SMS复合法非织造布生产技术Microsoft Office Word 文档.docx
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SMS复合非织造布生产技术
一.SMS复合法非织造布
1.非织造布的定义
非织造布也叫“无纺布”、台湾地区称“不织布”,国家标准称为“非织造布”。
简单说就是一种不用“织”的布。
非织造布生产技术是融合了化纤、纺织、造纸、皮革、塑料等行业特点的新技术。
SMS复合非织造布是由纺粘法,熔喷法两种不同纺丝工艺纤网复合的产品,具有三层以上的多层结构。
国际标准化组织和我国对“非织造布”都有标准的定义。
2.符号的意义
S:
是英文SpunBond的第一个字母,是“纺粘法纺丝系统”的代号,有时也称“SB”系统
M:
是英文MeltBlown的第一个字母,是“熔喷法纺丝系统”的代号,有时也称“MB”系统
SMS:
是英文SpunBond/MeltBlown/SpunBond的第一个字母的缩写,是“纺粘法/熔喷法/纺粘法复合式非织造布”的统称,在一般表述时,并不考虑具体产品中所包含的各种纤网的层数及排列结构。
生产SMS产品的设备叫SMS生产线,在设备型号或生产线标识中还经常有其他符号,其具体含义如下:
X;是生产线中的一个未定系统,一般预留出安装位置,只有在描述设备时才出现“X”,而在描述产品时是不能带上这个“X”的。
符号后面的“数字”是纺丝系统的编号,目前各制造商的数字编号的方法和定义不统一,常见的有如下两类:
一种是《纺丝系统代号》+《由上游至下游的顺序编号》,这种编号的特点是能清晰表示某一个系统的纺丝工艺、及在成网机上的具体位置。
如一条SSMMMS生产线,各系统的编号为;SB1,SB2,MB3,MB4,MB5,SB6。
第二种是《同类型纺丝系统代号》+《由上游至下游同类型纺丝系统的顺序编号》。
这种编号的特点是明确表示采用同一纺丝工艺的系统数量、但无法确定在成网机上的具体位置。
如一条SSMMMS生产线,各系统的编号为;SB1,SB2,MB1,MB2,MB3,SB3。
SMS非织造布是阻隔型产品,产品的上、下两个表面必须为“纺粘纤网”,纺粘纤维直径较粗、较均匀、耐磨,纤维间的空隙很大,具有较好的机械力学性能,除了能为夹在中间的熔喷层纤网提供防护、加强作用外,在纤维直径较细时,还能提供一定的阻隔功能。
SMS非织造布的阻隔性能主要由“熔喷层纤网”提供,熔喷纤维直径比SMS型产品更细,结构致密、平均孔径更小,但机械性能差。
熔喷层的纤维密度越高,产品的阻隔性能也越好。
4.制造SMS产品的主要方法
目前,制造SMS产品的主要工艺有“一步法”,“两步法”,“一步半法”三种方法。
(1)一步法
这种工艺的特点是使用原料切片,利用纺粘法、熔喷法两种工艺,直接将原料熔融后纺丝成网,只要合理排列不同工艺的纺丝系统,就可以使产品具有不同的结构,将各层纤网叠层复合后,一般都是用热轧机固结成布。
图1莱芬豪舍公司“一步法”SMMS生产线示意图
采用“一步法”工艺的生产线结构复杂,是当今技术含量最高的设备,代表了一个国家的非织造布装备的最高水平,购置价格很高。
“一步法”的特点是熔体直接纺丝成网,各个纺丝系统的状态可独立调节,生产过程的可控性强,卫生条件好,运行速度高,能随意调整各层纤网的比例、可生产各种规格的SMS型产品,是当今的主流工艺。
(2)二步法
用二步法生产SMS产品时,按一定顺序,将纺粘布成品,熔喷布成品退卷,按顺序叠层,然后用热轧机固结,复合成SMS产品。
实际上“两步法”工艺也就是广泛应用的叠层复合技术,还可以复合其他材料,并可根据材料或最终产品的要求,采用不同的方法,如超声波、热熔胶等将三层(或更多层)材料固结在一起。
(3)“一步半法”
在二步法中,还可以将现场生产的熔喷层纤网代替熔喷布产品,从而派生出所谓“一步半法”复合工艺。
