周杨 张玉兰 中国造纸协会生活用纸专业委员会

我国新型卫生纸机技术应用及发展趋势分析(下)

周杨 张玉兰 中国造纸协会生活用纸专业委员会

New Type Tissue Machines in China (Ⅱ)

编者按：本文是生活用纸专业委员会在走访企业、深入调研、展会采访以及对委员会多年来的行业统计数据系统归纳总结的基础上，撰写的调研报告，本刊分两期刊登。本期刊登的是下半部分，简述了TAD、ATMOS、NTT的技术特点，以及分析我国采用新型卫生纸机技术的趋势。

（接上期）

4 TAD技术简述

4.1 TAD技术的发展及特点

随着人们生活水平的不断提高，消费者对生活用纸的品质要求也越来越高。纵观全球，对生活用纸品质要求最高的地区是北美，该地区除了新月型纸机外，还较为流行另一种机型——TAD型卫生纸机，这种纸机在上世纪80～90年代成为该区域的投资热点，而且，近年来又开启了新一轮投资增长。

TAD (Through Air Drying) 即“热风穿透干燥”技术，是目前世界公认的可生产最高品质生活用纸的生产技术。TAD纸机成纸的松厚度和吸水性约为普通新月型纸机产品的2倍，而且更加柔软，满足了高端消费者和特殊人群的消费需求。

TAD技术在进入生活用纸行业之前，已在纺织和非织造布行业得到应用。德国福来司拿(Fleissner)公司在上世纪30年代首创适用于纺织业的TAD技术，后来该技术又在非织造布行业和造纸行业得到推广应用。在上世纪60年代中期，美国的宝洁公司首创了适用于生活用纸产品生产的TAD技术。

TAD技术的最大特点是不用机械压榨。常规的TAD纸机的流程是，来自成形部的纸页直接被传送到具有结构型的TAD毛毯上，湿纸页在TAD毛毯的支撑和塑形下经表面开孔的TAD烘缸初步干燥，在TAD烘缸之后，一个普通托辊将纸页贴在扬克烘缸上，随后纸页通过扬克烘缸和气罩完成全部干燥过程[10]，见图5。

图5 TAD型卫生纸机的结构简图

目前市场上的TAD纸机幅宽通常为2,800～5,600mm，车速1,000～1,600m/min，产能3～8万t/a，成纸定量范围17～35g/m2，最适合生产厨房纸巾、卫生纸等对松厚度、柔软度和吸水性要求高的产品。与新月型纸机不同的是，TAD纸机的定量最低为约17g/m2，这是由于纸机要承受热风的冲击，要有足够的定量来保证纸页的强度。而且所用浆种通常为100%木浆，使用二次纤维含量的上限为25%。

4.2 穿透干燥装置

在传统的扬克烘缸干燥过程中，主要以对流和接触干燥形式为主。而穿透干燥是高温不饱和热空气在一定压差下持续不断地穿过湿纸页，水分的蒸发是在纸页表面和整个厚度内，蒸发的水汽持续不断地被高速气流强制带走，从而大大提高纸页水分的蒸发量，干燥效率极大提高，此外穿透干燥还可以提高纸页的松厚度、柔软度、吸收能力和强度。

穿透干燥可分为外向式干燥和内向式干燥两种设计形式，目前使用的TAD型卫生纸机以内向穿透干燥方式为主。

内向式穿透干燥装置为纸页是受穿透缸（TAD烘缸）内的真空抽吸作用，吸附在穿透缸表面上，因此不用干网压覆纸页也可以平稳运行，在穿透缸外设有高温气罩，高温热风经喷嘴高速喷出，并在穿透缸内的真空作用的抽吸下，穿透纸页进行干燥，干燥的热风温度最高达370℃。

穿透干燥需要把湿纸页包覆在一个直径（5～8m）很大的烘缸上，烘缸表面布满了蜂窝形的孔，开口的面积是整个穿透缸面的85%～90%[11]。

4.3 成纸性能

TAD纸机能提高成纸的松厚度和吸水能力，与普通的新月型纸机的压花产品相比，成纸的松厚度和吸水能力可提高一倍。而且，其手感更柔软，即使在湿润的情况下，仍能保持结构稳定，见图6。

