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熔喷非织造布技术

发布时间:2020-03-11 13:55:12人气:

      一、熔喷非织造布技术简介

1熔喷法

熔喷法是将高聚物熔体通过高速高温气流喷吹,使熔体细流受到极度拉伸而形成超细纤维,然后凝聚到多孔滚筒或成网帘上形成纤网,再经自身粘合或热粘合作用得以加固而制成非织造布的一种生产技术。

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熔喷工艺流程示意图

2、熔喷非织造布工艺特点

熔喷工艺流程短,设备简单(不需要固结纤网的设备),生产效率高;能耗大,成本较高,对其应用领域的扩大有一定的消极影响;纤维极细(纤维直径达微米级甚至纳米级),比表面积大,纤网孔隙率高,纤网均匀度好,柔软蓬松,尤其适用于过滤、吸液和保暖材料等;纤维和纤网强度低,取向度低,耐磨性差。

二、熔喷非织造布生产设备

Reifenhause公司的MB2400全自动熔喷生产线为例

整套熔喷设备由主机、加热系统、润滑系统、液压系统、冷却系统、电气控制系统等。主机主要由喂入系统、螺杆挤出机、过滤装置、计量泵、熔喷模头组合件、接收装置和卷取机构。生产聚酯及聚酰胺等熔喷非织造材料时,还需要进行切片干燥、预结晶。

1、喂料系统

喂料系统采用德国AZOGMOHCO公司的P-320-38G型三级料箱计量混料系统。喂料系统由3个料桶组成:1个主料桶、2辅料桶,主料桶加入聚合物切片,两个辅料桶分别加入色母粒和功能母粒,且通过PLC/SBBL自动控制主料、色母粒及抗静电剂的比例和喂入量。

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三级料箱计量混料系统料桶示意图

实行定时定量喂料,满足挤出量的要求通过PLC/SBBL控制系统自动控制切片、色母粒和功能母粒的比例;每一料桶有一料位水平指示仪,显示计量桶中料的高度,由程序监控。混合作用定量加入的粒料在混合计量桶内进一步混合,桶内有一个螺旋搅拌器,通过搅拌使各种粒料混合均匀,再通过喂入管喂入螺杆挤压机。

2、螺杆挤压机

在螺杆挤出机的进料端,聚合物切片要与稳定剂、增白剂等添加剂及色母粒等必须的原料,经过充分搅拌混合后进入螺杆挤出机,加热成熔体。采用RH801单螺杆挤压机。

3、过滤装置(滤网)

采用双活塞过滤装置,可保证生产中在线更换滤网。

      滤网采用的是复合滤网,共由5层组成,表面层目数较低,中间层目数较高,滤网的更换周期取决于使用原料的含杂情况。如果出现压力达到设定值、挤出量明显减少、螺杆挤压机动力消耗增大等情况,应及时更换滤网。

4、计量泵

作用是精确计量,连续输送高聚物熔体到纺丝模头,并产生预定的压力,以保证熔体能克服组件和喷丝头的阻力从喷丝头喷出,形成熔体细流。计量泵由1对精确啮合的齿轮、3块泵板、2个轮轴和1幅联轴器组成。

5、熔喷模头组合件

模头组合件(纺丝组件)是熔喷生产线中最关键的设备,它由聚合物熔体分配系统、模头系统、拉伸热空气管路通道(热气流喷嘴和刀型阀)以及加热保温元件等组成。

(1)聚合物熔体分配系统

作用:保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流动。

一般要满足两个条件:

①熔体流动时间上尽可能短且相同;

②熔体在流动中压力降尽可能小且相同,以避免产生过多热降解;还要避免因熔体流动死角造成聚合物的过度热降解。

影响熔体分配均匀度的因素:

 ①歧管倾斜角度:随着歧管倾斜角度的增加,聚合物熔体在分配系统中央处的动速率趋于减小,而两边的流动速率明显增加;

