聚丙烯紡粘法非織造布均勻性問題的解決措施探討

(中國紡織科學技術有限公司，北京，100176)

中國紡織科學技術有限公司在成功研制成套聚丙烯紡粘法非織造布生產線的基礎上，為了提高產品質量和設備穩定性，進行了一系列的技術改造，對生產線總體設備配置進行了優化，使設備的穩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中在產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成為當前眾多非織造布生產廠家面臨的首要問題。本文根據目前生產中的實際情況，就產品的均勻性問題進行了探討。

1 提高非織造布均勻性的改進建議

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

1.1 優化噴絲板設計

在設計噴絲板時，可以采用增加孔數、減小單孔排量的方法來實現熔體總量的控制。在熔體擠出量一定時，成絲的直徑減小，即意味著絲條總數增多，只要落絲均勻，對鋪網均勻性必然有利。

但是，在增加孔數時必須遵循紡絲原理，考慮熔體剪切速率增加對其的制約。根據熔體剪切速率計算公式:

式中:SR——剪切速率(s-1);

Q——每個孔的吐出量(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，孔徑減小會使孔流區熔體剪切速率升高，使熔體產生高彈形變，甚至可使熔體細流破裂，無法成纖。一般情況下，紡制聚丙烯長絲時剪切速率控制在(0.2～0.4)×104s-1，噴絲板孔徑在0.4～0.6 mm之間比較合適。

噴絲孔的長徑比會直接影響熔體入口到出口的松弛時間，長徑比增大，則膨化率降低，熔體大分子取向性增強，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，還應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，噴絲板的優化設計一定要全面考慮各方面的影響因素。

1.2 優化牽伸系統

“絲的線密度越小，紡絲成網質量越均勻”已經成為紡粘非織造布生產中的共識。當牽伸風的速度增加時，絲條在摩擦力的作用下速度也會增加，絲條張力和牽伸倍數相應增大，從而提高纖維的拉伸性能、耐磨性以及達到所需的纖維線密度。

在增大牽伸風速度的同時必須有許多工藝環節予以配合。影響纖維線密度的紡粘工藝參數包括聚合物擠出量、熔體溫度、氣流的冷卻溫度、冷風壓力和吸風速度等，它們之間存在相互聯系和相互制約的關系。一般來說，聚合物擠出量小，熔體溫度高，冷風壓力大，都能使纖維線密度減小;當牽伸風道間隙一定時，氣流冷風溫度高，吸風速度大，也能使纖維線密度減小。另外，牽伸風道和擴散風道的高度及出口間隙都對風和絲條有極大的影響，但由于其關系錯綜復雜，大多需要動態調整，因此建議有條件的生產線可將牽伸風道出口尺寸等關鍵部分設計成具有可調節性，這將給拓展工藝調整帶來很大的空間。

1.3 確保牽伸風和擴散風系統的協調控制

冷卻牽伸和分絲成網部分全都是憑借氣流提供的外力來完成的，因此牽伸風系統和擴散風系統調節得好，不僅可使絲條成網均勻，而且也會相應提高強力和伸長等內在質量指標。

絲條線密度、產品均勻度、外觀質量與絲條的冷卻效果有密切的關系。在確定冷卻方式時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流，會放出大量的凝固熱，必須對此熱流進行熱交換，故熔體離開噴絲板10 mm左右時就要對其進行冷卻吹風，要求每一根絲條都能得到均勻的冷卻，且冷卻風對絲條的擾動要盡量小。因此，側吹風對絲條線密度及產品質量的影響至關重要。

在側吹風系統的設計方面已進行了大量的工作，包括側吹風高度的計算，加多孔板增大阻尼以提高冷卻氣體的風壓，選擇合適目數的不銹鋼絲網，提高側吹風窗的密封性等。目前在側吹風的硬件方面似乎很難有大的改進，但在軟件方面還可以進行探索。例如:在實際生產中進一步提高風溫、風壓控制的穩定性，使用閉環控制系統控制風壓，加強對側吹風系統定期清潔工作的管理，建立相應的規章制度等。

