1、第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 9-2 熔噴工藝原理與過程 9-3 熔噴設(shè)備 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 9-5 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 第九章 熔噴法工藝 發(fā)展簡(jiǎn)況：熔噴法工藝是聚合物擠壓法非織造工藝中的一種，起源于20世紀(jì)50年代初。 1951年，美國(guó)Arther.D.LittllInc公司開始研究用氣流噴射靜電紡絲法生產(chǎn)聚苯乙烯超細(xì)纖維非織造布，取得了相關(guān)美國(guó)專利。 美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室研究并開發(fā)用于收集上層大氣中放射性微粒的過濾材料，1954年發(fā)表研究成果。 20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)ESSO公司(今Exxon公司)進(jìn)一步對(duì)這一工藝進(jìn)行改進(jìn)，并取得了相關(guān)的美國(guó)專利。 20世紀(jì)80

2、年代后期，由于熔噴法非織造布市場(chǎng)的開發(fā)，一些非織造布機(jī)械制造商開始參與熔噴法生產(chǎn)設(shè)備的制造，其中有美國(guó)的Accurate公司和J & M公司，德國(guó)的Reifenhaeuser公司等。 第九章 熔噴法工藝 從20世紀(jì)80年代開始，熔噴法非織造布增長(zhǎng)迅速，保持了1012的年增長(zhǎng)率。1990年全世界已有70多條熔噴生產(chǎn)線，年產(chǎn)量達(dá)到5萬噸以上。美國(guó)的Kimble-clark公司為了克服熔噴法非織造布強(qiáng)力低的缺點(diǎn)，開發(fā)了熔噴非織造布與紡絲成網(wǎng)非織造布疊層材料，即SMS復(fù)合材料，大量應(yīng)用于手術(shù)服、過濾材料等，有力地推動(dòng)了熔噴非織造布的發(fā)展。隨著復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用和熔噴法非織造布的應(yīng)用開發(fā)，目前，世界熔噴法非

3、織造布的年產(chǎn)量已超過10萬噸。 第九章 熔噴法工藝 我國(guó)熔噴非織造工藝的發(fā)展情況 我國(guó)熔噴法非織造工藝研究始于20世紀(jì)70年代中期，80年代中后期，熔噴法非織造布在我國(guó)得到推廣應(yīng)用，主要產(chǎn)品有過濾材料、吸油材料、保暖材料、電池隔膜等。我國(guó)現(xiàn)有熔噴法非織造布生產(chǎn)線60多條，其中引進(jìn)1.5m2.5m幅寬生產(chǎn)線6條，其余為國(guó)產(chǎn)間歇式生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為1萬噸/年。由于間歇式與連續(xù)式熔噴非織造布產(chǎn)品相互間具有不可替代性，因此兩種工藝方法仍將相輔相成。 第九章 熔噴法工藝 熔噴非織造工藝的特點(diǎn)：能耗大超細(xì)纖維纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)過濾、阻菌、吸附方面有突出的優(yōu)點(diǎn)纖維取向度較差纖維強(qiáng)力低第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工

4、藝應(yīng)用的原料 一、熔噴工藝對(duì)聚合物熔體性能的要求 從理論上講，凡是熱塑性聚合物切片原料均可用于熔噴工藝。聚丙烯是熔噴工藝應(yīng)用最多的一種切片原料，除此之外，熔噴工藝常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA、聚氨基甲酸酯等。 聚合物切片原料的性能與熔噴工藝密切相關(guān)，主要的參數(shù)有：聚合物種類分子量及其分布聚合物降解性能切片形狀含雜第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 1、聚合物種類 聚合物種類不同時(shí)，分子結(jié)構(gòu)差異很大，決定了熔點(diǎn)及流變性能的不同。對(duì)于每一種聚合物原料，均有對(duì)應(yīng)的熔噴工藝，如在加熱溫度、螺桿長(zhǎng)徑比、螺桿形式、原料干燥工藝等方面都

5、有一定的差異。烯烴類和酯類聚合物原料熔噴工藝的差異 原料品種 模頭溫度熱空氣溫度干燥工藝烯烴類較高較高一般不需要酯類較低較低需要第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 烯烴類聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度較高，因此加熱溫度高于其熔點(diǎn)100以上方能順利熔噴，而聚酯加熱溫度稍高于其熔點(diǎn)就可熔噴。烯烴類聚合物原料幾乎不含水，因此熔噴時(shí)一般不需要干燥。而聚酯中含有微量水分，加熱后由于水分的存在會(huì)導(dǎo)致酯類的水解，產(chǎn)生不利于非織造布產(chǎn)品質(zhì)量的副反應(yīng)物，因此必須進(jìn)行切片干燥。2、分子量及其分布 聚合物原料的分子量及分子量分布是影響熔噴工藝和熔噴法非織造布性能最主要的因素。對(duì)熔噴工藝來說，一般認(rèn)為聚合

6、物原料分子量低、分子量分布窄有利于熔噴纖網(wǎng)的均勻性。聚合物分子量大小與其熔融流動(dòng)指數(shù)(MFI)成反比，與聚合物熔體的熔融粘度成正比。也即聚合物分子量越低，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。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 通常，聚丙烯、聚乙烯及其共聚物在熔噴工藝設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮MFI。而其他熱塑性高聚物熔噴時(shí)考慮用熔體粘度或特性粘度來反映原料的分子量大小。 采用MFI較低的聚丙烯原料可生產(chǎn)出強(qiáng)力較高的熔噴法非織造布。但目前的趨勢(shì)是采用較高的MFI切片原料，這樣可提高產(chǎn)量，降低加熱溫度，從而降低能耗。 分子量分布越集中，大分子的分子量均等性好，便于均勻受熱

7、、熔融并得到均勻的纖網(wǎng)，因此，熔噴工藝要求聚合物原料的分子量分布盡量集中。 3、聚合物降解性能 聚合物降解有助于修正聚合物熔體粘度和分子量分布。通常有三種降解方式：化學(xué)、機(jī)械剪切和熱降解。聚合物熔噴時(shí)或熔噴前，可采用氧或過氧衍生物來實(shí)現(xiàn)化學(xué)降解，增加擠壓速率、熱量和熔體滯留時(shí)間均可達(dá)到機(jī)械剪切降解和熱降解的目的。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 對(duì)于聚合物熔體來說，要求均勻發(fā)生降解，避免聚合物熔體降解不一致而造成粘度不均勻，分子量分布離散。同時(shí)還要求不能過度降解。 4、含雜 熔噴工藝所用的模頭的噴絲孔直徑較小，若聚合物原料含雜多，易引起噴絲孔堵塞。因此，改善聚合物切片原料生產(chǎn)環(huán)

8、境，優(yōu)化切片生產(chǎn)工藝，降低切片含雜量，可有效延長(zhǎng)熔噴模頭更換周期，減少耗能，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 二、常用原料1、聚丙烯(PP) 聚丙烯是熔噴工藝應(yīng)用最多的一種聚合物。熔噴工藝最早應(yīng)用的是普通纖維級(jí)聚丙烯原料，其分子量高，MFI較低，通常只有12g/10min。該種聚丙烯在熔噴時(shí)必須借助于螺桿擠出機(jī)的高溫和剪切作用來降解。 隨科技的進(jìn)步，MFI為12的聚丙烯很快就為MFI35的所取代，同時(shí)出現(xiàn)了專為熔噴工藝所用的聚丙烯，其MFI高達(dá)1500。聚丙烯MFI的提高，可降低螺桿擠出機(jī)的工作溫度，提高熔體流動(dòng)速率，有利于減少過度降解聚合物的形成，延長(zhǎng)熔噴模