②高聚物熔体本身:成纤高聚物熔体一般表现为非牛顿行为,应通过对高聚物的分子量及其分布进行并选用较高的温度,以改善其流变性能。

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衣架型聚合物熔体分配系统示意图

(2)模头系统(模头尖部)

由过滤层、预成型层和纺丝板组成。过滤层是由几层滤网以铝合金导架复合而成,对熔体起过滤作用,防止杂质阻塞喷丝孔;预成型层和纺丝板用螺丝固结在一起,用聚四氟乙烯进行密封,使熔体顺利流入喷丝孔;模头两侧设有小孔,用于安装子弹式加热器和温度传感器,对模头进行加热,使其保持所需的温度。

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模头尖部组成

1-滤网2-预成型板3-纺丝板4-聚四氟乙烯密封

(3)喷丝板

熔喷法使用的喷丝板与其他纺丝成网法不同,其喷丝孔必须排成一条直线,上下两侧开有高速气流的喷出槽。熔喷法喷丝孔的孔径为0.3-0.4mm,喷丝孔间距12-16孔/cm。

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喷丝板结构图

1-加热元件2-熔体3-热空气4-喷丝板5-热空气喷出槽

狭缝式喷丝孔模头Kimberly-Clark公司申请的专利,其喷丝孔不再是一个个单独的孔,而像喷出热空气的空隙那样,是一条连续的缝隙。因为从狭缝中挤出的熔体会形成薄膜,为了能生产出单根纤维,狭缝一侧的壁上刻有沟槽;另一侧壁则低于刻槽的这侧。优点:可以降低喷丝孔的堵塞,减少维修费用、提高利用率。

(4)热气流喷嘴和刀型阀

熔喷纺丝成形是聚合物熔体从喷丝孔挤出后,经高温高速热气流喷吹而完成的,所以模头整个宽度上每一点的气流速度应尽可能相同,否则无法保证成丝。热气流喷嘴安装在模头的两侧,加热的气流经刀型阀进入热空气通道。为了保证气流的均匀分配,每个进气管都配有刀型阀。

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空气喷吹风道的结构示意图

1模头2模头尖3喷嘴边缘4气流调节阀

风道的调节和设置直接影响热气流的喷吹方向,决定着纤维的质量。风道的调节参数主要有喷嘴宽度W(0~13.5mm)和模头尖至喷嘴边缘的距离H(0~3mm)。

6、接收装置(成网系统)

喷丝板水平放置,圆形收集滚筒上成网;喷丝板垂直放置,水平移动的成网帘上凝集成网。

7、切边卷绕

在卷绕之前,先要将熔喷布两边的毛边部分切去。

切边部分:

①直接回收再利用;②作为半成品原料加工成最终产品。切边后的布:全幅或分切成若干部分卷绕成卷。

8、后整理或特殊整理

在熔喷工艺中,适当作一些变化,就可以极大地改变成品的物理机械特性,开发新产品,这也可以作为熔喷非织造布工艺变化灵活的一个优点。在热气流中导入含有短纤维或木浆纤维的气流,使熔喷布具有更好的弹性、吸附性、强力等;将带有超吸收的聚合物粉末或活性炭粒子吹入热气流,提高熔喷布的吸附性或过滤效率。

三、熔喷法主要生产工艺参数(影响产品性能的因素)

1、熔融指数(MFI)

聚合物分子量越低,熔融流动指数(MFI)越高,熔体粘度越低,越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。分子量小,流动性能好,熔融指数高。熔融指数的高低不仅反映了高聚物本身的流动性能,而且与其制成的纤维及纤网的物理机械性能密切相关。熔喷纤维的结晶度和取向度比纺粘法的小。因此熔喷纤维的强度较差,故纤网的强力也较差。在螺杆速度相同的工艺条件下,高MFI的PP切片,可提高产量1/3;由于热空气温度可降低,能耗也相应降低。

