熔噴非織造布技術(shù)
時(shí)間: 2020-03-11 13:55:12
一、熔噴非織造布技術(shù)簡介1、熔噴法熔噴法是將高聚物熔體通過高速高溫氣流噴吹，使熔體細(xì)流受到極度拉伸而形成超細(xì)纖維，然后凝聚到多孔滾筒或成網(wǎng)簾上形成纖網(wǎng)，再經(jīng)自身粘合或熱粘合作用得以加固而制成非織造布的一種生產(chǎn)技術(shù)。 熔噴工藝流程示意圖2、熔噴非織造布工藝特點(diǎn)熔噴工藝流程短，設(shè)備簡單(不需要固結(jié)纖網(wǎng)的設(shè)備)，生產(chǎn)效率高；能耗大，成本較高，對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大有一定的消極影響；纖維極細(xì)(纖維直徑達(dá)微米級(jí)甚至納米級(jí))，比表面積大，纖網(wǎng)孔隙率高，纖網(wǎng)均勻度好，柔軟蓬松，尤其適用于過濾、吸液和保暖材料等；纖維和纖網(wǎng)強(qiáng)度低，取向度低，耐磨性差。二、熔噴非織造布生產(chǎn)設(shè)備以Reifenhause公司的MB2400全自動(dòng)熔噴生產(chǎn)線為例：整套熔噴設(shè)備由主機(jī)、加熱系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。主機(jī)主要由喂入系統(tǒng)、螺桿擠出機(jī)、過濾裝置、計(jì)量泵、熔噴模頭組合件、接收裝置和卷取機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)聚酯及聚酰胺等熔噴非織造材料時(shí)，還需要進(jìn)行切片干燥、預(yù)結(jié)晶。1、喂料系統(tǒng)喂料系統(tǒng)采用德國AZOGMOHCO公司的P-320-38G型三級(jí)料箱計(jì)量混料系統(tǒng)。喂料系統(tǒng)由3個(gè)料桶組成：1個(gè)主料桶、2輔料桶，主料桶加入聚合物切片，兩個(gè)輔料桶分別加入色母粒和功能母粒，且通過PLC/SBBL自動(dòng)控制主料、色母粒及抗靜電劑的比例和喂入量。 三級(jí)料箱計(jì)量混料系統(tǒng)料桶示意圖實(shí)行定時(shí)定量喂料，滿足擠出量的要求通過PLC/SBBL控制系統(tǒng)自動(dòng)控制切片、色母粒和功能母粒的比例；每一料桶有一料位水平指示儀，顯示計(jì)量桶中料的高度，由程序監(jiān)控。混合作用定量加入的粒料在混合計(jì)量桶內(nèi)進(jìn)一步混合，桶內(nèi)有一個(gè)螺旋攪拌器，通過攪拌使各種粒料混合均勻，再通過喂入管喂入螺桿擠壓機(jī)。2、螺桿擠壓機(jī)在螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料端，聚合物切片要與穩(wěn)定劑、增白劑等添加劑及色母粒等必須的原料，經(jīng)過充分?jǐn)嚢杌旌虾筮M(jìn)入螺桿擠出機(jī)，加熱成熔體。采用RH801單螺桿擠壓機(jī)。3、過濾裝置(濾網(wǎng))采用雙活塞過濾裝置，可保證生產(chǎn)中在線更換濾網(wǎng)。 濾網(wǎng)采用的是復(fù)合濾網(wǎng)，共由5層組成，表面層目數(shù)較低，中間層目數(shù)較高，濾網(wǎng)的更換周期取決于使用原料的含雜情況。