雙預刺一步法高溫環保濾料生產線的開發

林清華 (福建南紡有限責任公司，南平，353000)

伴隨著我國國民經濟的高速增長，以資源、能源消耗性為主的重工業迅速發展，我國已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產國和第二大電力、有色金屬、化肥生產國。高耗能、高污染產業的發展，必然帶來嚴重的環境污染問題。重工業排放的大氣污染物以高溫煙氣為主，煙塵類顆粒物是主要的控制對象之一。以前高溫煙塵的治理主要采用電除塵器，但隨著國家對環保標準的日趨嚴格，特別是2010年國家環保總局頒布的新排放標準的實施，單一的電除塵技術已滿足不了對微細粉塵的控制和排放要求，高效率的袋式除塵技術正成為新除塵技術的應用方向，因而使電除塵行業和袋除塵行業面臨著完全不同的發展前景。未來袋式除塵技術的地位將大幅提高，甚至有可能逐步替代電除塵而成為主流技術，這給袋式除塵和電袋復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，其核心部件復合針刺氈濾料市場也將有巨大的發展空間和爆發式增長的機遇。

國家產業政策的支持，將進一步推動國內針刺氈濾料應用市場的新一輪發展，國家對空氣污染防治的重視，給環保濾料產業帶來巨大商機。在當前經濟相對低迷、發展增速明顯放緩的大背景下，節能環保產業一枝獨秀。2013年袋式除塵產業產值在200億元左右，同比增長15%左右;其中過濾袋產值50億元左右，同比增長16%左右。節能環保產業是國家加快培育發展的七個戰略性新興產業之一，中國計劃在未來5年投入1.75萬億元實施大氣污染防治行動計劃，“十二五”規劃中我國環保產業的投資占GDP比重提高到歷史性的1.5%［1］。因此，環保濾料作為應用于環境保護領域的紡織品，已被列入國家《產業用紡織品“十二五”發展規劃》，作為重點發展的產品之一。

1 國內高溫環保濾料生產狀況分析

上世紀50年代，我國開始從國外引進袋式除塵產品，但沒有專用的國產除塵濾料。1978年為適應高能脈沖清灰袋式除塵器發展的需求，研制成功了三維針刺氈濾料，除塵濾料結構開始從二維轉向三維;20世紀90年代繼續研制成功了高密面層針刺氈，針刺氈除塵濾料的結構實現從二維轉向三維的進一步突破，適用于脈沖噴吹類高氣布比袋式除塵器，具有過濾效率高、運行阻力低的優越性。進入新世紀，隨著我國經濟的高速發展以及排放標準的日趨嚴格，在“節能減排”政令驅使下，袋式除塵方式從冶金、建材、機械、輕工等工業部門擴展到電站鍋爐、垃圾焚燒爐等新領域，應用日趨廣泛。

中國環境保護產業協會袋式除塵委員會的資料顯示，雖然近年來國內濾料市場發展迅速，針刺氈產能增長較快，但濾料企業(尤其是高溫濾料企業)的生產集中度和技術水平并不高。新上的生產線大多配置低，產品是低端的常溫濾料，生產方法簡單，生產線效率低下，產品技術含量低。高溫濾料以低檔的國產玻纖濾料為主，而外資品牌濾料則以耐高溫合成纖維濾料為主，產品整體水平較高。2013年我國濾料生產企業有100多家，生產線200多條，年產能約2億 m2;產能利用率約80%，實際產量約1.6億m2(其中：常溫濾料約占62.5%，產值僅占10多億元;高溫濾料占37.5%，產值卻有 30 多億元)［1］。

隨著環保要求的提高以及耐高溫合成纖維國產化進程的加快，未來高性能合成纖維濾料的優勢將越來越明顯，高溫濾料市場的比重也將越來越高。因此，開發高性能、高效率的高溫環保濾料生產線，適應國內高溫環保濾料產品快速增長的市場需求是行業發展的需要，也是專家們積極探索的課題。

2 雙預刺一步法高溫環保濾料生產線的開發

2.1 設備的選擇標準

高溫環保濾料生產線主要設備的選擇標準是：節能高效、技術先進、可靠實用、品質穩定，能滿足越來越高的外觀質量和各項物性指標要求;能滿足越來越高的過濾精度和除塵排放要求;能適應多種技術的綜合應用以及梯度過濾、多層過濾和不同風格產品的生產;能適合各種復雜工況要求，能開發耐高溫、耐腐蝕的復合材料產品。

2.2 工藝技術要求

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行，應合理選擇適應生產線工藝的迎塵層、內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 針刺密度和產品密度

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

2.2.3 刺針的選擇和針刺深度

為適應后整理工藝的需要并防止過濾初期階段漏灰現象發生，需選擇最佳型號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，保證濾料產品針眼小，表面平整度好，易于清灰。

2.2.4 張力控制

在復合生產過程中必須嚴格控制針刺過程的張力，確保基布層復合不發生折皺;復合層退卷張力保持持續恒定，布幅穩定性好，不發生偏移，確保三層復合完好。

2.3 工藝流程的選擇

工藝流程選擇原則是在滿足產品質量和工藝技術研發要求的前題下，生產線力求做到生產效率高、產品品質好，同時具備在線雙幅一次性多層復合的功能。

下面介紹一種雙開清、雙梳理、雙鋪網和雙預刺工藝流程和生產線設置。該設置的特點在于獨創的雙預刺及配套構造。雙預刺一步法高溫環保濾料生產線的流程見圖1。

圖1 雙預刺一步法高溫環保濾料生產線流程

2.4 設備配置及功能

2.4.1 開清裝置

開清裝置為對稱設置的雙開清裝置。兩套開清裝置各包括開包機、粗開松機、大倉混棉機、精開松機、儲棉箱和喂棉箱。1#開清裝置用于迎塵層的不同原料，2#開清裝置用于內表層的不同原料，其作用都是實現纖維原料的均勻開松混合，使最終產品的迎塵層和內表層均達到色澤均勻、比例一致、質量穩定的效果。

