| 欲保證無紡布生產中物料潔淨，方法之一是使用過濾系統。本文介紹兩款德國製造的過濾器，它們更換濾網時工藝不產生波動，同時能直接使用回收料進行生產以降低成本。 |
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| 紡粘生產線。 |
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在紡粘法生產無紡布的工藝中，纖維抽絲和無紡布成布過程是合二為一的。聚合物原料經過擠出機以熔融狀態進入噴絲頭，再經紡絲後直接進入傳輸帶，最終形成無紡布。
無紡布生產的紡粘工藝
切片經過混合和喂料後，進入擠出機，再經過濾器，以熔體狀態進入熔體泵。通常，過濾器中裝有過濾網等部件，以將熔體中的雜質擋住，避免進入下游設備。
對於過濾器而言，最重要的要求是在過濾器更換濾網過程中，不對生產造成不良影響和不引起物料中斷或減少。熔體泵可增強熔體壓力，並確保熔體物料穩定輸送。
根據這種工藝，纖維噴絲板有不同的設計方式。通常，噴絲板系統配置了許多熔體泵，這些熔體泵需確保紡絲能順利進行。
噴絲板系統設計和精密控制，可以確保通過噴絲板的熔體平穩、無波動。另外，噴絲板中也有過濾器，以保證熔體均勻、潔淨。噴絲板的過濾器由多層織網組成，熔體中殘餘的雜質被其阻擋，因而過濾網需定期更換。
在更換噴絲板過濾網時，需停止此工位工作，有時還需停止整條生產線運行。過濾網越細，噴絲板的壽命也越長。因此，噴絲板之前的過濾器應該盡可能多的除去熔體中的雜質，以增加過濾器的使用壽命。
紡粘工藝流程。 |
熔紡工藝中，將熔體直接注射到熱的高速空氣流，熔體由液態變成纖維狀，纖維的直徑為0.5~30um，通常是2~7um。纖維和熱空氣一起進入堆積網，與冷空氣接觸後被冷卻、固化。
氣流波動造成纖維隨意取向，而纖維取向性的隨意化正是無紡布熔紡工藝的要求，因此，可滿足無紡布生產的同質化要求。這些不透明的無紡布具有低的撕裂強度、大的表面積和絕緣、過濾性能。
熔紡工藝的顯著特點是熔體被加熱到較高的溫度，因此，熔體流道的設計、噴絲板內部結構和熔體流的優化非常重要。
熔體流速過低或存在死角都將造成熔體熱降解，降解物料若進入噴絲頭則會在最終產品上形成破洞或黑塊，這樣將不得不停止整條生產線，以清潔傳輸帶。
工藝中，長絲擠出後進入冷空氣區，此時由於空氣流的變化和靜電等因素，纖維不粘在一起。
無紡布堆積過程發生在有孔的堆積帶，堆積帶輸送直到無紡布成卷、打包，單根長絲的直徑為15~ 35um。與熔紡工藝類似，纖維結構無序，但具有輕、保暖和高吸水性。與其它布料相比，無紡布具有極好的單位密度/重量的抗張強度，主要應用於防水密封材料、衛生用品或土工布，如防止水土流失等。
無紡纖維的堆積。 |
“Reicofil”工藝中，空氣遍布整個織布，而在後續工序，纖維分離並通過氣旋混合。
蘇拉集團（Saurer）旗下紐馬格（Neumag）提供給土耳其的生產線採用ASON Spunbound 技術。由於噴絲板、注射器和堆積帶位置可變，生產靈活性大大增強。因此，單一一條生產線可以生產許多種產品，而且切換時間非常短。同時，也可以使用不同的原料，如複合纖維以及目前在無紡布巿場增長極其迅速的聚酯材料。
無紡布生產中的過濾系統
在無紡布生產過程中，熔體過濾系統的作用是除去熔體中的雜質，保護噴絲板。因為即使很小的雜質也可能迫使更換噴絲頭，造成整條生產線停車。同時，每個纖維的斷頭都可以導致無紡布的瑕疵和不規整。另外，在纖維紡絲過程中，也要求噴絲板更換頻率低。
對過濾細度的要求取決於無紡布的結構和應用領域，對於土工布產品，肉眼可見的雜質是允許的，而對於醫療用品，任何微小的雜質都必須被清除。噴絲板過濾器的過濾細度由最終產品和纖維的直徑決定，通常為20~75um。
多數情況下，更換噴絲板的過濾器只能在生產線停止階段進行，同時通過上游熔體過濾器洩壓。通常，上游熔體過濾器的過濾細度與噴絲板過濾器的過濾細度相當或更細，以達到延長噴絲板壽命。
在選擇過濾器類型時，必須考慮過濾器對熔體特性不會造成任何影響。死角、停留時間過長、空氣進入過濾器或氧化的熔體都可能導致聚合物降解、改變原料特性和造成產品質量缺陷，因而必須停機清理。
