高效湿法水刺技术助力生产可持续非织造布

余世伟 爱康美（上海）新材料科技有限公司

一 可持续湿法水刺非织造布概况

湿法水刺非织造布可以使用天然纤维为原材料，是近年来发展较快的可持续材料之一，备受市场关注。主要原料为木浆、粘胶纤维和莱赛尔纤维。近年来，湿法水刺非织造布原料范围扩大，包括黄麻纤维、椰子纤维、棉花纤维、碳纤维、芳纶纤维和蔗渣纤维等。

湿法水刺非织造布应用广泛，主要包括湿厕纸、婴儿擦拭巾、消毒擦拭巾、卫生巾、溢乳垫、玻璃纤维工业用品、锂电池隔膜及碳纤维基布等。

二 可持续湿法水刺非织造布生产技术现存问题

在发展过程中，可持续湿法水刺非织造布的生产技术也存在一些问题，主要有以下几个方面：

其一，产量低。造成产量低的主要原因有两大方面：设备配置比较低，水泵流量、电机功率等因素造成流量不足，无法高速流动成网；制造精度低，设备焊接精度，光洁程度较差。这两大因素最终导致强度不够、疵点严重、均匀度差，因此需降低产量保证生产，导致单位成本激增。

其二，能耗高。目前多数国产湿法水刺生产线采用纺织用小直径烘筒进行接触式干燥。烘筒干燥成本远高于热风穿透干燥，且不存在热循环和余热利用，具体成本如表1所示。

表1 不同干燥方式的成本

其三，数字化程度低。数字化程度低导致纤网质量不稳定，工艺频繁修改，设备生产效率低。自动化程度低就需要多人维护生产线，因此人工成本增加。同时还会导致备品备件消耗增加，原材料消耗增加，水处理的负载压力增加。以上问题综合导致生产线运行成本居高不下。

三 可持续高效湿法水刺非织造布生产技术

针对以上3类比较突出的问题，安德里茨推出了最新的解决应对办法。安德里茨高效湿法水刺非织造布生产线的组成部件主要包括：制浆系统、开松/混合系统、高速梳理机、湿法成网系统、水刺机、热风节能系统、烘干机、收卷机，并在智能控制、烘干机结构提升和节能、水循环高效利用方面实现了突破。

图1 安德里茨湿法水刺非织造布生产线示意图

1 智能控制系统

METRIS OPP数字化生产系统能够增强工艺稳定性、提高设备利用率、增加总产能、产线各部分快速响应、降低能源成本、降低原材料成本和支持远程不停机诊断。

在提高工艺稳定性方面，传统的工业PLC控制只能看见参数设定，无法和其他工序进行有效沟通，也无法看到电机目前的运行情况和各个部件的机械温度变化。METRIS OPP智能控制系统可以清楚地看见各个单元的电机运行情况、效率分析，同时可以随时随地的进行远程技术支持，提高了工艺稳定性。

图2 传统和智能控制系统显示差异

工艺性能优化，降低能源成本。以热风穿透式烘干机的监控为例，智能控制系统会持续监控生产线烘干参数，当设备出现偏离正常工作范围后发出提示，为客户的生产工艺调整提供支持。

图3 智能控制系统发出提示

METRIS OPP数字化生产系统还会根据各个参数点反馈的数据自动修复设备保养意见，避免过度保养或者漏掉保养。并且支持一键切换订单，根据生产订单安排自动改变喂料系统，根据生产线产量情况自动安排切换时间，最大程度节约订单切换过程中的原材料损耗。同时还可以和企业APP小程序联动，客户可以实时查看订单生产状态、订单成本情况、订单产品目前的次品情况、损耗情况及能否按时交货。

Metris OPP系统已经发展多年，有很多成功的应用案例，如土耳其的Sapro水刺非织造布工厂在安装Metris OPP系统后，工厂产量得到显著提升，原料消耗明显下降。工厂的生产效率，包括成品率、备件损耗和原材料意外损耗都在安装前和安装后出现明显的变化，每年产生的成本高达990万元人民币。

2 烘干机结构提升和节能系统

目前市场上主流的两种烘干机网型——冲孔网和焊接蜂巢网。冲孔网的主要缺点是开孔率低，最高开孔率55%，不利于热风的高效利用，影响烘干效果，造成能耗上涨。焊接蜂巢网虽然解决了开孔率的问题，但这种结构对焊接工艺要求高，同时会造成圆网本体重量过高，增加设备制造及维护成本。

安德里茨最新的U型转鼓的设计特点包括：超大开孔率，面积高达96%；可在低压下实现高流量气流，从而实现极为有效的干燥；U型转鼓由100%不锈钢制成；工作宽度可达6m，生产线最大转速1,200m/min。上下两个圆网热流独立运行，互不干扰。这种设计的优点是节约场地，同时增加包角和行程，热能利用率大大提升，最大限度利用能源，减少碳排放。

图4 冲孔网和U型转鼓热能效果对比

表2所示为烘干设备改进后能耗对比。可明显看出前后变化，通过改进结构可以使热能得到有效利用从而降低能耗水平。

表2 烘干设备改造前后的能耗和成本对比

另外，烘干机运行过程中会排出大量的湿气，这部分的热能很可观。通过设计改造，安德里茨推出了创新的脱水解决方案，采用烘干机的排湿热源，通过热风喷嘴加热抽吸区域，提高抽吸效果。水刺非织造布进入烘干机水分含量可以降低35%，节约天然气用量。从表3可以看出，此改造带来每年约10万欧元的收益。

表3 脱水系统改造前后的能耗对比

3 水循环高效利用

表4 水循环系统节约用水情况

全闭环水处理循环系统，水利用率达到98%（接近0排放），且占地面积小（缩小30%面积），水利用率高（98%以上循环率），排污管道定点分流，可以智能控制药剂比例（根据浊度），最大限度减少了反冲洗次数。