热风黏结机的结构与工艺配置探讨.pdf

第 41 卷2023 年第 3 期产业用纺织品Technical Textiles 应用 热风黏结机的结构与工艺配置探讨汤水利1 翟江波1 张一风2 杨国全11.恒天重工股份有限公司,河南 郑州 450000;2.中原工学院 河南省纺织服装产业协同创新中心,河南 郑州 450000摘 要:对低面密度热风非织造布生产线中常用热风黏结机的形式、结构、工艺配置、性能及所生产的热风非织造布的主要特点等进行对比分析,并对热风黏结机的能耗计算方法进行分析介绍,以期在提高生产线产能与产品质量的同时,降低单位产品能耗。关键词:结构;工艺配置;热风黏结机;热风非织造布;热风循环系统;匀风板;能耗中图分类号:TS 173 文献标志码:B文章编号:1004-7093(2023)03-0043-06Discussion on the structure and process configuration of hot air bonding machineTang Shuili1,Zhai Jiangbo1,Zhang Yifeng2,Yang Guoquan11.Hi-tech Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 450000,Henan,China;2.Collaborative Innovation Center of Textile and Garment Industry of Henan Province,Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450000,Henan,ChinaAbstract:The form,structure,process configuration,performance and the main characteristics of the hot air nonwovens produced by the hot air bonding machines commonly used in the low areal density hot air nonwovens production line were compared and analyzed,and the energy consumption calculation methods of the hot air bonding machine were also analyzed and introduced,in order to improve the production capacity and product quality of the production line,and reduce unit energy consumption.Keywords:structure;process configuration;hot air bonding machine;hot air nonwoven;hot air circulation system;air uniform plate;energy consumption 收稿日期:2022-12-20作者简介:汤水利,男,1973 年生,高级工程师,主要从事非织造布成套装备研发和技术研究工作,shuilitang 引用格式:汤水利,翟江波,张一风,等.热风黏结机的结构与工艺配置探讨J.产业用纺织品,2023,41(3):43-48.TANG S L,ZHAI J B,ZHANG Y F,et al.Discussion on the structure and process configuration of hot air bonding machineJ.Technical Textiles,2023,41(2):43-48.热风非织造布(简称热风布)按单位面积质量划分,可分为低面密度热风布和高面密度热风布。其中,低面密度热风布以面密度为 1260 g/m2最为常见。这种热风布具有外观均匀、结构柔软蓬松、弹性优良1、渗透性强及质轻等特点,其生产过程中无需额外添加任何化学添加剂2,是一种理想的34 应用 产业用纺织品Technical TextilesVol.41Mar.2023卫生材料,常用作婴儿尿裤、女性卫生巾、卫生护垫、成人尿裤、成人护理垫、口罩等个人卫生护理用品的功能层。