L.Bos

Andritz Küsters公司(德國)

濕法成網(wǎng)的用于建筑領(lǐng)域的非織造布產(chǎn)品產(chǎn)量不斷增長。在非織造布產(chǎn)量不斷增長的同時，人們對高品質(zhì)材料的需求也隨之增長。

全球范圍內(nèi)正在建造和重建的建筑物越來越多，這導致對建筑材料的需求增長。制造商正在開發(fā)比石膏或油漆應用更快捷且所需的后處理少的產(chǎn)品。開發(fā)這種產(chǎn)品的重要一環(huán)是基于濕法成網(wǎng)的玻璃纖維非織造材料。例如，用作石膏板墻和聚異丁烯屋頂貼面和背襯的紙及紙板材料，現(xiàn)已被玻璃纖維薄氈取代。

玻璃纖維氈在對外觀要求較高的產(chǎn)品(如天花板和墻紙)中也有諸多應用。對于對外觀要求較低的傳統(tǒng)應用，如乙烯基地板﹑地毯及瀝青屋頂?shù)脑鰪姴牧希瑒t對其拉伸強度有著較高的要求。玻璃纖維氈還可用作過濾材料和電池隔板。在這些應用中，玻璃纖維在薄氈中的良好分布至關(guān)重要。玻璃纖維氈生產(chǎn)商需不斷改善其產(chǎn)品性能，制備纖維分布均勻的玻璃纖維氈，以滿足用戶需求和市場期望。

“成型良好”用于描述具有均勻結(jié)構(gòu)的濕法成網(wǎng)非織造產(chǎn)品。本質(zhì)而言，懸浮液中易結(jié)塊纖維的聚集，容易形成較大的絮狀物，從而造成非織造布的不良成型(圖1)。因此，非織造布加工過程中需有效預防纖維的聚集。

圖1 玻璃纖維非織造氈的成型效果與纖維聚集狀態(tài)的關(guān)系

成型良好的玻璃纖維非織造氈除了可提高產(chǎn)品的外觀效果外，其相比成型較差的同類產(chǎn)品也更薄﹑更堅固。為使玻璃纖維非織造氈成型良好，需控制從纖維分散至最終成網(wǎng)的全過程。

提高成網(wǎng)質(zhì)量的方式有很多。在懸浮液中添加化學品，可減少纖維絮團的產(chǎn)生。如，添加黏度調(diào)節(jié)劑可增強纖維對流體的抗沖擊力，添加表面活性劑等可降低絮狀纖維物質(zhì)的凝結(jié)。

使用化學品除增加生產(chǎn)成本外，還存在一些弊端：必須精確控制清水系統(tǒng)中添加的化學品的濃度，并且這些化學品的使用效果取決于難以控制的工藝條件，如溫度和工藝用水質(zhì)。此外，這些化學品必須能與黏合劑體系相容?；瘜W品的使用還會帶來不良反應，如起泡和細菌滋生，而這些不良反應需通過使用其他化學品來解決。

對玻璃纖維非織造氈的成型工藝進行優(yōu)化設計，是一種更有效且節(jié)約生產(chǎn)成本的提高纖網(wǎng)質(zhì)量的方式。為實現(xiàn)均勻的玻纖氈結(jié)構(gòu)，下述3方面的設計至關(guān)重要：

——纖維在水-纖維懸浮液中應有足夠的自由移動空間；

——對水/纖維懸浮液施加足夠的湍流，以保持纖維的運動；

——按良好的纖維取向鋪設纖維，確保其均勻分布在纖網(wǎng)上。

濕法成網(wǎng)工藝對玻璃纖維氈的成型有重大影響。良好的工藝設計可降低纖網(wǎng)制備過程中對清水黏度和化學表面活性劑等物質(zhì)的依賴。

1 纖維移動空間

非織造布濕法成網(wǎng)采用的斜線成型機專為處理長纖維而開發(fā)。纖維長度越長，懸浮液的質(zhì)量濃度應越低(圖2)，從而使纖維在懸浮液中具有足夠的自由移動空間。

圖2 纖維長度與纖網(wǎng)成型性的關(guān)系

為了給纖維提供必要的移動空間，運轉(zhuǎn)速度快(>500 m/min)且寬度大(>5.5 m)的機器需通過成型機泵送足夠的清水(>350 m3/min)，這對成型機的設計，包括葉片泵(圖3)的性能設計提出了更高要求。