9、頭壽命，減少能耗，同時(shí)給選用添加劑以更大的靈活性。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 聚丙烯用于熔噴工藝有以下特點(diǎn)：(1)聚合物熔體粘度可以按需控制 熔體粘度控制方法主要有：使用氧化劑或過氧化劑；依靠螺桿擠出機(jī)的機(jī)械剪切作用；控制工作溫度進(jìn)行熱降解。對(duì)于MFI較低的聚丙烯，通常同時(shí)采用以上三種方法來控制熔體粘度，以便熔噴形成超細(xì)纖維。(2)分子量分布(MWD)可控制 熔噴工藝要求聚丙烯分子量分布較窄，以便加工出超細(xì)纖維。新的催化技術(shù)，使聚合物生產(chǎn)商可以生產(chǎn)出MFI極高而MWD極窄的聚丙烯原料，前述的三種降解措施可進(jìn)一步降低分子量分布。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原

10、料 聚丙烯切片的MFI、MWD與牽伸空氣溫度的關(guān)系第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 (3)較寬的熔融溫度范圍 聚丙烯具有較寬的熔融溫度范圍，對(duì)非織造工藝中常用的熱粘合加工工藝較為有利。常規(guī)應(yīng)用中，聚丙烯的耐熱性已足夠。 (4)有利于制成超細(xì)纖維 與其他聚合物原料相比，如果聚丙烯熔體的粘度很低、分子量分布很窄，則熔噴時(shí)，同樣的能耗和同樣的牽伸條件下可得到較細(xì)的纖維。聚丙烯熔噴非織造布纖維細(xì)度通常為25m，極端條件下可達(dá)到0.3m。較窄的分子量分布降低了熔體的彈性，因此，熔噴模頭噴絲孔擠出的熔體細(xì)絲可在熱空氣流牽伸作用下變得更細(xì)。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 聚丙

11、烯切片的熔融曲線 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 不同MFI聚丙烯切片的熔體粘度與切變率的關(guān)系第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 MFI為800的聚丙烯切片在不同溫度下的熔體粘度與切變率的關(guān)系第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 熔噴工藝中，必須根據(jù)最終產(chǎn)品的質(zhì)量、性能要求以及工藝特性來選擇聚丙烯切片原料。重點(diǎn)應(yīng)考慮以下幾方面： 添加劑 為了保證聚合物切片的貯存、加工和最終應(yīng)用的穩(wěn)定性，聚合物切片生產(chǎn)時(shí)一般都加入一些添加劑。根據(jù)熔噴非織造布的最終應(yīng)用要求，熔噴加工時(shí)，可在擠出機(jī)加料階段再放入適當(dāng)?shù)奶砑觿?。例如，如生產(chǎn)用于衛(wèi)生材料的熔噴法非織造布，則可加入一

12、些耐射線照射的添加劑，以便使產(chǎn)品在醫(yī)院或其他使用場(chǎng)所中可耐射線消毒照射。 均勻性 要求切片每包、每桶或每箱的MFI和添加劑等指標(biāo)保持一致，以保證熔噴生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 MFI 美國(guó)熔噴工藝常用的聚丙烯切片的MFI達(dá)到400、800、1200等，我國(guó)尚未批量生產(chǎn)，仍依賴于進(jìn)口。聚丙烯切片的MFI越高，則熔噴時(shí)能耗越小，參見圖9-4。如要求熔噴法非織造布的強(qiáng)度高，一般可使用MFI3035的聚丙烯切片，但生產(chǎn)能耗要高一些。對(duì)于吸油材料以及保暖材料等，僅考慮纖維細(xì)度的話，可使用高M(jìn)FI的切片，產(chǎn)量高，能耗低。 造粒 普通造粒工藝會(huì)造成高M(jìn)FI切片的

13、特性不均勻性。目前，由于改進(jìn)了催化劑和添加劑的良好分布，可以直接從反應(yīng)釜制得具有較窄分子量分布的球粒狀切片。這種高M(jìn)FI的切片具有更好的熔融指數(shù)均勻性，而且越過了造粒階段，減少了樹脂受熱時(shí)間，因此其應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 聚丙烯切片的MFI與熔噴能耗的關(guān)系第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 MWD 分子量分布寬度對(duì)熔體流動(dòng)性能有明顯影響，分子量分布越窄，越容易制得細(xì)纖維。分子量分布寬，造成熔體切變速率下降，增加了熔體的彈性，會(huì)影響熱空氣流對(duì)熔體細(xì)絲的牽伸，從而影響纖維細(xì)度和產(chǎn)品的手感。 某些高M(jìn)FI的樹脂中還加入了降解添加劑，以便在擠出機(jī)中降

14、低熔體粘度和縮小分子量分布范圍，因此較適合熔噴加工工藝。 切片的清潔性 減少切片的含雜量，有利于延長(zhǎng)熔噴模頭更換周期，降低生產(chǎn)成本。熔噴工藝中，聚合物熔體進(jìn)入模頭之前，應(yīng)經(jīng)過過濾，以濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 2、聚酯(PET) 參見第八章相關(guān)內(nèi)容。3、聚酰胺(PA) 參見第八章相關(guān)內(nèi)容。4、乙烯類聚合物 熔噴工藝中應(yīng)用較多的乙烯類聚合物有三種：線性低密度聚乙烯(LLDPE)，乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，以及乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)。 與聚丙烯熔噴法非織造布相比，采用LLDPE為原料的熔噴法非織造材料具有低得多的彎曲剛度，因此手感

15、更柔軟，懸垂性更好。因?yàn)長(zhǎng)LDPE沒有長(zhǎng)鏈分枝，而且MWD分布較窄，所以LLDPE容易熔噴成更細(xì)的纖維。此外，耐射線照射的能力較好，因此更適合于醫(yī)療衛(wèi)生產(chǎn)品。 第九章 熔噴法工藝 9-1 熔噴工藝應(yīng)用的原料 EVA廣泛用于包裝材料和熱熔膠，其特點(diǎn)是模量低，延伸性好。熔噴工藝采用EVA作原料，主要是利用熔噴后非織造布的良好的彈性。EVA熔噴法非織造布的纖維細(xì)度比聚丙烯的要粗，通常為810m。溫度超過230時(shí)，EVA將發(fā)生熱降解，因此其應(yīng)用會(huì)受到一定的限制。 EMA的制造過程與EVA相似，丙烯酸甲酯(MA)在共聚物中的含量一般為1525。由于MA側(cè)鏈的存在，最終產(chǎn)品的模量低、彈性好。與EVA相比，