近年来,随着我国社会经济的持续发展和城镇化率的不断提高,以及人们生活水平的显著改善,个人消费理念和卫生观念逐渐转变。叠加新型冠状病毒感染疫情的深远影响,人们对个人卫生护理用品的接受程度越来越高,低面密度热风布的需求量也逐年增加,市场潜力巨大 3。1 低面密度热风布生产工艺及生产线流程配置 低面密度热风布多以双组分皮芯型复合短纤维为原料制成,其中 ES 纤维是制备低面度热风布较常用的纤维原料。ES 纤维由 2 种成分构成:芯层为熔点较高的聚丙烯(PP)或聚酯(PET),用以提供纤维强度;皮层为熔点较低的聚乙烯(PE),可在一定温度下熔融后起黏合剂作用。对 ES 纤维进行开松、梳理后,将其制成蓬松的纤网,再放入烘箱中,纤维的皮层受热后呈现出黏流态,借助表面张力和毛细作用,流向纤维间相互接触点或纤维与纤维的交叉点,使纤维间相互黏结,形成具有一定强力的非织造布 4-5。低面密度热风布生产线的常用流程配置如下:称量机粗开松机混棉机精开松机末道棉箱喂棉机气压棉箱喂棉机梳理机热风黏结机烫平机冷却装置在线检测系统卷绕机分切机包装系统。热风布生产线中的热风黏结机又称加热风箱或烘箱,是生产线中的主要设备之一,该设备对热风布的综合质量(包括纤维间黏结效果、柔软性、厚度、密度、表面平整度等)、生产线产能及单位产品能耗等有直接影响。就热风布生产线而言,不同幅宽、面密度的产品对生产工艺的要求不同,因而热风黏结机的结构、配置与性能等也各不相同。后文将仅针对适用于低面密度热风布生产的热风黏结机的结构与工艺配置进行概述。2 热风黏结机的结构、特点与性能 热风布市场需求量的逐年增长,带动了热风黏结机生产商的研发积极性,相关设备的性能迅速提升,生产线的生产速度和产能也越来越高。国内热风布生产企业主要采用国产热风黏结机进行低面密度热风布的生产。常见的国产热风黏结机主要产自台湾日惟不织布机械有限公司、台湾洁圣实业有限公司、瑞法诺(苏州)机械科技有限公司、恒天重工股份有限公司和常熟市飞龙无纺机械有限公司等公司;少数热风布生产企业采用进口热风黏结设备,这些进口设备主要产自特吕茨施勒(TRTZSCHLER)和奥特发(AUTEFA)等公司。2.1 常用的 4 种机型热风黏结机 目前,低面密度热风布生产线中配置的热风黏结机大都采用网带热风穿透的形式,其工作原理如图 1 所示。热空气在循环风机(通常采用离心风机)的吹送下经进风道、上风箱到达上风箱匀风板,在上风箱 2 层匀风板的作用下均匀且垂直地吹向纤网,使纤维受热升温直至皮层熔化并相互黏结成布,然后热空气穿过网带和下风箱匀风板进入下风箱,经由回风道、循环风机和加热装置,实现循环利用。通常,1 个热风循环系统称为 1 节烘房,生产中需根据生产线的产能、生产速度、产品面密度、产品质量等相关要求配置相应的烘房节数,并依次连接,最终形成热风黏结机的整体烘房。1隔热层;2进风道;3加热装置;4循环风机;5回风道;6网带;7纤网;8下风箱匀风板;9上风箱第二层匀风板;10上风箱第一层匀风板;11下风箱;12上风箱。图 1 热风黏结机的工作原理示意Fig.1 Schematic diagram of the working principle of hot air bonding machine热风黏结机的加热装置以电加热形式为主,也可采用蒸汽或油介质加热的形式,烘房内温度通过温控阀调节。电加热形式对设备及空间尺寸要求不44第 41 卷2023 年第 3 期产业用纺织品Technical Textiles 应用 高,易布置,安装便捷,清理方便,且具有温度控制灵敏、调节方便、升温和降温迅速等优点。网带通常采用变频或伺服调速,大都采用气囊纠偏方式。循环风机多采用变频调速,可按工艺要求改变风量和风压。不同生产商生产的热风黏结机的结构差异较大,工艺配置也各不相同,用其生产的热风非织造布的主要质量指标也不尽相同。后文将从结构、特点与性能等方面,对常用的 4 种机型的热风黏结机(分别命名为机型、机型、机型和机型)进行对比分析。2.1.1 机型 机型的热风循环流动形式如图 2 所示,相邻2 节烘房内热风进出烘房的位置为左右对称排布,若第一节烘房内热风循环系统采用上风箱左侧进风,下风箱右侧回风,则第二节烘房内热风循环系统采用上风箱右侧进风,下风箱左侧回风。本机型通常配置偶数节烘房,多采用 4 节或 6 节烘房。每个循环加热区域的风道上均配置相应的加热电阻或散热器,由配套的电气控制系统对加热装置进行调节,实现每个加热区域内温度的单独精准控制。1加热装置;2进风道;3上风箱;4上风箱第一层匀风板;5上风箱第二层匀风板;6回风道;7下风箱;8网带及纤网;9下风箱匀风板;10过滤网。