这种一步法工艺的熔喷层含量能随意调节,能生产熔喷层含量较少的产品,运行速度也较快,有较高的生产效率,产品的质量也优于“两步法”。
虽然设备的价格低于“一步法”、但要比“两步法”设备高很多。
二.SMS生产线的经济技术指标
1.代表性机型
由于不同商家制造的SMS生产线基本都是使用Exxon的熔喷纺丝工艺,因此其差异主要表现在纺粘系统所使用的纺丝工艺。
按应用机型的数量排序,目前我国SMS生产线纺粘系统应用的纺丝工艺顺次是:
宽狭缝负压牵伸工艺,这是全球的主流工艺,其典型代表为德国的莱芬豪舍公司(Reifenhauser)的设备、绝大部分的国产机型也属这种工艺;
其次是管式牵伸工艺,如意大利STP公司的设备;宽狭缝正压牵伸工艺,如美国诺信(Nordson)公司、日本NKK公司的生产线等。
2.纺丝系统的组合方式
目前我国几乎拥有世界上流行的所有机型,包括:
SMS,SSMS,SMXS,SMMS,SSMMS,SSM-MS,SSMMXS,SMMMS,SMMM-S,SMMMXS,SSMMMS,SSMMMMS等,其中还有一次成网及二次成网两种成网方式。
目前国产SMS生产线的纺丝系统组合形式有:
SMS,SSMS,SMXS,SMMS,SSMMS,SSM-MS五种。
使用一次成网工艺的生产线只有一台成网机,所有纺丝系统的纤网都铺放在这台成网机上,这是当今常见的主流工艺(图2)。
图2使用一次成网工艺的SMS生产线
使用二次成网工艺的生产线有两台成网机,所有纺丝系统分别布置在两台成网机上,而产生的所有纤网最终都铺放在第一成网机上、并进行叠层复合,这是一种已有二十多年历史的成网方式(图3)。
图3使用二次成网工艺的SMS生产线
3.主要设备配置
在SMS生产线中,主要的设备配置有:
纺粘法纺丝系统:
宽狭缝(负压、正压)牵伸,管式牵伸;
熔喷法纺丝系统:
EXXON系统,快装式喷丝板:
成网机:
高速型,大型生产线一般配抗静电网带:
热轧机:
双辊、三辊,轧辊挠度补偿方式:
S辊自动挠度补偿;中凸+轴线交叉+外加弯矩补偿型,小幅宽生产线会用加大辊径+中凸+轴线交叉补偿;
在线后整理系统(选配系统):
KissRoll或喷盘上液系统,热风干燥;
在线检测装置(选配系统);表面缺陷检测;
卷绕机:
单接触辊或双接触辊型,锯齿形刀横切断,母卷直径≥1600~3200mm;
注:
“母卷”是指直接从生产线卷绕机卸下的未经切边及分切的长度很长,卷径较大的布卷。
离线分切机:
主动放卷型,圆盘形分切刀,母卷直径≥2000mm,自卷直径≥1000mm。
注:
“子卷”是指已经分切加工的、长度较短,卷径较小的最终产品布卷。
4.生产线的技术指标
SMS产品的性能、质量是纺粘法、熔喷法非织造布生产技术的综合反映,也代表了相关工艺技术的水平。
(1)纺丝系统数量及排列方式
目前国内已能制造有5个纺丝系统的生产线,引进生产线的纺丝系统可达7个,都是使用聚丙烯(PP)原料,个别双组分生产线还用到PE;
(2)产品定量范围(g/m2)
一般为15~80g/m2,最新机型能生产10g/m2规格的产品,产品的定量越小,生产线的技术水平也越高;
(3)薄型产品的均匀度
均匀度CV值可达到≤3的水平,比一般的纺粘布好,有时用单个样品的最大偏差率来表示,一般应控制在±(4~6)%。
(4)产品名义幅宽规格(m)
生产线的规格以最终产品的幅宽来定义,有1.6m,2.4m,3.2m,4.2m,5.0m等。
引进设备的幅宽都≥3.2m,国内还有一些与1.6m,2.4m幅宽规格相近的生产线。
国产设备的幅宽主要有1.6m,2.4m,3.2m三种规格。
(5)运行速度(m/min)
国产设备的运行速度在200~400m/min,引进设备的运行速度在400~600m/min,最高可达800~1000m/min;
(6)装机容量(kW或kVA)
是指生产线中所有设备主流程设备、辅助设备、公用工程系统的装机功率(kW)或装机容量(kVA),与所使用的纺丝工艺和生产能力相关。