另一方面，原材料價格和營運成本的上升，要求必須考慮過濾系統的經濟因素，延長噴絲板過濾器的換網時間及改善產品質量可以節約成本。同時，也必須考慮投資和營運成本。
另外，需要著重考慮的是能否使用回收物料，由於原料佔整個生產成本的比重極大，使用更加便宜的回收料更能快速回收投資，通常，投資過濾器的回收期應少於12 個月。
無紡布生產要求工藝連續和壓力穩定，以確保紡絲過程連續。德國格諾斯（Gneuβ）研製的過濾器，熔體流道過濾面積大，採用具有專利技術的旋轉式過濾技術，過濾轉盤位於兩個模塊之間。
SFXmagnus。 |
SFXmagnus技術
該技術的過濾盤位於過濾模塊之間，全封閉，因而可減少外界因素對熔體造成不良影響。過濾網以環形分布在過濾盤上，整個過濾系統依靠堅硬、平整的表面密封，無其它密封件，因而系統不易損壞。過濾盤依靠液壓驅動，根據壓力和/或時間，每次旋轉很小的角度（ 小於8 度 ）。
過濾盤的每次旋轉都使得一小部分乾淨的過濾網進入熔體流道中，同時，同樣面積的臟濾網離開熔體流道，因而過濾系統的有效過濾面積總是保持一致不變。
由於過濾盤旋轉的角度很小，在自動臟濾網移出熔體流道過程中不會對生產造成任何不良影響。當要更換整個濾網時，只須打開過濾器左側的換網門即可，同樣也不會對生產造成任何不良影響。
SFXmagnus 工作原理。 |
SFXmagnus 可以保證壓力恆定，即使更換濾網時也如此，從而確保最終產品質量的穩定性；由於採用較低壓力，熔體物性受壓力影響非常小，因此，熔體和產品質量穩定，工藝連續。
如果採用“自動旋轉”模式進行操作，在手動更換濾網前，每片濾網均已使用，這樣，可有效減少更換濾網次數和監控時間。
SFXmagnus 特點：
熔體和最終產品質量均勻、連續；
全自動操作；
壓力始終穩定，即使更換過濾網；
可應用於各種類型和粘度的熔體；
有效過濾面積可達11000cm2；
系統承壓最高可達800bar，過濾細度可達3um，熔體溫度最高可達350℃；
全封閉設計，100%無外界因素影響，且無需進行濾網的整體清潔。 |
由於採用“自動預排”技術，即使更換濾網過程中帶入極少量的空氣，也可以在濾網進入熔體流道前被排除，這也確保系統可迅速運轉。
過濾盤連續旋轉令SFXmagnus可以在短時間內提供較大的過濾面積，即使原料中雜質較多也可處理，因此，該過濾系統可處理高比例的回收料。SFXmagnus 無死角存在，因此，在整個過濾系統內不會有熱降解物料。
RSFgenius技術
格諾斯的RSFgenius過濾系統同樣適用於無紡布的生產，並且它與SFXmagnus相比較，具有更好的性能，特別是具有自清洗功能，能夠處理物性極其敏感和雜質含量極高的物料。
RSFgenius的濾網轉盤完全包覆在兩個模塊之間，轉盤內放置有環形分布的濾網片，側面換網門打開即可更換過濾網，不會對正常的生產造成任何影響。 當過濾設備前的熔融物料壓力增加時，濾網轉盤會由液壓缸帶動轉動（每次旋轉約1°），因此保證濾網的有效過濾面積維持一致穩定。
RSFgenius。 |
已用過髒的濾網再轉入熔體流道前，可經由專利設計的逆洗系統將濾網清洗乾淨，以利再次使用。
在出口模塊內裝有逆洗活塞，熔融物料在經過濾網後從主流道分出一股細流道，將過濾後的乾淨物料導入逆洗活塞，在每次轉盤轉動時，逆洗油壓缸會給於乾淨的物料以高壓脈衝噴射，噴射緊貼濾網的狹窄開口，並將原濾網上的髒料從背後衝洗出去。
逆洗料的用量可根據物料的清潔程度自由調整，大概介於產能的0.01~0.1%之間；而逆洗液壓缸的速度也是可調整的，如此可使逆洗料壓高於塑料從主流道通過濾網之壓力損失，以保證最佳的濾網清洗過程。
RSFgenius 結構圖。 |
RSFgenius 系統可在穩定的壓力下全自動連續地運轉，連續運轉模式利用“旋轉技術”，亦即靠轉盤轉動所實現，通過控制過濾盤的轉動來獲得穩定的壓力。整個設備是由熔融物料的背壓或差壓來控制運轉，運轉中料壓變動不超過±2bar，有效過濾面積及濾網污染程度可維持一致及穩定。
更換濾網時也不會發生壓力大幅變動，保證了工藝一致性與穩定性，這些都是熔體、溫度與粘度變化關係中有一致穩定的剪切應力所致。尤其是採用這種旋轉技術，在換濾網時不會有裂解材料被導引進入生產流程的主流道中。
