TAD卫生纸机国产化的设计思路

2022-04-02王升朝陕西炳智机械有限公司

生活用纸 2022年3期

关键词：纸机吸水性卫生纸

王升朝陕西炳智机械有限公司

一 TAD概念和可能发展方向

1 TAD概念的延伸

英文Through-Air Drying字头缩写TAD，指的是热风穿透干燥。最早的TAD纸机，从成形部出来的湿纸页不需要经过压榨，直接进入热风穿透干燥烘缸进行干燥，达到纸张高松厚度、高吸水性和高柔软度的效果。

随着全球碳排放政策的落实，以及市场竞争的日益加剧，TAD的概念在不断延伸，笔者认为TAD纸泛指以植物纤维通过各种技术抄造得到的高松厚度、高吸水性、高柔软度的生活用纸，包含TAD，以及QRT、NTT等类TAD技术。

2 TAD工艺优缺点分析

2.1 TAD工艺生产的纸张优点

2.1.1 吸水性高：同等质量纸张吸水量较普通干法起皱纸张大，适合高含水物体表面擦拭，比普通纸张擦拭效果更好。

2.1.2 柔软度好：较传统擦拭纸更加柔软，与肌肤贴合度高，舒适感十足，可满足高端消费需求。

2.1.3 松厚度高：质感厚实，包装饱满。

2.1.4 TAD纸张使用植物纤维原料，环境友好，不同于化纤非织造布，可自然降解。

2.1.5 可加工性强：可弥补后加工带来的纸张松厚度损失，有利于压制各种3D花纹，可开发更多产品类型，对纸企经营更具竞争力。

2.2 TAD工艺目前存在的不足

2.2.1 传统穿透干燥工艺能耗过大

TAD纸张之所以松厚度高，是因为20%左右干度的湿纸页从网部直接进入干燥部，相对普通卫生纸机40%的纸页进缸干度，每吨纸多将近2.5m3水的蒸发量，因此热能消耗增加很大。

穿透干燥需要更高的风压、风温、风量才能达到干燥效果，因此其送风系统需要更大的动力。从导热形式上看，穿透干燥以辐射和对流干燥为主，较普通卫生纸机的扬克缸直接传导干燥效率相对要低，因此TAD纸机的能耗要高于普通卫生纸机。

2.2.2 需要燃气作为主要能源，增加工厂选址难度

由于蒸发负荷大，TAD干燥过程中绝大部分采用燃气作为主要能源，这就对工厂选址提出更高要求，对于没有燃气资源的地区要采用燃气势必增加运营成本，甚至无法生产。

2.2.3 网毯输送转移清洗难度较大

表1为2006年《生活用纸》杂志中列举的各种形式TAD工艺，其中传递方式最少为3毯，最多的有7毯。由于各个毛毯之间的传递，不仅仅需要机械传递同时还要有很多化学品的应用，生产难度可想而知。另外该纸机上需要的很多毯型国内织物厂商还不具备生产能力，使用国外配套厂商的毛毯，在订货时间、毛毯价格方面完全处于被动局面，这也是增加国产TAD推广的一个方面。因此设计一种适应国内条件的TAD势在必行。

表1 现代的TAD技术

2.2.4 化学品性能质量要求较高

高端TAD纸张质量不仅仅体现在高松厚度、高吸水性和柔软度上，还需要一定的湿强度，湿部化学品添加对原纸的透气度会产生一定影响。

抄造过程中各种网毯的化学清洗、纸张转移需要的粘附剥离、干起皱需要的黏缸剂、剥离剂、改良剂等诸多化学品需要一整套的稳定工艺来支撑，这需要相当深厚的理论和大量实践经验，对于一般企业难以承受高昂的试机费用。

2.2.5 整体设备投资偏大，占地偏大

无论是TAD还是类TAD的设备投入资金都是比较大的。尤其在TAD部分的投入。第一，TAD烘缸对材质、耐热、抗疲劳、制作精度等各方面都有很严格的要求，铆焊加工工艺复杂、制造成本高；第二，热风系统的配套、工艺控制复杂，风机、燃烧机、热回收、各种工艺管路整个布置下来的占地面积比较大。第三，可能需要增加软靴压、以及靴压配套的靴套、液压、控制等装置，投资和运行费用都比较高。第四，运行期间对各种网毯的清洗烘干等配套的设施比较多，也会很大程度上增加投资和运行费用。

2.2.6 对操作和管理要求比较高

TAD纸机结构大体上分为备料、流送、成形、压榨（类TAD）、真空、TAD干燥、燃烧气罩、扬克缸干燥、起皱、传动、润滑、蒸汽、液压、控制、卷取等接近20个子系统。把这么多系统能有机高效的串联起来运行，是相当复杂的，对操作人员的素质要求比较高。

