Linea di produzione di tessuto non tessuto

Introduzione

Il tessuto non tessuto (detto anche nonwoven) rappresenta un prodotto che trova un sempre più vasto impiego negli usi più disparati, dall’igiene personale al settore medicale, dai prodotti per la casa alle salviette industriali. Alla base del tessuto non tessuto c’è un complesso processo produttivo che comprende una serie di fasi in cui la gestione del materiale deve essere particolarmente accurata, sia per non farne perdere le caratteristiche di base sia per non rovinarlo tramite, per esempio, increspature o piegature.

Allo stesso modo anche il packaging delle bobine di tessuto non tessuto e la loro movimentazione in magazzino devono essere effettuati in modo da evitare ogni forma di contaminazione e danneggiamento, per consentire che il prodotto arrivi integro al cliente così com’è uscito dalla linea di produzione. Vediamo quindi come fare per raggiungere questo risultato in ciascuna fase, dalla formazione del TNT alla spedizione delle bobine finite.

La formazione del materiale e i tipi di TNT

Secondo quanto sancito dall’INDA e dall’EDANA, le principali associazioni per l’industria del nonwoven, con tessuto non tessuto si intende una struttura di fogli (o veli) tenuti assieme da filamenti aggrovigliati per mezzo di processi di tipo meccanico, termico o chimico. Tali substrati sono fogli piatti e porosi realizzati a partire da fibre singole, plastica fusa o film plastici. il tessuto non tessuto, come si evince in parte dal nome, non viene quindi creato attraverso processi di tessitura e non richiede la conversione delle fibre in filato.

Formation of the material and types of nonwoven

Quella fornita da INDA è però una definizione che descrive solo il principio che sta alla base del processo di produzione del tessuto non tessuto. Infatti, una variazione nella selezione delle fibre, nella formazione del velo, nel coesionamento e nelle tecniche di finitura consente di ottenere prodotti con caratteristiche proprie e molto diversi gli uni dagli altri. Questo li rende adatti a impieghi in numerosi ambiti, come il mercato igienico-sanitario, l’abbigliamento, l’automotive, la filtrazione, l’edilizia e il settore agricolo.

Possiamo essenzialmente dividere le tecnologie attualmente usate per produrre il tessuto non tessuto in sei tipologie:

Airlaid

This method uses air to form a homogenous web composed by short fibres randomly oriented. The subsequent bonding of the fibres, deposited onto a conveyor belt permeable to air, can take place by using heat (TBAL), hydrogen (HBAL), latex (LBAL) or a mixed LBAL + TBAL process.

Air-through bonding

Una tipologia di bonding termico che prevede l’utilizzo di aria riscaldata sulla superficie del tessuto non tessuto, dando vita ad un materiale voluminoso, soffice, uniforme e con elevata resistenza alla trazione. Questo processo non utilizza leganti chimici ed è l’unico di tipo termico che sottopone l’intero prodotto ad una temperatura uniforme.

Meltblown

Tessuto non tessuto ottenuto con un processo di filatura chiamato “filatura soffiata”. Le fibre polimeriche fuse vengono fatte passare attraverso una rete di filatura (o una filiera) per formare fibre lunghe e sottili, che vengono successivamente stirate e depositate su un nastro trasportatore utilizzando aria compressa calda, creando così il velo.

I nonwoven meltblown sono composti da fibre estremamente allungate e leggere e sono caratterizzate da un’alta capacità filtrante.

Spunlace

Tessuto non tessuto ottenuto mediante un processo di coesionamento per nastri fibrosi, umidi o asciutti, ottenuti mediante cardatura, air-laying o wet-laying. Il processo, noto appunto come spunlace o “hydroentanglement”, utilizza sottili getti d’acqua ad alta pressione che penetrano il velo, colpiscono il nastro trasportatore e rimbalzano contro di esso, provocando così l’aggrovigliamento delle fibre.

