我國新型衛生紙機技術應用及發展趨勢分析(下)

周楊 張玉蘭 中國造紙協會生活用紙專業委員會

我國新型衛生紙機技術應用及發展趨勢分析(下)

周楊 張玉蘭 中國造紙協會生活用紙專業委員會

New Type Tissue Machines in China (Ⅱ)

編者按：本文是生活用紙專業委員會在走訪企業、深入調研、展會采訪以及對委員會多年來的行業統計數據系統歸納總結的基礎上，撰寫的調研報告，本刊分兩期刊登。本期刊登的是下半部分，簡述了TAD、ATMOS、NTT的技術特點，以及分析我國采用新型衛生紙機技術的趨勢。

（接上期）

4 TAD技術簡述

4.1 TAD技術的發展及特點

隨著人們生活水平的不斷提高，消費者對生活用紙的品質要求也越來越高。縱觀全球，對生活用紙品質要求最高的地區是北美，該地區除了新月型紙機外，還較為流行另一種機型——TAD型衛生紙機，這種紙機在上世紀80～90年代成為該區域的投資熱點，而且，近年來又開啟了新一輪投資增長。

TAD (Through Air Drying) 即“熱風穿透干燥”技術，是目前世界公認的可生產最高品質生活用紙的生產技術。TAD紙機成紙的松厚度和吸水性約為普通新月型紙機產品的2倍，而且更加柔軟，滿足了高端消費者和特殊人群的消費需求。

TAD技術在進入生活用紙行業之前，已在紡織和非織造布行業得到應用。德國福來司拿(Fleissner)公司在上世紀30年代首創適用于紡織業的TAD技術，后來該技術又在非織造布行業和造紙行業得到推廣應用。在上世紀60年代中期，美國的寶潔公司首創了適用于生活用紙產品生產的TAD技術。

TAD技術的最大特點是不用機械壓榨。常規的TAD紙機的流程是，來自成形部的紙頁直接被傳送到具有結構型的TAD毛毯上，濕紙頁在TAD毛毯的支撐和塑形下經表面開孔的TAD烘缸初步干燥，在TAD烘缸之后，一個普通托輥將紙頁貼在揚克烘缸上，隨后紙頁通過揚克烘缸和氣罩完成全部干燥過程[10]，見圖5。

圖5 TAD型衛生紙機的結構簡圖

目前市場上的TAD紙機幅寬通常為2,800～5,600mm，車速1,000～1,600m/min，產能3～8萬t/a，成紙定量范圍17～35g/m2，最適合生產廚房紙巾、衛生紙等對松厚度、柔軟度和吸水性要求高的產品。與新月型紙機不同的是，TAD紙機的定量最低為約17g/m2，這是由于紙機要承受熱風的沖擊，要有足夠的定量來保證紙頁的強度。而且所用漿種通常為100%木漿，使用二次纖維含量的上限為25%。

4.2 穿透干燥裝置

在傳統的揚克烘缸干燥過程中，主要以對流和接觸干燥形式為主。而穿透干燥是高溫不飽和熱空氣在一定壓差下持續不斷地穿過濕紙頁，水分的蒸發是在紙頁表面和整個厚度內，蒸發的水汽持續不斷地被高速氣流強制帶走，從而大大提高紙頁水分的蒸發量，干燥效率極大提高，此外穿透干燥還可以提高紙頁的松厚度、柔軟度、吸收能力和強度。

穿透干燥可分為外向式干燥和內向式干燥兩種設計形式，目前使用的TAD型衛生紙機以內向穿透干燥方式為主。

內向式穿透干燥裝置為紙頁是受穿透缸（TAD烘缸）內的真空抽吸作用，吸附在穿透缸表面上，因此不用干網壓覆紙頁也可以平穩運行，在穿透缸外設有高溫氣罩，高溫熱風經噴嘴高速噴出，并在穿透缸內的真空作用的抽吸下，穿透紙頁進行干燥，干燥的熱風溫度最高達370℃。

