熔體紡絲成網系統接收裝置的技術進展

司徒元舜+胡曉航+劉志貴+李孫輝

摘要：由熔體直接紡絲成網是一種重要的非織造布生產工藝，目前其產量已占非織造布總產量的近一半。在熔體紡絲成網系統中，接收裝置用于接收紡絲系統產生的纖維并形成非織造纖網，輥筒接收主要用于熔噴系統，而各種形式的成網機則是目前最主要的接收裝置。本文對輥筒式裝置和成網機的結構特點、運行方式及分類等進行了詳細介紹。

關鍵詞：熔體紡絲成網；SMS；輥筒接收裝置；成網機接收

中圖分類號：TS173.3 文獻標志碼：B

Technology Improvements of Fiber Receiving Device in Spunmelt Line

Abstract： Spunmelt is one of the most important processes for nonwovens production， and has nearly half of the nonwovens output around the world. In this kind of production line， roller fiber receiving device is used in meltblown equipment， while a variety of web former are the mainly used devices. The structure feature， operation mode， classification， as well as advantages and disadvantages of roller receiving device and web former were introduced in detail in this article.

Key words： spunmelt； SMS； roller receiving device； web former

紡粘法、熔噴法均是直接將聚合物原料熔融后，由熔體直接紡絲成網的非織造布生產工藝，在紡粘法非織造布、熔噴法非織造布或紡粘/熔噴/紡粘（SMS）復合法非織造布生產線中，都需要利用接收裝置來接收由紡絲系統所產生的纖維，并形成非織造纖網。

由熔體直接紡絲成網的設備一般是立體布置的，接收裝置是布置在地面上的設備，處于地面主流程設備的最上游位置。在熔噴法生產線中，由于纖網在接收裝置上可利用自身的余熱固結成熔噴布，紡絲系統的下游就沒有纖網固結設備，只有用于收集產品的卷繞機；在紡粘法或SMS生產線中，所收集的纖網還需要經過固結處理才能成為產品，因此其下游就是纖網固結設備，最常用的就是熱軋機。

目前，按接收纖網所用的載體來分，接收裝置在技術上主要分為兩大類型：一種是利用“輥筒”（滾筒）接收，主要用于獨立的熔噴法非織造布生產線，特別是一些小幅寬的熔噴系統；另一種是使用網帶接收，這種接收載體廣泛應用于紡粘法系統、熔噴法系統、SMS復合系統，這種接收裝置一般稱為成網機。

1 輥筒式接收裝置

1.1 輥筒的結構特點

輥筒接收是很多小型熔噴系統所采用的接收方式，接收輥筒的結構有兩種結構形式，一種是表面光滑的中空金屬圓柱體，由電動機驅動回轉。輥筒無需設置抽吸風系統，結構很簡單。由于纖網直接與導熱良好的金屬表面接觸，金屬材料能使纖網迅速冷卻、粘結成平整的熔噴布。另一種是表面為網狀多孔結構的接收輥筒，并由電動機驅動旋轉，內腔為固定不動的內膽，利用軸承將接收輥筒支承定位，內膽中設置多個分流間隔，并利用多層套管式管道與抽吸風機連接，以保證幅寬方向抽吸氣流的均勻性（圖 1）。

內膽僅在與接收纖網對應的部位開設了一道缺口，對應的圓心角一般小于90°。抽吸風機利用內膽的這個氣流通道與輥筒外層相連，牽伸氣流透過外層的網狀結構被抽吸風機吸走，而纖網則被阻截在金屬網表面并利用自身余熱固結成熔噴布，然后隨轉動著的輥筒在卷繞張力作用下被從表面剝離，卷繞成產品布卷。這種輥筒的結構較復雜，造價很高，除了在熔噴系統應用外，類似結構的輥筒有時還用作“二次成網機”的轉移輥筒，其功能是將一臺成網機所形成的纖網轉移到另一臺（主）成網機上，再疊層復合成多層結構的纖網。

1.2 接收方式

根據牽伸氣流與水平面的角度，接收方式分為水平接收及垂直接收兩種形式，氣流與水平面垂直時稱為“水平接收”，氣流與水平面平行時稱為“垂直接收”。

輥筒是小幅寬熔噴系統常用的接收裝置，由于采用垂直接收方式時，全部設備都可以直接布置在地面上，無須配置復雜的鋼結構及懸掛系統，具有造價低、操作方便等特點。因此，小型熔噴系統大都采用垂直接收方式（圖 2 ～ 圖 4）。