Spunlaid (o Spunbond)

I tessuti non tessuti spunlaid (chiamati anche spunbond) sono materiali composti da filamenti estremamente sottili. Vengono prodotti mediante un processo che prevede l’estrusione di polimeri per formare filamenti continui, i quali verranno successivamente condizionati, stirati e depositati su un nastro trasportatore per dare vita al velo. I filamenti, infine, verranno legati chimicamente, meccanicamente o termicamente per ottenere il prodotto finale. Lo spunbond a base di polipropilene è il materiale predominante nell’ambito dei pannolini per bambini e dei prodotti per l’igiene femminile, nonché negli indumenti medici.

Spunmelt/SMS

Lo spunbond viene spesso combinato con nontessuti meltblown dando vita a un prodotto a strati chiamato SMS (spun-melt-spun). Realizzati completamente in PP, i nonwoven SMS sono idrorepellenti e possono essere utilizzati per applicazioni monouso. Il meltblown è spesso usato come materiale filtrante per la sua capacità di catturare particelle molto fini.

Wetlaid

Tecnologia produttiva simile a quella utilizzata nella produzione della carta. I tessuti non tessuti di questo tipo si distinguono dalla carta wetlaid perché più del 30% in massa del loro contenuto fibroso è costituito da fibre con un rapporto lunghezza/diametro superiore a 300, mentre la densità è inferiore a 0,40 g/cm3. Il wetlaid è solitamente usato per realizzare prodotti come le bustine di tè, i filtri per il caffè e le salviette disperdibili.

Per quanto riguarda le caratteristiche del tessuto non tessuto, tra queste spicca sicuramente l’elasticità, che porta ad un progressivo restringimento del formato di partenza del foglio (neck-in) dalla fase di avvolgimento al prodotto finale. A questo riguardo è necessario distinguere le caratteristiche specifiche delle due principali tipologie di TNT: lo spunlaid e lo spunlace.

Lo spunlaid, caratterizzato dal posizionamento casuale delle fibre che lo compongono, è maggiormente resistente alla trazione ed è per questo è soggetto a un restringimento più marcato rispetto allo spunlace. Un formato iniziale del foglio pari a 3.600 mm, ad esempio, porta a bobine finali con formato pari a 3.200 mm.

Lo spunlace, invece, è composto da fibre orientate in Direzione Macchina (MD), dovuto all’impiego delle carde nel processo di formazione. Questo lo rende resistente alla trazione in tale direzione e, quindi, meno soggetto al restringimento.

Le fasi di avvolgimento, svolgimento e ribobinatura

A seguito della formazione del materiale tessuto non tessuto troviamo l’altra componente fondamentale del complesso ciclo produttivo è l’ultima fase: il cosiddetto “fine linea”. Qui avviene il processo di avvolgimento, svolgimento il taglio e la ribobinatura. Vediamo la differenza tra le diverse tipologie di macchinari usati.

Avvolgitori

Detti anche arrotolatori, hanno lo scopo di formare una bobina di grade formato e diametro chiamata master roll (o Jumbo roll, o bobina madre) a partire dal foglio continuo in uscita dalla linea di produzione.

Svolgitori

Macchinari che si occupano di svolgere la bobina madre in ingresso per lavorazioni successive del velo come, ad esempio, laminazione, stampa, formazione di tessuti non tessuti composti da più strati o, semplicemente, per ottenere bobine finali di diametro e formato inferiore (svolgitore delle taglierine ribobinatrici).

Taglierine Ribobinatrici

La funzione di questi macchinari è quella di tagliare, nel formato desiderato dal cliente (il converter), la bobina madre e avvolgere successivamente le strisce risultati per dar vita ad un determinato numero di bobine di diametro e formato inferiori.

Durante l’avvolgimento e la ribobinatura, per ottenere una bobina finale di alta qualità e priva di difetti, è importante effettuare un continuo controllo sia della velocità che dei parametri TNT (Tension – Nip – Torque) e seguire alcuni principi fondamentali:

Durante l’avvolgimento dei primi strati è necessario utilizzare un maggiore valore di tensione del velo perché la compattezza delle prime spire servirà da base per le successive;
Per quanto riguarda l’avvolgimento degli ultimi strati, invece, la tensione del velo dovrà essere inferiore per evitare lo schiacciamento del materiale sottostante;
La transizione di compattezza della bobina, dall’anima al diametro finale, deve avvenire in modo graduale. Questo è possibile grazie alla funzione taper, che consente una riduzione lineare della tensione in funzione del diametro della bobina.

