熔体纺丝成网系统接收装置的技术进展

摘要：由熔体直接纺丝成网是一种重要的非织造布生产工艺，目前其产量已占非织造布总产量的近一半。在熔体纺丝成网系统中，接收装置用于接收纺丝系统产生的纤维并形成非织造纤网，辊筒接收主要用于熔喷系统，而各种形式的成网机则是目前最主要的接收装置。本文对辊筒式装置和成网机的结构特点、运行方式及分类等进行了详细介绍。

关键词：熔体纺丝成网；SMS；辊筒接收装置；成网机接收

中图分类号：TS173.3 文献标志码：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

纺粘法、熔喷法均是直接将聚合物原料熔融后，由熔体直接纺丝成网的非织造布生产工艺，在纺粘法非织造布、熔喷法非织造布或纺粘/熔喷/纺粘（SMS）复合法非织造布生产线中，都需要利用接收装置来接收由纺丝系统所产生的纤维，并形成非织造纤网。

由熔体直接纺丝成网的设备一般是立体布置的，接收装置是布置在地面上的设备，处于地面主流程设备的最上游位置。在熔喷法生产线中，由于纤网在接收装置上可利用自身的余热固结成熔喷布，纺丝系统的下游就没有纤网固结设备，只有用于收集产品的卷绕机；在纺粘法或SMS生产线中，所收集的纤网还需要经过固结处理才能成为产品，因此其下游就是纤网固结设备，最常用的就是热轧机。

目前，按接收纤网所用的载体来分，接收装置在技术上主要分为两大类型：一种是利用“辊筒”（滚筒）接收，主要用于独立的熔喷法非织造布生产线，特别是一些小幅宽的熔喷系统；另一种是使用网带接收，这种接收载体广泛应用于纺粘法系统、熔喷法系统、SMS复合系统，这种接收装置一般称为成网机。

1 辊筒式接收装置

1.1 辊筒的结构特点

辊筒接收是很多小型熔喷系统所采用的接收方式，接收辊筒的结构有两种结构形式，一种是表面光滑的中空金属圆柱体，由电动机驱动回转。辊筒无需设置抽吸风系统，结构很简单。由于纤网直接与导热良好的金属表面接触，金属材料能使纤网迅速冷却、粘结成平整的熔喷布。另一种是表面为网状多孔结构的接收辊筒，并由电动机驱动旋转，内腔为固定不动的内胆，利用轴承将接收辊筒支承定位，内胆中设置多个分流间隔，并利用多层套管式管道与抽吸风机连接，以保证幅宽方向抽吸气流的均匀性（图 1）。

内胆仅在与接收纤网对应的部位开设了一道缺口，对应的圆心角一般小于90°。抽吸风机利用内胆的这个气流通道与辊筒外层相连，牵伸气流透过外层的网状结构被抽吸风机吸走，而纤网则被阻截在金属网表面并利用自身余热固结成熔喷布，然后随转动着的辊筒在卷绕张力作用下被从表面剥离，卷绕成产品布卷。这种辊筒的结构较复杂，造价很高，除了在熔喷系统应用外，类似结构的辊筒有时还用作“二次成网机”的转移辊筒，其功能是将一台成网机所形成的纤网转移到另一台（主）成网机上，再叠层复合成多层结构的纤网。

1.2 接收方式

根据牵伸气流与水平面的角度，接收方式分为水平接收及垂直接收两种形式，气流与水平面垂直时称为“水平接收”，气流与水平面平行时称为“垂直接收”。

辊筒是小幅宽熔喷系统常用的接收装置，由于采用垂直接收方式时，全部设备都可以直接布置在地面上，无须配置复杂的钢结构及悬挂系统，具有造价低、操作方便等特点。因此，小型熔喷系统大都采用垂直接收方式（图 2 ～ 图 4）。