開包機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，經剝棉打手從斜釘簾中剝下落到稱量斗上，按設定重量經稱量后落在開松機的喂入簾上，同時實現對纖維塊的初步開松。

開松機的功能是對經輸送長簾送入的纖維束進行初步的開松、分梳、除雜后，使塊狀、卷曲、密實的纖維束得到初步的開松、拉直并送至下道工序。

大倉混棉機的作用是對經過粗開松后的不同纖維進行均勻混合和初步開松，并通過輸棉管道，進入混棉箱頂部的旋風頭，經過旋風頭將原料大面積、均勻地鋪在輸送簾上，原料呈層狀存在大倉內，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，經剝棉打手從斜釘簾中剝下落到儲棉箱，以達到對不同纖維混合并初步開松的目的。

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

2.4.2 梳理裝置

梳理裝置為對稱設置的雙梳理裝置，包括1#和2#梳理機。1#梳理機用于迎塵層纖維的梳理，2#梳理機用于內表層纖維的梳理。兩臺梳理機的作用都是使纖維進一步混合均勻、開松并除去雜質和短絨，將塊狀纖維梳理成束狀，再將卷曲狀態的纖維束梳理成基本伸直的單纖維狀態并成網。兩套梳理設備可根據濾料的不同物性要求配置成雙雜亂、單雜亂或無雜亂結構，目的是通過梳理機的雜亂輥使經過梳理后基本伸直并平行排列的纖維在纖網成型過程中按要求改變排列方向，形成具有一定縱橫向強力比的纖網。

2.4.3 鋪網裝置

鋪網裝置為對稱設置的雙鋪網裝置，包括1#和2#鋪網機。1#鋪網機的作用是把1#梳理機輸出的較輕、較窄的迎塵層纖網進行鋪網加工，把每層單網經機械鋪疊成所需厚度和面密度的多層比較均勻的纖網，供1#預針機使用;2#鋪網機的作用是把2#梳理機輸出的較輕、較窄的內表層纖網進行鋪網加工，把每層單網經機械鋪疊成所需厚度和面密度的多層比較均勻的纖網疊加起來，形成濾料夾心構造的表層，供2#預針機進行三層復合。

2.4.4 預刺裝置

預刺裝置為不對稱設置的雙預刺裝置，包括1#和2#預刺機。1#預刺機用于對1#鋪網機輸出的蓬松的、無強力的纖網進行初步預刺，加固成具有一定強力的預刺布，保證迎塵面纖維纏結效果，減少迎塵層纖網輸送至2#預刺機過程中產生的意外牽伸和變形，同時大幅度降低三層疊加厚度，減輕2#預刺機的喂入阻力;2#預刺機用于對1#預刺機輸出的預刺布、發布裝置輸出的基布以及2#鋪網機疊加上的蓬松的、無強力的纖網進行初步的三層預刺復合，供給主針刺裝置進一步加固。

2.4.5 主針刺裝置

主針刺裝置為兩臺雙板正刺機及兩臺雙板倒刺機，分別用于對內表層和迎塵層的纖維作重復的上下穿刺，使迎塵層、基布層和內表層中的纖維進一步互相纏結，形成一定強度、密度、厚度和透氣度的針刺氈。

2.4.6 修面針刺及生產線配套裝置

修面針刺裝置為一臺雙板對刺機，用于對主針刺裝置出來的針刺氈表面進行修理，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，減少運行阻力。為保持生產線連續、高效運行，一步法針刺濾料生產線中必須配置配套的基布放布裝置、液壓儲布裝置、金屬探測裝置、面密度檢測裝置、分切卷取裝置和除塵系統。

3 生產線的運行效果

雙預刺一步法高溫環保濾料生產線是在對雙開清、雙梳理、雙鋪網和雙預刺的工藝路線進行改造的基礎上開發的，達到了一次復合成型效果，產品外觀及內在各項性能指標達到或優于同行業的水平。該生產線已連續平穩運行3年，年產針刺趈250萬m2，產品質量獲得客戶的普遍認可，部分產品已暢銷海外市場。

針刺氈產品經專業的環保濾料儀器測定，其縱、橫向的斷裂強力分別達到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下的透氣率穩定在15～20 m3/(m2·min)之間，達到或優于行業標準。

4 結語

雙預刺一步法高溫環保濾料生產線的開發僅僅是高溫濾料產品開發的核心技術的第一步。在濾料研發生產過程中應綜合考慮濾料結構設計、工藝技術設計、原料配方技術、后處理技術以及濾料應用技術等，只有采用最合理的結構設計、最合適的生產設備和最先進的生產工藝，并對相應的濾料性能、濾袋壽命、濾袋失效等進行深層次分析，才能開發出適應不同工況需求的高溫環保濾料產品。

［1］產業用紡織品行業政策匯編［G］.北京：中國產業用紡織品行業協會，2012：25-38.

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