16、EMA的熱降解溫度要高得多，熔噴加工時(shí)的熔體溫度也比EVA的高，因此更適合于耐熱方面的應(yīng)用。EMA熔噴非織造材料通常用作熱粘合材料，用于生產(chǎn)各種疊層復(fù)合材料。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程一、熔噴工藝原理與過程 熔噴非織造工藝是采用高速熱空氣流對(duì)模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸，由此形成超細(xì)纖維并收集在凝網(wǎng)簾或滾筒上，同時(shí)自身粘合而成為熔噴法非織造布。 熔噴工藝過程主要為：熔體準(zhǔn)備過濾計(jì)量熔體從噴絲孔擠出熔體細(xì)流牽伸與冷卻成網(wǎng) 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程熔噴工藝原理 熱空氣熱空氣聚合物熔體冷卻空氣冷卻空氣接收裝置至后道工序噴霧裝置第九章 熔噴法工藝

17、9-2 熔噴工藝原理與過程熔噴過程 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程熔噴過程 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程1、熔體準(zhǔn)備 熔噴非織造工藝使用聚酯、聚酰胺等切片原料時(shí)，必須對(duì)切片進(jìn)行干燥預(yù)結(jié)晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔噴工藝主要采用螺桿擠出機(jī)對(duì)聚合物切片進(jìn)行熔融并壓送熔體。 固體切片進(jìn)入螺桿后，首先在螺桿進(jìn)料段被輸送和預(yù)熱，繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)、排氣并逐漸熔化，然后在螺桿計(jì)量段中進(jìn)一步混和塑化，并達(dá)到一定的溫度，以一定的壓力輸送到計(jì)量泵。2、過濾 熔噴工藝中，聚合物熔體進(jìn)入模頭之前，應(yīng)經(jīng)過過濾，以濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。常用過濾介質(zhì)有細(xì)孔燒結(jié)金屬、多層

18、細(xì)目金屬篩網(wǎng)、石英砂等。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程3、計(jì)量 熔噴工藝中采用齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，高聚物熔體經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量后才送至熔噴模頭，以精確控制纖維細(xì)度和熔噴法非織造布的均勻度。4、 熔體從噴絲孔擠出 熔噴工藝與傳統(tǒng)紡絲具有相似原理，聚合物熔體從模頭噴絲孔擠出的歷程可分為入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)。 熔體形成超細(xì)纖維首先要通過入口區(qū)和孔流區(qū)。在入口區(qū)，聚合物熔體由鍥狀導(dǎo)入口縮緊進(jìn)入噴絲毛細(xì)孔之前，在入口處熔體流速加快，散失的部分能量以彈性能貯存在熔體內(nèi)。其后，熔體細(xì)流進(jìn)入噴絲孔孔流區(qū)，在該區(qū)域，剪切速率增大，大分子構(gòu)象發(fā)生改變，排列比較規(guī)整。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔

19、噴工藝原理與過程 熔體細(xì)流的流速在毛細(xì)管中呈拋物線分布，孔壁速度小，中心速度大，形成明顯的徑向速度梯度，這是非牛頓流體的特征。在孔流區(qū)，剪切速率達(dá)到最大，熔體一出噴絲孔，由于剪切速率和剪切應(yīng)力迅速減小，由此產(chǎn)生的彈性回復(fù)和應(yīng)力松弛，將導(dǎo)致熔體細(xì)流膨化脹大。 膨化區(qū)熔體細(xì)流直徑大于噴絲孔徑的膨化現(xiàn)象，表現(xiàn)出熔體彈性和流動(dòng)曲線的非牛頓性，可解釋為高聚物柔性長(zhǎng)鏈分子的粘彈性的宏觀表現(xiàn)。和傳統(tǒng)聚合物紡絲工藝中存在的膨化現(xiàn)象一樣，熔噴工藝過程中聚合物熔體從大的空間進(jìn)入模頭噴絲孔時(shí)的彈性變形和通過噴絲孔后的松弛所產(chǎn)生的膨化現(xiàn)象是明顯的，尤其是牽伸熱空氣流速度較低時(shí)。第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理

20、與過程第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程 聚合物熔體的膨化脹大與聚合物分子量、熔體溫度以及噴絲孔長(zhǎng)徑比有關(guān)，通常，聚合物分子量減小、熔體溫度升高以及噴絲孔長(zhǎng)徑比增大，熔體膨化脹大率減小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，聚丙烯熔噴工藝中最大膨化的位置根據(jù)不同工藝條件而變化，通常在距離噴絲孔0.15mm的范圍內(nèi)，熔體細(xì)流膨化位置和大小與熔噴模頭結(jié)構(gòu)、噴絲孔的幾何形狀以及聚合物熔體在噴絲孔中流動(dòng)狀況等有關(guān)。熔噴工藝要求膨化脹大率X的值較小，這樣可保證纖維牽伸平穩(wěn)，斷頭減小，纖維條干均勻性好。第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程5、熔體細(xì)流牽伸與冷卻 熔噴工藝中，從模頭噴絲孔擠出的熔體細(xì)流發(fā)生膨化

21、脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)纖維。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程熔噴工藝中牽伸熱空氣速度與纖維細(xì)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程紡絲成網(wǎng)法工藝中紡絲速度(VF)與纖維細(xì)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程 紡絲速度可根據(jù)VF=Q9000/d得出與纖度的函數(shù)關(guān)系。如果用熔噴工藝的氣流速度比較紡粘法的紡絲速度，在噴絲孔吐出量為0.35g/hm時(shí)，如要制得同樣0.7d纖度的纖維，紡粘法紡絲速度約為4500m/min，這在目前紡

22、粘法工藝是可以做到的，但要做到5m纖度的纖維，按上述函數(shù)關(guān)系，其紡絲速度為35000m/min，這樣傳統(tǒng)的紡絲條件就存在極大困難。比較而言，熔噴工藝就比較容易生產(chǎn)超細(xì)纖度的纖網(wǎng)，熱空氣速度400600(m/s)在實(shí)際生產(chǎn)中已被普遍應(yīng)用。 紡粘法與熔噴法屬兩種完全不同的牽伸工藝，為了制取更細(xì)旦的纖網(wǎng)，紡粘法工藝中結(jié)合熔噴的牽伸原理，已有新的工藝突破。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程 熔噴工藝中，紡絲線上高聚物熔體離開噴絲孔后的流變行為強(qiáng)烈依靠高溫高速氣流的牽伸，其開放式的氣流運(yùn)動(dòng)經(jīng)常會(huì)造成纖維明顯的力學(xué)波動(dòng)，式9-2所描述的動(dòng)平衡隨之打破，造成斷絲現(xiàn)象，因此，熔噴工藝中的紡絲過程

23、是非穩(wěn)態(tài)的。 PET熔噴時(shí)，通常在牽伸氣流兩側(cè)噴水，以加快熔體細(xì)流冷卻固化的過程。該方法對(duì)熔噴紡絲過程的穩(wěn)定性存在一定的影響。 Shambaugh研究了聚丙烯熔噴工藝的能耗，其要點(diǎn)如下：纖維的細(xì)化主要取決于熱空氣的動(dòng)能。當(dāng)?shù)玫捷^粗的纖維時(shí)，牽伸熱空氣的大部分動(dòng)能未被充分利用而造成浪費(fèi)。纖維直徑分布呈多分散性時(shí)，將消耗更多的動(dòng)能。 第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程當(dāng)聚合物細(xì)化為纖維時(shí)，纖維動(dòng)能可表達(dá)為： 式中：M 聚合物流量 V 纖維速度 聚合物密度 d 纖維直徑 Shambaugh用上式計(jì)算了具有相同平均纖維直徑(10m)而直徑分布不同的纖維動(dòng)能，比較如下： 第九章 熔噴法工藝

