化學(xué)纖維行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動力

M. Reichwein

歐瑞康管理公司 歐瑞康化學(xué)纖維部(瑞士)

可持續(xù)發(fā)展需要新的循環(huán)利用和自動化技術(shù)。在現(xiàn)代化、數(shù)字化和自動化的化學(xué)纖維生產(chǎn)體系中，化學(xué)纖維的可持續(xù)生產(chǎn)在人工智能的幫助下得以實現(xiàn)。

可持續(xù)發(fā)展逐漸成為社會關(guān)注的焦點，“未來星期五”運動使許多國家的國民產(chǎn)生一種新的環(huán)保意識。同時，有關(guān)塑料和食物鏈中的微塑料對海洋產(chǎn)生嚴(yán)重污染的新聞也越來越令人擔(dān)憂。消費者對可持續(xù)制造業(yè)的期望值不斷提高。未來幾年中，紡織行業(yè)越來越多的知名品牌將采用100%可回收或有機回收的材料制造服裝。

可持續(xù)發(fā)展對紡織行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈而言是一個挑戰(zhàn)，需要徹底的反思并提出新思路。可持續(xù)生產(chǎn)不僅包括回收材料的生產(chǎn)過程，還需合理利用新技術(shù)和數(shù)字化資源，提高生產(chǎn)效率，避免資源浪費。

英國布里斯托Eunomia研究與咨詢新技術(shù)和數(shù)字化資源公司公布的一項研究顯示，2016年海洋中超過80%的塑料廢料來自各大洲。這些廢料主要為散落在海灘和海底的飲料瓶和塑料包裝。如今，備受關(guān)注的微塑料占海洋塑料廢料總量的7.7%，而紡織品僅占海洋塑料廢料的1.5%。

1 循環(huán)利用廢料的解決方案

當(dāng)前，急需一種讓全社會不再向外部環(huán)境排放塑料廢品的技術(shù)。德國歐瑞康公司的子公司BB工程有限公司開發(fā)的緊密紡絲系統(tǒng)，可采用合適的紡絲工藝將瓶片直接加工為紡織紗線。基于此，使用良好的瓶片材料能夠?qū)崿F(xiàn)具有高轉(zhuǎn)化率的高效紡絲加工過程。該系統(tǒng)提供了一個獨立的解決方案，配備有必要的切片干燥裝置、脫氣擠出機和過濾裝置，且能自主運行。

針對在初始階段無法保證瓶片質(zhì)量的問題，解決思路是首先將瓶片制成聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)顆粒，然后使用標(biāo)準(zhǔn)紡絲體系進行紡絲。在這一回收過程中，PET材料繼續(xù)被熔融。盡管所有的技術(shù)方案都能通過使用真空來避免熔體黏度下降，但卻無法完全排除其對熔體質(zhì)量的影響。

化學(xué)品的回收是當(dāng)前最受關(guān)注的PET廢料回收工藝流程之一。在該流程中，塑料瓶片和紡織紗線等聚酯廢料能夠通過糖酵解轉(zhuǎn)化為其低聚物的混合物。隨后，通過過濾及其他步驟精制對苯二甲酸乙二醇酯，直到其完全純化。在下游的縮聚過程中，可以將所得對苯二甲酸乙二醇酯再次加工為PET，或在相應(yīng)的階段，將其添加至現(xiàn)有系統(tǒng)的主要工序中，在此過程中轉(zhuǎn)化為聚酯。

目前，歐瑞康化學(xué)纖維部已安裝有縮聚系統(tǒng)，其PET日產(chǎn)量超過900 t。高效、高質(zhì)量的PET循環(huán)利用理念和系統(tǒng)進一步提升了現(xiàn)有技術(shù)。

圖1 智能工廠中的工藝流程和設(shè)備相互聯(lián)系以確保高效且高質(zhì)量的生產(chǎn)(圖片來源：歐瑞康化學(xué)纖維部)

2 防止浪費和減少能耗的技術(shù)

為實現(xiàn)材料的封閉式循環(huán)，所采用的高效系統(tǒng)及工藝以盡可能減少能源和材料的使用以避免不必要的消耗。當(dāng)前，紡織行業(yè)有幾種選擇：除經(jīng)濟高效的設(shè)備和系統(tǒng)外，還包括智能化流程和日益重要的自動化和數(shù)字化技術(shù)。