Sempre per quanto riguarda questi processi, sono molte le problematiche che possono insorgere e che rischiano di inficiare il risultato finale. È importante ricordare che, in generale, errori nell’impostazione dei parametri TNT possono compromettere la qualità delle bobine finali, o addirittura impedirne l’avvolgimento.

Tra i difetti principali possiamo riscontrare:

Telescopia o forma non cilindrica, sintomo di compattezza insufficiente dovuta ad eccessivo intrappolamento di aria tra le spire;
Collasso dell’anima o incollaggio tra le spire, dovuti ad eccessiva compattezza;
Stellatura, dovuta ad un aumento non omogeneo della tensione all’aumentare del diametro della bobina;
Effetto taper, ovvero il fenomeno per cui, al crescere del diametro della bobina, gli strati più interni vengono schiacciati da quelli esterni a causa di una tensione eccessiva;
Stiramento del foglio e una conseguente eccessiva riduzione del formato delle bobine finali (per i materiali dotati di proprietà elastiche);
Perdita di volume e bulk, in caso di eccessiva compattezza nelle bobine

La mancata ottimizzazione dei tempi ciclo della macchina, come le operazioni di cambio master roll, posizionamento dei coltelli, cambio della bobina finita, la gestione dei difetti e in generale tutte le operazioni che avvengono a macchina ferma possono causare problematiche di scarsa velocità e produttività.

Il settaggio della larghezza di taglio deve inoltre considerare il fenomeno del neck-in, ovvero l’allungamento del materiale quando la striscia tagliata viene sottoposta a trazione in Direzione Macchina per mezzo dei rulli portanti e avvolta intorno all’anima di cartone. Oltre a questo, deve essere posta attenzione a possibili problemi di eccentricità radiale o assiale, vibrazioni, angolo di taglio, carico laterale e stato di usura delle lame.

Per i prodotti destinati al mercato igienico, è fondamentale inoltre che la polvere creata durante le varie fasi di ribobinatura venga aspirata mediante appositi sistemi per impedire una possibile contaminazione.

Il processo di laminazione

Con laminazione si intende il processo di produzione di un materiale in più strati le cui proprietà sono la risultante della combinazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche di ogni strato.

In particolare, nel nostro caso, la laminazione è il processo di unione di due o più strati, dei quali almeno uno è uno strato di tessuto non tessuto, con l’obiettivo di ottenere una migliore resistenza, stabilità, isolamento acustico, aspetto o altre proprietà.

L’accoppiamento, effettuato mediante l’utilizzo di adesivi (o di calore) e pressione, dà vita a prodotti in tessuto non tessuto dotati di uno strato impermeabile che sono traspiranti, morbidi, comodi e adatti alla stampa.

Il processo di stampa flessografica

La flessografia è la tecnica di stampa più utilizzata nel trattamento del tessuto non tessuto. Per ottenere un buon risultato è però necessario affrontare una serie di problematiche che possono insorgere durante il processo di stampa.

Uno degli aspetti a cui porre maggiore attenzione è la variabilità del passo stampa, che può essere influenzata sia dalla stessa stampante flessografica sia dalle macchine a monte e a valle di questa. La sfida è ottenere un passo stampa costante, dal diametro esterno della bobina fino all’anima: in caso contrario, l’intero lotto di produzione deve essere scartato con costi enormi per il produttore.

Il passo stampa può variare anche in funzione delle dimensioni della bobina, poiché il tensionamento cambia in base al diametro.

Anche l’invecchiamento del materiale può influire sul passo stampa perché può causare un allungamento nelle spire esterne della bobina stampata. Lo stesso fenomeno accade anche sui macchinari per la laminazione.