利用輥筒接收時，根據接收輥筒的數量，可分為單輥筒接收和雙輥筒接收兩類。單輥筒接收結構簡單、體積小、造價低廉；有的雙輥筒接收系統還可以利用調整兩個輥筒間的中心距和接收位置的方法，來控制熔噴布的結構及蓬松度，但結構復雜，造價較高。

2 成網機接收

除了一些“往復式”熔噴系統利用網帶的垂直面接收紡絲系統產生的纖維外，絕大部分成網機都是利用其水平工作面來接收紡絲系統形成的纖維并鋪成均勻纖網的，也屬于水平接收。

成網機是生產線中的核心設備，其技術水平對纖網的形成過程、運行的穩定性、產品的均勻性等有很大的影響。網帶接收是熔體紡絲成網生產線的主要接收方式，非織造布生產線中的成網機主要由機架、驅動裝置、網帶、糾偏裝置、張緊裝置、壓（或密封）輥、網下吸風系統、輔助設施、控制系統等組成。

2.1 一次成網接收與“一步法”復合

目前，由熔體直接紡絲成網的商品生產線，不管紡絲系統數量的多少，從只有一個紡絲系統的生產線直至有 7 個紡絲系統的復合型生產線，一般僅有一臺成網機。所有紡絲系統所紡出的纖維都是由這一臺成網機接收、并順次形成預定結構的纖網，因此被稱為“一次成網工藝”（圖 5）。

“一次成網工藝”類似通常的“一步法疊層復合工藝”，在這里所以使用“一次”這個概念，是相對于后述的“二次成網工藝”而言，主要表示所有的纖網都是在同一臺成網機上、直接由熔體紡絲成網的。在復合工藝中，“一步法疊層復合工藝”也是由熔體直接紡絲成網，然后疊層復合在一起，常用于制造SMS型產品。所不同的是以此為基礎，還可以衍生出“兩步法”及“一步半法”兩種復合工藝。這里所說的“步”，是指制造產品中各層結構的步驟。

如各層纖網都是直接由熔體紡絲成“網”、然后疊層復合、固結成布，則這個工藝過程稱為“一步法”疊層復合工藝。很顯然，復合過程一般是在一臺成網機上進行的，我國在20世紀末首次從國外引進這種設備，這是目前非織造布行業發展最快、使用最為廣泛的一種復合工藝。

2.2 二次成網工藝

在20世紀90年代初，已出現在一條生產線上使用兩臺成網機的“二次成網”工藝（圖 7），這種工藝主要用于有多個紡絲系統的SMS型復合生產線。在非織造布技術發展過程中，還出現過由輥筒接收與網帶接收兩種形式組合的生產工藝。

在使用二次成網工藝時，需要兩套接收裝置同時協調運行，才能生產出SMS型復合產品。因為每個紡絲系統都是在對應的成網機上由熔體紡絲成網（一次），然后將在不同成網機上所形成的纖網“再次”復合形成最終產品所需的多層纖網，因此稱為“二次成網”工藝。由于二次成網工藝對只有 3個紡絲系統的生產線意義不大，故更適用有 4 個或更多紡絲系統的生產線。

在現有的技術方案中，還有使用多臺成網機的二次成網工藝，但由于成網機數量多，結構太復雜，占用空間大，布置困難，目前僅停留在創意階段，沒有得到實際應用。

隨著技術的進步，一次成網技術已成熟，即使是有 7 個紡絲系統的SSMMMSS型生產線，其生產過程完全能在一臺成網機上順利進行。但不管生產線使用一次成網工藝還是二次成網工藝，其成網機的結構及原理基本都是一樣的。

2.3 主、副成網機接收

在一些SMS型生產線上，為了充分發揮設備的潛力，可能會并列配置兩套成網裝置，其中布置在生產線主流程的“主”成網機用于生產SMS型產品，而在其一側還平行設置有一套小的“副”成網機和卷繞機，專門供處于“離線”狀態的熔噴系統生產熔噴產品（圖 8）。當生產線以這種方式配置、生產SMS型產品時，只有主成網機投入運行，而副成網機處于閑置狀態；當需要生產熔噴布時，熔噴系統離線，兩套成網裝置各自獨立運行，互不相關。這種配置的優點是不用購置一條獨立的熔噴生產線，分享了主流程的設備資源。