2、螺杆挤压机各区的温度

螺杆挤压机各区的温度,不仅会影响纺丝过程能否顺利进行,而且对最终产品的手感及力学性能有很大影响。温度设置不当,会产生堵塞喷头、磨损喷丝孔、增加布面疵点及飞花等现象。

3、热气流速度

对纤维的线密度和产品的物理性能都有直接影响。

在相同温度、螺杆转速和接收距离等条件下:

①热空气速度增加,纤维直径降低,非织造布手感由硬变软,纤维缠结增多,纤网密实、光滑,强度有所增加;

②但气流速度过大,易出现飞花,严重影响布面外观。

4、热空气喷射角度

指气流与模头底面的夹角。高温高速的牵伸热空气从熔喷组合模头的空气通道中喷射出来,两股气流发生碰撞,形成了复杂的流场。主要影响拉伸效果和纤维形态。热空气喷射角度接近90°时,将产生高度分散的湍流,使纤维在成网帘上形成无规则分布;角度越小,越容易形成平行的纤维束。

5、接收距离(DCD)

DCD增加纵横向强度降低,弯曲强度降低,非织造布手感蓬松、柔软,若用作过滤材料,过滤效率和过滤阻力减小。DCD减小,热空气冷却和扩散不充分,粘合效果得到改善,产品蓬松度下降(纤维多呈团聚状),强度提高。

6、聚合物熔体的挤出量

      在温度不变的情况下:挤出量增加,熔喷布定量增加,强度提高(到达峰值后减小)当挤出量过大时,熔喷布的强度反而下降,尤其是MFI大于1000时更明显:可能是由于挤出量过高时,丝条拉伸不充分,并丝严重,布面黏结纤维减少所致。

四、熔喷法产品应用

1、过滤材料

主要利用其超细纤维结构,这也是它最早及最大的应用领域;对新型过滤材料的需求也是推动熔喷非织造布发展的主要动力。用熔喷布进行过滤,净化后的气体或液体中没有滤材脱落的短绒现象。目前全世界每年使用的熔喷滤材约2万多吨,其中:

①65%用于液体过滤,如:饮料和食品卫生过滤、水过滤、贵金属回收过滤、油漆及涂料等化学产品过滤;

②35%用于气体过滤,如:室内空调机过滤、气水分离过滤、净化室过滤等。

2、医用材料

目前熔喷布的第二大应用领域,全世界每年的用量在1万吨以上。

在该领域,用量最大的是外科手术衣、手术室帷帘及消毒包扎布,还有少量用作弹性绷带、胶带、消炎止痛膜等。

3、卫生材料

4、吸油材料

PP熔喷法非织造布具有疏水亲油的特性,耐强酸强碱,密度比水小,吸油后能长期浮于水面上而不变形,可循环使用和长期存放。

一般是将熔喷布塞入一根由PET长丝针织而成的网眼长管中作为海上阻油、吸油的浮动水栅;也可在海上拖轮的头部安装由PP熔喷布制成的集油装置,连续地在海面清除油污。

PP熔喷法非织造布制成吸油索、吸油链、吸油枕等,吸油量可达到自身重量的10-50倍。

5、服装材料

①美国3M公司开发的特殊熔喷布:在熔喷成纤过程中混入PET短纤,形成由弹性良好的PET短纤与PP超细纤维构成的空气保暖结构。

②国内天台县砳荣环保科技有限公司率先开发熔喷保暖材料,带来了中国熔喷非织造布发展的高峰。

6、擦布

利用PP天然的吸油性,制成各种用于有油污染工作环境的擦布。

      采用适当的加湿添加剂,可制成具有亲水性的PP熔喷擦布,用作医院、高净化室、精密机件、仪表、计算机房等处使用的高级擦布。

7、吸音隔音材料

熔喷双组份吸音材料是由直径在1-4μm的熔喷超细纤维和直径3-7分特的短纤维组成的非织造材料。

当声波振动通过熔喷双组份材料中的纤维孔隙时,在摩擦损耗等作用下,导致通过的声音的能量被转化成热能从而起到隔音、吸音的效果。

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