世界上最重要的成網(wǎng)工藝Nanoval

20世紀(jì)60年代，美國杜普特（劉邦）公司通過融合法生產(chǎn)了世界上第一批非織布，后歐洲的弗里普特公司成功。DuPont公司生產(chǎn)的長絲是在一種帶多孔噴絲頭的標(biāo)準(zhǔn)熔紡設(shè)備上紡絲后再通過氣流噴嘴進(jìn)行牽伸得到的,帶或不帶導(dǎo)絲輥皆可。Freudenberg公司的LudwigHartmann先生設(shè)計(jì)了一套與當(dāng)今的熔噴系統(tǒng)完全一致的紡絲系統(tǒng):利用噴絲頭上線性排列的噴絲孔噴出熔融長絲,利用相鄰狹縫間通過的熱氣流進(jìn)行牽伸,這種方法被稱為紡粘法,現(xiàn)在一般被稱作紡絲成網(wǎng)或紡熔,紡粘非織造布與用其他方法制成的短纖非織造布有本質(zhì)上的區(qū)別。其后,其他一些公司如ICI、Akzo(阿克蘇)、Toray(東麗)和Teijin(帝人)等也先后開發(fā)了一些紡粘工藝。不久,一些工程與設(shè)備的制造商就開始提供紡粘裝置—Lurgi公司的Docan系統(tǒng)與Reifenhauser(萊芬豪舍)公司的Kridee系統(tǒng)率先成功。直到20世紀(jì)90年代,KarlFischer公司才向Freudenberg公司獨(dú)家供應(yīng)紡絲模頭。Reifenhauser公司在推出自主研發(fā)的成網(wǎng)方法后一炮而紅,他們將設(shè)備安裝在一個(gè)帳篷中,向一些感興趣的公司進(jìn)行展示,吸引了很多客戶。不過,這項(xiàng)革命性的成網(wǎng)工藝的推廣應(yīng)用也受到了很大的阻力。直到20世紀(jì)80年代,在這項(xiàng)技術(shù)推出20年后,產(chǎn)能才有了快速增長,而Exxon(?？松?公司新開發(fā)的“熔噴”系統(tǒng)進(jìn)一步完善了這種技術(shù)。其他的設(shè)備生產(chǎn)商或復(fù)制現(xiàn)有設(shè)備,或開發(fā)自己的系統(tǒng),而且現(xiàn)在市場上流行的一些產(chǎn)品仍延續(xù)第一批產(chǎn)品的命名:杜邦公司的Reemay、Typar和Tyvek,Freudenberg公司的Lutrabond、Lutrasil和Lutradur,Akzo公司的Colback。據(jù)估計(jì),2008年在歐美地區(qū),紡絲成網(wǎng)非織造布(包括紡粘和熔噴)的產(chǎn)量,無論以重量統(tǒng)計(jì),還是以面積統(tǒng)計(jì)都將超越梳理成網(wǎng)、氣流成網(wǎng)或濕法成網(wǎng)產(chǎn)品的產(chǎn)量,從而在非織造布總產(chǎn)量中占據(jù)首位。陶瓷粉體的裂裂工藝Nanoval不管熔體流裂解成長絲還是膜,都是利用另一種流體(通常是存在于紡粘或熔噴設(shè)備中的空氣或氣流)對絲條外皮產(chǎn)生剪切力,從而使絲條內(nèi)外產(chǎn)生巨大的壓力差。現(xiàn)在普遍認(rèn)為,通過這種方法,熔體內(nèi)部的流速分布從拋物線型轉(zhuǎn)變?yōu)殡p曲線型,因此內(nèi)壓增大,此理論從Navier—Stokes方程中衍生而來。通過空氣流冷卻的單絲外皮與熔體流保持一定的狀態(tài),當(dāng)絲條內(nèi)部的壓力差達(dá)到臨界值時(shí),“管狀”熔體流裂解成超細(xì)纖維,此現(xiàn)象類似于金屬或陶瓷熔體、水或其他流體的爆裂,但如果表面張力大于熔體成纖力,則絲條將裂解成液滴狀。陶瓷也可裂解成纖維,一些標(biāo)準(zhǔn)的聚合物或纖維素溶液,即使是從紙漿或原生漿粕中提取的,大部分都能生產(chǎn)出連續(xù)長絲,但前提是熔體表皮足夠強(qiáng)大,而且必須在層流條件下進(jìn)行。這就是Nanoval效應(yīng)—毫厘之間的劇烈運(yùn)動。