装机容量偏小,可以节省投资成本,但设备的负载率会较高,可靠性下降,进行工艺调节的余地少,反应慢、调控能力较差。
当设备的负载率大于80%、甚至经常满载运行时,就是设备容量偏小的表现。
装机容量偏大,会增加投资成本(包括公用工程系统),及供电系统的运行费用。
但设备的负载率较低,可靠性上升,工艺调节空间较宽,反应快、调控能力较强。
宽幅、多纺丝系统生产线的装机容量可大于5000kW。
装机容量是决定生产线供电系统容量的依据,供电系统的容量(或变压器的容量)一般在装机容量的55%~65%范围。
5.SMS生产线的经济指标
(1)生产能力(kg/h)
a.纺丝系统的生产能力(kg/m·h)
是一个纺丝系统每一米幅宽在一小时内的“熔体挤出量”,是不考虑产品的合格品率的,计量单位为(kg/m·h),能便于对不同的系统进行比较。
纺丝系统的总生产能力等于单位幅宽“产能”乘以“幅宽”,常用来估算原料的消耗量。
国外PP纺粘系统的最大产能为240kg/m·h,熔喷系统为80kg/m·h;国产纺粘系统的最大产能为180kg/m·h,熔喷系统为50kg/m·h。
在SMS产品中熔喷层的比例为20%时,引进生产线的SMS产品产能为400kg/m·h,SMMS产品产能为600kg/m·h,国产的SMS产能为250kg/m·h,SMMS产能为450kg/m·h,均比引进设备小。
b.生产线的生产能力(kg/h)
生产线的“生产能力”是所有纺丝系统生产能力的总和,这是一个理论值,除了在技术上用“kg/h”表示外,有时还会用一年的生产能力“t/a”表示,与“实际产量”是不同的概念。
当以“t/a”表示时,将与设备利用率或生产线的有效运行时间有关,更能体现生产线的技术水平,因此必须注明每一年的有效生产时间及产品的规格,否则没有实际意义。
目前对“年有效运行时间”定义混乱,一般在7200~8000小时之间,导致同样配置的生产线,不同制造商报告的生产能力有很大差异。
c.SMS生产线的生产能力
由于SMS产品中的熔喷层比例会随着产品的性能要求而改变,因此SMS型生产线的生产能力除了与产品的定量规格有关外,还与纤网的比例分配、投入运行的纺丝系统数量等因素有关。
另外,由于单个熔喷系统的挤出量仅为纺粘系统挤出量的四分之一左右,在SMS生产线中,在最大挤出量状态,熔喷层的最高比例仅为20%,如果大于此数,纺粘系统就要降速运行,生产线的实际挤出量就小于理论挤出量。
而在比例小于20%时,如果生产线不能以更高的速度使纺粘系统满载运行,生产线的实际挤出量也小于理论挤出量,这也是一些生产线由于无法高速运行而导致实际产能偏低的原因。
(2)产量(kg/h或t/a)
产量是指纺丝系统或生产线在单位时间内的“合格产品”数量,实际“产量”会受市场因素,产品结构,管理水平,技术水平,合格品率,设备有效运行时间,人员素质等因素的影响。
(3)产能利用率
生产线的“生产能力”是按理论挤出量计算的,并没有考核“设备利用率”和产品的“合格品率”;而“产量”则是真实的合格产品数量。
因此,生产线的实际产量一般小于生产能力,一般为后者的(60~90)%,这个指标称为“产能利用率”,是反映生产线技术水平,企业管理水平,经营状况的最客观指标。
目前,运营管理较好的生产线,其产能利用率可达80%~90%、甚至更高,而我国全行业的产能利用率多年来均处于<70%的水平。
(4)影响产能利用率的主要因素
由于SMS型生产线的纺丝系统较多,正常情况下的设备利用率会比纺丝系统较少的生产线低,直接影响产能利用率,主要原因:
a.由于熔喷系统喷丝板使用周期比纺粘系统短,换喷丝板的次数、频度会增加,会占用生产线较多的有效生产时间;
b.与单个纺丝系统的生产线相比,设备数量多、故障也较多,停机时间增加;
c.运行速度较快、设备容易发生故障,导致生产线停产的几率增加;
d.正常
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