24、9-2 熔噴工藝原理與過程 其中，E1是纖維直徑為10m的單分散分布的纖維動(dòng)能，E2是直徑3m和17m的50:50(纖維根數(shù))混和雙峰分布的纖維動(dòng)能，E3是直徑1m和19m的50:50(纖維根數(shù))混和雙峰分布的纖維動(dòng)能。 計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于相同平均纖維直徑而言，纖維細(xì)化所消耗的動(dòng)能，單分散性分布纖維比多分散性分布纖維要低得多。6、 成網(wǎng) 熔噴工藝中，經(jīng)牽伸和冷卻固化的超細(xì)纖維在牽伸氣流的作用下，吹向凝網(wǎng)簾或滾筒，凝網(wǎng)簾下部或滾筒內(nèi)部均設(shè)有真空抽吸裝置，由此纖維收集在凝網(wǎng)簾或滾筒上，依靠自身熱粘合或其他加固方法成為熔噴法非織造布。 模頭噴絲孔出口處到接收簾網(wǎng)或滾筒的距離稱為熔噴接收距離DCD。

25、第九章 熔噴法工藝 9-2 熔噴工藝原理與過程 國(guó)內(nèi)間歇式熔噴生產(chǎn)設(shè)備的接收方式與進(jìn)口連續(xù)式生產(chǎn)線相比有很大差異，國(guó)產(chǎn)間歇式熔噴生產(chǎn)線的接收滾筒由不銹鋼鋼板卷成，熔噴超細(xì)纖維直接接收在滾筒上，沒有真空抽吸作用。當(dāng)需要較大單位面積質(zhì)量的熔噴法非織造布時(shí)，通常將熔噴超細(xì)纖維一層層疊加上去，這樣，產(chǎn)品的均勻度比進(jìn)口設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品好，并可采用較小的接收距離，使產(chǎn)品密度增加，同時(shí)產(chǎn)品的彎曲剛度也比進(jìn)口設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品大得多。 間歇式熔噴生產(chǎn)線的產(chǎn)品是塊狀的，產(chǎn)量也比進(jìn)口設(shè)備低。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備一、熔噴系統(tǒng)組成 熔噴生產(chǎn)線的設(shè)備主要有：上料機(jī)螺桿擠出機(jī)計(jì)量泵熔噴模頭組合件空壓機(jī)空氣加熱

26、器接收裝置卷繞裝置 生產(chǎn)聚酯及聚酰胺熔噴非織造材料時(shí)，還需要切片干燥保溫裝置。生產(chǎn)輔助設(shè)備主要有模頭清潔爐、靜電施加裝置和噴霧裝置等。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備1、上料機(jī) 安裝于擠出機(jī)料斗之上。上料機(jī)的功能是將聚合物切片抽吸至螺桿擠出機(jī)料斗，通常具有自動(dòng)功能，可按整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)量來設(shè)定單位時(shí)間的送料量。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備2、螺桿擠出機(jī) 參見第八章相關(guān)內(nèi)容。3、計(jì)量泵 參見第八章相關(guān)內(nèi)容。4、熔噴模頭組合件 模頭組合件是熔噴設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，通常由以下各部分組成：聚合物熔體分配系統(tǒng)模頭系統(tǒng)牽伸熱空氣管路通道加熱保溫元件第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備(1)聚

27、合物熔體分配系統(tǒng) 聚合物熔體分配系統(tǒng)的作用是保證聚合物熔體在整個(gè)熔噴模頭長(zhǎng)度方向上均勻流動(dòng)并具有均一的滯留時(shí)間，從而保證熔噴法非織造布在整個(gè)寬度上的具有較小的單位面積質(zhì)量偏差、纖網(wǎng)cv值及其它物理機(jī)械性能的差異。目前熔噴工藝中主要采用衣架型聚合物熔體分配系統(tǒng)，詳細(xì)討論見9-5。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備(2)模頭系統(tǒng) 熔噴模頭系統(tǒng)是整個(gè)組合件中另一重要部分。熔噴法非織造布的均勻度與模頭設(shè)計(jì)、制造有密切關(guān)系。通常，熔噴模頭的加工精度要求很高，因此熔噴模頭制造成本較昂貴。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 Exxon公司早期研制的熔噴模頭，共有192個(gè)噴絲孔，分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域

28、有48個(gè)噴絲孔，區(qū)域之間被25.4mm寬的空間所隔開，該空間用于固定上下兩塊模體，因此，該熔噴模頭的噴絲孔實(shí)際上是由上下模體配合形成的。先在上下模體結(jié)合面上各自加工出微細(xì)的凹槽，然后上下模體貼合，校正后即可形成一排噴絲孔。 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，可得到較大的噴絲孔長(zhǎng)徑比，模頭清潔較方便，但加工精度和裝配精度要求較高，目前已較少應(yīng)用。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Exxon公司早期研制的熔噴模頭第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 Exxon公司專利U.S.P 3,825,379中有關(guān)的熔噴模頭，這也是目前熔噴工藝中常用的結(jié)構(gòu)。其噴絲孔采用毛細(xì)管，通過焊接與模頭成為一體。其他噴絲孔的加工方法有

29、機(jī)械鉆孔、電弧深孔加工等。對(duì)于毛細(xì)管焊接模頭，噴絲孔長(zhǎng)徑比大，但模頭工作壽命短。對(duì)于機(jī)械鉆孔等，由于加工上的難度，噴絲孔的長(zhǎng)徑比不能做到很大，但模頭壽命較長(zhǎng)。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Exxon公司專利U.S.P 3,825,379中有關(guān)的熔噴模頭第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 熔噴模頭中，牽伸熱空氣通道的設(shè)計(jì)也是非常重要的，要求在整個(gè)熔噴模頭長(zhǎng)度方向上保持熱空氣流噴出速度和流量一致，以獲得均勻的熔噴纖網(wǎng)。目前，世界上熔噴非織造生產(chǎn)線的制造商均有自己的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 通常的方法是盡量保證每孔聚合物和熱空氣的流量相等，可采用了較長(zhǎng)的聚合物熔體分配通道以及迷宮式熱空氣通道。 熔噴模頭

30、清潔處理時(shí)應(yīng)注意防止變形和損傷。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Nippon Kodoski公司熔噴模頭第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Reifenhaeuser公司熔噴模頭第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Accurate公司熔噴模頭 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備Kasen公司熔噴模頭 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備5、空氣加熱器 熔噴工藝需用大量的熱空氣。空壓機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)除濕過濾后輸送到空氣加熱器加熱，然后再送至熔噴模頭組合件?？諝饧訜崞魇菈毫θ萜鳎瑫r(shí)要抵抗高溫空氣的氧化作用，因此材料必須選用不銹鋼。 空氣加熱器的發(fā)熱元件為不銹鋼電加熱管。加熱器內(nèi)腔設(shè)置多