图6 TAD产品与普通压花的新月型产品的比较

TAD纸机的热风系统很大，其热风量约比普通扬克式烘缸热风罩的大4倍。在新月型卫生纸机上，纸页进入热干燥的干度大约是40%，而在TAD纸机上，干度不到25%，因此用加热法在TAD纸机上蒸发掉的水量比新月型纸机高一倍。在蒸发干燥速度上，热风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扬克烘缸高一倍。但不利的一面是，TAD卫生纸机在能耗上要高于相同生产能力的新月型卫生纸机。对于TAD纸机来讲，其电耗较高，主要是由于为使纸页脱水而安装了较大的真空装置；天然气消耗也相当高，因为要通过热能除去大量的水分。与新月型卫生纸机相比，TAD纸机的能耗要提高200%～250%。能耗大幅增加，投资费用较高，这也限制了该技术的普及。

4.4 应用情况

TAD纸机的应用主要集中在北美地区，见表3。据RISI统计，截至2012年底，全球TAD纸机的总产能占全球卫生纸机总产能（3,772万t）的9.4%，其中，北美TAD纸机的总产能约占全球TAD总产能的77.7%，占该地区卫生纸机总产能（871万t）的31.7%。

表3 全球TAD卫生纸机产能分布情况

5 ATMOS技术

5.1 ATMOS技术的发展及特点

ATMOS (Advance Tissue Molding Systems)即“先进卫生纸成形系统”技术，由福伊特卫生纸工艺技术中心研发。2007年，福伊特正式宣布了这项技术。

通过将新月型纸机的普通成形毛毯替换为结构化的毛毯，并在成形部与干燥部之间增加ATMOS脱水模块，使纸页在成形和脱水过程具有立体结构，提高了纸页的松厚度、柔软度和吸水性。

在相同定量的情况下，采用ATMOS技术的新月型卫生纸机（以下简称ATMOS纸机），成纸松厚度和吸收能力与TAD纸机的成纸松厚度和吸收能力相同，但总投资可减少35%，总能耗可降低60%。

与普通新月型纸机和TAD纸机不同的是，ATMOS纸机还可转换生产模式，当将结构化毛毯换成普通成形毛毯，并移去ATMOS脱水模块时，纸机可按普通新月型纸机模式生产。目前推入市场的ATMOS纸机幅宽2,800～5,600mm，在ATMOS模式下的最高车速为1,800m/min、普通毛毯模式下的最高车速为2,400m/min，产能3～6万t/a。两个模式的转换时间约4～6h，可利用正常的停机维护时间进行模式转换。ATMOS纸机成纸定量范围10～45g/m2，最适合生产厨房纸巾、卫生纸等较高定量的生活用纸产品，该纸机可用100%回收纤维生产。

5.2 ATMOS纸机的结构及工作原理

如图7所示，ATMOS纸机的成形器跟新月型纸机基本相同，但采用结构型毛毯取代了普通成形毛毯，纸页在成形部的结构型毛毯上形成立体结构，在结构型毛毯的保护下，经过ATMOS脱水模块，在扬克烘缸上完成干燥、起皱，最后在卷取部成为大纸卷。

图7 ATMOS纸机结构及工作原理

5.2.1 结构型毛毯

ATMOS纸机的成形部采用结构型毛毯。结构型毛毯使湿纸页具有三维立体结构，与TAD纸页一样，遇水后仍能保持立体结构。

5.2.2 ATMOS脱水模块

ATMOS脱水模块主要由热风罩、真空辊、透气毛毯、脱水毛毯、真空压榨辊和压榨对辊等组成。来自成形部的湿纸页在结构型毛毯的保护下进入ATMOS脱水模块，结构毛毯和纸页被夹在另外两层毛毯中间。顶层，透气毛毯缓慢地将纸页中的水挤压出来；底层，脱水毛毯提升了真空脱水的效果。在热风罩与真空辊之间，湿纸页通过透气毛毯与真空辊处的压榨作用，以及真空辊与热风罩形成的热风穿透效应的共同作用下脱水。热风罩吹出的是引自扬克烘缸气罩的回风（为热风和热蒸汽的混合物），真空辊的真空度为50kPa[12]。结构化毛毯以及缓和的脱水压力避免了纸页被压紧及其松厚度的损失。通过高真空度和温度的共同作用后，纸页经过由真空压榨辊和压榨对辊组成的压榨区，此处的线压力不高于90kN/m。

5.2.3 扬克烘缸

纸页经过扬克烘缸处的真空压榨后，干度达到42%以上。扬克烘缸处的真空压榨辊的线压力较低，且此处由于纸页的立体化结构，使只有25%的纸页表面积受压，75%的纸页表面积仍然在结构化毛毯中受到保护，以保证最大程度地减少了压榨辊对纸页松厚度的破坏。

5.3 应用情况

全球已销售的ATMOS纸机情况见表4，目前已投产4台。

表4 ATMOS纸机全球订单情况

6 NTT技术

6.1 NTT技术的发展及特点

NTT（New Textured Tissue）技术即“塑纹成形卫生纸”技术，为美卓公司（现已更名为维美德）与Albany International公司合作研发，2008年，由美卓公司正式推出。