穿透干燥需要把濕紙頁包覆在一個直徑（5～8m）很大的烘缸上，烘缸表面布滿了蜂窩形的孔，開口的面積是整個穿透缸面的85%～90%[11]。

4.3 成紙性能

TAD紙機能提高成紙的松厚度和吸水能力，與普通的新月型紙機的壓花產品相比，成紙的松厚度和吸水能力可提高一倍。而且，其手感更柔軟，即使在濕潤的情況下，仍能保持結構穩定，見圖6。

圖6 TAD產品與普通壓花的新月型產品的比較

TAD紙機的熱風系統很大，其熱風量約比普通揚克式烘缸熱風罩的大4倍。在新月型衛生紙機上，紙頁進入熱干燥的干度大約是40%，而在TAD紙機上，干度不到25%，因此用加熱法在TAD紙機上蒸發掉的水量比新月型紙機高一倍。在蒸發干燥速度上，熱風穿透干燥比其他任何方法都更有效，TAD烘缸的干燥速度比一般揚克烘缸高一倍。但不利的一面是，TAD衛生紙機在能耗上要高于相同生產能力的新月型衛生紙機。對于TAD紙機來講，其電耗較高，主要是由于為使紙頁脫水而安裝了較大的真空裝置；天然氣消耗也相當高，因為要通過熱能除去大量的水分。與新月型衛生紙機相比，TAD紙機的能耗要提高200%～250%。能耗大幅增加，投資費用較高，這也限制了該技術的普及。

4.4 應用情況

TAD紙機的應用主要集中在北美地區，見表3。據RISI統計，截至2012年底，全球TAD紙機的總產能占全球衛生紙機總產能（3,772萬t）的9.4%，其中，北美TAD紙機的總產能約占全球TAD總產能的77.7%，占該地區衛生紙機總產能（871萬t）的31.7%。

表3 全球TAD衛生紙機產能分布情況

5 ATMOS技術

5.1 ATMOS技術的發展及特點

ATMOS (Advance Tissue Molding Systems)即“先進衛生紙成形系統”技術，由福伊特衛生紙工藝技術中心研發。2007年，福伊特正式宣布了這項技術。

通過將新月型紙機的普通成形毛毯替換為結構化的毛毯，并在成形部與干燥部之間增加ATMOS脫水模塊，使紙頁在成形和脫水過程具有立體結構，提高了紙頁的松厚度、柔軟度和吸水性。

在相同定量的情況下，采用ATMOS技術的新月型衛生紙機（以下簡稱ATMOS紙機），成紙松厚度和吸收能力與TAD紙機的成紙松厚度和吸收能力相同，但總投資可減少35%，總能耗可降低60%。

與普通新月型紙機和TAD紙機不同的是，ATMOS紙機還可轉換生產模式，當將結構化毛毯換成普通成形毛毯，并移去ATMOS脫水模塊時，紙機可按普通新月型紙機模式生產。目前推入市場的ATMOS紙機幅寬2,800～5,600mm，在ATMOS模式下的最高車速為1,800m/min、普通毛毯模式下的最高車速為2,400m/min，產能3～6萬t/a。兩個模式的轉換時間約4～6h，可利用正常的停機維護時間進行模式轉換。ATMOS紙機成紙定量范圍10～45g/m2，最適合生產廚房紙巾、衛生紙等較高定量的生活用紙產品，該紙機可用100%回收纖維生產。

5.2 ATMOS紙機的結構及工作原理

如圖7所示，ATMOS紙機的成形器跟新月型紙機基本相同，但采用結構型毛毯取代了普通成形毛毯，紙頁在成形部的結構型毛毯上形成立體結構，在結構型毛毯的保護下，經過ATMOS脫水模塊，在揚克烘缸上完成干燥、起皺，最后在卷取部成為大紙卷。