利用辊筒接收时，根据接收辊筒的数量，可分为单辊筒接收和双辊筒接收两类。单辊筒接收结构简单、体积小、造价低廉；有的双辊筒接收系统还可以利用调整两个辊筒间的中心距和接收位置的方法，来控制熔喷布的结构及蓬松度，但结构复杂，造价较高。

2 成网机接收

除了一些“往复式”熔喷系统利用网带的垂直面接收纺丝系统产生的纤维外，绝大部分成网机都是利用其水平工作面来接收纺丝系统形成的纤维并铺成均匀纤网的，也属于水平接收。

成网机是生产线中的核心设备，其技术水平对纤网的形成过程、运行的稳定性、产品的均匀性等有很大的影响。网带接收是熔体纺丝成网生产线的主要接收方式，非织造布生产线中的成网机主要由机架、驱动装置、网带、纠偏装置、张紧装置、压（或密封）辊、网下吸风系统、辅助设施、控制系统等组成。

2.1 一次成网接收与“一步法”复合

目前，由熔体直接纺丝成网的商品生产线，不管纺丝系统数量的多少，从只有一个纺丝系统的生产线直至有 7 个纺丝系统的复合型生产线，一般仅有一台成网机。所有纺丝系统所纺出的纤维都是由这一台成网机接收、并顺次形成预定结构的纤网，因此被称为“一次成网工艺”（图 5）。

“一次成网工艺”类似通常的“一步法叠层复合工艺”，在这里所以使用“一次”这个概念，是相对于后述的“二次成网工艺”而言，主要表示所有的纤网都是在同一台成网机上、直接由熔体纺丝成网的。在复合工艺中，“一步法叠层复合工艺”也是由熔体直接纺丝成网，然后叠层复合在一起，常用于制造SMS型产品。所不同的是以此为基础，还可以衍生出“两步法”及“一步半法”两种复合工艺。这里所说的“步”，是指制造产品中各层结构的步骤。

如各层纤网都是直接由熔体纺丝成“网”、然后叠层复合、固结成布，则这个工艺过程称为“一步法”叠层复合工艺。很显然，复合过程一般是在一台成网机上进行的，我国在20世纪末首次从国外引进这种设备，这是目前非织造布行业发展最快、使用最为广泛的一种复合工艺。

2.2 二次成网工艺

在20世纪90年代初，已出现在一条生产线上使用两台成网机的“二次成网”工艺（图 7），这种工艺主要用于有多个纺丝系统的SMS型复合生产线。在非织造布技术发展过程中，还出现过由辊筒接收与网带接收两种形式组合的生产工艺。

在使用二次成网工艺时，需要两套接收装置同时协调运行，才能生产出SMS型复合产品。因为每个纺丝系统都是在对应的成网机上由熔体纺丝成网（一次），然后将在不同成网机上所形成的纤网“再次”复合形成最终产品所需的多层纤网，因此称为“二次成网”工艺。由于二次成网工艺对只有 3个纺丝系统的生产线意义不大，故更适用有 4 个或更多纺丝系统的生产线。

在现有的技术方案中，还有使用多台成网机的二次成网工艺，但由于成网机数量多，结构太复杂，占用空间大，布置困难，目前仅停留在创意阶段，没有得到实际应用。

随着技术的进步，一次成网技术已成熟，即使是有 7 个纺丝系统的SSMMMSS型生产线，其生产过程完全能在一台成网机上顺利进行。但不管生产线使用一次成网工艺还是二次成网工艺，其成网机的结构及原理基本都是一样的。

2.3 主、副成网机接收

在一些SMS型生产线上，为了充分发挥设备的潜力，可能会并列配置两套成网装置，其中布置在生产线主流程的“主”成网机用于生产SMS型产品，而在其一侧还平行设置有一套小的“副”成网机和卷绕机，专门供处于“离线”状态的熔喷系统生产熔喷产品（图 8）。当生产线以这种方式配置、生产SMS型产品时，只有主成网机投入运行，而副成网机处于闲置状态；当需要生产熔喷布时，熔喷系统离线，两套成网装置各自独立运行，互不相关。这种配置的优点是不用购置一条独立的熔喷生产线，分享了主流程的设备资源。