圖3 葉片泵

葉片泵必須與成型系統(tǒng)的其他組件匹配。系統(tǒng)工程師需了解成型機與泵的特性及其相關(guān)細節(jié)，防止系統(tǒng)相互間失配。運行系統(tǒng)間的不匹配可能會造成嚴重的后果，如，可能造成系統(tǒng)在泵的氣蝕窗口中運行，從而引起脈沖和纖維結(jié)塊，嚴重時可能會損壞泵。

在對現(xiàn)有的成型機提速后，葉片泵的運行速度遠超其最佳運行范圍，因此建議安裝新的成型機或請專家改裝現(xiàn)有的斜線成型機。

2 保持纖維運動

確保纖網(wǎng)良好成型的基礎是纖維分散并懸浮于清水中，玻璃纖維的分散通常在由造紙工業(yè)中常用的制漿機衍生而來的混合罐中進行。實踐證明，混合罐的攪拌器參數(shù)設計和功率設置取決于加工的玻璃纖維的長度、直徑，尤其是纖維上所用的漿料。

分散的纖維必須持續(xù)保持運行狀態(tài)以防結(jié)塊，直至其被鋪放在成型網(wǎng)上。因此，中間緩沖罐和稀釋罐也必須配備特定的攪拌器。

建議對各種類型的攪拌器與纖維間的適配性進行測試，以確保纖維與攪拌器的配合恰當，從而保持纖維的分散狀態(tài)。

成型機中保持纖維的運動非常重要，大多數(shù)成型機通過擴散器實現(xiàn)纖維的持續(xù)運動。在由各種管道組成的擴散器中，能量由壓力轉(zhuǎn)換為速度，但這一過程無法始終受控。若流體速度高于臨界速度，則流體運動將由層流變?yōu)橥牧鳌６鴶U散器中應盡量避免懸浮漿的湍流運動，因為它會導致纖維結(jié)塊。

通過使用雙擴散器(圖4)，可對含纖維的懸浮漿的運動進行兩次加速而不會超過臨界速度。試驗表明，在實際形成氈狀物前，采用雙擴散器纖維獲得的分散能量更多(圖5)，從而可避免過大的絮團形成。

圖4 雙擴散器

圖5 單/雙擴散器的分散能量對比

3 良好分布與取向的纖維鋪設

良好的玻璃纖維非織造氈需在其長度方向(縱向)和寬度方向(橫向)上具有恒定的質(zhì)量。纖維分布不均勻易導致產(chǎn)品外觀上的差異，甚至還會影響其主要物理性能，如厚度、面密度和拉伸強度。

為實現(xiàn)完美的纖維分布，懸浮漿必須無脈沖且在整個成型機的寬度方向上均勻分散。將精心設計的葉片泵與雙擴散器方式結(jié)合，可獲得無脈沖物料流。任何殘留的脈沖都將在兩個擴散器的間隔中被吸收。

機器寬度方向上物料的良好分布需物料流呈現(xiàn)出完美的流體形態(tài)，這可通過雙擴散器實現(xiàn)。預擴散器能完美匹配懸浮漿的流動方向。懸浮漿由橫向供應給機器，然后呈90°轉(zhuǎn)入機器方向。若懸浮漿在寬度方向上存在細微差異，可在兩個擴散器組成的空間中進行調(diào)節(jié)。

除了將纖維均勻分布在產(chǎn)品的寬度和長度方向上外，按所需的方向鋪設纖維也非常重要。若注重產(chǎn)品的外觀，則應使產(chǎn)品縱向和橫向上的纖維隨機均勻地鋪設在成型網(wǎng)上。另有一些產(chǎn)品則無需具有各向同性。若所得非織造產(chǎn)品需進行后續(xù)加工，則其縱向強度應高于橫向，此時，需在機器方向上鋪設更多的纖維。若懸浮漿與成型生產(chǎn)線以相同的速度流動，則纖維的取向在橫向和縱向上通常具有隨機性。若兩者存在速度差，則纖維將在縱向上具有更好的取向性。Andritz公司的neX成型機可通過脫水和打開前壁的方式，調(diào)節(jié)懸浮漿輸送至成型網(wǎng)的速度。

具有雙擴散器的Andritz neX成型機，可將玻璃纖維非織造布良好的纖網(wǎng)成型性與纖維取向可調(diào)性完美結(jié)合。