圖7 ATMOS紙機結構及工作原理

5.2.1 結構型毛毯

ATMOS紙機的成形部采用結構型毛毯。結構型毛毯使濕紙頁具有三維立體結構，與TAD紙頁一樣，遇水后仍能保持立體結構。

5.2.2 ATMOS脫水模塊

ATMOS脫水模塊主要由熱風罩、真空輥、透氣毛毯、脫水毛毯、真空壓榨輥和壓榨對輥等組成。來自成形部的濕紙頁在結構型毛毯的保護下進入ATMOS脫水模塊，結構毛毯和紙頁被夾在另外兩層毛毯中間。頂層，透氣毛毯緩慢地將紙頁中的水擠壓出來；底層，脫水毛毯提升了真空脫水的效果。在熱風罩與真空輥之間，濕紙頁通過透氣毛毯與真空輥處的壓榨作用，以及真空輥與熱風罩形成的熱風穿透效應的共同作用下脫水。熱風罩吹出的是引自揚克烘缸氣罩的回風（為熱風和熱蒸汽的混合物），真空輥的真空度為50kPa[12]。結構化毛毯以及緩和的脫水壓力避免了紙頁被壓緊及其松厚度的損失。通過高真空度和溫度的共同作用后，紙頁經過由真空壓榨輥和壓榨對輥組成的壓榨區，此處的線壓力不高于90kN/m。

5.2.3 揚克烘缸

紙頁經過揚克烘缸處的真空壓榨后，干度達到42%以上。揚克烘缸處的真空壓榨輥的線壓力較低，且此處由于紙頁的立體化結構，使只有25%的紙頁表面積受壓，75%的紙頁表面積仍然在結構化毛毯中受到保護，以保證最大程度地減少了壓榨輥對紙頁松厚度的破壞。

5.3 應用情況

全球已銷售的ATMOS紙機情況見表4，目前已投產4臺。

表4 ATMOS紙機全球訂單情況

6 NTT技術

6.1 NTT技術的發展及特點

NTT（New Textured Tissue）技術即“塑紋成形衛生紙”技術，為美卓公司（現已更名為維美德）與Albany International公司合作研發，2008年，由美卓公司正式推出。

通過在新月型紙機上增加NTT壓榨模塊，采用塑紋帶使紙頁三維成形，產品具有高松厚度、高柔軟度。與TAD紙機相比，在同等定量的情況下，采用NTT技術的新月型衛生紙機（以下簡稱NTT紙機）的塑紋產品的松厚度略低于TAD紙機，但卻遠高于普通新月型紙機的產品，投資成本比TAD紙機低30%以上，而且比TAD紙機節能50%以上。

NTT紙機可快速轉換生產模式，當將塑紋帶換成平紋帶時，紙機可按類似普通新月型紙機模式生產。目前推入市場的NTT紙機幅寬2,800～5,600mm，在NTT模式下的車速可達1,600～1,800m/min，在普通新月型紙機模式下最高車速為2,000m/min，產能可以達到3～7萬t/a。兩個模式的轉換時間約2h，與普通新月型紙機更換毛毯的時間相同。NTT紙機成紙定量范圍10～45g/m2，適合生產廚房紙巾、衛生紙、面巾紙、手帕紙等各類生活用紙產品，該紙機也可使用100%回收纖維。

6.2 NTT紙機的結構及工作原理

如圖8所示，NTT紙機的成形器跟新月型紙機基本相同，但采用倒置流漿箱，紙頁首先在成形輥上脫水，再經過真空脫水輥，在NTT壓榨模塊的靴壓處與塑形帶結合，使紙頁在塑紋帶上形成立體結構，在揚克烘缸上干燥、起皺，最后在卷取部成為大紙卷。

圖8 NTT衛生紙機外形圖

6.2.1 NTT塑形帶

塑形帶分為塑紋帶和平紋帶兩種，由聚酯類材料生產。塑形帶的結構分兩層，下層是基層，上層是塑紋（或平紋）面層。如圖9所示，NTT紙機可以用兩種方式運行，一種是NTT模式（塑紋模式）：當使用塑紋帶時，纖維被壓進凹紋里，形成立體結構的塑紋紙頁；另一種是傳統方式：使用平紋帶，生產類似普通新月型紙機的產品。