2.2.7 有很多方面涉及到保护期内的专利侵权问题

在TAD国产化过程中肯定会涉及到国际大公司的很多专利问题，因此加大了规避专利侵权的难度。国际性大公司经过长期实践的一些很实用专利，很难绕开，要做到效果相同且要避开专利就需要更大的投入和研发。

3 TAD技术的应用方向

从目前生活用纸市场来看，TAD工艺不仅仅应用于高端擦手纸、厨房纸巾，也逐步在高端面巾纸上得到应用。

首先，目前传统卫生纸、面巾纸的本质区别已经很微小，同质化竞争严重，比较有实力的企业在努力寻找不同赛道，开发差异化产品，占领市场先机，投资意愿愈强。

二是广大消费者会对更新颖、更高性价比的产品产生兴趣，对于同质化产品产生审美疲劳，消费升级是必然趋势。

三是随着对各类TAD概念理解的深入，装备行业的模仿研发也在紧张进行，加上基础材料和关联行业的提升，会加持和催生新机型的产生。

四是传统面巾纸的吸水性是基于传统脱水方式，后加工处理难以改变吸水性能，只能通过压花工艺在松厚度和柔软度上进行改变，且可塑性是有限度的。用TAD纸机可以开发出更多细分产品，适应消费需求。

基于以上原因笔者认为TAD技术在高端面巾纸上应用很有可能会成为一种发展方向。

二 TAD国产化的思路

基于前文对TAD概念延伸及发展方向的分析，笔者认为在推进TAD国产化方面应着力解决好以下问题，从而更快推进TAD工艺的应用。

在实际教学中，笔者运用“三动六步”的程序进行操作（示例图如下）[4]。课堂教学从“激情、入境”到“探究、深化”再过渡到“内化、运用”，学生始终是课堂的主人，教师要尊重学生的个性及其独特的思维方式。启动阶段让学生进入新知识的学习境界；互动阶段让学生多种感官全方位参与，促进认知与情感的和谐和互动的教与学关系的生成；能动阶段将知识转化为认识事物、解决问题的能力。三个阶段由浅入深、由近及远，让学生有步骤、有次序地展开对词汇的接纳与吸收。

1 车速或单机产能设计

万事开头难，最早TAD技术始于上世纪70年代，经过了五十多年的发展，先进装备企业已经掌握了相当成熟的技术和经验。而国内的TAD卫生纸机才处于起始阶段，受制于市场环境、投资力度、工艺计算、精密加工、材料性能限制等诸多原因，发展很缓慢。随着整个生活用纸行业的发展，势必有纸企会介入，但对于刚开始介入的纸企，无论是从投入、市场销售等各方考虑，单机产能不宜太大，以日产30～50t最为适合。

纸机幅宽最好能够兼顾现有后加工幅宽，建议以2,760mm为基础幅宽，也可通过成形网宽度把幅宽设定在2,800mm。

从TAD工艺对网毯的需求、成形方式、以及热风穿透的辅机配套等因素考量，车速以500～800m/min为宜。

2 TAD成形方式

近几年的夹网喷浆高速成形已趋于成熟，加上后加工的不断进步，TAD原纸定量不宜过高，因此通过对流浆箱改进后采用新月成形，即可满足一般定量范围的需求。

3 压榨方式

传统新月型卫生纸机采用的真空托辊和扬克缸形成高线压力的压榨，压榨后干度一般在38%～40%。每吨成纸的蒸发水量是1.5m3左右，但恰恰因为有了压榨，纸张的松厚度损失越发严重，也降低了纸张的吸水性。如不通过压榨，则进入干燥段的纸页干度在20%～22%，每吨成纸的蒸发水量大约在3.9m3左右，较带压榨工艺每吨纸多蒸发2.4m3，能源消耗大，成本高，也不符合国家双碳政策。

4 热风穿透工艺创新

热量传递离不开直接传导、对流、辐射这三种方式，传统纸张干燥从效率上来分析直接传导效率最高，在相对较高温度下辐射居其次，在较低温度下辐射低于对流干燥。热风穿透干燥中这三种方式都存在，且从目前资料显示不同风温状态下穿透干燥效率可从250kg/(m2·h)到600kg/(m2·h)。远远高于目前扬克烘缸的200kg/(m2·h)。

纸张干燥曲线分为升温、恒速干燥、过渡段、降速干燥，结合相同定量下湿纸页在不同干度的透气度也会发生变化的规律，以此为理论依据，把TAD干燥分为4个阶段，分别采用不同的风温、风量和风压，通过热平衡计算相对传统TAD工艺，热量消耗从4,087kwh/t纸降到2,972kwh/t纸，节约27%。

如何在一只TAD烘缸上进行分段，涉及到一项发明专利技术，在此因专利原因不便多述。