31、個(gè)折流板，可延長(zhǎng)空氣在加熱器內(nèi)腔滯留時(shí)間，以提高熱交換效率。適當(dāng)增加加熱管數(shù)量，提高空氣加熱器的裝機(jī)功率，可縮短生產(chǎn)線開車升溫時(shí)間。熔噴工藝對(duì)牽伸空氣加熱器的溫度控制精度要求較高，牽伸空氣溫度要求穩(wěn)定在1的范圍內(nèi)。第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備臥式空氣加熱器U形發(fā)熱元件折流板測(cè)溫點(diǎn)接線端第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備6、接收裝置 熔噴工藝中的接收裝置主要有： 滾筒式 平網(wǎng)式 立體成型(芯軸) 美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的專利接收滾筒，其內(nèi)部吸風(fēng)通道分多層，以保證滾筒延軸線方向吸風(fēng)量的一致。德國(guó)Reifenhaeuser公司的熔噴生產(chǎn)線采用了平網(wǎng)接收裝置，其簾網(wǎng)周長(zhǎng)固定，轉(zhuǎn)動(dòng)

32、輥可左右移動(dòng)，以調(diào)節(jié)簾網(wǎng)成網(wǎng)工作面的水平位置，從而達(dá)到改變?nèi)蹏娊邮站嚯xDCD的目的，Reifenhaeuser公司熔噴生產(chǎn)線的模頭系統(tǒng)的位置是固定的。美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的模頭系統(tǒng)以及螺桿擠出機(jī)等安裝在一個(gè)升降平臺(tái)上，通過升降平臺(tái)來調(diào)節(jié)熔噴接收距離，接收滾筒的水平位置不可調(diào)。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的專利接收滾筒第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 生產(chǎn)熔噴濾芯時(shí)，可采用立體接收裝置，分間歇式立體接收和連續(xù)式立體接收。 間歇式立體接收裝置的特點(diǎn)是，整個(gè)接收裝置來回移動(dòng)，熔噴成形的超細(xì)纖維多層次地纏繞在轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸或骨架上；成形時(shí)外表面

33、采用成形壓輥整形；通過改變接收距離，可生產(chǎn)具有密度梯度的濾芯；改變芯軸尺寸，可生產(chǎn)不同內(nèi)徑的濾芯；調(diào)節(jié)成形壓輥位置，可生產(chǎn)不同外徑的濾芯。由于每根濾芯制成后需更換芯軸，因此間歇式立體接收方式的制成率較低。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備間歇式立體接收裝置熔噴模頭接收芯軸管狀濾芯傳動(dòng)頂針往復(fù)移動(dòng)活頂針第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 連續(xù)式立體接收裝置。該裝置的接收芯軸呈懸臂梁形式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，接收芯軸呈空心狀，內(nèi)配有用來輸出管狀濾芯的傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸頭端配有螺紋，依靠管狀濾芯(接收芯軸)和螺紋頭的速度差產(chǎn)生的推力將管狀濾芯從接收芯軸上拔出并輸送至定長(zhǎng)切割系統(tǒng)。定長(zhǎng)切割系統(tǒng)控制較復(fù)雜，

34、一是正確計(jì)量切割濾芯的長(zhǎng)度，二是切割時(shí)刀具移動(dòng)速度應(yīng)與管狀濾芯輸出速度保持同步。連續(xù)式接收裝置生產(chǎn)具有密度梯度的濾芯時(shí)，應(yīng)配置多個(gè)不同接收距離的熔噴模頭。和間歇式立體接收方式相比，連續(xù)式接收裝置正常生產(chǎn)時(shí)沒有邊角料，因此制成率要高得多。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備連續(xù)式立體接收裝置熔噴模頭1熔噴模頭1管狀濾芯管狀濾芯輸出螺紋頭接收芯軸螺紋頭傳動(dòng)軸第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備7、輔助設(shè)備 熔噴生產(chǎn)線最主要的輔助設(shè)備就是模頭清潔爐。熔噴模頭生產(chǎn)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生堵孔現(xiàn)象，影響產(chǎn)品均勻性和外觀，這時(shí)需要更換熔噴模頭。替換下來的熔噴模頭需要用焙燒的方式除去殘留在模頭內(nèi)的聚合物和雜質(zhì)。螺

35、桿和噴絲板等通常均采用焙燒的方法來除去殘留聚合物及雜質(zhì)。 較小的熔噴模頭可采用一般的電阻爐加熱保溫，保溫溫度420450，保溫時(shí)間48小時(shí)，并隨爐冷卻至常溫。大型的熔噴模頭通常不采用電阻爐，因?yàn)槌叽巛^大的電阻爐溫度控制不精確，而且缺乏溫度過高的保護(hù)機(jī)制。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 美國(guó)Pollution Control Products公司的SCTR系列清潔爐，可設(shè)定的加熱溫度范圍為428482，爐膛最長(zhǎng)可達(dá)到3.6m，采用推車將模頭或螺桿等送入爐膛。該清潔爐采用輕質(zhì)柴油直燃加熱，循環(huán)風(fēng)保證加熱溫度均勻，自動(dòng)噴水裝置防止?fàn)t溫過高。 燃油式清潔爐運(yùn)行成本低于電加熱方式，但安裝和維護(hù)成

36、本較高。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備焙燒除去殘留聚合物及雜質(zhì) 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備SCTR清潔爐 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備SCTR清潔爐的油槽和管路系統(tǒng)第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備二、典型熔噴設(shè)備介紹1、德國(guó)Reifenhauser公司熔噴生產(chǎn)線 德國(guó)Reifenhauser公司1984年開始生產(chǎn)紡粘法非織造布生產(chǎn)線，1988年與美國(guó)Exxon公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，開始研制熔噴法非織造布生產(chǎn)線。目前，該公司可提供單獨(dú)的紡粘生產(chǎn)線、熔噴生產(chǎn)線和生產(chǎn)SMS復(fù)合非織造布產(chǎn)品生產(chǎn)線中的熔噴部分以及全套SMS生產(chǎn)線。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德

37、國(guó)Reifenhauser公司的熔噴生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil(SMS)生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil單頭熔噴生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil雙頭熔噴生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil離線式SMS復(fù)合生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil熔噴生產(chǎn)線的熔噴模頭 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔

38、噴設(shè)備2、美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線 美國(guó)Accurate公司與Exxon公司在熔噴領(lǐng)域的合作始于1967年，當(dāng)時(shí)Accurate公司根據(jù)Exxon公司的要求制作了第一個(gè)10英寸的熔噴模頭。1970年1980年期間，Accurate公司向幾乎所有的Exxon專利被許可者提供熔噴模頭，規(guī)格從10英寸實(shí)驗(yàn)室用熔噴模頭、20英寸、40英寸、68英寸，一直到106英寸熔噴模頭，106英寸熔噴模頭于1976年提供給Kimberly-Clerk公司在美國(guó)密西西比省的Corinth工廠使用。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 廿十世紀(jì)80年代初，Accurate公司的Buehning博士運(yùn)用流體

