工业化纺粘技术研究

1、纺粘非织造布 纺粘非织造布被定义为由长丝制成的产品，聚合物切片经过挤压、拉伸形成的长丝捕放在传送带上，并经热粘合、化学粘合或机械粘合而成。通常纺粘非织造布也可以定义为连续长丝的纤维状结构，该结构可做成织物、薄片和带子，并在一个与纤维纺制相结合的工序中由合成聚合物制备而成。纺粘法是唯一的一种改性的聚合物、科技和纺织研究结合在一起的加工工艺，包括成网（挤压、拉伸和长丝束的集合）及纤网的粘合，以获得强力、粘结力和整体性的结构。 1.1 粘法的历史 纺粘法既可看作是现有短纤非织造布生产概念的发展，也可看作是20世纪40年代～50年代商业化的合成长丝纺丝工序的延伸。纺粘法的起源似乎可以追溯到20世纪委40年代，当时Corning公司的Slather和Thomas申请了相似的专利，用于从熔融硅土中制备矿物纤维。 工业化生产的合成聚合物纺粘非织造布是基于20世纪50年代联邦德国Freudenberg公司和蔼20世纪60年代美国DuPont公司的专利技术。1965年Dupont公司工业化生产了名为Reemany的聚酯纺粘非织造布，随后是Typar聚丙烯纺粘非织造布和闪纺Tyvek聚乙烯非织造布。与此同时，Freudenberg公司推出了一种名为Lutravil的混纺聚酰胺纺粘非织造布的生产工艺。5年后德国的Lurgi Konle & Mineral-Oltechnik公司提出名为Docan的纺粘法。1984年德国的Reifenhauser公司推出Reicofil纺粘工艺，主要用于生产聚丙烯纺粘非织造布。 尽管美国和西欧在20世纪录60年代初，日本在70年代初实现了纺粘法的工业化生产，但最具戏剧性的发展是在以后的20年中。不断增长的数不胜数的专利和革新推动了该方法的推广及其产品的发展。目前纺粘非织造布的年增长率保持在6%～8%。全世界许多国家都安装了生产线。毫无疑问，以目前的发展和影响而言，纺粘法是世界织造布工业中一种主要技术，并且是最具竞争力的领域。 1.2 纺粘织造布的应用 纺粘非织造布可分为用可弃型和耐用型。纺粘非织造布的应用范围从婴儿尿布到汽车，从手术衣到土工布（表1）。现在汽车行业中纺粘非织造布广泛用作簇绒毯的底布、内饰部件、卡车内衬、门闪板以及座位套。纺粘土工布推广应用到许多相关的应用领域，如土壤侵蚀的控制、护岸工程、铁路路基加固、运河和水库内衬保护、公路和飞机跑道裂缝防治、屋顶防水等。纺粘非织造布作为覆面料还广泛用于卫生巾和失禁产品；医疗应用包括可弃手术服、鞋套、可消毒的包装材料；包装材料的例子包括电缆金属芯线包缠、医疗消毒包装、软盘衬 垫、各种高性能信封和文具产品。 未来对纺粘非织造布的需求增长将在两个主要方面。第一，在现有应用领域内使用数量的增加，例如可弃婴儿尿布、妇女卫生用品（卫生巾和止血栓）、成人失禁产品和医用产品。非织造布最有影响的市场是婴儿尿布，这是一个年产160亿片、市值堪40多亿美元的领域，今后几年特别是在发展中国家的需求将迅速增长。与婴儿尿布市场相关的是妇女卫生用品和成人失禁产品行业，在这些行业中产品和设备是互通的，这意味着类似的公司都会涉足这些业务。同样，婴儿擦布也与婴儿尿布市场相联系，婴儿擦布是尿布产品的延伸。其他擦布包括工业、食品、家庭清洁、制药和无尘室用产品。第二，纺粘非织造布的需求也将随着新应用领域的开发而增加，例如纺粘法内在特性的改进使之可以生产更细、质量更好的隔膜，更均匀、强力更高的产品以及更高效的生产方法。这就迫使设备制造商和织物生产商给市场提供满足将来所需特性的织物和最终用途产品。 以下将根据文献回顾并集中现有工业化的纺粘法技术，如Reicofil，Ason和Kobelco纺粘法等，简要地回顾已工业化的纺粘法技术。 2 纺粘技术 2.1 Ason Ason工程公司1997年7月15日在弗罗里达的墨尔本启用了他们新的主控/生产机器。年轻但迅速发展的Ason纺粘机由于其灵活、高速、简洁，并能够以高的生产率生产超细纺粘纤维，因而已成为市场上具有竞争力的纺粘机之一。 