Strettamente correlata al problema della variabilità del passo stampa, vi è la necessità di raggiungere e mantenere una corretta tensione del velo durante tutto il processo di stampa, che coinvolge anche le macchine a monte (svolgitori) e a valle (avvolgitori) della stampante flessografica.

Una tensione corretta e costante è infatti fondamentale per evitare problemi come il restringimento o l’allungamento del materiale, che portano a loro volta all’allungamento del passo stampa. Pertanto, le macchine coinvolte nel processo di stampa devono operare in armonia per dare un prodotto finale di alta qualità, correttamente stampato e avvolto.

Un altro aspetto da tenere in considerazione per quanto riguarda la stampa flessografica riguarda inoltre la scelta dell’inchiostro: che sia a base di solventi, a base acqua o a polimerizzazione UV, deve aderire bene al substrato, asciugare correttamente rispetto alla velocità di stampa ed essere in grado di resistere al calore utilizzato durante un eventuale processo di laminazione successivo.

Ultimamente gli inchiostri a base acqua vedono un utilizzo sempre maggiore, per questioni di maggior sicurezza e sostenibilità, per la riduzione dei costi associati al controllo dei Composti Organici Volatili (COV) e, soprattutto, perchè in molte aree del mondo l’uso di inchiostri a base solvente è stato disincentivato.

Un altro problema comune nel processo di stampa flessografica si verifica nella fase di taglio longitudinale. Quando si stampa un prodotto che dovrà essere successivamente tagliato in un certo numero di strisce di larghezza definita, al fine di ottenere bobine più piccole (ad esempio per prodotti come pannolini o assorbenti), è necessario allineare e centrare la stampa rispetto al prodotto per raggiungere il risultato desiderato ed evitare errori, con conseguente scarto di materiale.

Nel settore igienico-sanitario le tirature sono generalmente lunghe e il numero dei setup è basso. Quindi la macchina da stampa flessografica, in questa tipologia di produzioni, lavora senza interruzioni per lunghi periodi, fino ad arrivare anche a 24 ore di fila.

Questo può portare ad una serie di problemi, come ad esempio il riscaldamento delle spalle causato dalla temperatura dei motori che può portare a deformazioni geometriche nell’immagine stampata. Per questo motivo, una delle richieste principali è quella di garantire la costanza e la stabilità delle prestazioni della macchina da stampa per lunghi periodi di funzionamento.

La fase di packaging

Una volta ottenuta la bobina, il processo prosegue con l’imballaggio, attività che ad oggi, grazie all’evoluzione della tecnologia, può beneficiare di numerosi vantaggi offerti dalle soluzioni automatizzate disponibili sul mercato.

Questi si traducono soprattutto in notevoli risparmi in termini di tempo e denaro rispetto alle tradizionali operazioni manuali, nella possibilità di gestire qualsiasi picco o stallo di produzione grazie al funzionamento 24 ore su 24 e 7 giorni su 7 e nella minore necessità di intervento umano, con una riduzione del rischio di errore e con la possibilità di impiegare il personale in mansioni a maggior valore aggiunto.

Un sistema di packaging automatico consente inoltre di calibrare gli spazi con grande precisione in fase di installazione, arrivando ad utilizzare anche solo il 10-20% dello spazio solitamente necessario nello stabilimento in caso di operazioni manuali.

Per ottenere il massimo in termini di prestazioni, un sistema di packaging automatico deve essere personalizzabile: solo una soluzione tarata sulle esigenze della specifica linea di produzione può soddisfare pienamente le necessità del cliente. In pratica, un sistema di packaging automatico dovrebbe essere in grado di eseguire alcune (o anche tutte) le seguenti operazioni:

Trasferimento della bobina dalla linea di produzione
Confezionamento delle bobine finite
Etichettatura delle singole bobine e delle anime
Etichettatura dei pacchi di bobine
Pesatura della bobina e dei pacchi
Confezionamento verticale e orizzontale
Eventuale pallettizzazione e secondo imballaggio

Se si vuole puntare alla massima efficienza dei processi e alla miglior qualità possibile del prodotto finale, un sistema di packaging automatico è la miglior soluzione per assicurare che la bobina arrivi al cliente finale esattamente com’è uscita dalla linea di produzione.