如果出現(xiàn)壓力達(dá)到設(shè)定值、擠出量明顯減少、螺桿擠壓機(jī)動(dòng)力消耗增大等情況，應(yīng)及時(shí)更換濾網(wǎng)。4、計(jì)量泵作用是精確計(jì)量，連續(xù)輸送高聚物熔體到紡絲模頭，并產(chǎn)生預(yù)定的壓力，以保證熔體能克服組件和噴絲頭的阻力從噴絲頭噴出，形成熔體細(xì)流。計(jì)量泵由1對(duì)精確嚙合的齒輪、3塊泵板、2個(gè)輪軸和1幅聯(lián)軸器組成。5、熔噴模頭組合件模頭組合件（紡絲組件）是熔噴生產(chǎn)線中最關(guān)鍵的設(shè)備，它由聚合物熔體分配系統(tǒng)、模頭系統(tǒng)、拉伸熱空氣管路通道(熱氣流噴嘴和刀型閥)以及加熱保溫元件等組成。(1)聚合物熔體分配系統(tǒng)作用：保證聚合物熔體在整個(gè)熔噴模頭長度方向上均勻流動(dòng)。一般要滿足兩個(gè)條件：①熔體流動(dòng)時(shí)間上盡可能短且相同；②熔體在流動(dòng)中壓力降盡可能小且相同，以避免產(chǎn)生過多熱降解；還要避免因熔體流動(dòng)死角造成聚合物的過度熱降解。影響熔體分配均勻度的因素： ①歧管傾斜角度：隨著歧管傾斜角度的增加，聚合物熔體在分配系統(tǒng)中央處的動(dòng)速率趨于減小，而兩邊的流動(dòng)速率明顯增加；②高聚物熔體本身：成纖高聚物熔體一般表現(xiàn)為非牛頓行為，應(yīng)通過對(duì)高聚物的分子量及其分布進(jìn)行并選用較高的溫度，以改善其流變性能。衣架型聚合物熔體分配系統(tǒng)示意圖(2)模頭系統(tǒng)(模頭尖部)由過濾層、預(yù)成型層和紡絲板組成。過濾層是由幾層濾網(wǎng)以鋁合金導(dǎo)架復(fù)合而成，對(duì)熔體起過濾作用，防止雜質(zhì)阻塞噴絲孔；預(yù)成型層和紡絲板用螺絲固結(jié)在一起，用聚四氟乙烯進(jìn)行密封，使熔體順利流入噴絲孔；模頭兩側(cè)設(shè)有小孔，用于安裝子彈式加熱器和溫度傳感器，對(duì)模頭進(jìn)行加熱，使其保持所需的溫度。 模頭尖部組成1-濾網(wǎng)2-預(yù)成型板3-紡絲板4-聚四氟乙烯密封(3)噴絲板熔噴法使用的噴絲板與其他紡絲成網(wǎng)法不同，其噴絲孔必須排成一條直線，上下兩側(cè)開有高速氣流的噴出槽。熔噴法噴絲孔的孔徑為0.3-0.4mm，噴絲孔間距12-16孔/cm。噴絲板結(jié)構(gòu)圖1-加熱元件2-熔體3-熱空氣4-噴絲板5-熱空氣噴出槽狹縫式噴絲孔模頭Kimberly-Clark公司申請(qǐng)的專利，其噴絲孔不再是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的孔，而像噴出熱空氣的空隙那樣，是一條連續(xù)的縫隙。因?yàn)閺莫M縫中擠出的熔體會(huì)形成薄膜，為了能生產(chǎn)出單根纖維，狹縫一側(cè)的壁上刻有溝槽；另一側(cè)壁則低于刻槽的這側(cè)。優(yōu)點(diǎn)：可以降低噴絲孔的堵塞，減少維修費(fèi)用、提高利用率。(4)熱氣流噴嘴和刀型閥熔噴紡絲成形是聚合物熔體從噴絲孔擠出后，經(jīng)高溫高速熱氣流噴吹而完成的，所以模頭整個(gè)寬度上每一點(diǎn)的氣流速度應(yīng)盡可能相同，否則無法保證成絲。熱氣流噴嘴安裝在模頭的兩側(cè)，加熱的氣流經(jīng)刀型閥進(jìn)入熱空氣通道。為了保證氣流的均勻分配，每個(gè)進(jìn)氣管都配有刀型閥。 