Ason纺粘法使用带有0.1Mpa～0.4Mpa空气压力的狭缝衰减器，其独特的性能在于从喷线头到狭缝和从狭缝到成网带的两个距离可以调节。 高速纺丝是Ason纺粘法最重要的特点，与其他纺粘法相比主要有四个方面的不同：①0.3～1m的短且可变的纺丝生产线；②加工过程中长丝保持高温；③高效的牵伸装置产生强劲的拉伸力；④狭缝和传送带之间的距离可调。因此，Ason纺粘机的特点是设计简洁，可获得很细的纤维（0.5dpf～2dpf）和高速的生产（100kg/h·hm～240kg/h·m）。一条3m宽的生产线总共只需高7m、宽7m、长25m的空间（包括操作空间）。 Ason纺粘生产线的生产速度可达600m/min，还可生产双组分和三组分纺粘纤维产品，并可使用各种聚合物，如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET）和聚酰胺（PA）。 Ason纺粘法可看作是纺粘和熔喷技术的结合或是一种介于纺粘法和熔喷法之间的方法。纺粘工序的长丝速度PP可达6 000m/min，PET可达8000/min，介于传统的纺粘和熔喷法工艺之间。Ason超细技术认为SMS不是一种经济的能生产拥有更好阻隔性能材料的技术创新的解决方法。用TANDEC的光学显微镜观察Ason超细PP纺粘纤网图像，测得其纤维直长为9.8μm，显示该纤网有极好的柔软手感和强力。 2.2 Kobelco纺粘技术 Kobe钢铁有限公司是日本一家领先的工程和机械公司。Kobe钢铁公司的工程公司通常称作Kobelco，在供应其纺粘设备方面很活跃，还提供多喷头纺粘/熔喷/纺粘复合材料（SMS）非织造设备。 2.2.1 Kobelco的关键技术 Kobelco的关键技术是可灵活地进行多种聚合物的加工，可在同一条生产线上加工PP和PET；可纺纤度为0.7dpf的细旦长丝。 2.2.2 Kobelco纺粘装置的特点 1999年Kobelco开发了一套新的全幅拉伸喷射装置，可比传统装置加工更多的长丝。该装置具有很高的生产能力及优良的片材均匀性。纤度为2 dpf的PP纤网产量是210kg/h·m，而PET纤网产量则为240kg/h·m，相当于1.1dtex丝束每米宽的产量是130kg/h。PP的纺丝速度超过3 500m/min，PET的纺丝速度是5 000m/min。生产线的最高速度可达450m/min。 Kobelco在工业化的生产规模上使用过的PET瓶制成PET薄片，建立起使用100%回收PET的PET纺粘生产技术，该簿片是比PP更为经济的原材料，因而是最经济的原料。据说其质量与纯PET产品相当。 Kobelco生产线特点是： 1。具有纺制细旦长丝的能力，PP0.78dtex，PET1.1dtex(纤维直径10μm); 2。根据需要PP和PET可在同一条生产线上生产； 3。有全幅标准设计的纺丝喷头和牵伸装置； 4。有双侧开口空气骤冷装置，可方便地改变纺丝参数和清洁喷丝头。 2.3 2.2.3纺粘技术 Reifenhauser是德国一家生产塑料加工机械为主的家族企业，以生产世界非织造布行业应用最广泛的Reicofil熔喷和纺粘设备著称。 由最初的Reicofil 1发展到Reicofil 2 ，再到现在的Reicofil 3，新的Reicofil纺粘法可以加工超细纤维、各种聚合物（如PET和PTT）以及多层复合结构（如SMS和SMMS），还能进行速度达600m/min的双组分纤维的生产。Reicofil纺粘生产线主要由三部分组成：①将聚合物挤压纺成长丝；②拉伸并交叉铺设长丝；③热加固或机械加固长丝，应用表面活性物质。Reicofil 纺粘装置的特点是：①电热式狭缝模头；②每台机器会幅纺粘板；③用低压空气系统冷却和拉伸长丝④密封的空气系统减少能耗；⑤用模块监控传送带。 3 结语 纺粘非只造布已被广泛应用于现代社会的许多领域，如个人卫生用品、农业、医疗、家庭装饰、包装、服装等。先进的工业化纺粘技术提供了高速加工各种聚合物的能力，操作简单，并且可以生产超细纤维网和多组分纤维及各种结构的非织造布复合材料，具有产品改进、新产品开发以及在相互竞争的主粘技术中引入差别的巨大潜力。