3 按結構特點分類的成網機

為了適應不同的工作需要，成網機還有多種結構形式，具體如下。

3.1 固定型成網機

這種成網機固定安裝在車間地面上，是熔體紡絲成網生產線成網機的主要形式，主要用于紡粘法生產線和SMS型生產線?，F代的多紡絲系統生產線，其產品名義幅寬可達 5 ～7 m，MD方向的長度可達30多米，所配套網帶的展開長度可大于70 m，并且有大量的大口徑工藝氣流管道相連。由于成網機的結構尺寸很大，約束因素很多，一般都是固定安裝在生產車間的地面上。

3.2 可局部擺動的成網機（與三輥熱軋機配合使用）

成網機輸出段的擺動過程常由帶自鎖功能的電動機構實現，以便使輸出端停留在行程內的任意位置。如生產線配置Y型三輥熱軋機，在轉換花輥時，由于纖網的喂入高度沒有發生變化，成網機也就無需設計成可擺動型了。

3.3 可移動型成網機

為了能提供足夠的熱軋機維修空間，有的生產線則將整臺成網機設計為可移動型。成網機由多個輪子支承，在拆卸相關的約束連接（主要是抽吸風管、線纜）后，成網機便可沿著地面上的軌道移動，在熱軋機的上游方向讓出足夠的作業空間。在一些只有兩個紡絲系統的引進生產線中，其成網機就設計為整體可移動型。

在獨立的熔噴生產線上，為了進行安裝、拆卸噴絲板作業，或在停機、開始紡絲階段保護成網機的網帶，必須使紡絲箱體與成網機分離，這種互相分離的運動就叫“離線”；而將處于離線狀態的紡絲箱體回復工作位置稱為“在線”。

目前有多種“離線”方案可供選擇，如成網機不動、紡絲箱體運動離線，或紡絲箱體不動、成網機運動離線。當采用移動成網機的方式“離線”時，成網機要設計成可移動型。當需要離線時，解除各種約束后，成網機便可以沿MD（縱向）或CD方向（橫向）通過鋪設于地面上的軌道運動離線（圖10）。大部分國產的獨立熔噴生產線都是采用沿MD方向的“上游”移動的方式離線，因為成網機的下游還布置有卷繞機，而CD方向兩側有抽吸風裝置，只有在上游方向沒有障礙設施，存在可以離線的空間。

對于一些帶有冷卻側吹風裝置的熔噴系統，如果側吹風裝置可以移動，則仍可沿MD方向的“上游”移動離線；但對于一些帶有固定的冷卻側吹風裝置的熔噴系統，由于受吹風裝置的約束，只能沿CD方向一側作離線運動（圖11）。而一些按主、副方式設置的“副”成網機，則是沿生產線的MD方向的下游離線，即沿著向卷繞機靠近的方向離線，以便騰出上游的空間供更換噴絲板作業使用，并保持一條物流通道。

3.4 可升降型成網機

在熔噴法紡絲系統的生產過程中，經常需要調節紡絲箱體與接收裝置間的距離（簡稱“DCD”調節），由于升降紡絲箱體牽涉到熔體制備系統的大量設備和鋼結構，體積大且重，機構復雜。因此除了SMS生產線中的熔噴系統及少數機型采用這種方案外，大部分熔噴系統都采用升降成網機的方法來調節DCD，這時成網機就要設計為可作升降運動的形式。

有的熔噴系統在調節DCD時，僅僅是紡絲箱體做升降運動，而運動的紡絲箱體與固定的熔體制備系統之間則依靠活動連接或軟連接管道輸送高溫的壓力熔體，機構較簡單，而成網機就無需做升降運動了。前文中圖 3 是一臺接收裝置既可做升降運動又能沿水平方向移動的垂直接收型熔噴系統，但升降運動并非用于調整DCD，而是用于改變輥筒接收纖網的位置，從而達到調整纖網結構的目的。

