熔喷设备、工艺、静电驻极

目前熔喷无纺布在过滤材料领域的应用非常广泛。自从20世纪70年代以来，各种荷电技术以及通过混合不同纤维的带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用。其直接的结果是导致了现在的静电驻极工艺。目前的驻极方法主要有静电纺丝法、电晕充电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击打法、纯水喷射法等，由于材料的静电驻极工艺不同，所形成的驻极体的性质亦大不相同，过滤性能提升和静电持久性有差异。熔喷无纺布本身的过滤性能其实只有70%以下的，纯粹靠熔喷超细纤维的纤维细、空隙小、孔隙率高的纤维三维集合体的机械阻挡作用是不够的。不然，一味增加材料克重厚度反而会大大增加过滤阻力。所以熔喷过滤材料普遍都是会通过静电驻极的工艺对熔喷布进行添加静电电荷效应，利用静电的方法提升过滤效率，可以达到99.9%到99.99%。也就是达到KN95标准或以上。驻极体空气过滤材料利用纤维本身驻极性，对粉尘静电吸附，捕获细菌和病毒。聚丙烯熔喷纤维驻极的带电不同于普通材料摩擦带的电荷。用摩擦起电的方式吸引纸碎去判断熔喷是否带电和口罩是否有过滤性能是不科学的。摩擦起电是暂时带电，是表面电荷被暂时聚集的现象。摩擦带电是表面极化的正负电荷，而驻极体纤维的电荷是在驻极工艺时通过外加高压电荷额外加上去的内部电荷。这些电荷随着驻极母粒纳米形式分散在熔喷超细纤维多孔内部结构里。熔喷材料本身拒水加上超细纤维的阻隔，这些电荷被牢牢的锁在内部，只有微细颗粒进入熔喷层内部时，静电作用和超细纤维结构就开始发挥作用。所谓静电是因为聚丙烯熔喷材料本身是绝缘的，也是一种驻极材料，所以电荷不会随意中和，随意散失。通过额外高压放电的电荷在纤维内部保存，时间较久，带电量充足，而且是多种电荷共同存在，不是摩擦起电的一种电荷，用宏观吸附不能直接反应微观电荷性能。以超细纤维三维聚集高孔隙率和纤维开放式静电驻极体性能提供高效低阻的过滤品质。驻极抗菌熔喷布的作用机理是驻极体产生的强静电场和微电子流刺激细菌，使其蛋白质和核酸变异损伤，破坏细菌的表面结构，导致细菌死亡，电气石本身释放负离子阻断了一些细菌微生物的代谢过程，这包括呼吸系统，酶的活性，来自细胞壁的物质传递，从而抑制细菌细胞起到抗菌作用。熔喷驻极过滤材料主要是通过机械阻挡和静电吸附双重作用来捕获粒子。机械阻挡作用与材料的结构以及性质密切相关：当熔喷布经过电晕充电后带有几百到几千伏电压，由于静电的排斥作用使纤维扩散成网状孔洞，纤维间的尺寸远大于粉尘的尺寸，从而形成一种开放式结构。当粉尘经过熔喷过滤材料时，静电作用不仅能有效吸引带电粉尘粒子，而且以静电感应效应捕获极化的中性粒子。材料静电势越高，材料的电荷密度越大，带点电荷越多，静电作用越强。电晕放电能大大提高聚丙烯熔喷布的过滤性能。加入电气石微粒能有效改善驻极效益，过滤效率增加，过滤阻力降低，纤维表面电荷密度增加，纤网贮存电荷能力也增强。加入6%的电气石驻极综合效果较好。太多驻极材料反而会增加载流子的移动中和现象。驻极母粒要有纳米或微纳米级别尺寸和均匀性。好的驻极母粒可以改善纺丝性能，不影响喷嘴，提高过滤效率，抗静电衰退，降低空气阻力，增加电荷捕集的密度和深度，让更多的电荷有更大的几率存在纤维中聚集体中，并使得捕获的电荷处于更低能量状态，不易脱离电荷载体陷阱或被中和，减缓衰退。驻极工艺：随着充电电压的增加，熔喷驻极体材料表面静电势增大，这是因为随着充电电压的增大，主机材料的极化电场增强，到样品表面的电荷增多，所以静电势增大。随着存放时间的增大，在驻极材料表面的静电势有所衰减，在不同的充电电压下材料表面点时静电衰减的趋势相同，保留率相差不大，并且在30天左右趋于稳定。这说明聚丙烯熔喷布有良好的静电性能，充电电压越大，电场强度越大，材料表面的静电势就越大，但是不能超过一定限度，如果充电电压超过10Kv时，就会出现火花放电仙此昂，导致材料被击穿，所以应谨慎选择充电电压。驻极体空气过滤材料要求材料的储存电荷密度大，其电荷密度的储存寿命长及储存电荷稳定性强等等。而储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等。根据上述要求，就静电驻极体的性质而言，电晕放电法是目前最佳的静电驻极方法；热极化法在环境相对稳定时也是一种较好的静电驻极方法；摩擦起电法要在试验中进一步完善；静电纺丝法需要科技的进一步发展；低能电子束轰击法需要改进和简化静电驻极的工艺。