用于聚酰胺6(PA 6)聚合的新技術(shù)可確保己內(nèi)酰胺的高效配置，在內(nèi)酰胺回收過程中，有關(guān)二聚體水解的專利技術(shù)使得系統(tǒng)在實際操作中不會產(chǎn)生廢料和對環(huán)境有害的廢水。此外，對系統(tǒng)進行清潔時基本不需要關(guān)閉，這使其運行效率和盈利水平大幅提高，減少了浪費，并確保了工藝過程的穩(wěn)定性和一致性。這種工藝技術(shù)豐富了公司的產(chǎn)品，從而使紗線生產(chǎn)商可以從單一渠道獲得生產(chǎn)PA 6紗線的優(yōu)化組合系統(tǒng)方案。該方案的供應(yīng)商目前可提供用于生產(chǎn)聚酯和PA 6紗線的技術(shù)，該技術(shù)通過優(yōu)化組合使得生產(chǎn)廠家從制備聚合物到成品發(fā)貨這一全流程實現(xiàn)了效率的最大化。所有組件都帶有一個電子版節(jié)能證書，即這些工藝流程所消耗的能源比市場的標(biāo)準(zhǔn)替代品少得多。如SP 8噴絲頭的設(shè)計使其與傳統(tǒng)的矩形噴絲頭相比能量損失降低了40%；Evo-Quench徑向驟冷裝置與標(biāo)準(zhǔn)冷卻裝置相比可節(jié)省大量的冷卻空氣；WINGs卷繞機在能源效率、損耗和質(zhì)量方面均處于市場領(lǐng)先水平。研發(fā)主要集中在組件和新一代機器設(shè)備上，這些組件和設(shè)備可使纖維生產(chǎn)更加高效經(jīng)濟。在德國漢諾威舉行的Domotex 2019貿(mào)易展覽會上亮相的新型BCF S8地毯紗線設(shè)備，其性能在地毯生產(chǎn)效率方面確立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時進一步減少了能耗。該系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如下：

——含有高達(dá)700根長絲的超細(xì)膨體連續(xù)長絲紗線，其中每根單絲的線密度為2.5 dtex；

——卷繞機的運行速度達(dá)3 670 m/min，比常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)高15%；

——系統(tǒng)效率高達(dá)99%，能耗更低；

——新的具有智能概念的人機界面(HMI)，使操作簡單且過程優(yōu)化更高效；

——筆直的紗線路徑以優(yōu)化紗線質(zhì)量；

——新穎的“Color Pop Compacting(流行色彩壓縮包)”可使紗線實現(xiàn)超過20萬種不同的顏色調(diào)配。

新一代eAFK Evo加彈機是面向未來技術(shù)的又一個實例，在eAFK加彈機的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了水平紗線路徑，即H機概念，配備了創(chuàng)新的優(yōu)化加熱器及非常緊湊的冷卻技術(shù)。除節(jié)省空間外，eAFK Evo機還具有操作快捷簡單的特點。新的冷卻原理完全不受周圍環(huán)境的影響，在制造過程中以更穩(wěn)定、準(zhǔn)確的方式冷卻加彈絲，大幅提高加彈過程中的限速喘振速度，并且可以非常準(zhǔn)確地確定喘振閾值。與上一代產(chǎn)品相比，可使加彈速度提高20%。同時，現(xiàn)代的組件(如獨立驅(qū)動的導(dǎo)絲輥和新一代加熱器)能夠使能耗降低25%。結(jié)合新的人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件解決方案AIM4DTY，能夠確保工藝質(zhì)量和生產(chǎn)設(shè)備以最高標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)運行，從而確保了加彈過程效率更高，浪費更少。

圖2 新型eAFK Evo加彈機具有非常緊湊的冷卻技術(shù)(照片來源：歐瑞康化學(xué)纖維部)

3 智能工廠：整個流程鏈上的數(shù)字化解決方案

除了在減少浪費和能源消耗方面對設(shè)備和系統(tǒng)概念進行優(yōu)化外，全面的數(shù)字化概念還為可持續(xù)生產(chǎn)裝備的設(shè)計提供支撐。紗線生產(chǎn)商的可持續(xù)特性得益于在服務(wù)領(lǐng)域、生產(chǎn)透明度和質(zhì)量控制及在人工智能的幫助下對生產(chǎn)過程進行積極監(jiān)控等解決方案，從而可在質(zhì)量或廢料損失產(chǎn)生前，避免錯誤并及時識別偏差。