在SMS生產線中，由于成網機是多個紡絲系統共用的接收設備，外形尺寸很大，成網機既不便升降也不能做離線運動，因此熔噴系統只能采用升降紡絲系統或僅升降紡絲箱體的方法來調節DCD，同時也是利用移動紡絲系統的方法來實現離線運動。

3.5 既可以移動又能升降的成網機

這種成網機主要用于獨立的熔噴系統，沿水平方向的運動是“離線”運動。當紡絲系統停機、維修、更換紡絲組件時，成網機就要處于離線位置，熔噴生產線的成網機基本上都是沿MD方向“上游”離線的。因為在成網機的“下游”有卷繞機或其他設備，兩側有成網機的風管等固定設施，只有這個方向的障礙物最少。對于設置有冷卻風裝置的熔噴系統，如果冷卻吹風裝置不能移動，紡絲系統只能沿CD方向運動離線，國外有的熔噴生產線會使用這種離線方式。

當紡絲系統采用升降成網機來調節DCD時，成網機就需具備升降功能，用于調節與噴絲板間的距離。這種成網機利用升降機構安裝在可以沿地面軌道移動的底座上，成網機便具有既能沿水平方向移動又可做升降運動的功能（圖12）。

3.6 可傾側型成網機（圖13）

有的熔噴系統的成網機可以繞CD方向的軸線傾側，使網帶的水平接收面從與牽伸氣流垂直的狀態變為大于90°（上游方向）或小于90°（下游方向）的狀態。由于這種成網機在傾側后，在MD方向的不同位置 DCD是不一樣的，DCD值較小的位置，纖網的密度較高，而在值較大的位置，纖網的密度較低，能在一定程度上改變纖維在接收網帶MD方向表面的鋪網“長度”及纖網的結構，從而改變產品的特性。

3.7 可回轉型成網機

由于一般的生產線無法改變鋪網寬度，當顧客需要的產品總寬度w小于生產線的鋪網寬度W很多，而剩余部分又不足以獲取一個所需規格的“子卷”產品時，通常的做法只能將多余的合格產品當成廢料切除掉，導致生產線的合格品率下降，生產成本升高。這是日常生產過程中經常要面對而又缺乏有效改進措施的問題。可回轉型成網機是應對這個難題的有效技術手段，對市場需求有更強的靈活性和適應性。這種成網機的抽吸風箱（及其紡絲系統）可繞垂直軸線在水平面轉動，從與生產線MD（或CD）方向垂直（或平行）回轉一定的角度α（αmax<30°），則成網寬度就由W變成W×cosα，就更加接近顧客所需要的規格。以鋪網寬度為2 600 mm的系統為例，當回轉角度α由0°變為30°時，鋪網寬度就由2 600 mm變成2 252 mm，窄了348 mm。

可回轉型成網機除了能十分靈活地適應客戶的幅寬要求外，還能保證生產線的產量不會隨幅寬發生變化，而且由于紡絲箱體回轉后，單位鋪網寬度的噴絲孔數量增加，產品的均勻度也會更好?？苫剞D型成網機實際上是一種可變鋪網寬度的設備，其基本結構與一般的成網機相似，但增加了一系列為配合調整鋪網寬度的相應機構，這種技術被應用于結構較為簡單、使用開放式紡絲通道的熔噴系統。

可回轉式成網機并非成網機作整體運動，僅是成網機的成網風箱在接收網帶下、繞著通過紡絲系統MD與CD方向中線的交叉點的虛擬垂直“軸線”，在水平面上回轉。此外，由于紡絲箱體、冷卻側吹風裝置也要跟著成網風箱同步運動，因此成網風箱與抽吸風機之間的管道連接、側吹風的吹風裝置與冷卻風系統間的連接、螺桿擠壓機至紡絲泵間的熔體管道、熱牽伸氣流與紡絲箱體間的連接管道、相關的線纜都要設計成可活動型的結構。由于這種成網機的結構十分復雜，制造成本會很高，因此，雖然該技術已在本世紀初出現，但至今僅有一家美國公司曾實際使用過，全球應用這種結構的生產線也是屈指可數。但這種可變幅寬技術為實現產品幅寬的可控性、提高原料利用率、降低產品成本提供了新思路。