生產不同品種的生活用紙可以選用具有不同花紋的塑紋帶。塑紋帶的圖案可以自由設計，比普通壓花更提升產品檔次。無論是塑紋帶還是平紋帶都具有很好的耐磨性能，其使用壽命不低于毛毯。

6.2.2 NTT壓榨模塊

NTT壓榨部配有標準的靴式壓榨。在NTT模式下，來自成形部的紙頁首先經過一個真空脫水輥(此處配有一個蒸汽箱，以提高靴壓區間的脫水能力)，然后在靴式壓榨處與塑紋帶結合，再由平實轉向輥將紙頁傳遞到揚克烘缸，轉向輥與揚克烘缸間的線壓力很低，僅為45kN/m，主要的壓榨過程是在前面的靴式壓榨處，出靴壓后的紙頁干度可達44%～48%。如圖10所示，左為靴壓輥和靴壓對輥，右為揚克缸和平實轉向輥，紙頁在兩個壓區之間的塑紋帶上形成立體結構的塑紋紙頁。

圖9 NTT衛生紙機塑形帶示意圖

圖10 NTT衛生紙機壓榨部示意圖

與普通新月型紙機相比，NTT紙機塑紋帶方式生產的成紙松厚度可提高50%～80%。由于紙頁在經過靴壓后到貼向揚克缸之前，還有一段恢復時間，所以即使使用平紋帶方式生產，成紙的松厚度也可提高10%。

6.2.3 揚克烘缸

干燥部與普通揚克烘缸干燥部相同，紙頁進入揚克烘缸，干燥、起皺。如果使用塑紋帶，由于紙頁具有立體結構，紙頁表面不能完全貼缸，所以降低了干燥部的干燥效率，增加了干燥能耗。紙頁進揚克缸前的干度為44%～46%。

如果使用平紋帶，生產普通類型的衛生紙，這時進入揚克缸的紙頁干度更高，節能更多。紙頁進揚克缸前的干度為46%～48%。

6.3 應用情況

目前，全球已銷售的NTT衛生紙機情況見表5。

表5 NTT衛生紙機全球訂單情況

目前全球第一臺商業運轉的NTT紙機已于2013年8月在墨西哥投產，紙機運轉的具體細節，美卓計劃于近期公開發布。

第二臺NTT紙機也計劃于2014年底在智利FPC公司（Forestal Y Papelera Concepcion S.A）投產，FPC公司非常看好中國市場，計劃將該紙機每年原紙產量的10%（約7,000t）銷往中國，最近該公司已在中國進行了初步的市場調查，并與相關企業接洽中。

7 ATMOS技術和NTT技術優勢分析

7.1 ATMOS技術成紙性能和成本分析

7.1.1 成紙性能

ATMOS的最大優勢是，在生產出與TAD產品品質相當的生活用紙的情況下，可以比TAD降低60%的能耗，降低35%左右的投資額。這項技術另一個顯著優勢在于可以使用100%的回收纖維生產高品質的產品。

圖11分別顯示了普通新月型紙機和ATMOS生產的紙頁橫截面的電子顯微圖。兩張圖片清楚地顯示出，普通新月型紙機生產的紙頁結構較平，而ATMOS生產的紙頁擁有非常明顯的三維立體結構。普通新月型紙機和ATMOS紙機的成紙性能比較見表6。

圖11 普通新月型和ATMOS紙機生產的紙頁電子顯微圖比較

表6 兩種紙機的成紙性能比較

7.1.2 能耗和纖維成本分析⑴ 能耗成本

圖12 三種紙機的能耗比較

⑵ 纖維成本

如表7所示，與普通新月型紙機生產的衛生卷紙相比，相同直徑的ATMOS產品，如果做成3層，節數可減少為185節，節約23%的纖維，這對企業來講是很大的成本節約[13]，或者說如果做成相同的節數可以有更大的卷徑，提高了產品的賣相。