3 按结构特点分类的成网机

为了适应不同的工作需要，成网机还有多种结构形式，具体如下。

3.1 固定型成网机

这种成网机固定安装在车间地面上，是熔体纺丝成网生产线成网机的主要形式，主要用于纺粘法生产线和SMS型生产线。现代的多纺丝系统生产线，其产品名义幅宽可达 5 ～7 m，MD方向的长度可达30多米，所配套网带的展开长度可大于70 m，并且有大量的大口径工艺气流管道相连。由于成网机的结构尺寸很大，约束因素很多，一般都是固定安装在生产车间的地面上。

3.2 可局部摆动的成网机（与三辊热轧机配合使用）

成网机输出段的摆动过程常由带自锁功能的电动机构实现，以便使输出端停留在行程内的任意位置。如生产线配置Y型三辊热轧机，在转换花辊时，由于纤网的喂入高度没有发生变化，成网机也就无需设计成可摆动型了。

3.3 可移动型成网机

为了能提供足够的热轧机维修空间，有的生产线则将整台成网机设计为可移动型。成网机由多个轮子支承，在拆卸相关的约束连接（主要是抽吸风管、线缆）后，成网机便可沿着地面上的轨道移动，在热轧机的上游方向让出足够的作业空间。在一些只有两个纺丝系统的引进生产线中，其成网机就设计为整体可移动型。

在独立的熔喷生产线上，为了进行安装、拆卸喷丝板作业，或在停机、开始纺丝阶段保护成网机的网带，必须使纺丝箱体与成网机分离，这种互相分离的运动就叫“离线”；而将处于离线状态的纺丝箱体回复工作位置称为“在线”。

目前有多种“离线”方案可供选择，如成网机不动、纺丝箱体运动离线，或纺丝箱体不动、成网机运动离线。当采用移动成网机的方式“离线”时，成网机要设计成可移动型。当需要离线时，解除各种约束后，成网机便可以沿MD（纵向）或CD方向（横向）通过铺设于地面上的轨道运动离线（图10）。大部分国产的独立熔喷生产线都是采用沿MD方向的“上游”移动的方式离线，因为成网机的下游还布置有卷绕机，而CD方向两侧有抽吸风装置，只有在上游方向没有障碍设施，存在可以离线的空间。

对于一些带有冷却侧吹风装置的熔喷系统，如果侧吹风装置可以移动，则仍可沿MD方向的“上游”移动离线；但对于一些带有固定的冷却侧吹风装置的熔喷系统，由于受吹风装置的约束，只能沿CD方向一侧作离线运动（图11）。而一些按主、副方式设置的“副”成网机，则是沿生产线的MD方向的下游离线，即沿着向卷绕机靠近的方向离线，以便腾出上游的空间供更换喷丝板作业使用，并保持一条物流通道。

3.4 可升降型成网机

在熔喷法纺丝系统的生产过程中，经常需要调节纺丝箱体与接收装置间的距离（简称“DCD”调节），由于升降纺丝箱体牵涉到熔体制备系统的大量设备和钢结构，体积大且重，机构复杂。因此除了SMS生产线中的熔喷系统及少数机型采用这种方案外，大部分熔喷系统都采用升降成网机的方法来调节DCD，这时成网机就要设计为可作升降运动的形式。

有的熔喷系统在调节DCD时，仅仅是纺丝箱体做升降运动，而运动的纺丝箱体与固定的熔体制备系统之间则依靠活动连接或软连接管道输送高温的压力熔体，机构较简单，而成网机就无需做升降运动了。前文中图 3 是一台接收装置既可做升降运动又能沿水平方向移动的垂直接收型熔喷系统，但升降运动并非用于调整DCD，而是用于改变辊筒接收纤网的位置，从而达到调整纤网结构的目的。