图 2 机型热风循环系统流动示意Fig.2 Flow diagrams of hot air circulation system for model 机型的主要特点如下:(1)相邻 2 节烘房的循环加热区域采用左右交叉的进风和出风形式,以降低单个循环加热区域在机幅方向上风速、温度的差异。配置多层(通常为2 层或 3 层)不同透气率的匀风板(常采用厚约2 mm 的不锈钢板经冲孔制作而成,网孔直径为 510 mm,透气率为 8%20%),进一步提高整个烘房内热风风速、温度的一致性,确保纤维皮层黏合均匀,所得热风布表面手感柔软度相近。(2)每节烘房均配置独立的加热装置(含温度控制系统)和循环风机,可根据工艺要求实现温度的单独精准控制。(3)匀风板的透气率较高,对热风产生的阻力小,能耗低。(4)匀风板、过滤网等拆卸方便,利于清洁保养。(5)进风道、上风箱、下风箱及回风道等对称布置,设备的内部结构较复杂。(6)加热装置、循环风机通常置于设备顶端或在其左右两侧对称布置,对外形美观性稍有影响。2.1.2 机型 机型的整体烘房内沿网带运行方向布置有多个狭长且上下对应的小风箱(图 3)。为便于制造、运输、装配和维护保养,通常将整体烘房分为 4 节或6 节,单节烘房内有 46 组小风箱。上风箱的出风口和下风箱的进风口均由 2 个宽约 20 mm 的狭缝组成,狭缝宽度在机幅方向上可以按工艺要求在1030 mm 内分段调节。加热后的热风从上风箱的一侧进入,通过过滤网、上匀风板后穿过纤网、网带,从狭缝调风板进入下风箱,最后由循环风机抽出并实现循环利用。下风箱内部在机幅方向上采用不锈钢薄板分隔成相对独立的小区域,通过狭缝调风板实现下风箱出风口宽度的调整。1下风箱;2狭缝调风板;3上匀风板;4过滤网;5上风箱;6分隔板;7网带及纤网;8狭缝调风板。图 3 机型热风循环系统流动示意Fig.3 Flow diagrams of hot air circulation system for model 机型的主要特点如下:(1)循环风机风压较高,穿透力强,穿过纤网的热风风速较大(6 m/s),纤维皮层熔化黏合性好,适用于生产速度较高的生产线,生产面密度较小(18 g/m2)的薄型热风布时需慎重选用6。然而,该机型穿过纤网的热风风速较高且气流相对较集中,对纤维层施加的压力较大,所得热风布与其他机型生产的热风布相比较薄,且纤维间黏合得更牢固,54 应用 产业用纺织品Technical TextilesVol.41Mar.2023因此制成的热风布手感较硬。(2)单节烘房内小风箱的风量调节方便。(3)小风箱可方便地从烘房内抽出或装入,清洁维护便捷。(4)加热装置及风道等均位于设备内部,外形美观。2.1.3 机型 机型标准配备 7 节烘房,其中前 6 节为加热黏合区,最后 1 节为冷却区。前 6 节烘房均设有测温元器件和控制系统,可实现温度的自主调控。机型热风循环系统流动示意图如图 4 所示。该机型每节烘房均设有 2 组相对应的上、下风箱。上风箱内有 2 层透气率不同的匀风板,下风箱内有 1 层匀风板。循环风机将热风由进风道送至上风箱匀风板上方,热风通过 2 层上风箱匀风板后穿透纤网,从下风箱匀风板和回风道回流至加热装置,实现循环利用。相邻 2 个加热区之间用隔板隔开,以免不同加热区的热风相互干扰。为提高机幅方向热风风速、温度的均匀性,相邻 2 个循环加热区域也采用左右交叉的进风和出风形式,并交替布置。最后 1 节烘房不设加热系统,通过循环风机将外界的冷风输送至烘房内,对热风布进行冷却,以降低布面温度,提高定型效果,方便分切和包装。1上风箱第二层匀风板;2上风箱第一层匀风板;3上风箱;4加热装置;5过滤网;6进风道;7循环风机;8回风道;9下风箱;10网带及纤网;11下风箱匀风板。图 4 机型热风循环系统流动示意Fig.4 Flow diagram of hot air circulation system for model 机型的主要特点如下:(1)相邻 2 个循环加热区域也采用左右交叉的进风和出风形式,实现左右互补,提高机幅方向上热风风速与温度的均匀性。配置多层(标配为上风箱2 层,下风箱 1 层)不同透气率的匀风板,进一步提高整个烘房内热风风速与温度的均匀性。(2)烘房节数多,工艺调整灵活、便捷、多样,适用于多品种热风布的生产。可根据热风布品质(手感硬度、厚度、强度等)要求,对各循环风机的工作频率和加热装置的工作温度等进行适当调整,以改变循环热风的风量、压力、风速及温度,满足不同品种热风布的生产需要。