表7 普通新月型紙機與ATMOS技術的纖維用量比較

7.2 NTT技術成紙性能和成本分析

7.2.1 成紙性能

NTT塑紋衛生紙的橫截面電子顯微圖如圖13所示。從圖13可以明顯看出紙頁內部的三維立體交織結構。與普通壓花產品不同的是，NTT紙頁是在塑形帶上三維成形的，在遇水之后仍能保持原來的形狀，這一特性與TAD、ATMOS產品相同。不同紙機生產的擦手紙和紙巾紙產品性能對比，見表8。

圖13 普通新月型和NTT紙機生產的紙頁電子顯微圖比較

表8 不同紙機生產的產品性能對比

因使用了塑紋帶可顯著提高塑紋產品的松厚度，起皺效果更好，所以紙頁縱向強度更高，更適合生產超柔紙巾紙。產品的松厚度和柔軟度介于TAD和普通新月型產品之間。

7.2.2 能耗和纖維成本分析

⑴ 能耗成本

紙頁定量18g/m2的不同紙機單位產品能耗對比見表9。

表9 不同紙機單位產品能耗對比

NTT紙機的紙頁在塑紋和平紋這兩種模式下，進揚克缸的干度均比普通新月型紙機的更高，所以總能耗更低。NTT紙機以平紋方式生產的各項能耗均低于普通新月型紙機，以塑紋方式生產所需的蒸汽消耗、電耗也低于普通新月型紙機。由于塑紋模式的紙頁是三維成形，有40%～70%的紙頁面積在貼向揚克缸時沒有接觸到烘缸表面，所以需要更多的燃氣熱風干燥。

NTT紙機可以生產高松厚度和高干度的衛生紙。NTT衛生紙的松厚度略低于TAD紙機同類產品，而它的干度卻較高。在考慮生產成本時，NTT紙機降低生產成本的優點不僅體現在它能夠使預壓榨后的紙頁具有較高的干度。而且，NTT紙機對于真空度的要求與普通新月型紙機相同，但比TAD紙機下降了25%。

⑵ 纖維成本

NTT塑紋衛生紙的松厚度更高，更節約纖維，可以加工成的小紙卷數量更多。如表10所示，相同質量的原紙，NTT原紙可加工的小卷紙的數量比普通新月型紙機的產品多出19%，即加工相同數量小紙卷的情況下，可節約纖維用量16%[14]。

表10 普通新月型紙機與NTT技術單位產品的纖維用量比較

8 我國采用新型衛生紙機技術趨勢分析

8.1 行業產業結構升級的動力

隨著我國生活用紙行業的飛速發展，行業先進產能已由2003年的33.4萬t，提高至2012年的404.65萬t，10年間增長了11倍。高檔產品的比例已從2003年的15%增長到2012年的50%以上，而且還將繼續提高。

雖然我國目前的生活用紙消費量僅次于北美和西歐地區，位居世界第三位，但由于人口眾多，我國生活用紙的人均消費量尚未達到世界平均水平，而且相比北美、日本和西歐，及中國港、澳、臺地區都還有相當大的差距，今后的市場增長潛力巨大。隨著我國經濟的發展和城市化、國際化進程的加快，國家的節能減排政策，也將助推生活用紙先進產能的投資增長。

據生活用紙委員會的預測，到2015年，我國生活用紙產能將在2012年784.15萬t的基礎上新增產能300萬t，淘汰落后產能100萬t，總產能達到985萬t。2015年產量達到780萬t，消費量650萬t（按年均增速5%計），年人均消費量4.7kg，達到或超過世界平均水平。

近幾年來，由于行業領先企業的迅速擴產和落后產能的淘汰，生活用紙行業的集中度明顯提高。恒安等產能排名前4位的生活用紙生產企業的原紙生產能力合計約占行業總產能已從2003年的1/10提高至2012年的1/3，預計到2015年將占到一半以上。此外，生產其他紙種的造紙企業或新的市場參與者也在投資大型、現代化衛生紙產能，高起點進入生活用紙行業，將進一步加速行業產業升級。