通过在新月型纸机上增加NTT压榨模块，采用塑纹带使纸页三维成形，产品具有高松厚度、高柔软度。与TAD纸机相比，在同等定量的情况下，采用NTT技术的新月型卫生纸机（以下简称NTT纸机）的塑纹产品的松厚度略低于TAD纸机，但却远高于普通新月型纸机的产品，投资成本比TAD纸机低30%以上，而且比TAD纸机节能50%以上。

NTT纸机可快速转换生产模式，当将塑纹带换成平纹带时，纸机可按类似普通新月型纸机模式生产。目前推入市场的NTT纸机幅宽2,800～5,600mm，在NTT模式下的车速可达1,600～1,800m/min，在普通新月型纸机模式下最高车速为2,000m/min，产能可以达到3～7万t/a。两个模式的转换时间约2h，与普通新月型纸机更换毛毯的时间相同。NTT纸机成纸定量范围10～45g/m2，适合生产厨房纸巾、卫生纸、面巾纸、手帕纸等各类生活用纸产品，该纸机也可使用100%回收纤维。

6.2 NTT纸机的结构及工作原理

如图8所示，NTT纸机的成形器跟新月型纸机基本相同，但采用倒置流浆箱，纸页首先在成形辊上脱水，再经过真空脱水辊，在NTT压榨模块的靴压处与塑形带结合，使纸页在塑纹带上形成立体结构，在扬克烘缸上干燥、起皱，最后在卷取部成为大纸卷。

图8 NTT卫生纸机外形图

6.2.1 NTT塑形带

塑形带分为塑纹带和平纹带两种，由聚酯类材料生产。塑形带的结构分两层，下层是基层，上层是塑纹（或平纹）面层。如图9所示，NTT纸机可以用两种方式运行，一种是NTT模式（塑纹模式）：当使用塑纹带时，纤维被压进凹纹里，形成立体结构的塑纹纸页；另一种是传统方式：使用平纹带，生产类似普通新月型纸机的产品。

生产不同品种的生活用纸可以选用具有不同花纹的塑纹带。塑纹带的图案可以自由设计，比普通压花更提升产品档次。无论是塑纹带还是平纹带都具有很好的耐磨性能，其使用寿命不低于毛毯。

6.2.2 NTT压榨模块

NTT压榨部配有标准的靴式压榨。在NTT模式下，来自成形部的纸页首先经过一个真空脱水辊(此处配有一个蒸汽箱，以提高靴压区间的脱水能力)，然后在靴式压榨处与塑纹带结合，再由平实转向辊将纸页传递到扬克烘缸，转向辊与扬克烘缸间的线压力很低，仅为45kN/m，主要的压榨过程是在前面的靴式压榨处，出靴压后的纸页干度可达44%～48%。如图10所示，左为靴压辊和靴压对辊，右为扬克缸和平实转向辊，纸页在两个压区之间的塑纹带上形成立体结构的塑纹纸页。

图9 NTT卫生纸机塑形带示意图

图10 NTT卫生纸机压榨部示意图

与普通新月型纸机相比，NTT纸机塑纹带方式生产的成纸松厚度可提高50%～80%。由于纸页在经过靴压后到贴向扬克缸之前，还有一段恢复时间，所以即使使用平纹带方式生产，成纸的松厚度也可提高10%。

6.2.3 扬克烘缸

干燥部与普通扬克烘缸干燥部相同，纸页进入扬克烘缸，干燥、起皱。如果使用塑纹带，由于纸页具有立体结构，纸页表面不能完全贴缸，所以降低了干燥部的干燥效率，增加了干燥能耗。纸页进扬克缸前的干度为44%～46%。

如果使用平纹带，生产普通类型的卫生纸，这时进入扬克缸的纸页干度更高，节能更多。纸页进扬克缸前的干度为46%～48%。

6.3 应用情况

目前，全球已销售的NTT卫生纸机情况见表5。

表5 NTT卫生纸机全球订单情况

目前全球第一台商业运转的NTT纸机已于2013年8月在墨西哥投产，纸机运转的具体细节，美卓计划于近期公开发布。

第二台NTT纸机也计划于2014年底在智利FPC公司（Forestal Y Papelera Concepcion S.A）投产，FPC公司非常看好中国市场，计划将该纸机每年原纸产量的10%（约7,000t）销往中国，最近该公司已在中国进行了初步的市场调查，并与相关企业接洽中。