(3)加热装置、循环风机等在设备左右两侧交替布置,造成热风黏结机的总体宽度相对较大,对其外形美观性产生一定的影响。2.1.4 机型 机型标准配备 4 节烘房,可根据工艺需要增加至 6 节。每节烘房设有测温元器件和控制系统,实现温度的自主调节。烘房内有 2 组相对应的上、下风箱,上风箱内有 2 层透气率不同的匀风板,下风箱内有 1 层匀风板。机型热风循环系统流动示意图如图 5 所示。烘房内的热风循环过程:热风由加热风室传送至上风箱匀风板上方,依次穿过 2 层匀风板、纤网和下风箱匀风板,从下风箱回流至加热装置,实现循环利用。相邻 2 节烘房之间用隔板隔开,以免不同烘房内的热风相互干扰。为提高机幅方向热风风速与温度的均匀性,相邻 2 个循环加热区域也采用左右交叉的进风和出风形式并交替布置。1循环风机;2加热风室;3加热装置;4进风道;5过滤网;6回风道;7下风箱;8下风箱匀风板;9网带及纤网;10上风箱第二层匀风板;11上风箱第一层匀风板。图 5 机型热风循环系统流动示意Fig.5 Flow diagram of hot air circulation system for model 机型的主要特点如下:(1)与机型相同,相邻 2 个循环加热区域采用左右交叉的进风和出风形式,实现左右互补,提高机幅方向上热风风速与温度的均匀性。配置多层(标配为上风箱 2 层,下风箱 1 层)不同透气率的匀64第 41 卷2023 年第 3 期产业用纺织品Technical Textiles 应用 风板,进一步提高整个烘房内热风风速与温度的均匀性。(2)通过调节循环风机的转速,改变风量和风压,同时配合温度的调整,满足多种不同风格、用途热风布的生产要求。(3)匀风板可快速抽出以清洁或更换,并且安装方便。(4)进风道、上风箱、下风箱、回风道等对称布置,设备的内部结构较复杂。2.2 4 种常用机型主要结构和工艺配置对比 4 种常用热风黏结机的主要结构与工艺配置对比见表 1。表 1 4 种常用热风黏结机的主要结构与工艺配置对比Tab.1 Comparison of main structure and process configuration of four kinds of common hot air bonding machines项目主要配置与技术规格机型机型机型机型烘房形式网带热风穿透式网带热风穿透式网带热风穿透式网带热风穿透式常用烘房节数 4 或 64 或 67(前 6 节为加热黏合区)4工作幅宽/mm1 8003 6001 8003 6001 8003 6001 8003 600匀风形式多层网板冲孔式狭缝可调式多层网板冲孔式多层网板冲孔式生产速度/(m min-1)30130301503013030120调速方式变频调速变频调速变频调速变频调速网带纠偏方式气囊纠偏气囊纠偏液压纠偏气囊纠偏面密度/(g m-2)1260126012601260烘房温度/130145130145130145130145加热方式电加热电加热电加热电加热每节烘房加热功率/kW164220180180 热风黏结机作为纤网的加热黏合设备,其温度波动对热风布的品质与性能有较大影响,无论生产线配置何种机型,对热风黏结机的温度控制均必须精确,从而确保热风布的品质与性能。通常要求每组匀风板工作幅宽方向上的温度波动为-0.5 0.5,每节烘箱内的温度波动为-1.01.0。2.3 其他要求和注意事项 (1)纤网的热风加固过程中,少量纤维在气流作用下会透过网带进入循环风道。由于 ES 纤维含有油剂,极易黏附在匀风板、风道、循环风机叶轮和蜗壳、网带等机件表面,因此,热风黏结机内部与纤网直接或间接接触的所有部件均需表面光滑无毛刺,不勾挂纤维;风道转向或截面突变处应过渡顺滑,确保气流顺畅,不产生涡流。(2)安全门开启和匀风板装拆快捷,清洁保养方便且周期长。(3)隔热门等保温效果好,能耗低。3 热风黏结机的能耗计算与分析 热风黏结机的能耗约占热风布生产线的 60%左右,按工艺要求通过计算和分析来配置合适的加热功率非常重要。后文以配置电加热装置的热风黏结机生产低面密度热风布(原料为 ES 纤维)为例,对其生产过程中的能耗进行计算和分析。参考实际生产中的常用上机工艺,对主要工艺参数进行设定,详见表 2。