熔喷法纤维非织造布
熔喷法也是聚合物直接成网法中的一种,它是将螺杆挤出机挤出的高聚物熔体通过用高速高温气流喷吹或其它手段使熔体细流受到极度的拉伸而形成极细的纤维,然后聚集到成网滚筒或成网帘上形成纤网,最后经自粘合作用得以加固而制成熔喷法纤维非织造布。

熔喷法纤维成形原理
什么是熔喷法纤维非织造布?口罩中的熔喷布是怎么成形的?

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熔喷工艺原理

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1.与纺粘法的异同

纺粘法

亦称纺丝直接成布法,它是利用熔融纺丝等方法将聚合物切片经熔融纺丝拉伸而形成的连续长丝进行铺网,然后经粘合、后整理等工序制成产品。

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 a    相同点
①  聚合物都要在熔融状态下由喷丝孔挤出

②  纤网可经热粘合(面粘合或点粘合)或自身粘合加固成非织造布

 b    不同点
纺粘法中:骤冷空气冷却,同时拉伸,形成连续长丝,铺放到成网帘上

 熔喷法中:高速热空气喷吹,受到极度拉伸,形成超细短纤维,以极高速度飞向成网帘或凝网滚筒形成纤网

纺粘法:纤网加固方式多,除热粘合外,还可采取针刺、水刺、化学粘合等多种手段

 熔喷法:主要依靠热粘合或自身粘合

2.传统工艺流程

聚合物喂入→熔融挤出→纤维形成→纤维冷却→成网→粘合(固网)→ 切边卷绕→后整理或特殊整理

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  • 聚合物喂入 —— 聚合物一般制成小球状、颗粒状的切片,倒入料桶或料斗,输入螺杆挤出机

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  • 熔融挤出 —— 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需的原料,经过充分搅拌混合后进入螺杆挤出机,加热成为熔体,最后由计量泵经过滤器将熔体送入喷丝板。在熔喷工艺中,一般挤出机也借其剪切作用与热降解作用来降低聚合物的分子量。
  • 纤维形成 —— 经过滤的清洁熔体要经过分配系统,再均匀送入每组喷丝板,使每个喷丝孔的挤出量一致。熔喷纤维的喷丝板与其它纺丝成网法不同,喷丝孔必须排成一直线,上下两侧开有高速气流的喷出孔。

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  • 纤维冷却——在喷丝板的两侧有大量的室温空气同时被吸入,与含有超细纤维的热空气流相混,使其降温,熔融的超细纤维冷却固化。

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  • 成网——在熔喷法纤维非织造布生产中,喷丝板可以水平放置,也可以垂直放置。如果水平放置,那么超细纤维喷在一圆形收集滚筒上成网;如果垂直放置,那么纤维落到一顶水平移动的成网帘上凝集成网。

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  • 粘合(固网)——上面谈到的自身粘合加固,对于某些用途的熔喷布来说已经足够了,如:要求纤网有较蓬松的结构、良好的空气保有率或空隙率等。而对于很多其它用途来说,单有自身粘合加固还不够,还需要热轧粘合、超声波粘合或其它加固手段。
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    热轧粘合

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3.熔喷法纤维非织造布工艺特点

⑴工艺流程短,生产效率高;

⑵纤维极细,纤网均匀度好,手感柔软,在过滤、抗菌、吸附方面有突出的优点;

⑶纤维取向度较差,纤网强度低;

⑷能耗大。

熔喷法纤维成形设备

熔喷生产线组成

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德国Reifenhauser(莱芬豪斯)

公司的熔喷法纤维非织造布生产线示意图

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(1)喂料系统

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工大实验线喂入及螺杆挤出机

(2)过滤系统

(3)熔喷喷丝板(模头)

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均流管道

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熔喷纤维喷丝板构造

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一般熔喷喷丝板孔径为0.3~0.4mm,喷丝孔间距为12~16孔/cm.熔喷纤维喷丝孔结构

最初的熔喷设备,其模头为狭缝式双槽形喷头,即长而窄的热空气喷出口分布在一排圆形喷丝孔的两侧。

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1983年,Schwarz设计了方形和三角形纺丝孔,并申请了专利。这种喷头不仅可以减少熔喷过程中聚合物的降解,还可以节约能量,在提高最终纤维强力的同时降低了成本。纤维的直径能达到2μm以下。

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1995年,Schwarz又申请了圆形纺丝孔的熔喷设备。其纺丝孔的纺丝板与特殊的空气盖板组合,可形成一级和二级两个空气腔,保证了各个熔体孔周围气流的均匀分配,所以纺丝孔的排数可增加(至少4排),不仅提高了生产率,还保证了熔喷纤维的质量。

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Reifenhauser公司的Reicofil单头熔喷生产线

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Reifenhauser公司的Reicofil双头熔喷生产线

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熔喷法主要生产工艺参数

1、熔融指数(MFI) 

熔喷纤维布的强度和断裂伸长率随原料的MFI提高而降低。因此,为使熔体细流能在热气流喷吹过程中得到较好的牵伸,要求原料的MFI尽可能高一些。

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2、热气流速度

在相同温度、螺杆转速和接收距离等条件下:

热空气速度↑ →纤维直径↓ →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

但气流速度过大,易出现飞花,严重影响布面外观

3、热空气喷射角

主要影响拉伸效果和纤维形态

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气流与喷丝孔轴线不同夹角时的气流速度场

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5、接收距离(DCD)

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6、螺杆挤出速度

在温度不变的情况下:

挤出量↑ → 熔喷布定量↑,强度↑

  • 当挤出量过大时,熔喷布的强度反而下降,尤其是MFI>1000时更明显。
  • 强度达一定值后下降,可能是因为挤出量过高时,丝条牵伸不充分,并丝严重,导致布面粘结纤维减少,从而使强度↓
熔喷法纤维(非织造布)产品特点及应用
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纤维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65%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;35%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。

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2、医用材料

是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。

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3、卫生材料

(1)在卫生巾方面

★ 将熔喷布插入卫生巾的吸收芯中间,起毛细管转移层作用

★ 利用熔喷布的阻隔作用作为对液体渗透的阻隔层,用两层熔喷布取代聚乙烯防渗膜

(2)在成人尿片方面

在生产过程中,将木浆粕的短纤维混入熔喷纤维流中,形成具有良好吸收性的特种熔喷布。

4、吸油材料

熔喷布作为吸油材料,吸油量可达自身重量的17倍。

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。

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5、服装材料

(1)保暖材料

应用最成功的是美国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)用即弃劳动服

主要采用SMS复合布,除手术衣外,已成功用于工业用途的保护服。

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6、擦布

主要是利用PP天然的吸油性,制成各种用于有油污染工作环境的擦布。

随着熔喷加工技术的进步,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。