保持生產(chǎn)線連續(xù)、高效運(yùn)行，一步法針刺濾料生產(chǎn)線中必須配置配套的基布放布裝置、液壓儲(chǔ)布裝置、金屬探測裝置、面密度檢測裝置、分切卷取裝置和除塵系統(tǒng)。

3 生產(chǎn)線的運(yùn)行效果

雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線是在對(duì)雙開清、雙梳理、雙鋪網(wǎng)和雙預(yù)刺的工藝路線進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上開發(fā)的，達(dá)到了一次復(fù)合成型效果，產(chǎn)品外觀及內(nèi)在各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于同行業(yè)的水平。該生產(chǎn)線已連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行3年，年產(chǎn)針刺趈250萬m2，產(chǎn)品質(zhì)量獲得客戶的普遍認(rèn)可，部分產(chǎn)品已暢銷海外市場。

針刺氈產(chǎn)品經(jīng)專業(yè)的環(huán)保濾料儀器測定，其縱、橫向的斷裂強(qiáng)力分別達(dá)到1 500和1 700 N/5 cm，斷裂伸長率分別小于30%和40%，熱收縮率分別小于0%和0.33%;面密度偏差±5%，厚度偏差±0.1 mm，200 Pa下的透氣率穩(wěn)定在15～20 m3/(m2·min)之間，達(dá)到或優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

雙預(yù)刺一步法高溫環(huán)保濾料生產(chǎn)線的開發(fā)僅僅是高溫濾料產(chǎn)品開發(fā)的核心技術(shù)的第一步。在濾料研發(fā)生產(chǎn)過程中應(yīng)綜合考慮濾料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)設(shè)計(jì)、原料配方技術(shù)、后處理技術(shù)以及濾料應(yīng)用技術(shù)等，只有采用最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最合適的生產(chǎn)設(shè)備和最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，并對(duì)相應(yīng)的濾料性能、濾袋壽命、濾袋失效等進(jìn)行深層次分析，才能開發(fā)出適應(yīng)不同工況需求的高溫環(huán)保濾料產(chǎn)品。

［1］產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)政策匯編［G］.北京：中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會(huì)，2012：25-38.

［2］馬建偉，陳韶娟.非織造布技術(shù)概論［M］.2版.北京：中國紡織出版社，2008：101-122.