表 2 热风布生产线主要上机工艺参数设定Tab.2 Setting of main process parameters of hot air nonwoven production line项目设定值ES 纤维皮层(PE)熔点/130熔化比焓(h)/(J g-1)293ES 纤维芯层(PP)熔点/165室温/2020 下空气比焓(h1)/(J g-1)295空气密度()/(kg m-3)1.196120 下空气比焓(h2)/(J g-1)390130 下空气比焓(h3)/(J g-1)410每区热风透风面积(A)/m20.56生产速度(v)/(m min-1)100热风布面密度()/(g m-2)20穿透纤维热风风速(v1)/(m s-1)6设备工作幅宽(w)/mm2.574 应用 产业用纺织品Technical TextilesVol.41Mar.2023 根据表 2 中的设定值,计算每区循环风机的风量 L。L=v1A 3 600=6 0.56 3 600=12 096(m3)按每台设备配置 4 台循环风机计,总风量L总为L总=4L=4 12 096=48 384(m3)纤维熔化黏结成热风布需消耗热量的相关计算如下:(1)每节烘房的体积为 23.04 m3,按配置 4 节烘房计算,其总体积为 92.16 m3,将烘房密闭空间内的空气从 20 升高至 130 所需的热量 Q1为Q1=92.16(h3-h1)=92.16 1.196(410-295)=12 675.7(kJ)3.52(kWh)(2)热空气穿过纤维网并将纤维加热至设定温度需消耗部分热量,导致其温度下降,假设此过程中热空气温度下降了 10,即热空气温度由 130 下降至 120,为确保烘房内循环热空气的温度稳定,加热装置需将循环热空气温度由 120 升温至130,所需的热量 Q2为Q2=L总(h3-h2)=48 384 1.196(410-390)=1 157 345(kJ)321.51(kWh)(3)熔化纤维表层所需的热量 Q3为Q3=hvw 60=293 20 100 2.5 60=87 900 000(J)24.42(kWh)(4)烘箱总需求热量 Q总为Q总=Q1+Q2+Q3=3.52+321.51+24.42=349.45(kWh)实际生产中,还需考虑热风布和外排热气流带走的热量,以及隔热门、进网口、出布口等处散失的热量。通常情况下,在配置热风黏结机加热装置的热能时,需在烘箱总需求热量 Q总的基础上乘以安全系数 1.3,故所需配置的热能Q 为Q=1.3Q总=1.3 349.45=454.29(kWh)在配置热风黏结机加热装置的装机功率时,可按前文所述方法进行计算、分析,对计算结果圆整后选配合适的加热装置。此外,还需考虑实际生产时上机工艺(如成品品种、面密度、设定温度、循环风机风量等)的影响,以实现在提高热风布生产线产 能和产品质量的同时,降低单位产品能耗。4 结语 适用于生产低面密度热风布的热风黏结机的种类较多,结构和工艺配置多样,需按具体工艺要求选配合适的结构与工艺,在满足产量、质量的前提下,尽可能降低单位产品能耗。选配热风黏结机的机型、配置,制定上机工艺及日常生产运行时,需注意的事项如下:(1)应根据热风布生产线的产能、生产速度及对热风布布面效果、手感、厚度等的要求,选配合适的热风黏结机机型,并配置相应的烘房节数。(2)循环加热系统在整个机幅宽度内的风速、风压、温度应保持均匀稳定,从而确保热风布整个幅宽内主要质量指标(如硬度、厚度、黏合效果等)基本一致,热风循环顺畅,纤网无褶皱、翻边、意外牵伸等,热能利用效率高,单位产品能耗低。(3)根据计算和分析结果,结合生产实际,配置合适的加热装置形式和装机功率。(4)热风循环系统、网带等与循环热风、纤网等接触的机件应表面光滑无毛刺,不勾挂黏附纤维,且易于清洁保养。(5)制定上机工艺时,需系统考虑循环加热系统的风速、温度等因素。参考文献:1 张文馨,田光亮,赵奕,等.非织造材料成网技术与加固技术的发展现状与趋势J.产业用纺织品,2020,38(2):1-8.2 康桂田,高超,黄配文,等.双组分热风非织造材料的热成型工艺对性能的影响J.产业用纺织品,2019,37(4):14-17.3 汤水利,张一凤,章伟,等.短纤低面密度热风法非织造材料梳理机工艺配置探讨J.产业用纺织品,2019,37(1):34-39.4 靳向煜,方芩.热风非织造布工艺技术研究J.产业用纺织品,1998,16(7):19-21.5 王继祖.热风法非织造布的分析研究J.非织造布,1998(1):21-24.6 蒋永康,侯涛,文永斐,等.热风黏结机喷风口喷风均匀性分析J.产业用纺织品,2019,37(1):40-43.84