“從熔體到紗線”生產(chǎn)所需一切均源于單一渠道，這一理念確保了整個紡織價值鏈中各工序間的最佳銜接。工藝參數(shù)設(shè)計與合適的設(shè)備、系統(tǒng)、組件及必要的技術(shù)同樣重要。需與智能部門協(xié)調(diào)，對所有與整個工廠生產(chǎn)流程相關(guān)的信息進行整理。為此，從聚合、紗線生產(chǎn)到打包發(fā)貨的所有流程和質(zhì)量數(shù)據(jù)都需處理，針對每位紗線生產(chǎn)商數(shù)據(jù)都進行獨立存儲，并且100%的透明度。正確無誤的操作可使公司對微小的偏差做出相應(yīng)的快速反應(yīng)，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時也避免了材料的浪費和損失。

為此，將實驗室、測量設(shè)備及紗線生產(chǎn)商的質(zhì)量控制系統(tǒng)集成在數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。以數(shù)據(jù)中心形成工廠的中央數(shù)據(jù)節(jié)點管理和存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)。除可以連接到企業(yè)資源計劃(ERP)系統(tǒng)外，該節(jié)點還可以配備不斷開發(fā)的人工智能制造(AIM)產(chǎn)品，以進一步實現(xiàn)產(chǎn)品的增值功能。

其中一個人工智能產(chǎn)品是AIM4DTY。得益于該人工智能產(chǎn)品，目前紗線制造商能夠以一種完全不同且相當(dāng)全面的方式對加彈機加彈過程中紗線張力誤差圖中的信息進行處理。迄今為止，大量的誤差圖表及對這些誤差造成的原因進行全面評估所需的專業(yè)知識使其很難確定必要的解決方案。因此，實現(xiàn)紗線質(zhì)量水平的飛躍既耗時又昂貴。以AIM4DTY為例，人工智能已經(jīng)增加了必要的專業(yè)知識，它可以實時持續(xù)地監(jiān)控整個工廠中所有設(shè)備的加彈過程。這可確保系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)偏差并提出必要的修正建議，這些建議可通過系統(tǒng)通知直接傳送給相關(guān)的系統(tǒng)操作員，并提供具體的修正建議。由于可以在早期識別誤差且不依靠操作員的專業(yè)知識而自動采取措施，因此，AIM4DTY可始終如一的高質(zhì)量生產(chǎn)，從而最大程度地降低停機時間，減少投訴和浪費，確保可持續(xù)性生產(chǎn)。

4 自動化確保可持續(xù)生產(chǎn)理念

自動化是化學(xué)纖維生產(chǎn)中可持續(xù)發(fā)展的又一驅(qū)動力。歐瑞康巴馬格自動化解決方案可用于多個工藝流程，從紗線和短纖維生產(chǎn)、實驗室功能、加彈過程中的光導(dǎo)自動化包裝質(zhì)量控制到倉庫中準(zhǔn)備發(fā)貨的包裝。無需人工打包操作的自動化物流確保了產(chǎn)品質(zhì)量，使無故障生產(chǎn)成為可能，并且實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的100%可跟蹤性，從而降低了B級和C級產(chǎn)品的比例，減少了材料的浪費。

噴絲頭擦洗機器人是一個更有趣的自動化解決方案，它可以自動完成并完全集成到設(shè)備的控制

系統(tǒng)中，每24～72 h執(zhí)行一次所需的紡絲組件清洗操作。將工作人員從繁重有害的手工操作中解放出來。

此外，自動化過程還確保了始終如一的擦洗質(zhì)量，即擦洗質(zhì)量完全擺脫了對工作人員經(jīng)驗的依賴。集成系統(tǒng)控制部門制定全面的輪班和擦拭管理計劃，使擦拭周期延長25%，提高了效率和質(zhì)量，同時減少了浪費。

5 結(jié)論

歐瑞康化學(xué)纖維部已形成了其獨特的可持續(xù)發(fā)展解決方案。然而，只有將高效的設(shè)備和系統(tǒng)與平衡的化學(xué)過程智能地連接在一起，再附以先進的自動化和數(shù)字化解決方案，才能在資源友好的纖維和紗線生產(chǎn)方面取得顯著效果。