在SMS生產線中，由于成網機是多個紡絲系統共用的接收設備，外形尺寸很大，成網機既不便升降也不能做離線運動，因此熔噴系統只能采用升降紡絲系統或僅升降紡絲箱體的方法來調節DCD，同時也是利用移動紡絲系統的方法來實現離線運動。

3.5 既可以移動又能升降的成網機

這種成網機主要用于獨立的熔噴系統，沿水平方向的運動是“離線”運動。當紡絲系統停機、維修、更換紡絲組件時，成網機就要處于離線位置，熔噴生產線的成網機基本上都是沿MD方向“上游”離線的。因為在成網機的“下游”有卷繞機或其他設備，兩側有成網機的風管等固定設施，只有這個方向的障礙物最少。對于設置有冷卻風裝置的熔噴系統，如果冷卻吹風裝置不能移動，紡絲系統只能沿CD方向運動離線，國外有的熔噴生產線會使用這種離線方式。

當紡絲系統采用升降成網機來調節DCD時，成網機就需具備升降功能，用于調節與噴絲板間的距離。這種成網機利用升降機構安裝在可以沿地面軌道移動的底座上，成網機便具有既能沿水平方向移動又可做升降運動的功能（圖12）。

3.6 可傾側型成網機（圖13）

有的熔噴系統的成網機可以繞CD方向的軸線傾側，使網帶的水平接收面從與牽伸氣流垂直的狀態變為大于90°（上游方向）或小于90°（下游方向）的狀態。由于這種成網機在傾側后，在MD方向的不同位置 DCD是不一樣的，DCD值較小的位置，纖網的密度較高，而在值較大的位置，纖網的密度較低，能在一定程度上改變纖維在接收網帶MD方向表面的鋪網“長度”及纖網的結構，從而改變產品的特性。

3.7 可回轉型成網機

由于一般的生產線無法改變鋪網寬度，當顧客需要的產品總寬度w小于生產線的鋪網寬度W很多，而剩余部分又不足以獲取一個所需規格的“子卷”產品時，通常的做法只能將多余的合格產品當成廢料切除掉，導致生產線的合格品率下降，生產成本升高。這是日常生產過程中經常要面對而又缺乏有效改進措施的問題?？苫剞D型成網機是應對這個難題的有效技術手段，對市場需求有更強的靈活性和適應性。這種成網機的抽吸風箱（及其紡絲系統）可繞垂直軸線在水平面轉動，從與生產線MD（或CD）方向垂直（或平行）回轉一定的角度α（αmax<30°），則成網寬度就由W變成W×cosα，就更加接近顧客所需要的規格。以鋪網寬度為2 600 mm的系統為例，當回轉角度α由0°變為30°時，鋪網寬度就由2 600 mm變成2 252 mm，窄了348 mm。

可回轉型成網機除了能十分靈活地適應客戶的幅寬要求外，還能保證生產線的產量不會隨幅寬發生變化，而且由于紡絲箱體回轉后，單位鋪網寬度的噴絲孔數量增加，產品的均勻度也會更好?？苫剞D型成網機實際上是一種可變鋪網寬度的設備，其基本結構與一般的成網機相似，但增加了一系列為配合調整鋪網寬度的相應機構，這種技術被應用于結構較為簡單、使用開放式紡絲通道的熔噴系統。

可回轉式成網機并非成網機作整體運動，僅是成網機的成網風箱在接收網帶下、繞著通過紡絲系統MD與CD方向中線的交叉點的虛擬垂直“軸線”，在水平面上回轉。此外，由于紡絲箱體、冷卻側吹風裝置也要跟著成網風箱同步運動，因此成網風箱與抽吸風機之間的管道連接、側吹風的吹風裝置與冷卻風系統間的連接、螺桿擠壓機至紡絲泵間的熔體管道、熱牽伸氣流與紡絲箱體間的連接管道、相關的線纜都要設計成可活動型的結構。由于這種成網機的結構十分復雜，制造成本會很高，因此，雖然該技術已在本世紀初出現，但至今僅有一家美國公司曾實際使用過，全球應用這種結構的生產線也是屈指可數。但這種可變幅寬技術為實現產品幅寬的可控性、提高原料利用率、降低產品成本提供了新思路。