39、動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)，并利用公司為航天工業(yè)提供精密機(jī)械加工的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造出新型的組合式熔噴模頭系統(tǒng)。該組合式熔噴模頭在熔噴成網(wǎng)均勻性、牽伸空氣速度一致性以及操作維護(hù)的簡(jiǎn)單性等方面取得了顯著的效果。 1984年Accurate公司開發(fā)出第一條20英寸寬的熔噴生產(chǎn)線，包括空壓機(jī)、空氣加熱器、樹脂喂料機(jī)、擠出機(jī)、過濾網(wǎng)切換裝置、計(jì)量泵、組合式熔噴模頭系統(tǒng)、收集裝置、卷繞機(jī)等，全套設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 Accurate公司目前可提供Accuweb標(biāo)準(zhǔn)熔噴系統(tǒng)以及Ffwcm纖維成網(wǎng)系統(tǒng)，后者包括熔噴生產(chǎn)線主要部件和軟件部分，客戶可使用已有的擠出機(jī)和卷繞機(jī)等。 A

40、ccurate公司的熔噴設(shè)備目前作了一些改進(jìn)，在原來連續(xù)生產(chǎn)卷材的設(shè)備上可生產(chǎn)濾芯，而且濾芯的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換。其次，熔噴模頭可與纖網(wǎng)輸出方向垂直安裝，也可以斜裝，因此改變產(chǎn)品門幅十分方便，1.6m寬的生產(chǎn)線可以生產(chǎn)11.6m寬的任何產(chǎn)品。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備3、美國(guó)Biax fiberfilm公司熔噴系統(tǒng) 美國(guó)Biax fiberfilm公司開發(fā)出一種具有多排噴絲孔并列排列的熔噴設(shè)備。該熔噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與Exxon公司不同，已申請(qǐng)美國(guó)專利(USP 5476616；USP 4380570)。 Biax fiberfilm公司熔噴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，熔噴模頭系統(tǒng)的加熱依靠牽伸熱空氣，

41、沒有其他的電加熱裝置，設(shè)備投資較小。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備 聚合物熔體1從毛細(xì)管3中擠出，空氣腔2中的牽伸熱空氣4從篩網(wǎng)5與毛細(xì)管3組成的縫隙中噴出，并將從毛細(xì)管3中擠出的聚合物熔體牽伸成超細(xì)纖維7。由于采用多排噴絲孔，因此熔噴模頭每英寸長(zhǎng)度上最多可有332孔，這樣就大大提高了生產(chǎn)速度，增加了產(chǎn)量。工作寬度較大時(shí)，配置多個(gè)計(jì)量泵，以保證熔噴纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量的均勻性。該系統(tǒng)通過更換模頭，可生產(chǎn)150m纖維細(xì)度范圍的熔噴非織造布，模頭工作寬度為20英寸時(shí)，產(chǎn)量為300kg/h(纖維直徑10m)，纖維直徑為2、6、10m時(shí)，能耗分別為3、1.5、0.7kwh/lb。 第九章 熔噴法工

42、藝 9-3 熔噴設(shè)備美國(guó)Biax fiberfilm公司的熔噴系統(tǒng) 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備美國(guó)Biax fiberfilm公司熔噴系統(tǒng)原理圖 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備美國(guó)Biax fiberfilm公司熔噴模頭示意圖 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備4、NKK熔噴生產(chǎn)線 日本高度紙(N.K.K)工業(yè)株式會(huì)社1986年起進(jìn)行熔噴工藝技術(shù)研究，目前已經(jīng)可以提供商業(yè)化的熔噴生產(chǎn)線。其熔噴生產(chǎn)線的特點(diǎn)是適應(yīng)各種原料，如聚丙烯、聚酯、聚乙烯、生物降解樹脂等均可使用，纖維細(xì)度可達(dá)到1m，纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量為3300g/m2，纖網(wǎng)均勻度由于特殊的氣流分布系統(tǒng)而達(dá)到極高的水平。 第

43、九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備NKK熔噴生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備5、美國(guó)J & M公司熔噴設(shè)備 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備6、其他熔噴工藝與設(shè)備 離心法熔噴工藝： 利用離心力使聚合物熔體變成短纖維并成網(wǎng)的熔噴法工藝。聚合物由輸送管3經(jīng)過泵的作用而壓入到旋轉(zhuǎn)噴絲器2中，從噴絲孔擠出，形成細(xì)絲。熔體細(xì)絲受到旋轉(zhuǎn)噴絲器轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力而牽伸成為短纖維，并向四周飛散，凝集在環(huán)繞旋轉(zhuǎn)噴絲器周圍的凝網(wǎng)簾1上，形成纖網(wǎng)后再經(jīng)過軋輥5加固后卷繞成布卷6。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備離心法熔噴工藝第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備利用兩股空氣流的熔噴工藝 聚合物熔體

44、由泵打入噴絲器2并從噴絲孔中擠出，一股高壓空氣流由管道3導(dǎo)入噴絲孔的外側(cè)噴口，同時(shí)另一股空氣流進(jìn)入成網(wǎng)管道5，噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流牽伸成短纖維并收集在成網(wǎng)簾6上，形成纖網(wǎng)7后卷成布卷8。由于纖維在成網(wǎng)時(shí)尚未完全冷卻，因此纖維間可粘合，使纖網(wǎng)具有一定的強(qiáng)力，此外纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也較蓬松、孔隙度高。 第九章 熔噴法工藝 9-3 熔噴設(shè)備利用兩股空氣流的熔噴工藝 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用一、熔噴法非織造布的結(jié)構(gòu)與性能 熔噴法非織造布的特點(diǎn)之一是纖維細(xì)度較小，通常小于10m，大多數(shù)纖維的細(xì)度在14m。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴工藝是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的紡絲過程

45、，從熔噴模頭噴絲孔到接收裝置的整條紡絲線上，各種作用力不能保持動(dòng)平衡。由于這種區(qū)別于傳統(tǒng)紡絲工藝條件的非穩(wěn)態(tài)紡絲過程，造成了熔噴纖維粗細(xì)長(zhǎng)短的不一致。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 從偏光顯微鏡上觀察可知，這種在非均勻牽伸和冷卻條件成形的纖維，其結(jié)晶和取向也是不均勻的。 紡絲成網(wǎng)法非織造布纖網(wǎng)中纖維直徑的均勻度明顯好于熔噴纖維，紡粘工藝中，紡絲工藝條件是穩(wěn)態(tài)的，牽伸和冷卻條件變化波動(dòng)較小，紡絲線上各點(diǎn)每一瞬時(shí)所流經(jīng)的聚合物質(zhì)量相等，紡絲線上某點(diǎn)的聚合物的密度、絲條橫截面面積和運(yùn)動(dòng)速度的乘積為常數(shù)，即服從流動(dòng)連續(xù)性方程所描述的規(guī)律，紡粘工藝形成的纖維是連續(xù)不斷的長(zhǎng)絲。 第九章