L’importanza dell’etichettatura

La procedura di etichettatura è un’operazione articolata e impegnativa la cui importanza viene spesso sottovalutata. La base del processo è l’integrazione con il sistema ERP aziendale: questo, infatti, è l’unico modo per essere certi di soddisfare correttamente l’ordine con un packaging conforme alle richieste.

Le etichette, stampate e posizionate sull’anima, sulla superficie esterna della singola bobina e sul bundle di bobine, raccoglie al suo interno tutti i dettagli inerenti il prodotto rilevati nelle singole fasi di packaging. Così facendo, l’etichetta consente di conoscere l’intera storia della bobina: un aspetto fondamentale per tracciare e certificare la catena del valore.

È possibile inoltre adottare un sistema di controllo delle etichette che si basa sull’utilizzo di telecamere. Queste, posizionate lungo la linea di imballaggio, sono in grado di effettuare una lettura delle etichette e confrontare i dati rilevati con quelli presenti nel database, verificandone l’effettiva coincidenza e di intervenire sulla produzione in caso di eventuali incongruenze.

Magazzini automatici e AGV (Automated Guided Vehicles)

Il magazzino riveste un ruolo sempre più strategico per un’azienda produttiva. non è più quel luogo dove stazionavano per lungo tempo le merci: oggi è un ambiente dinamico dove l’ottimizzazione delle attività deve andare di pari passo con quella degli spazi occupati. Per accontentare clienti sempre più esigenti, le offerte si sono allargate e approfondite.

Il magazzino non poteva, quindi, che essere il luogo di elezione per l’impiego di strumenti che consentissero una più semplice tracciabilità dei prodotti, una più agile movimentazione della merce e una migliore gestione degli spazi. Strumenti come gli AGV (Automatic Guided Vehicles), i veicoli autonomi senza conducente, e i magazzini automatizzati.

Nati come un sostituto dei trasportatori orizzontali, gli AGV hanno avuto una notevole evoluzione che li ha portati ad una notevole differenziazione in termini di tecnologia e impieghi possibili. Oggi non esistono virtualmente limiti ai loro possibili utilizzi, così come non esiste una classificazione rigida ma modelli che si differenziano per sistema di guida, portata, strumenti, alimentazione e capacità di movimento in relazione allo scopo di utilizzo.

Il personale addetto al magazzino oggi opera prevalentemente tramite device digitali di ultima generazione, gestendo da remoto magazzini automatici e AGV.

Grazie poi ai trasloelevatori è possibile sfruttare il magazzino in tutta la sua volumetria, consentendo di aumentare sensibilmente il volume totale di stoccaggio oppure di ridurre lo spazio occupato al suolo fino al 90% rispetto a un layout tradizionale, a parità di prodotto stoccato.

Adottare gli AGV consente di cambiare i processi di gestione dei magazzini migliorandoli notevolmente, con un rapido ritorno dell’investimento effettuato. Tra gli immediati vantaggi ottenibili possiamo elencare:

riduzione dei costi di personale, energia e affitto
maggiore produttività e flessibilità
maggiori velocità e precisione delle operazioni svolte
maggiore sicurezza per gli operatori presenti
Garanzia di integrità della merce durante le movimentazioni
controllo e tracciabilità dei prodotti

Come vedremo prossimamente in un case study dedicato ad un cliente che ha adottato tutte le soluzioni sopra menzionate, rivolgersi ad un unico fornitore come A.Celli per l’intero fine linea, compreso il packaging e la gestione del magazzino automatico, è la scelta migliore per garantire una perfetta integrazione di tutti i macchinari presenti e l’ottimizzazione delle performance della linea sulla base della tipologia di prodotto realizzato.

Soluzioni digitali per l’Industria 4.0

Le mutevoli richieste dei clienti e l’instabilità del mercato obbligano anche chi opera nell’ambito del tessuto non tessuto ad avere una certa agilità produttiva riducendo al contempo i costi, ottimizzando i processi e limitando scarti e consumi. Il tutto, ovviamente, senza scendere a compromessi sulla qualità dei prodotti finali.

