第八章-熔喷法

第八章熔喷法工艺§8-1熔喷工艺原理与过程§8-2熔喷产品性能与应用§8-1熔喷工艺原理与过程一、熔喷工艺原理与过程熔喷非织造工艺是采用高速热空气流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收集在凝网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布。熔喷工艺过程主要为：•熔体准备•过滤•计量•熔体从喷丝孔挤出•熔体细流牵伸与冷却•成网熔喷工艺原理热空气热空气聚合物熔体冷却空气冷却空气接收装置至后道工序喷雾装置1、熔体准备熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。2、过滤熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。3、计量熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。4、熔体从喷丝孔挤出熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。5、熔体细流牵伸与冷却熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。6、成网熔喷工艺中，经牵伸和冷却固化的超细纤维在牵伸气流的作用下，吹向凝网帘或滚筒，凝网帘下部或滚筒内部均设有真空抽吸装置，由此纤维收集在凝网帘或滚筒上，依靠自身热粘合或其他加固方法成为熔喷法非织造布。模头喷丝孔出口处到接收帘网或滚筒的距离称为熔喷接收距离DCD。一、影响熔喷法非织造布产品性能的因素熔喷工艺的复杂性，决定了影响熔喷法非织造布产品性能的因素较多。聚合物原料性能以及熔喷工艺条件直接影响产品的性能。影响熔喷法非织造布性能的工艺参数分在线参数和离线参数。在线参数是指在熔喷生产过程中可按需调节的变量，主要有聚合物熔体挤出量与温度、牵伸热空气速度和温度以及熔喷接收距离等。离线参数是指只能在设备不运转时才能调节的变量，如熔喷模头喷丝孔形状、牵伸热空气通道尺寸及导入角度等等。研究表明，聚丙烯熔指越高，熔喷成形单纤维的强力越低。§8-2熔喷产品性能与应用熔喷接收距离(DCD)影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的热粘合程度。通常情况下，减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，熔喷纤维之间的热粘合得到改善，但产品的蓬松度下降，密度增加，此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列。当接收距离增大时，纺丝线上纤维丝条和牵伸热空气的温度均迅速下降，造成熔喷纤网中纤维之间热粘合效率降低，纤维之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有较高的蓬松度，纤网强力仅取决于纤维之间的缠结和抱合，同时可观察到多数纤维呈伸直状态，并出现较严重的并丝现象。随着熔喷接收距离的增大，熔喷法非织造布的断裂强力、顶破强力、撕破强力以及弯曲刚度均呈下降趋势，而透气率呈增长趋势。二、产品应用目前，熔喷法非织造布的主要用于：过滤材料医疗卫生用材料环境保护材料服装材料电池隔膜材料擦拭材料其中过滤材料应用最广，其次是医疗卫生用材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料以及擦拭材料等。1、过滤材料熔喷法非织造布早期的应用主要是过滤材料，熔喷法非织造布具有纤维细、结构蓬松、孔隙多而孔隙尺寸小的优点，通过适当的后整理，是一种性能优良的过滤材料。熔喷法非织造布在过滤领域的应用有气体过滤和液体过滤，气体过滤方面有已经大量推广应用的医用防菌口罩、室内空调机过滤材料、汽水分离过滤材料、净化室过滤材料等。其中医用防菌口罩采用熔喷法非织造布作为过滤介质可大大减少细菌的透过率，其阻菌率高达98％以上，而且佩戴时没有任何不舒服的感觉。在液体过滤方面，熔喷法非织造布可用于饮料和食品过滤、水过滤、贵金属回收过滤、油漆和涂料等化学药品过滤等。熔喷法非织造布可与其它材料复合并制成可换式滤芯或滤袋等用于各种过滤装置中。2、保暖材料保暖材料应具有良好的保暖性，可防止或减少由导热、对流和辐射所引起的热损失，并能较长期使用而不改变其保暖性。实验表明，纤网结构是影响保暖材料传热性能的主要因素之一。熔喷复合保暖材料和聚酯纤维絮片的传热率均随蓬松率的增加而提高。蓬松率提高，纤网中空气流动加快，对流热损失也相应加大。对于熔喷复合保暖材料，其厚度对透气性能影响较小，而聚酯纤维絮片随厚度减小透气性迅速上升。熔喷复合保暖材料中的熔喷法非织造布具有超细纤维结构，因此抗风能力较强。熔喷保暖材料应用3、吸油材料聚丙烯熔喷法非织造布因其材料特性和微纤结构而成为性能良好的吸油材料，在欧美、日本等发达国家已得到广泛应用，如海上溢油事故、工厂设备漏油以及污水处理等。1989年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡发生油轮触礁事故，造成大面积漏油。严重污染了海面。当时空运了大约2.6万吨以聚丙烯熔喷法非织造布为主的吸油材料到现场，仅用了几天时间就清理了海面，这是熔喷法非织造布成功用于海上溢油事故处理的典范。聚丙烯熔喷法非织造布具有疏水亲油的特性，耐强酸强碱，密度比水小，吸油后能长期浮于水面上而不变形，可循环使用和长期存放。聚丙烯熔喷法非织造布制成吸油缆、吸油索、吸油链、吸油枕等，吸油量可达到自身重量的10～50倍。动态吸油试验中，采用10℃时苯在水中的饱和溶液466.5g(含0.163g苯/100g水)穿透聚丙烯熔喷非织造布(重量为8.21g)，滤液中苯含量降至0.033g/100g水，苯滤除率达到79.75％，动态吸油率达到7.4％。聚丙烯熔喷法非织造布用于压缩空气油水分离净化器时，过滤精度可达到0.8μm，过滤效率达到99.99％，最高工作压力1.0MPa，压差0.1MPa，使用寿命超过8000h。4、电池隔膜隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，通常置于正负极板之间，主要功能是绝缘正负极板，并保证电介质的流动。随着蓄电池工业的发展，对隔膜材料的电性能、化学性能和机械性能的要求越来越高。聚丙烯材料具有优良的耐酸碱性能，越来越受到电池行业的亲睐。聚丙烯熔喷法隔膜材料具有孔径小、孔率大、电阻小以及产品变化多样的特点，在我国得到迅速推广应用。