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),當(dāng)聚合物溫度與所用的空氣壓力恰當(dāng)匹配時(shí),給熔體流施加一定的流速使其自行裂解,如果單個(gè)噴絲孔的產(chǎn)量一定,則最后得到的長絲數(shù)量和平均直徑的范圍具有很寬的分布。在長絲的加工過程無需附加冷卻室和牽伸器,只需通過一個(gè)數(shù)毫米的融合槽—Laval(拉伐爾)噴嘴,然后在一條運(yùn)行中的成網(wǎng)簾上成網(wǎng)。圖3展示的是一條生產(chǎn)線上噴絲頭中裂解長絲的情景,其中噴絲孔的間距為10mm,也可設(shè)置成5mm或3mm,即使這樣,單位寬度纖網(wǎng)上的產(chǎn)量也比傳統(tǒng)的熔噴系統(tǒng)高好幾倍,這也是Nanoval與一般熔噴系統(tǒng)不同,這一新工藝無需在生產(chǎn)線或封裝細(xì)管中使用大量噴絲孔,只需幾個(gè)平行的紡絲噴嘴即能將熔體(或纖維素溶液)轉(zhuǎn)變成連續(xù)長絲(圖4)。除了廉價(jià)的噴絲頭和較少的操作缺陷(在忽略“連鎖反應(yīng)”的情況下,失靈噴嘴可以簡單切換)外,該工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:Laval噴嘴中熔體分布更簡單,從而代替了傳統(tǒng)熔噴法中衣架型熔體分配流道,避免了設(shè)備老化帶來的問題。纖網(wǎng)克重的均勻度始終是評判產(chǎn)品品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)(另一個(gè)是設(shè)備縱向與橫向的強(qiáng)力比MD∶CD),鑒于Nanoval原料等級對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響對所有非織造布的聚合物原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),包括PP、PE、PA6、PA66、PET、PBT、PLA及其他類型的聚合物,結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都能裂解成超細(xì)的連續(xù)長絲,這些原料無需達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)等級也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果,比如一般等級的PP能達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)等級(MFR在30左右)相當(dāng)?shù)男Ч?節(jié)約了成本。對于應(yīng)用于醫(yī)療、衛(wèi)生、化妝品、揩布以及過濾領(lǐng)域的超細(xì)纖維,原料大多為標(biāo)準(zhǔn)PP。當(dāng)然,在這些領(lǐng)域,熔噴產(chǎn)品也是不錯(cuò)的選擇。表1是Nanoval熔噴纖維網(wǎng)生產(chǎn)Nanoval公司利用其獨(dú)一無二的Nanoval在這一新技術(shù)的發(fā)展中,首先要關(guān)注的就是其超細(xì)長絲纖網(wǎng),比如熔噴型;當(dāng)生產(chǎn)的長絲直徑較大時(shí),一般被稱為紡粘型。通過這種工藝,每個(gè)噴絲孔的產(chǎn)量可超過10g/min,PET或PBT纖維的纖度可達(dá)5dtex(長絲直徑在20?m左右)。那么,剪切力下的單絲直徑到底能有多大?究竟用多大的力能將它裂解成多根超細(xì)纖維?這些問題將引導(dǎo)該技術(shù)未來的發(fā)展。聚合物的拉伸和裂解過程N(yùn)anoval公司開發(fā)了Nanoval了工藝與裝