聚丙烯纺粘法非织造布均匀性问题的解决措施探讨

(中国纺织科学技术有限公司，北京，100176)

中国纺织科学技术有限公司在成功研制成套聚丙烯纺粘法非织造布生产线的基础上，为了提高产品质量和设备稳定性，进行了一系列的技术改造，对生产线总体设备配置进行了优化，使设备的稳定性有了大幅度提高。但是，在聚丙烯纺粘法非织造布的生产中在产品的均匀性方面尚存在一定的问题，如何使非织造布厚薄更均匀、面密度更一致和降低不匀率已经成为当前众多非织造布生产厂家面临的首要问题。本文根据目前生产中的实际情况，就产品的均匀性问题进行了探讨。

1 提高非织造布均匀性的改进建议

非织造布的均匀性与很多因素有关，但关键是要掌握好丝条牵伸和铺网的技巧，建议可以从以下几个方面加以改进。

1.1 优化喷丝板设计

在设计喷丝板时，可以采用增加孔数、减小单孔排量的方法来实现熔体总量的控制。在熔体挤出量一定时，成丝的直径减小，即意味着丝条总数增多，只要落丝均匀，对铺网均匀性必然有利。

但是，在增加孔数时必须遵循纺丝原理，考虑熔体剪切速率增加对其的制约。根据熔体剪切速率计算公式:

式中:SR——剪切速率(s-1);

Q——每个孔的吐出量(g/s);

r——喷丝孔半径(cm);

d——熔体密度(g/cm3)。

由上式可知，剪切速率与喷丝孔半径的三次方成反比，孔径减小会使孔流区熔体剪切速率升高，使熔体产生高弹形变，甚至可使熔体细流破裂，无法成纤。一般情况下，纺制聚丙烯长丝时剪切速率控制在(0.2～0.4)×104s-1，喷丝板孔径在0.4～0.6 mm之间比较合适。

喷丝孔的长径比会直接影响熔体入口到出口的松弛时间，长径比增大，则膨化率降低，熔体大分子取向性增强，更有利于丝条的牵伸。纺制聚丙烯长丝的喷丝孔长径比一般在2～4之间。

除此以外，在单位面积不变的情况下增加孔数，还应考虑孔距的减小容易造成丝条冷却不好、并丝增加等一系列问题。因此，喷丝板的优化设计一定要全面考虑各方面的影响因素。

1.2 优化牵伸系统

“丝的线密度越小，纺丝成网质量越均匀”已经成为纺粘非织造布生产中的共识。当牵伸风的速度增加时，丝条在摩擦力的作用下速度也会增加，丝条张力和牵伸倍数相应增大，从而提高纤维的拉伸性能、耐磨性以及达到所需的纤维线密度。

在增大牵伸风速度的同时必须有许多工艺环节予以配合。影响纤维线密度的纺粘工艺参数包括聚合物挤出量、熔体温度、气流的冷却温度、冷风压力和吸风速度等，它们之间存在相互联系和相互制约的关系。一般来说，聚合物挤出量小，熔体温度高，冷风压力大，都能使纤维线密度减小;当牵伸风道间隙一定时，气流冷风温度高，吸风速度大，也能使纤维线密度减小。另外，牵伸风道和扩散风道的高度及出口间隙都对风和丝条有极大的影响，但由于其关系错综复杂，大多需要动态调整，因此建议有条件的生产线可将牵伸风道出口尺寸等关键部分设计成具有可调节性，这将给拓展工艺调整带来很大的空间。

1.3 确保牵伸风和扩散风系统的协调控制

冷却牵伸和分丝成网部分全都是凭借气流提供的外力来完成的，因此牵伸风系统和扩散风系统调节得好，不仅可使丝条成网均匀，而且也会相应提高强力和伸长等内在质量指标。

丝条线密度、产品均匀度、外观质量与丝条的冷却效果有密切的关系。在确定冷却方式时要着重考虑冷却气流与丝条热交换的能量传递。从喷丝孔喷出的熔体细流，会放出大量的凝固热，必须对此热流进行热交换，故熔体离开喷丝板10 mm左右时就要对其进行冷却吹风，要求每一根丝条都能得到均匀的冷却，且冷却风对丝条的扰动要尽量小。因此，侧吹风对丝条线密度及产品质量的影响至关重要。

在侧吹风系统的设计方面已进行了大量的工作，包括侧吹风高度的计算，加多孔板增大阻尼以提高冷却气体的风压，选择合适目数的不锈钢丝网，提高侧吹风窗的密封性等。目前在侧吹风的硬件方面似乎很难有大的改进，但在软件方面还可以进行探索。例如:在实际生产中进一步提高风温、风压控制的稳定性，使用闭环控制系统控制风压，加强对侧吹风系统定期清洁工作的管理，建立相应的规章制度等。