8.2 我國采用衛生紙機技術的趨勢

大企業的擴張也使我國采用單機產能達6萬t/a及以上的衛生紙機數量明顯增加，從2009年的2臺，增長為2012年的21臺。單機產能的提高，更充分發揮了新月型紙機的規模效益，適合行業領先企業擴大發展。

新月型紙機可以生產從低定量的如面巾紙到高定量的如廚房紙巾等各類生活用紙品種，其產品類別的適應性更強。與新月型紙機相比，普通國產圓網紙機成形能力差，只適合生產定量較高的中低檔衛生紙。從產品的柔軟度、松厚度等質量指標來看，新月型成形器衛生紙機，特別是雙層流漿箱結構的機型，要比真空圓網型紙機具有優勢，更適合生產高檔的紙巾紙。

展望未來，新月型紙機因其生產效率高，操作簡單，紙種轉換容易，成紙品質好，噸紙投資成本低等特點，仍將是國內新增產能的首選設備。同時，通過采用靴式壓榨、鋼制烘缸等對于新月型紙機原有配置的優化升級都是提高產品品質、降低能耗的有效方式。

目前，國內制造商通過與國外合作仿制和研發新月型衛生紙機尚處于起步階段，雖然可以將車速提高至900～1,200 m/min、產能提升至1.6萬t/a，但幅寬僅限于2,850mm，與國際先進的2,400 m/min、7萬t/a、5,600mm幅寬的衛生紙機還有很大差距，要解決核心技術國產化以及運行的穩定性方面也還有很長的路要走，還不適應大中型生活用紙生產商的需求。

現階段，進口新月型衛生紙機將繼續成為我國大中型生活用紙生產企業引進的主導機型。

8.3 模塊化技術的發展潛力

近年來，可應用于新月型衛生紙機的新型模塊化技術——ATMOS和NTT，均已成功推向市場。其主要目的是生產品質類似于TAD紙機的產品，而又兼顧到投資和節能，且比TAD型紙機更適合在中國這樣的發展中市場中應用。

ATMOS技術和NTT技術是衛生紙生產技術的重要創新，使紙機發揮生產更高品質產品的潛能，這種創新不同于前述的優化配置，而是對紙機結構的改變。通過增加ATMOS模塊或NTT模塊，使紙機的生產模式可以在類似普通的新月型模式和ATMOS模式或NTT模式之間輕松轉換，具有很高的操作靈活性，這個優點對于新興市場來說意義重大，因為這兩種技術既可以生產不同品質等級的產品，又相對降低了生活用紙生產商的設備投資風險。

但由于新模塊增加了投資成本，使應用NTT技術和ATMOS技術的新月型紙機是普通新月型紙機的投資成本的1.5倍以上和2～3倍，對于剛剛進入行業的新企業來說，應謹慎選擇，而更適合生產經驗豐富、資金實力雄厚且銷售渠道強大的大型企業選用。

隨著國內生活水平的不斷提高，消費者將越來越重視和關注生活用紙產品的品質，國內的生活用紙市場也會不斷細分。應用ATMOS技術和NTT技術的新月型紙機可用于開發差異化產品，如嬰兒護理、女性護膚用途的衛生紙、面巾紙、手帕紙類產品，以及高檔廚房紙巾類產品。尤其在京津冀、珠三角、長三角等消費水平高的地區，以及在中國工作和居住的外國人的逐年增多，都將帶動高檔產品消費增長。預計在不久的將來，采用ATMOS和NTT技術的新月型衛生紙機會在中國市場落地生根。

[10] 唐其錚譯，熱風穿透干燥(TAD)技術[J].生活用紙，2001，(10)：42

[11] 陳克復.制漿造紙機械與設備(下冊)(第三版)[M].北京：中國輕工業出版社，2011.220

[12] “TAD等效(TADe)技術”開創北美生活用紙新紀元[J].生活用紙，2013，(17)：53

[13] 蔣文杰.技術創造財富節能贏得未來[J].生活用紙，2013，(21)：24-27

[14] Allan Grimm. Advantage NTT概念帶來更高的松厚度、更好的柔軟度和更大的靈活性[J].生活用紙，2013，(9)：32-34