抽風吸網裝置結構也會影響成網均勻性，有可能導致纖網不勻、翻網和薄邊等現象的出現。

在生產中，冷卻風、抽吸風和自然補充風之間的配合與調節是不容忽視的重要環節。

2 產品的外觀質量指標分析

非織造布的不勻性在產品的外觀質量上主要表現在布邊偏薄、布面云斑和布面并絲等幾個方面。

2.1 布邊偏薄

在牽伸系統中，風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，對生產沒有影響;但在生產薄型或者超薄型非織造布時，兩端纖網太薄，強力也低，易造成翻網、纏輥、爛邊等現象，這就會給生產造成影響。通常的解決辦法是用遮擋或減小自然補風口縫隙的方法來使兩端布邊變厚。

2.2 布面云斑

在寬狹縫牽伸設備中，絲條是通過氣流來鋪網的，產品或多或少都存在一定的云斑現象。經過觀察分析，云斑現象是絲條從牽伸通道進入擴散風道的過程中由于風速突然降低被迫減速呈螺旋狀向下運動，易在網面形成片狀堆積而產生的，這屬于正常狀態。但如果是絲條擴散不充分，或者是氣流密度不夠、側吹風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致的網面云斑變大變深，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，也可以靠調節工藝參數的方法來彌補。調節風量有可能減輕云斑現象。

2.3 布面并絲

并絲是多根單絲纏結在一起而形成小絲束固結在非織造布表面上的現象，對非織造布的外觀質量影響很大。并絲太多也會產生布面不均勻，尤其是薄型產品，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生的摩擦力實現的。在摩擦力的作用下，不但使長絲得到牽伸，同時也使其帶上大量靜電荷，由于有靜電的排斥作用，加上氣流在接近網面時的擴散作用，正常情況下是不會產生并絲的。并絲的產生大都與擠壓紡絲的擠出量、冷卻風是否均勻有關。而牽伸和成網過程的某一環節異常也會使高速氣體產生紊流，如風道中有單體和掛絲，側吹風或補風不均勻，網簾透氣性異常等都會影響氣流的穩定性，這些因素都有可能導致并絲的產生。并絲產生的原因應首先考慮冷卻風的影響，絲條冷卻不夠和風力不勻都會使絲條纏結。如果是噴絲板面(或孔)有問題，一般只會產生注頭絲和斷絲，而產生并絲的可能性不大。因此，開機前應仔細檢查風道及相關部位是否有異常情況，發現問題及早解決。

3 不勻率不達標的原因分析

非織造布均勻性的綜合指標通常用重量不勻率，即變異系數(CV)來表示，其行業標準是CV＜7%。

紡粘法非織造布的均勻性取決于長絲在纖網中的分布狀況。長絲在成網時由于牽伸風道較長，影響因素太多，網簾上的鋪放量會存在一定的差異，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。對于厚型產品影響較小，但對薄型產品特別是薄型著色產品影響較為明顯。引起CV值太大的原因可能有以下幾個方面:

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

(2)側吹風金屬網使用時間過長變臟。雖然冷卻的氣流在進入側吹風箱前作了過濾處理，但是氣流中還會有少量未排凈的油狀單體和灰塵聚結在側吹風金屬網上，使網面透風不勻，風的波動會引起絲條湍動，造成布面局部面密度偏差。

(3)補風口進風不均勻。補風是由于網下的吸風和高速氣流產生的負壓而進入擴散風道的。補風口一般都經過精加工處理，一般不會有大問題。在補風口有吸風的條件下，補風口寬的位置上纖網會變薄，而補風口窄的位置上纖網會變厚。基于上述原理，在生產中解決布面有“火車道”問題時，補風口的調節可以作為應急的調整方案，但必須說明的是此做法并非良策，應該從根本上找出問題的關鍵，作針對性的處理。

(4)網面吸風波動過大。吸風波動的原因是多方面的，包括網簾運動和透氣不均、抽風風機轉速不穩定等，其中最重要的原因是網上或網下局部密封不好，造成一定區域氣流雜亂，影響鋪絲成網，從而出現多種布面問題。特別是網下的問題很難發現，應引起高度重視。

4 結語

聚丙烯紡粘法非織造布的均勻性與設備的性能及配置相關，與電控系統的控制精度及穩定性相關，與工藝的合理調節及綜合管理相關。工藝調節主要是根據用戶提供的質量要求來修正工藝參數，使生產工藝達到最佳的工作狀態。穩定和連續的開機是工藝調整的前提條件，因此工藝的調整必須嚴謹。只有這樣，非織造布的均勻性問題才會實現真正意義上的突破。