46、熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴聚丙烯纖維的X光衍射圖只有2個(gè)明顯的衍射峰，峰形不尖銳，且有平臺(tái)出現(xiàn)，所表征的晶胞結(jié)構(gòu)主要是近于擬六方醞晶結(jié)構(gòu)和晶型的2種變體，其中醞晶變體占優(yōu)勢(shì)。 紡粘聚丙烯纖維具有4個(gè)明顯的衍射峰，比較尖銳衍射峰所表征的晶胞結(jié)構(gòu)主要是晶型，屬單斜晶系。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用紡粘聚丙烯纖維的X衍射強(qiáng)度顯著高于熔噴聚丙烯纖維。 熔噴紡粘普纖第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 觀察熔噴聚丙烯纖維和紡粘聚丙烯纖維的X衍射照片，兩者晶區(qū)取向程度和晶格大小是不同的。紡粘聚丙烯纖維的德拜環(huán)上的弧狀斑點(diǎn)比較明顯，纖維結(jié)晶區(qū)取向程度明顯要高于

47、熔噴聚丙烯纖維。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴和紡粘聚丙烯纖維的雙折射n均隨拉伸倍數(shù)的增加而提高，而且紡粘聚丙烯纖維的雙折射比熔噴聚丙烯纖維要高得多。由此，熔噴成形的纖維強(qiáng)度較差，熔噴法非織造布實(shí)際應(yīng)用時(shí)，主要是應(yīng)用其超細(xì)纖維的特點(diǎn)。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用二、影響熔噴法非織造布產(chǎn)品性能的因素 熔噴工藝的復(fù)雜性，決定了影響熔噴法非織造布產(chǎn)品性能的因素較多。聚合物原料性能以及熔噴工藝條件直接影響產(chǎn)品的性能。 影響熔噴法非織造布性能的工藝參數(shù)分在線參數(shù)和離線參數(shù)。在線參數(shù)是指在熔噴生產(chǎn)過程中可按需調(diào)節(jié)的變量，主要有聚合物熔體擠出量與溫度、牽伸熱空氣速

48、度和溫度以及熔噴接收距離等。離線參數(shù)是指只能在設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能調(diào)節(jié)的變量，如熔噴模頭噴絲孔形狀、牽伸熱空氣通道尺寸及導(dǎo)入角度等等。 研究表明，聚丙烯熔指越高，熔噴成形單纖維的強(qiáng)力越低。第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 聚丙烯熔融指數(shù)(MFI)與熔噴法非織造布縱向強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用聚丙烯熔融指數(shù)(MFI)與熔噴法非織造布斷裂伸長(zhǎng)的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴法非織造布的強(qiáng)度與纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量以及密度相關(guān)。通常，隨著纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量的增加，熔噴法非織造布的縱橫向強(qiáng)度均有所增加。 但纖網(wǎng)密度對(duì)熔噴法非織造布

49、強(qiáng)力的影響很大，對(duì)于一定單位面積質(zhì)量的熔噴法非織造布，纖網(wǎng)密度越小，拉伸斷裂強(qiáng)力越低，而拉伸斷裂伸長(zhǎng)越大。如纖網(wǎng)密度增加，則對(duì)提高纖網(wǎng)的斷裂強(qiáng)力有利，但拉伸斷裂伸長(zhǎng)減小。熔噴纖網(wǎng)中的纖維呈雜亂排列，對(duì)纖網(wǎng)強(qiáng)力的貢獻(xiàn)除了纖維本身強(qiáng)力外還取決于纖維之間的熱粘合程度。根據(jù)研究，熔噴纖網(wǎng)中纖維之間的熱粘合程度與熔噴工藝條件相關(guān)，其中熔噴接收距離(DCD)的影響尤為顯著。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴法非織造布纖網(wǎng)定量和拉伸強(qiáng)力的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離(DCD)影響熔噴纖網(wǎng)的蓬松度和纖維之間的熱粘合程度。 通常情況下，減小接收距離，牽伸熱

50、空氣冷卻和擴(kuò)散不充分，熔噴纖維之間的熱粘合得到改善，但產(chǎn)品的蓬松度下降，密度增加，此時(shí)纖網(wǎng)中的纖維多數(shù)呈團(tuán)聚狀排列。當(dāng)接收距離增大時(shí)，紡絲線上纖維絲條和牽伸熱空氣的溫度均迅速下降，造成熔噴纖網(wǎng)中纖維之間熱粘合效率降低，纖維之間粘連頻度下降，此時(shí)熔噴纖網(wǎng)具有較高的蓬松度，纖網(wǎng)強(qiáng)力僅取決于纖維之間的纏結(jié)和抱合，同時(shí)可觀察到多數(shù)纖維呈伸直狀態(tài)，并出現(xiàn)較嚴(yán)重的并絲現(xiàn)象。隨著熔噴接收距離的增大，熔噴法非織造布的斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力以及彎曲剛度均呈下降趨勢(shì)，而透氣率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用團(tuán)聚狀排列的熔噴纖維 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴接

51、收距離與縱向斷裂強(qiáng)度及彎曲剛度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴接收距離與橫向斷裂強(qiáng)度及彎曲剛度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴接收距離與頂破強(qiáng)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴接收距離與撕破強(qiáng)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴接收距離與產(chǎn)品透氣率的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 聚合物熔體擠出量越大，則整條熔噴生產(chǎn)線的產(chǎn)量也越大。但對(duì)于一定的熔噴設(shè)備來講，其產(chǎn)量受到工藝條件的制約，如熔噴模頭噴絲孔數(shù)量、牽伸熱空氣速度(流量)等。 對(duì)于一定的熔噴設(shè)備，其牽伸熱空氣速度存在

52、極限。在其它工藝參數(shù)不變的條件下，增加聚合物熔體擠出量，將導(dǎo)致對(duì)每個(gè)噴絲孔擠出的熔體細(xì)流牽伸作用的削弱，最終纖維平均直徑變大，相對(duì)強(qiáng)力下降。同時(shí)由于纖維直徑變大，纖維根數(shù)減少，使纖維在接收裝置上凝聚時(shí)相應(yīng)的接觸面積變小，發(fā)生自粘的部位也相應(yīng)減小，從而最終導(dǎo)致熔噴法非織造布的相對(duì)強(qiáng)力減小。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用螺桿轉(zhuǎn)速、氣閥開孔率與熔噴非織造布縱向強(qiáng)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用螺桿轉(zhuǎn)速、氣閥開孔率與熔噴非織造布頂破強(qiáng)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴纖維直徑、產(chǎn)量和聚合物熔體擠出量之間的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-

53、4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用聚合物熔體擠出量、生產(chǎn)速度和纖網(wǎng)面密度之間的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴模頭噴絲孔每分鐘擠出的聚合物熔體克數(shù)越高，則纖維越粗。如牽伸熱空氣速度達(dá)到500m/s時(shí)，要得到平均直徑為1m的纖維時(shí)，則聚合物熔體擠出量只能控制在0.023g/h/min以下。因此，在保證熔噴法非織造布產(chǎn)品纖維細(xì)度的前提下，要提高熔噴生產(chǎn)線的產(chǎn)量，必須增加熔噴模頭噴絲孔的數(shù)量。 牽伸熱空氣速度是熔噴工藝中重要的工藝參數(shù)，直接影響到熔噴纖維細(xì)度。對(duì)于一定的聚合物熔體擠出量及一定的熔體粘度，牽伸熱空氣速度越大，則紡絲線上聚合物熔體細(xì)絲受到的牽伸作用越大，纖維越易變細(xì)。采用M