在SMS生產線中，由于成網機是多個紡絲系統共用的接收設備，外形尺寸很大，成網機既不便升降也不能做離線運動，因此熔噴系統只能采用升降紡絲系統或僅升降紡絲箱體的方法來調節DCD，同時也是利用移動紡絲系統的方法來實現離線運動。

3.5 既可以移動又能升降的成網機

這種成網機主要用于獨立的熔噴系統，沿水平方向的運動是“離線”運動。當紡絲系統停機、維修、更換紡絲組件時，成網機就要處于離線位置，熔噴生產線的成網機基本上都是沿MD方向“上游”離線的。因為在成網機的“下游”有卷繞機或其他設備，兩側有成網機的風管等固定設施，只有這個方向的障礙物最少。對于設置有冷卻風裝置的熔噴系統，如果冷卻吹風裝置不能移動，紡絲系統只能沿CD方向運動離線，國外有的熔噴生產線會使用這種離線方式。

當紡絲系統采用升降成網機來調節DCD時，成網機就需具備升降功能，用于調節與噴絲板間的距離。這種成網機利用升降機構安裝在可以沿地面軌道移動的底座上，成網機便具有既能沿水平方向移動又可做升降運動的功能（圖12）。

3.6 可傾側型成網機（圖13）

有的熔噴系統的成網機可以繞CD方向的軸線傾側，使網帶的水平接收面從與牽伸氣流垂直的狀態變為大于90°（上游方向）或小于90°（下游方向）的狀態。由于這種成網機在傾側后，在MD方向的不同位置 DCD是不一樣的，DCD值較小的位置，纖網的密度較高，而在值較大的位置，纖網的密度較低，能在一定程度上改變纖維在接收網帶MD方向表面的鋪網“長度”及纖網的結構，從而改變產品的特性。

3.7 可回轉型成網機

由于一般的生產線無法改變鋪網寬度，當顧客需要的產品總寬度w小于生產線的鋪網寬度W很多，而剩余部分又不足以獲取一個所需規格的“子卷”產品時，通常的做法只能將多余的合格產品當成廢料切除掉，導致生產線的合格品率下降，生產成本升高。這是日常生產過程中經常要面對而又缺乏有效改進措施的問題?？苫剞D型成網機是應對這個難題的有效技術手段，對市場需求有更強的靈活性和適應性。這種成網機的抽吸風箱（及其紡絲系統）可繞垂直軸線在水平面轉動，從與生產線MD（或CD）方向垂直（或平行）回轉一定的角度α（αmax<30°），則成網寬度就由W變成W×cosα，就更加接近顧客所需要的規格。以鋪網寬度為2 600 mm的系統為例，當回轉角度α由0°變為30°時，鋪網寬度就由2 600 mm變成2 252 mm，窄了348 mm。

可回轉型成網機除了能十分靈活地適應客戶的幅寬要求外，還能保證生產線的產量不會隨幅寬發生變化，而且由于紡絲箱體回轉后，單位鋪網寬度的噴絲孔數量增加，產品的均勻度也會更好?？苫剞D型成網機實際上是一種可變鋪網寬度的設備，其基本結構與一般的成網機相似，但增加了一系列為配合調整鋪網寬度的相應機構，這種技術被應用于結構較為簡單、使用開放式紡絲通道的熔噴系統。

可回轉式成網機并非成網機作整體運動，僅是成網機的成網風箱在接收網帶下、繞著通過紡絲系統MD與CD方向中線的交叉點的虛擬垂直“軸線”，在水平面上回轉。此外，由于紡絲箱體、冷卻側吹風裝置也要跟著成網風箱同步運動，因此成網風箱與抽吸風機之間的管道連接、側吹風的吹風裝置與冷卻風系統間的連接、螺桿擠壓機至紡絲泵間的熔體管道、熱牽伸氣流與紡絲箱體間的連接管道、相關的線纜都要設計成可活動型的結構。由于這種成網機的結構十分復雜，制造成本會很高，因此，雖然該技術已在本世紀初出現，但至今僅有一家美國公司曾實際使用過，全球應用這種結構的生產線也是屈指可數。但這種可變幅寬技術為實現產品幅寬的可控性、提高原料利用率、降低產品成本提供了新思路。