空氣噴吹風(fēng)道的結(jié)構(gòu)示意圖1模頭2模頭尖3噴嘴邊緣4氣流調(diào)節(jié)閥風(fēng)道的調(diào)節(jié)和設(shè)置直接影響熱氣流的噴吹方向，決定著纖維的質(zhì)量。風(fēng)道的調(diào)節(jié)參數(shù)主要有噴嘴寬度W(0~13.5mm)和模頭尖至噴嘴邊緣的距離H(0~3mm)。6、接收裝置(成網(wǎng)系統(tǒng))噴絲板水平放置，圓形收集滾筒上成網(wǎng)；噴絲板垂直放置，水平移動(dòng)的成網(wǎng)簾上凝集成網(wǎng)。7、切邊卷繞在卷繞之前，先要將熔噴布兩邊的毛邊部分切去。切邊部分：①直接回收再利用；②作為半成品原料加工成最終產(chǎn)品。切邊后的布：全幅或分切成若干部分卷繞成卷。8、后整理或特殊整理在熔噴工藝中，適當(dāng)作一些變化，就可以極大地改變成品的物理機(jī)械特性，開發(fā)新產(chǎn)品，這也可以作為熔噴非織造布工藝變化靈活的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在熱氣流中導(dǎo)入含有短纖維或木漿纖維的氣流，使熔噴布具有更好的彈性、吸附性、強(qiáng)力等；將帶有超吸收的聚合物粉末或活性炭粒子吹入熱氣流，提高熔噴布的吸附性或過濾效率。三、熔噴法主要生產(chǎn)工藝參數(shù)(影響產(chǎn)品性能的因素)1、熔融指數(shù)(MFI)聚合物分子量越低，熔融流動(dòng)指數(shù)(MFI)越高，熔體粘度越低，越能適合于熔噴工藝較弱的牽伸作用。分子量小，流動(dòng)性能好，熔融指數(shù)高。熔融指數(shù)的高低不僅反映了高聚物本身的流動(dòng)性能，而且與其制成的纖維及纖網(wǎng)的物理機(jī)械性能密切相關(guān)。熔噴纖維的結(jié)晶度和取向度比紡粘法的小。因此熔噴纖維的強(qiáng)度較差，故纖網(wǎng)的強(qiáng)力也較差。在螺桿速度相同的工藝條件下，高M(jìn)FI的PP切片，可提高產(chǎn)量1/3；由于熱空氣溫度可降低，能耗也相應(yīng)降低。2、螺桿擠壓機(jī)各區(qū)的溫度螺桿擠壓機(jī)各區(qū)的溫度，不僅會(huì)影響紡絲過程能否順利進(jìn)行，而且對(duì)最終產(chǎn)品的手感及力學(xué)性能有很大影響。溫度設(shè)置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生堵塞噴頭、磨損噴絲孔、增加布面疵點(diǎn)及飛花等現(xiàn)象。3、熱氣流速度對(duì)纖維的線密度和產(chǎn)品的物理性能都有直接影響。在相同溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和接收距離等條件下：①熱空氣速度增加，纖維直徑降低，非織造布手感由硬變軟，纖維纏結(jié)增多，纖網(wǎng)密實(shí)、光滑，強(qiáng)度有所增加；②但氣流速度過大，易出現(xiàn)飛花，嚴(yán)重影響布面外觀。4、熱空氣噴射角度指氣流與模頭底面的夾角。高溫高速的牽伸熱空氣從熔噴組合模頭的空氣通道中噴射出來，兩股氣流發(fā)生碰撞，形成了復(fù)雜的流場。主要影響拉伸效果和纖維形態(tài)。熱空氣噴射角度接近90°時(shí)，將產(chǎn)生高度分散的湍流，使纖維在成網(wǎng)簾上形成無規(guī)則分布；角度越小，越容易形成平行的纖維束。