一、熔喷的工艺原理
熔喷非织造工艺是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸,由此形成超细纤维并凝聚在凝 帘或滚筒上,并依靠自身粘合而成为非织造布
熔喷装置按放置方式分有:水平式与垂直式
水平式(模口与地面平行)
垂直式((模口与地面垂直))
二、工艺流程与设备
(一)熔喷的工艺流程
聚合物准备→熔融挤压→计量泵→熔喷模头组合件→熔体细流拉伸→冷却→接收装置
(二)熔喷设备
主要设备:上料机、螺杆挤出机、计量泵、熔喷模头组合件、空压机、空气加热器、接收装置、卷绕装置。
生产辅助设备:模头清洁炉、静电施加装置等。
三、熔喷模头组合件
模头组合件是熔喷设备中最关键的部分,其中最重要的部分包括:聚合物熔体分配系统与模头系统
1、聚合物熔体分配系统
保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流动并具有均一的滞留时间,从而保证熔喷法非织造布在整个宽度上具有较均匀的性质。
目前熔喷工艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系统(T型分配系统不能均匀分配流体)。
衣架型熔体分配系统示意图
2、模头系统(模头-die)
喷丝板、气板、加热保温元件等组成。
熔喷产品的均匀度与模头密切关系。通常,熔喷模头的加工精度要求高,故模头制造成本昂贵。
喷丝孔常呈单排排列,长径比大于10。
早期研制的熔喷模头,上下模体结合面上各自加工出微细的凹槽,然后上下模体贴合即可形成一排喷丝孔。
该种结构可得到较大的喷丝孔长径比,模头清洁较方便,但加工精度和装配精度要求高,目前应用较少。
四、空气加热器
熔喷工艺需用大量的热空气。空压机输出的压缩空气经除湿过滤后输送到空气加热器加热,然后再送至熔喷模头组合件。空气加热器是压力容器,同时要抵抗高温空气的氧化作用,因此材料必须选用不锈钢。
五、 辅助设备
熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象,这时需要更换熔喷模头。
替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙烧的方法来除去残留聚合物及杂质。
六、熔喷用原料
理论上讲,凡是热塑性(高温熔融,低温固化)聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种切片原料,除此之外,熔喷工艺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等。
聚合物的种类决定了其熔点及流变性能。对于每一种聚合物原料,均有对应的熔喷工艺,如在加热温度、螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面都有一定的差异。
烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异
烯烃类聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度较高,因此加热温度高于其熔点100℃以上方能顺利熔喷,而聚酯加热温度稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类原料一般不需要干燥。而聚酯必须进行切片干燥。
七、熔喷非织造布的结构与性能
熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小,通常小于10μm,大多数纤维细度在1~4μm。
从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上各种作用力无法保持平衡(高温高速气流的拉伸力波动、冷却空气的速度和温度等的影响),使熔喷纤维细度大小不一。
纺粘法非织造布纤 中纤维直径的均匀度明显好于熔喷纤维,因纺粘工艺中,纺丝工艺条件是稳态的,牵伸和冷却条件变化波动较小。
八、影响熔喷产品性能的因素
熔喷产品的性能主要指物理机械性能,如产品的强力、透气性、纤维直径等,因熔喷工艺复杂故影响因素较多。
在线参数:在熔喷生产过程中可按需要调节的参数,如熔体挤出量、熔体温度、拉伸热空气的温度和初始速度、接收距离等。
离线参数:只能在设备不运转时才能调节的参数,如喷丝孔的形状、拉伸热空气通道尺寸等。
实际生产中,应选用MFI大的聚丙烯还是小呢?
MFI小:可生产强力较高的熔喷非织造布。
MFI大:产量高、能耗低。因此当前趋势是采用较高的MFI原料。
最早应用的聚丙烯,其分子量高,MFI较低(12g/10min)。
随科技的进步,MFI为12的聚丙烯很快就为MFI35的所取代,同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯,其MFI高达1500。
九、过滤原理
过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出来。
过滤机理:筛滤沉积、静电沉积、扩散沉积等。
是否颗粒大于过滤材料的孔径尺寸才能被筛滤?
研究表明:孔径尺寸在十至几十微米之间的过滤材料,能捕集1μm的尘埃。
提高筛滤沉积效果就要减小滤材孔径,即减小纤维细度、提高材料的密度。
驻极处理的熔喷非织造布,因带有持久的静电,可依靠静电效应捕集微细尘埃,因此具有过滤效率高,过滤阻力低等优点。
聚丙烯具有较高的电阻率(7×1010Ω·cm),注入电荷的容量较大,是一种制造驻极纤维的理想材料。实验表明,经驻极整理的聚丙烯熔喷非织造布在自然状态下存放1440小时后,滤效保持不变。
十、纺粘法与熔喷法的比较
文源:一柯模具
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