抽风吸网装置结构也会影响成网均匀性，有可能导致纤网不匀、翻网和薄边等现象的出现。

在生产中，冷却风、抽吸风和自然补充风之间的配合与调节是不容忽视的重要环节。

2 产品的外观质量指标分析

非织造布的不匀性在产品的外观质量上主要表现在布边偏薄、布面云斑和布面并丝等几个方面。

2.1 布边偏薄

在牵伸系统中，风道两端板的距离与喷丝板的总长度是一致的，喷丝板有孔位置的长度要比总长度小，这就意味着喷丝板的有效长度要小于纤网的幅宽，所以从喷丝孔两端附近下来的丝要分走一些到边上，这就会造成布面两端偏薄。一般情况下，两端的布都要被分切掉，对生产没有影响;但在生产薄型或者超薄型非织造布时，两端纤网太薄，强力也低，易造成翻网、缠辊、烂边等现象，这就会给生产造成影响。通常的解决办法是用遮挡或减小自然补风口缝隙的方法来使两端布边变厚。

2.2 布面云斑

在宽狭缝牵伸设备中，丝条是通过气流来铺网的，产品或多或少都存在一定的云斑现象。经过观察分析，云斑现象是丝条从牵伸通道进入扩散风道的过程中由于风速突然降低被迫减速呈螺旋状向下运动，易在网面形成片状堆积而产生的，这属于正常状态。但如果是丝条扩散不充分，或者是气流密度不够、侧吹风的冷却气流不均匀等原因引起的丝条之间互相粘连缠绕而导致的网面云斑变大变深，则必须引起重视，需针对具体问题分析原因，加以处理。在问题原因不易判断的情况下，也可以靠调节工艺参数的方法来弥补。调节风量有可能减轻云斑现象。

2.3 布面并丝

并丝是多根单丝缠结在一起而形成小丝束固结在非织造布表面上的现象，对非织造布的外观质量影响很大。并丝太多也会产生布面不均匀，尤其是薄型产品，看上去特别显眼。从气流牵伸原理可知，气流牵伸是靠高速气流与长丝之间产生的摩擦力实现的。在摩擦力的作用下，不但使长丝得到牵伸，同时也使其带上大量静电荷，由于有静电的排斥作用，加上气流在接近网面时的扩散作用，正常情况下是不会产生并丝的。并丝的产生大都与挤压纺丝的挤出量、冷却风是否均匀有关。而牵伸和成网过程的某一环节异常也会使高速气体产生紊流，如风道中有单体和挂丝，侧吹风或补风不均匀，网帘透气性异常等都会影响气流的稳定性，这些因素都有可能导致并丝的产生。并丝产生的原因应首先考虑冷却风的影响，丝条冷却不够和风力不匀都会使丝条缠结。如果是喷丝板面(或孔)有问题，一般只会产生注头丝和断丝，而产生并丝的可能性不大。因此，开机前应仔细检查风道及相关部位是否有异常情况，发现问题及早解决。

3 不匀率不达标的原因分析

非织造布均匀性的综合指标通常用重量不匀率，即变异系数(CV)来表示，其行业标准是CV＜7%。

纺粘法非织造布的均匀性取决于长丝在纤网中的分布状况。长丝在成网时由于牵伸风道较长，影响因素太多，网帘上的铺放量会存在一定的差异，反映在面密度存在偏差，这也是纺粘法非织造布的不足之处。对于厚型产品影响较小，但对薄型产品特别是薄型着色产品影响较为明显。引起CV值太大的原因可能有以下几个方面:

(1)模头各区温度存在偏差。模头的温度越高，熔体的流动性越好，因此对应温度高的加热区位置的纤网就偏厚，而对应温度低的加热区位置的纤网就偏薄。

(2)侧吹风金属网使用时间过长变脏。虽然冷却的气流在进入侧吹风箱前作了过滤处理，但是气流中还会有少量未排净的油状单体和灰尘聚结在侧吹风金属网上，使网面透风不匀，风的波动会引起丝条湍动，造成布面局部面密度偏差。

(3)补风口进风不均匀。补风是由于网下的吸风和高速气流产生的负压而进入扩散风道的。补风口一般都经过精加工处理，一般不会有大问题。在补风口有吸风的条件下，补风口宽的位置上纤网会变薄，而补风口窄的位置上纤网会变厚。基于上述原理，在生产中解决布面有“火车道”问题时，补风口的调节可以作为应急的调整方案，但必须说明的是此做法并非良策，应该从根本上找出问题的关键，作针对性的处理。

(4)网面吸风波动过大。吸风波动的原因是多方面的，包括网帘运动和透气不均、抽风风机转速不稳定等，其中最重要的原因是网上或网下局部密封不好，造成一定区域气流杂乱，影响铺丝成网，从而出现多种布面问题。特别是网下的问题很难发现，应引起高度重视。

4 结语

聚丙烯纺粘法非织造布的均匀性与设备的性能及配置相关，与电控系统的控制精度及稳定性相关，与工艺的合理调节及综合管理相关。工艺调节主要是根据用户提供的质量要求来修正工艺参数，使生产工艺达到最佳的工作状态。稳定和连续的开机是工艺调整的前提条件，因此工艺的调整必须严谨。只有这样，非织造布的均匀性问题才会实现真正意义上的突破。