在SMS生产线中，由于成网机是多个纺丝系统共用的接收设备，外形尺寸很大，成网机既不便升降也不能做离线运动，因此熔喷系统只能采用升降纺丝系统或仅升降纺丝箱体的方法来调节DCD，同时也是利用移动纺丝系统的方法来实现离线运动。

3.5 既可以移动又能升降的成网机

这种成网机主要用于独立的熔喷系统，沿水平方向的运动是“离线”运动。当纺丝系统停机、维修、更换纺丝组件时，成网机就要处于离线位置，熔喷生产线的成网机基本上都是沿MD方向“上游”离线的。因为在成网机的“下游”有卷绕机或其他设备，两侧有成网机的风管等固定设施，只有这个方向的障碍物最少。对于设置有冷却风装置的熔喷系统，如果冷却吹风装置不能移动，纺丝系统只能沿CD方向运动离线，国外有的熔喷生产线会使用这种离线方式。

当纺丝系统采用升降成网机来调节DCD时，成网机就需具备升降功能，用于调节与喷丝板间的距离。这种成网机利用升降机构安装在可以沿地面轨道移动的底座上，成网机便具有既能沿水平方向移动又可做升降运动的功能（图12）。

3.6 可倾侧型成网机（图13）

有的熔喷系统的成网机可以绕CD方向的轴线倾侧，使网带的水平接收面从与牵伸气流垂直的状态变为大于90°（上游方向）或小于90°（下游方向）的状态。由于这种成网机在倾侧后，在MD方向的不同位置 DCD是不一样的，DCD值较小的位置，纤网的密度较高，而在值较大的位置，纤网的密度较低，能在一定程度上改变纤维在接收网带MD方向表面的铺网“长度”及纤网的结构，从而改变产品的特性。

3.7 可回转型成网机

由于一般的生产线无法改变铺网宽度，当顾客需要的产品总宽度w小于生产线的铺网宽度W很多，而剩余部分又不足以获取一个所需规格的“子卷”产品时，通常的做法只能将多余的合格产品当成废料切除掉，导致生产线的合格品率下降，生产成本升高。这是日常生产过程中经常要面对而又缺乏有效改进措施的问题。可回转型成网机是应对这个难题的有效技术手段，对市场需求有更强的灵活性和适应性。这种成网机的抽吸风箱（及其纺丝系统）可绕垂直轴线在水平面转动，从与生产线MD（或CD）方向垂直（或平行）回转一定的角度α（αmax

可回转型成网机除了能十分灵活地适应客户的幅宽要求外，还能保证生产线的产量不会随幅宽发生变化，而且由于纺丝箱体回转后，单位铺网宽度的喷丝孔数量增加，产品的均匀度也会更好。可回转型成网机实际上是一种可变铺网宽度的设备，其基本结构与一般的成网机相似，但增加了一系列为配合调整铺网宽度的相应机构，这种技术被应用于结构较为简单、使用开放式纺丝通道的熔喷系统。

可回转式成网机并非成网机作整体运动，仅是成网机的成网风箱在接收网带下、绕着通过纺丝系统MD与CD方向中线的交叉点的虚拟垂直“轴线”，在水平面上回转。此外，由于纺丝箱体、冷却侧吹风装置也要跟着成网风箱同步运动，因此成网风箱与抽吸风机之间的管道连接、侧吹风的吹风装置与冷却风系统间的连接、螺杆挤压机至纺丝泵间的熔体管道、热牵伸气流与纺丝箱体间的连接管道、相关的线缆都要设计成可活动型的结构。由于这种成网机的结构十分复杂，制造成本会很高，因此，虽然该技术已在本世纪初出现，但至今仅有一家美国公司曾实际使用过，全球应用这种结构的生产线也是屈指可数。但这种可变幅宽技术为实现产品幅宽的可控性、提高原料利用率、降低产品成本提供了新思路。