熔噴新技術(shù)開(kāi)發(fā)雙組分熔噴纖維的商業(yè)應(yīng)用

非織織仍是北美和歐洲的一個(gè)富有生命力的市場(chǎng)。機(jī)械商的新品開(kāi)發(fā)主要集中于紡粘這一領(lǐng)域。Hills是一家運(yùn)用紡粘新技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)軍企業(yè)，近來(lái)，運(yùn)用熔噴新技術(shù)成功開(kāi)發(fā)特種熔噴纖維并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。本文通過(guò)與傳統(tǒng)熔噴工藝比較來(lái)探討這種新技術(shù)。1熔噴設(shè)備的改進(jìn)熔噴可以簡(jiǎn)述為生產(chǎn)長(zhǎng)絲的工藝，擠出的熔體經(jīng)緊鄰噴絲孔出口處的高速熱氣流拉細(xì)。傳統(tǒng)的熔噴纖維相對(duì)較細(xì)（通常為2～10μm），強(qiáng)力較低，纖維尺寸分布較大?，F(xiàn)有的大多數(shù)熔噴設(shè)備應(yīng)用的模頭與埃克森（Exxon）公司20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的相似。?？松驹谌蹏娂夹g(shù)方面擁有很多專(zhuān)利（參考USP3825380）并發(fā)展成特許技術(shù)。由于?？松囊恍?zhuān)利自保護(hù)期滿(mǎn)至今已有很長(zhǎng)時(shí)間，因而這種技術(shù)現(xiàn)已伴隨著各種技改被廣泛應(yīng)用。2雙組分纖維熔噴織物的研發(fā)近來(lái)對(duì)單機(jī)生產(chǎn)醫(yī)用及過(guò)濾領(lǐng)域用的亞微米和納米級(jí)熔噴纖維的產(chǎn)能的要求有所提高。對(duì)由熔融溫度高和耐化學(xué)性的專(zhuān)用聚合物生產(chǎn)的熔噴織物提出了新的要求。熔噴生產(chǎn)商開(kāi)始關(guān)注運(yùn)用雙組分技術(shù)生產(chǎn)更細(xì)的納米級(jí)纖維及其他功能性纖維制造新型熔噴織物。圖1為已商業(yè)化生產(chǎn)或正處于開(kāi)發(fā)中的雙組分纖維橫截面。3熔噴法非織造布技術(shù)Hills公司熔噴新技術(shù)基于Hills專(zhuān)利，通過(guò)薄分配板形成聚合物分配路徑和噴絲孔。Hills開(kāi)發(fā)的熔噴技術(shù)在USP6833104專(zhuān)利中有部分示例。下面就這種技術(shù)的一些特性進(jìn)行介紹。Hills技術(shù)應(yīng)用傳統(tǒng)的?？松椒ǎ丛诰o鄰擠出的絲束處有兩個(gè)氣刀式熱氣流裝置。Hills已采用最新的流體模型技術(shù)進(jìn)一步完善氣刀的設(shè)計(jì)，該技術(shù)能對(duì)經(jīng)模頭擠出的纖維進(jìn)行均勻、有效的拉伸。傳統(tǒng)的熔噴模頭主要采用電加熱衣架式熔體分配系統(tǒng)，類(lèi)同于薄膜擠出工業(yè)所用的系統(tǒng)。在衣架式熔體分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過(guò)漸擴(kuò)的狹縫將熔體分配至線型模頭頂端。這種狹縫被設(shè)計(jì)成在流體和流變條件下均勻的壓力輸送熔體。圖2所示為電加熱衣架式熔噴模頭。Hills獨(dú)特的熔噴技術(shù)已在與其他機(jī)械制造商合作的項(xiàng)目中成功應(yīng)用。然而，Hills在纖維領(lǐng)域則采用多級(jí)泵熔體輸送系統(tǒng)。圖3顯示為蒸汽加熱多級(jí)紡絲泵系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：熔體分級(jí)計(jì)量短程化。多級(jí)紡絲泵系統(tǒng)采用多級(jí)計(jì)量熔體，每一分級(jí)計(jì)量間距很短。與傳統(tǒng)衣架式紡絲系統(tǒng)相比，計(jì)量間距在75mm之內(nèi)。這種多級(jí)紡絲泵系統(tǒng)能確保熔體流變、速率、溫度等的均勻性和柔性化。高模頭壓力。在多級(jí)紡絲泵系統(tǒng)中，對(duì)熔體壓力沒(méi)有太多的要求，因而可在比傳統(tǒng)的衣架式系統(tǒng)中熔體壓力大兩倍的條件下操作。這種特性對(duì)于量少的纖維均勻分配是至關(guān)重要的，有關(guān)這方面將在后續(xù)報(bào)道中討論。熔體溫度不同。加工雙組分聚合物時(shí)，兩種聚合物分配至噴絲孔時(shí)溫度存在明顯差異。在衣架式熔體分配系統(tǒng)中，兩種聚合物通常是在同一個(gè)普通的金屬組件中進(jìn)行分配，熔體溫度分隔并不明顯。