7 ATMOS技术和NTT技术优势分析

7.1 ATMOS技术成纸性能和成本分析

7.1.1 成纸性能

ATMOS的最大优势是，在生产出与TAD产品品质相当的生活用纸的情况下，可以比TAD降低60%的能耗，降低35%左右的投资额。这项技术另一个显著优势在于可以使用100%的回收纤维生产高品质的产品。

图11分别显示了普通新月型纸机和ATMOS生产的纸页横截面的电子显微图。两张图片清楚地显示出，普通新月型纸机生产的纸页结构较平，而ATMOS生产的纸页拥有非常明显的三维立体结构。普通新月型纸机和ATMOS纸机的成纸性能比较见表6。

图11 普通新月型和ATMOS纸机生产的纸页电子显微图比较

表6 两种纸机的成纸性能比较

7.1.2 能耗和纤维成本分析⑴ 能耗成本

图12 三种纸机的能耗比较

⑵ 纤维成本

如表7所示，与普通新月型纸机生产的卫生卷纸相比，相同直径的ATMOS产品，如果做成3层，节数可减少为185节，节约23%的纤维，这对企业来讲是很大的成本节约[13]，或者说如果做成相同的节数可以有更大的卷径，提高了产品的卖相。

表7 普通新月型纸机与ATMOS技术的纤维用量比较

7.2 NTT技术成纸性能和成本分析

7.2.1 成纸性能

NTT塑纹卫生纸的横截面电子显微图如图13所示。从图13可以明显看出纸页内部的三维立体交织结构。与普通压花产品不同的是，NTT纸页是在塑形带上三维成形的，在遇水之后仍能保持原来的形状，这一特性与TAD、ATMOS产品相同。不同纸机生产的擦手纸和纸巾纸产品性能对比，见表8。

图13 普通新月型和NTT纸机生产的纸页电子显微图比较

表8 不同纸机生产的产品性能对比

因使用了塑纹带可显著提高塑纹产品的松厚度，起皱效果更好，所以纸页纵向强度更高，更适合生产超柔纸巾纸。产品的松厚度和柔软度介于TAD和普通新月型产品之间。

7.2.2 能耗和纤维成本分析

⑴ 能耗成本

纸页定量18g/m2的不同纸机单位产品能耗对比见表9。

表9 不同纸机单位产品能耗对比

NTT纸机的纸页在塑纹和平纹这两种模式下，进扬克缸的干度均比普通新月型纸机的更高，所以总能耗更低。NTT纸机以平纹方式生产的各项能耗均低于普通新月型纸机，以塑纹方式生产所需的蒸汽消耗、电耗也低于普通新月型纸机。由于塑纹模式的纸页是三维成形，有40%～70%的纸页面积在贴向扬克缸时没有接触到烘缸表面，所以需要更多的燃气热风干燥。

NTT纸机可以生产高松厚度和高干度的卫生纸。NTT卫生纸的松厚度略低于TAD纸机同类产品，而它的干度却较高。在考虑生产成本时，NTT纸机降低生产成本的优点不仅体现在它能够使预压榨后的纸页具有较高的干度。而且，NTT纸机对于真空度的要求与普通新月型纸机相同，但比TAD纸机下降了25%。

⑵ 纤维成本

NTT塑纹卫生纸的松厚度更高，更节约纤维，可以加工成的小纸卷数量更多。如表10所示，相同质量的原纸，NTT原纸可加工的小卷纸的数量比普通新月型纸机的产品多出19%，即加工相同数量小纸卷的情况下，可节约纤维用量16%[14]。

表10 普通新月型纸机与NTT技术单位产品的纤维用量比较

8 我国采用新型卫生纸机技术趋势分析

8.1 行业产业结构升级的动力

随着我国生活用纸行业的飞速发展，行业先进产能已由2003年的33.4万t，提高至2012年的404.65万t，10年间增长了11倍。高档产品的比例已从2003年的15%增长到2012年的50%以上，而且还将继续提高。

虽然我国目前的生活用纸消费量仅次于北美和西欧地区，位居世界第三位，但由于人口众多，我国生活用纸的人均消费量尚未达到世界平均水平，而且相比北美、日本和西欧，及中国港、澳、台地区都还有相当大的差距，今后的市场增长潜力巨大。随着我国经济的发展和城市化、国际化进程的加快，国家的节能减排政策，也将助推生活用纸先进产能的投资增长。

据生活用纸委员会的预测，到2015年，我国生活用纸产能将在2012年784.15万t的基础上新增产能300万t，淘汰落后产能100万t，总产能达到985万t。2015年产量达到780万t，消费量650万t（按年均增速5%计），年人均消费量4.7kg，达到或超过世界平均水平。