該設備具整體的濾網自動逆洗清洗功能，而傳統的更換濾網設備則需操作人員將用過一次的濾網從設備中取出，再放入新的濾網使用。
RSF genius 過濾系統完全自動化操作，同時，可避免在更換濾網過程中因操作人員的失誤造成物料污染。
過濾轉盤及熔融物料完全密封包覆在兩個外圍本體模塊中，從而完全與外界影響因素隔離，熔融物料受到持續的保護，所有與熔融物料接觸之設備組件不會與空氣中氧氣與水份接觸。
RSFgenius 濾網細度與使用次數關係表。
RSFgenius 逆洗熔體流失量（藍色為雜質含量高，黃色為雜質含量低）。 |
由於該設備採用密封設計並且流道進行了優化，因而所有熔融物料在整個設備中之滯留時間非常短（小於1 分鐘）。在濾網轉盤轉入流道前，都會經過全新熔融物料的逆洗過程，而用來逆洗的熔融物料量很少，且轉至流道的時間一般取決於所設定的轉盤轉速，設定已經通過實際顏色變化測試驗證過。
設備逆洗量可依需求與現場條件做調整，因此可保證濾網清洗過程。尤其此逆清洗步驟是實施在非常小範圍的濾網上（約小於1°），可保證在此小範圍內相同的逆洗流速，這就是為什麼即使濾網細至3μm 時，仍可確保濾網100%清洗乾淨，並可再使用。逆洗壓力在此時被調至大於雜質帶來的壓力。
由於在逆洗時，熔融物料以脈衝方式流經小範圍濾網，因此逆洗時物料流失量可降至幾乎可忽略不計。在雜質含量很高時，其流失量最高僅為產能之1%，大大低於普通換網器更換過濾網時物料的損失，從而使其損失量小於其它所謂逆洗過濾器的10倍以上。
濾網的使用壽命及次數取決於使用中所產生的疲勞應力，其中濾網細度及熔融物料粘度是重要決定因素。例如，20μm濾網可重複使用60~110 次，而其它具有逆洗功能的過濾器的濾網一般只能重複使用2~5 次。
因而濾網轉盤是旋轉運轉，在流道中有效過濾面積內濾網一直不停的變換著，這會使累積在濾網上的雜質髒餅的滯留時間變得非常短暫。相較於蠟燭型濾網過濾設備，其雜質髒餅之滯留時間至少超過轉盤式的5千倍。保持短暫的雜質髒餅滯留時間是一大優良特性，因為髒餅長期滯留會對熔融物料或最終產品質量產生不良影響。
由於流道的優化設計和熔體在系統中的停留時間極短（ 少於1 分鐘 ），逆洗過程中熔體的更換都可確保整個工藝無干擾。同時，逆洗過程也可防止在更換濾網後，空氣進入過濾系統。
其它類型的過濾器
在實際生產中，應用了許多其它不同種類的過濾器，但它們多數不能確保系統的壓力穩定和工藝連續。
常見的過濾器有燭式過濾器、雙柱塞式過濾器和滑板式過濾器，這些過濾器的有效過濾面積會在生產進行及更換濾網工程時改變，造成無紡布生產的波動。同樣，固定的過濾器也難以確保工藝連續和壓力穩定。
多數情況下，熔體流道的設計會採取折中的方式，因此，在選擇過濾器時，應仔細考慮存在的死角對生產可能造成的干擾。
燭式過濾器具有極大的過濾面積，因而不需要頻繁更換濾網，減少了更換濾網的次數。但這也造成了熔體在過濾系統中殘留量大，停留時間長。
同時，燭式過濾器所需空間也較大，更換濾網也是艱苦和危險的工作，需要技術熟練的工人進行，濾網雖然可以多次重複使用，但為了確保清洗後的過濾網品質合格，須使用複雜、昂貴的清洗設備。
雙柱塞式過濾器有多種設計，但都有一個通病，即過濾系統中存在死角，因而在柱塞表面易產生降解物料，使得生產中或更換濾網後，產品中有焦料或黑點。另外，由於有效過濾面積的變化可引起壓力波動。
對於具有反清洗功能的雙柱塞過濾器來說，反清洗過程無法真正將濾網清洗乾淨，也在一定程度上增加了操作成本。
直接使用回收料
由於原材料價格的上升，直接使用部分或全部回收料進行生產是十分重要的。為了確保回收料生產的最終產品質量與全新料生產的最終產品質量一致，過濾器起到至關重要的作用。
此時，過濾器的細度應比噴絲板過濾器的細度還要細，以確保更換噴絲板過濾器的頻率極低，不會對生產造成中斷或干擾。
另外，無紡布生產中物料堆積量很大，只有採用全自動、壓力穩定的過濾系統才能降低生產成本。SFXmagnus 和RSFgenius 旋轉式過濾系統的設計，便是要確保生產連續。
資料來源：德國格諾斯塑膠技術有限公司。
Source: Gneuβ.
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