在Hills獨(dú)特的多級(jí)紡絲泵系統(tǒng)中，兩種聚合物被分別加熱，相互間很好地隔離，以確保不同的溫度。這種系統(tǒng)可使用的溫差大于50℃，雙組分聚合物可隨意組合。聚合物停留時(shí)間。Hills公司的多級(jí)泵系統(tǒng)可使熔體送到每個(gè)噴絲孔的停留時(shí)間一致。這對(duì)因停留時(shí)間造成熱變化的特種聚合物來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。加熱。大多數(shù)衣架式系統(tǒng)采用電加熱形式。Hills公司的多級(jí)泵系統(tǒng)除可成功地使用電加熱外，也可以使用蒸汽加熱，以使任何操作條件下模頭獲得精確的溫度分布。模頭安裝。多級(jí)泵系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成上裝式或下裝式的方法安裝模頭。在一些情況下，模頭安裝采用上裝式較適合邏輯或工廠的其他要求。而傳統(tǒng)的衣架式系統(tǒng)則采用下裝式模頭，實(shí)用性較差。該熔噴技術(shù)采用Hills公司的著名薄板“印刷電路板”技術(shù)以精確分配和計(jì)量?jī)煞N或兩種以上聚合物熔體通過(guò)模頭。這種技術(shù)已在Hills的紡絲應(yīng)用（長(zhǎng)絲、短纖維和紡粘非織造布）中得到完善。在熔噴加工中，Hills公司通過(guò)使用其薄板技術(shù)形成紡絲孔，已成為另一個(gè)革命的開(kāi)端。這就允許超常規(guī)聚合物的組合，完善的纖維截面及與常規(guī)均聚物熔噴系統(tǒng)相同的紡絲孔密度（孔數(shù)/英寸）生產(chǎn)獨(dú)特的多組分纖維。Hills公司產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的熔噴纖維有并列型、皮芯型（皮層率<20%）以及混合長(zhǎng)絲。圖4是并列型熔噴纖維的實(shí)例，圖5是PP為芯、PE為皮的皮芯型熔噴纖維實(shí)例。Hills公司也正在開(kāi)發(fā)各種裂離和海島型雙組分熔噴纖維，它以經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)速率生產(chǎn)最小的納米纖維。生產(chǎn)非常小的均聚物纖維（<1μm）需要降低每紡絲孔熔體流速、低分子量聚合物及高熔體溫度（進(jìn)一步降低熔體黏度）。對(duì)于常規(guī)的模頭而言，它會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：由于熔體通過(guò)噴絲孔時(shí)較低的熔體壓力降而造成熔體通過(guò)模頭時(shí)分配均勻性差；模頭表面每米單元的生產(chǎn)率不經(jīng)濟(jì)。用Hills公司的薄板技術(shù)形成的紡絲孔有下列兩個(gè)應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題：采用這種專(zhuān)利技術(shù)，即使在較小的噴孔熔體流量條件下，也需要非常小和長(zhǎng)的紡絲孔（高長(zhǎng)徑比）以達(dá)到能使纖維均勻分布的高熔體壓力降。采用長(zhǎng)徑比>50∶1、直徑<0.1mm的紡絲孔，這種噴孔的幾何形狀對(duì)常規(guī)孔制造技術(shù)而言是不可能的。Hills公司也開(kāi)發(fā)了專(zhuān)利粘合技術(shù)來(lái)進(jìn)一步增加獨(dú)特模頭的強(qiáng)力。圖6為Hills公司雙組分熔噴模頭組件四塊粘合板的顯微照片。由于非常牢固的粘合，從視覺(jué)上無(wú)法看到單塊板的存在。這些模頭在>1.0MPa(1500psi）壓力降下操作，噴孔無(wú)泄漏。耐高熔體壓力、高孔密度的常規(guī)模頭非常昂貴也極易損壞。Hills高孔密度模頭要比常規(guī)打孔技術(shù)經(jīng)濟(jì)和可靠。目前，產(chǎn)業(yè)化的模頭密度為100孔/25.4mm(1英寸)，并且也已成功地試制了200孔/25.4mm(1英寸)模頭。這種高孔數(shù)模頭在保持每米模頭寬度較高生產(chǎn)率的情況下，通過(guò)降低熔體孔流量來(lái)制造亞微米纖維，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)講是可行的。圖7是用Hills公司100孔/25.4mm(1英寸模頭生產(chǎn)的熔噴織物截面，其纖維平均尺寸約1μm，分布非常均勻。4均聚物熔噴纖維這種獨(dú)特的技術(shù)是建立在用于熔體分配系統(tǒng)和紡絲孔的制造的新設(shè)計(jì)和新技術(shù)上的。它可以均勻地生產(chǎn)亞微米均聚物熔噴纖維以及任何截面雙組分纖維。這種技術(shù)在西墨爾本、美國(guó)佛羅里達(dá)的Hills公司實(shí)驗(yàn)室展示和共同開(kāi)發(fā)。在北卡羅