5、接收距離(DCD)DCD增加縱橫向強(qiáng)度降低，彎曲強(qiáng)度降低，非織造布手感蓬松、柔軟，若用作過濾材料，過濾效率和過濾阻力減小。DCD減小，熱空氣冷卻和擴(kuò)散不充分，粘合效果得到改善，產(chǎn)品蓬松度下降(纖維多呈團(tuán)聚狀)，強(qiáng)度提高。6、聚合物熔體的擠出量 在溫度不變的情況下：擠出量增加，熔噴布定量增加，強(qiáng)度提高(到達(dá)峰值后減小)當(dāng)擠出量過大時(shí)，熔噴布的強(qiáng)度反而下降，尤其是MFI大于1000時(shí)更明顯：可能是由于擠出量過高時(shí)，絲條拉伸不充分，并絲嚴(yán)重，布面黏結(jié)纖維減少所致。四、熔噴法產(chǎn)品應(yīng)用1、過濾材料主要利用其超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，這也是它最早及最大的應(yīng)用領(lǐng)域；對(duì)新型過濾材料的需求也是推動(dòng)熔噴非織造布發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＳ萌蹏姴歼M(jìn)行過濾，凈化后的氣體或液體中沒有濾材脫落的短絨現(xiàn)象。目前全世界每年使用的熔噴濾材約2萬多噸，其中：①65％用于液體過濾，如：飲料和食品衛(wèi)生過濾、水過濾、貴金屬回收過濾、油漆及涂料等化學(xué)產(chǎn)品過濾；②35％用于氣體過濾，如：室內(nèi)空調(diào)機(jī)過濾、氣水分離過濾、凈化室過濾等。2、醫(yī)用材料目前熔噴布的第二大應(yīng)用領(lǐng)域，全世界每年的用量在1萬噸以上。在該領(lǐng)域，用量最大的是外科手術(shù)衣、手術(shù)室帷簾及消毒包扎布，還有少量用作彈性繃帶、膠帶、消炎止痛膜等。3、衛(wèi)生材料4、吸油材料PP熔噴法非織造布具有疏水親油的特性，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，密度比水小，吸油后能長期浮于水面上而不變形，可循環(huán)使用和長期存放。一般是將熔噴布塞入一根由PET長絲針織而成的網(wǎng)眼長管中作為海上阻油、吸油的浮動(dòng)水柵；也可在海上拖輪的頭部安裝由PP熔噴布制成的集油裝置，連續(xù)地在海面清除油污。PP熔噴法非織造布制成吸油索、吸油鏈、吸油枕等，吸油量可達(dá)到自身重量的10-50倍。5、服裝材料①美國3M公司開發(fā)的特殊熔噴布：在熔噴成纖過程中混入PET短纖，形成由彈性良好的PET短纖與PP超細(xì)纖維構(gòu)成的空氣保暖結(jié)構(gòu)。②國內(nèi)天臺(tái)縣砳榮環(huán)?？萍加邢薰韭氏乳_發(fā)熔噴保暖材料，帶來了中國熔噴非織造布發(fā)展的高峰。6、擦布利用PP天然的吸油性，制成各種用于有油污染工作環(huán)境的擦布。 采用適當(dāng)?shù)募訚裉砑觿?，可制成具有親水性的PP熔噴擦布，用作醫(yī)院、高凈化室、精密機(jī)件、儀表、計(jì)算機(jī)房等處使用的高級(jí)擦布。7、吸音隔音材料熔噴雙組份吸音材料是由直徑在1-4μm的熔噴超細(xì)纖維和直徑3-7分特的短纖維組成的非織造材料。當(dāng)聲波振動(dòng)通過熔噴雙組份材料中的纖維孔隙時(shí)，在摩擦損耗等作用下，導(dǎo)致通過的聲音的能量被轉(zhuǎn)化成熱能從而起到隔音、吸音的效果。