54、FI為300的聚丙烯切片原料，在5種氣閥開孔率 (牽伸熱空氣速度)與3種螺桿轉(zhuǎn)速 (熔體擠出量)條件下進(jìn)行熔噴試驗(yàn)，可得到纖維直徑、氣閥開孔率和螺桿轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用螺桿轉(zhuǎn)速、氣閥開孔率與熔噴纖維直徑的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 在每一種螺桿轉(zhuǎn)速條件下，熔噴纖維直徑都隨牽伸熱空氣速度增加而減小；隨聚合物熔體擠出量增加而增大。同時(shí)，牽伸熱空氣速度增大到一定程度時(shí)，對(duì)減小纖維直徑的作用減弱。從另一方面看，牽伸熱空氣速度增大到一定程度時(shí)，增加聚合物熔體擠出量，纖維直徑增大量不顯著。因此，在工業(yè)化生產(chǎn)中，通常采取高牽伸熱空氣速度來

55、補(bǔ)償因聚合物擠出量增加而引起的纖維直徑變化，也即牽伸熱空氣速度與聚合物擠出量必須相匹配。 熔噴工藝中，牽伸熱空氣速度除了影響纖維細(xì)度之外，還影響到產(chǎn)品的強(qiáng)度。通常，提高牽伸熱空氣速度，有利于提高纖維單強(qiáng)并改善纖網(wǎng)中纖維之間的熱粘合程度，從而提高熔噴法非織造布的拉伸強(qiáng)度和頂破強(qiáng)度。熔噴工藝中，在高聚合物熔體擠出量的條件下，需適當(dāng)提高牽伸熱空氣速度來補(bǔ)償高擠出量引起的產(chǎn)品強(qiáng)力下降的不良影響。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴溫度是指熔噴模頭的工作溫度，可用以調(diào)節(jié)聚合物熔體的粘度。在其它工藝條件不變時(shí)，聚合物熔體粘度越低，熔體細(xì)絲可牽伸得越細(xì)。因此熔噴工藝中采用較高M(jìn)FI的聚合物

56、切片原料，較易得到超細(xì)纖維。但是，熔體粘度過小會(huì)造成熔體細(xì)絲的過度牽伸，形成的超短超細(xì)的纖維會(huì)飛散到空中而無法收集，因此熔噴工藝中聚合物熔體粘度并不是越小越好，為了防止熔體在剪切力作用下產(chǎn)生破裂，聚合物熔體粘度應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)。聚丙烯原料熔噴常用的熔體粘度范圍為50300泊(Pas)。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴纖網(wǎng)中常出現(xiàn)沒有牽伸成超細(xì)纖維的團(tuán)塊狀聚合物，稱為“shot”現(xiàn)象。造成“shot”現(xiàn)象的原因主要有： 牽伸熱空氣的速度太小或熔體粘度太高，部分熔體細(xì)絲的牽伸不徹底，熔體細(xì)絲未及完全牽伸就脫離噴絲孔并與其他纖維一起收集到成網(wǎng)裝置上；熔體粘度太低，牽伸熱空氣

57、速度高時(shí)，噴絲孔對(duì)熔體的握持作用減弱，造成某些熔體還沒有被牽伸成纖維便脫離噴絲孔；正常生產(chǎn)時(shí)突然減小擠出量，聚合物原料在螺桿擠出機(jī)及熔噴模頭中停留時(shí)間過長(zhǎng)，造成過度熱降解而引起熔體粘度減小。 由此可見，要生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，熔噴工藝應(yīng)根據(jù)不同MFI的聚合物原料，正確設(shè)置熔體擠出量、熔噴溫度和牽伸熱空氣速度，并應(yīng)注意到這些工藝參數(shù)之間存在著相互依賴的關(guān)系。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用熔噴纖網(wǎng)中出現(xiàn)的“shot”現(xiàn)象第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用三、產(chǎn)品應(yīng)用 目前，熔噴法非織造布的主要用于：過濾材料醫(yī)療衛(wèi)生用材料環(huán)境保護(hù)材料服裝材料電池隔膜材料擦拭材料 其中過濾材

58、料應(yīng)用最廣，其次是醫(yī)療衛(wèi)生用材料、環(huán)境保護(hù)材料、服裝材料、電池隔膜材料以及擦拭材料等。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用1、過濾材料 熔噴法非織造布早期的應(yīng)用主要是過濾材料，熔噴法非織造布具有纖維細(xì)、結(jié)構(gòu)蓬松、孔隙多而孔隙尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)暮笳?，是一種性能優(yōu)良的過濾材料。熔噴法非織造布在過濾領(lǐng)域的應(yīng)用有氣體過濾和液體過濾，氣體過濾方面有已經(jīng)大量推廣應(yīng)用的醫(yī)用防菌口罩、室內(nèi)空調(diào)機(jī)過濾材料、汽水分離過濾材料、凈化室過濾材料等。其中醫(yī)用防菌口罩采用熔噴法非織造布作為過濾介質(zhì)可大大減少細(xì)菌的透過率，其阻菌率高達(dá)98以上，而且佩戴時(shí)沒有任何不舒服的感覺。在液體過濾方面，熔噴法非織造

59、布可用于飲料和食品過濾、水過濾、貴金屬回收過濾、油漆和涂料等化學(xué)藥品過濾等。熔噴法非織造布可與其它材料復(fù)合并制成可換式濾芯或?yàn)V袋等用于各種過濾裝置中。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 一般認(rèn)為，過濾材料對(duì)固體塵埃的阻截作用是5種機(jī)理聯(lián)合作用的結(jié)果。未經(jīng)后整理的熔噴法非織造布作為過濾材料，主要依靠直接捕獲、慣性沉積、擴(kuò)散效應(yīng)和重力效應(yīng)的作用。因此，要提高過濾效率，必須減小纖維直徑并增加熔噴非織造布的密度，但會(huì)造成過濾阻力的明顯增加。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴法非織造布的駐極處理是提高其過濾效率的重要后整理技術(shù)。經(jīng)過駐極整理的熔噴法非織造布，帶有持久的靜

60、電，可依靠靜電效應(yīng)捕集微細(xì)塵埃，因此具有過濾效率高，過濾阻力低等優(yōu)點(diǎn)。駐極熔噴法非織造布除對(duì)0.0051mm的固體塵粒有很好的過濾效果外，對(duì)大氣中的氣溶膠、細(xì)菌、香煙煙霧、各種花粉等均有很好的阻截效果。 熔噴工藝中，借助紡絲線上的發(fā)射電極可使熔噴成形纖維帶有持久的靜電荷。聚丙烯具有較高的電阻率(71010cm)，注入電荷的容量較大，射頻損耗極小，因此是一種制造駐極纖維的理想材料。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)駐極整理的聚丙烯熔噴非織造布在自然狀態(tài)下存放1440小時(shí)后，濾效保持不變。 第九章 熔噴法工藝 9-4 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 根據(jù)庫(kù)侖沉積原理，可用EQq表示因庫(kù)侖力而產(chǎn)生的捕集系數(shù)： 式中：q微粒電荷 Q纖