In questo senso un grande aiuto arriva dal mondo dell’Industria 4.0, grazie alle quali è oggi possibile, ad esempio, monitorare qualunque impianto in tempo reale, in ogni momento e ovunque essi siano, migliorare drasticamente la produttività e ottenere una precisa allocazione del costo per metro di tessuto non tessuto prodotto.

Tutto inizia con la raccolta dei dati provenienti da ogni singolo macchinario di ciascun impianto per mezzo di appositi sensori, grazie ai quali sarà possibile ricevere accurate indicazioni su numerosi parametri inerenti ogni singola fase del processo produttivo.

I dati così rilevati, integrati con i dati provenienti da altri sistemi come i software gestionali, vengono successivamente analizzati avvalendosi dell’intelligenza artificiale e dell’apprendimento automatico in modo da fornire innumerevoli informazioni utili a processi decisionali strategici e operativi, come la determinazione in tempo reale dell’efficienza operativa di ogni macchinario, con la possibilità quindi di poter migliorare l’O.E.E. e la qualità del prodotto ottenuto, e la capacità di comparare le performance tra varie linee e impianti diversi.

Analizziamo brevemente alcune delle applicazioni possibili delle soluzioni digitali nella produzione di tessuto non tessuto.

Smart Ramp-Up: aumentare la velocità riducendo le vibrazioni

Per incrementare la produzione mantenendo un elevato livello qualitativo delle bobine di prodotto finito è oggi possibile ricorrere a tool per la gestione e l’ottimizzazione delle vibrazioni basati su algoritmi di machine learning ed intelligenza artificiale, come il nostro A.Celli Smart Ramp-Up.

Grazie a questa soluzione è possibile ottenere un aumento della velocità di produzione e di ribobinatura oltre i valori definiti dall’operatore (anche fino al 5%), evitando però l’insorgenza di fenomeni di instabilità vibrazionale ad opera dei principali componenti rotanti della macchina.

Manutenzione predittiva

Avere a disposizione i dati inerenti il funzionamento della macchina permette, inoltre, di tenere costantemente sotto controllo il suo stato di salute. Questo consente di effettuare operazioni di manutenzione predittiva, ovvero individuare e monitorare specifici parametri relativi alla vita utile residua di componenti soggetti ad usura al fine di programmare interventi di manutenzione prima del verificarsi di un guasto.

Un monitoraggio continuo offre quindi la sicurezza di avere macchine che funzionano sempre al meglio delle loro possibilità con rendimento ed efficienza ottimali.

Tracciamento del prodotto lungo l’intera catena del valore

Oggi le aziende producono un’enorme quantità di dati relativi alla produzione di ogni singolo prodotto, dalle materie prime utilizzate e i processi eseguiti fino alla spedizione.

Per garantire la conformità di ogni fase del processo produttivo ai più alti standard qualitativi è possibile utilizzare sistemi di tracciatura e archiviazione delle informazioni e delle caratteristiche della bobina, dall’architettura estremamente scalabile e flessibile, come il nostro A.Celli iREEL.

La soluzione da noi offerta, basata su tag RFID che vengono applicati alle anime delle bobine di tessuto non tessuto, consente di fornire a ciascun prodotto un codice identificativo in grado di certificare sia la qualità del prodotto stesso che quella di ciascuna fase della catena del valore a monte.

Contattaci se vuoi saperne di più su come migliorare le varie fasi del “viaggio” della bobina di tessuto non tessuto, dal processo di avvolgimento e svolgimento fino alla movimentazione nel magazzino e allo stoccaggio, senza dimenticare i vantaggi derivanti dalla trasformazione digitale del tuo impianto di produzione.

I nostri esperti saranno a disposizione per una consulenza gratuita e senza impegno per discutere assieme come ottimizzare la vostra produzione di tessuto non tessuto!

Case study – Perché le aziende scelgono A.Celli per le loro linee produttive di tessuto non tessuto

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