近几年来，由于行业领先企业的迅速扩产和落后产能的淘汰，生活用纸行业的集中度明显提高。恒安等产能排名前4位的生活用纸生产企业的原纸生产能力合计约占行业总产能已从2003年的1/10提高至2012年的1/3，预计到2015年将占到一半以上。此外，生产其他纸种的造纸企业或新的市场参与者也在投资大型、现代化卫生纸产能，高起点进入生活用纸行业，将进一步加速行业产业升级。

8.2 我国采用卫生纸机技术的趋势

大企业的扩张也使我国采用单机产能达6万t/a及以上的卫生纸机数量明显增加，从2009年的2台，增长为2012年的21台。单机产能的提高，更充分发挥了新月型纸机的规模效益，适合行业领先企业扩大发展。

新月型纸机可以生产从低定量的如面巾纸到高定量的如厨房纸巾等各类生活用纸品种，其产品类别的适应性更强。与新月型纸机相比，普通国产圆网纸机成形能力差，只适合生产定量较高的中低档卫生纸。从产品的柔软度、松厚度等质量指标来看，新月型成形器卫生纸机，特别是双层流浆箱结构的机型，要比真空圆网型纸机具有优势，更适合生产高档的纸巾纸。

展望未来，新月型纸机因其生产效率高，操作简单，纸种转换容易，成纸品质好，吨纸投资成本低等特点，仍将是国内新增产能的首选设备。同时，通过采用靴式压榨、钢制烘缸等对于新月型纸机原有配置的优化升级都是提高产品品质、降低能耗的有效方式。

目前，国内制造商通过与国外合作仿制和研发新月型卫生纸机尚处于起步阶段，虽然可以将车速提高至900～1,200 m/min、产能提升至1.6万t/a，但幅宽仅限于2,850mm，与国际先进的2,400 m/min、7万t/a、5,600mm幅宽的卫生纸机还有很大差距，要解决核心技术国产化以及运行的稳定性方面也还有很长的路要走，还不适应大中型生活用纸生产商的需求。

现阶段，进口新月型卫生纸机将继续成为我国大中型生活用纸生产企业引进的主导机型。

8.3 模块化技术的发展潜力

近年来，可应用于新月型卫生纸机的新型模块化技术——ATMOS和NTT，均已成功推向市场。其主要目的是生产品质类似于TAD纸机的产品，而又兼顾到投资和节能，且比TAD型纸机更适合在中国这样的发展中市场中应用。

ATMOS技术和NTT技术是卫生纸生产技术的重要创新，使纸机发挥生产更高品质产品的潜能，这种创新不同于前述的优化配置，而是对纸机结构的改变。通过增加ATMOS模块或NTT模块，使纸机的生产模式可以在类似普通的新月型模式和ATMOS模式或NTT模式之间轻松转换，具有很高的操作灵活性，这个优点对于新兴市场来说意义重大，因为这两种技术既可以生产不同品质等级的产品，又相对降低了生活用纸生产商的设备投资风险。

但由于新模块增加了投资成本，使应用NTT技术和ATMOS技术的新月型纸机是普通新月型纸机的投资成本的1.5倍以上和2～3倍，对于刚刚进入行业的新企业来说，应谨慎选择，而更适合生产经验丰富、资金实力雄厚且销售渠道强大的大型企业选用。

随着国内生活水平的不断提高，消费者将越来越重视和关注生活用纸产品的品质，国内的生活用纸市场也会不断细分。应用ATMOS技术和NTT技术的新月型纸机可用于开发差异化产品，如婴儿护理、女性护肤用途的卫生纸、面巾纸、手帕纸类产品，以及高档厨房纸巾类产品。尤其在京津冀、珠三角、长三角等消费水平高的地区，以及在中国工作和居住的外国人的逐年增多，都将带动高档产品消费增长。预计在不久的将来，采用ATMOS和NTT技术的新月型卫生纸机会在中国市场落地生根。

[10] 唐其铮译，热风穿透干燥(TAD)技术[J].生活用纸，2001，(10)：42

[11] 陈克复.制浆造纸机械与设备(下册)(第三版)[M].北京：中国轻工业出版社，2011.220

[12] “TAD等效(TADe)技术”开创北美生活用纸新纪元[J].生活用纸，2013，(17)：53

[13] 蒋文杰.技术创造财富节能赢得未来[J].生活用纸，2013，(21)：24-27

[14] Allan Grimm. Advantage NTT概念带来更高的松厚度、更好的柔软度和更大的灵活性[J].生活用纸，2013，(9)：32-34