熔喷静电驻极的工艺是事先在PP聚丙烯聚合物中加入电气石、二氧化硅、磷酸锆等无机材料，然后在卷布前通过静电发生器针状电极电压35-50KV一组或多组电晕放电的方式对熔喷材料带上电荷，施加高压时针尖下方的空气产生电晕电离，产生局部击穿放电，载流子通过电场的作用，而沉积到熔喷布表面，一部分载流子会深入表层被驻极母粒的陷阱捕获，从而使熔喷布成为驻极体过滤材料。此电晕过程的电压和相比高压200Kv左右的放电是小了一点，相比没那么多臭氧产生。充电距离和充电电压的作用使反效的。随着充电距离越远，材料俘获的电荷越少。在常温常湿条件下，PP熔喷驻极材料具有很好的电荷储存稳定性能，但是当样品在高湿环境时，由于水分子中的极性基团，大气中的异性粒子对纤维上电荷的补偿效应，而造成电荷的大量损失。电荷随着湿度增加下降，并且越来越快。驻极熔喷布需要1、熔喷设备一套2、驻极母粒3、高压静电放电装置四套4、分切设备目前的驻极方法主要有静电纺丝法、电晕充电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击打法、纯水喷射法等。电晕放电能大大提高聚丙烯熔喷布的过滤性能。加入电气石微粒能有效改善驻极效益，过滤效率增加，过滤阻力降低，纤维表面电荷密度增加，纤网贮存电荷能力也增强。加入6%的电气石驻极综合效果较好。太多驻极材料反而会增加载流子的移动中和现象。驻极工艺：随着充电电压的增加，熔喷驻极体材料表面静电势增大，这是因为随着充电电压的增大，主机材料的极化电场增强，到样品表面的电荷增多，所以静电势增大。随着存放时间的增大，在驻极材料表面的静电势有所衰减，在不同的充电电压下材料表面点时静电衰减的趋势相同，保留率相差不大，并且在30天左右趋于稳定。这说明聚丙烯熔喷布有良好的静电性能，充电电压越大，电场强度越大，材料表面的静电势就越大，但是不能超过一定限度，如果充电电压超过10Kv时，就会出现火花放电仙此昂，导致材料被击穿，所以应谨慎选择充电电压。熔喷静电驻极的工艺是事先在PP聚丙烯聚合物中加入电气石、二氧化硅、磷酸锆等无机材料，然后在卷布前通过静电发生器针状电极电压35-50KV一组或多组电晕放电的方式对熔喷材料带上电荷，施加高压时针尖下方的空气产生电晕电离，产生局部击穿放电，载流子通过电场的作用，而沉积到熔喷布表面，一部分载流子会深入表层被驻极母粒的陷阱捕获，从而使熔喷布成为驻极体过滤材料。蔡彼得在2018年的时候还研发了一种通过摩擦将静电荷安排到织物上的新方法。这个新技术使用超纯水浸透无纺布，然后以高压真空把水抽掉，这个被称为“水力摩擦带电”（hydrotriboelectrification）的过程能产生摩擦并将电荷高效地传递到织物上，且无需重复，最后可以得到过滤效率比未处理的织物高20倍的无纺布。N95口罩里的N代表notresistanttooil，即：不防油；数字代表使用0.3微米颗粒进行测试时的过滤效率，95就是至少能过滤掉95%的流感病毒、灰尘、花粉、雾霾、以及烟尘等微小颗粒物。与医用外科口罩类似，N95口罩的主体结构是由表层抗湿层、中间过滤吸附层以及内层贴肤层三部分组成，原材料均为高分子材料聚丙烯。熔喷原料（M头）驻极体母粒用钛酸钡陶瓷等铁电体(见铁电性)可以制成驻极体,它除与铁电本身的极化机制有关外,还与空间电荷有关。非极性材料制成的驻极体的极化主要由空间电荷所引起。有两种类型的空间电荷,一种称为同号电荷,另一种称为异号电荷。前者归因于电介质和电极间存在电导或在强电场作用下在电介质表面附近出现电击穿,使电极对电介质发生电荷注入;这样注入的空间电荷的极性与相邻电极相同。异号电荷的极性则与相邻电极相反,这主要归因于电介质中电荷的分离和捕获。极性电介质中的偶极子取向形成的驻极体电荷是另一类型的异号电荷。非极性聚合物的聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯等均可制成长寿命。Irgatec制造无纺布的关键优势包括：强化了熔喷面料的阻隔性能，改善了机械特性，原材料的灵活性还有助于降低成本。”韩国无纺布技术有限公司CEOKwang-ilKwon先生表示：“借助巴斯夫流变改性剂，我们推出了强度、弹性和厚度都更加出色的熔喷级高聚丙烯熔喷专用料是聚丙烯与耐高温稳定剂的混合物。使用优质聚丙烯原料，采用独特工艺技术加工生产。具有稳定的流动性、分子量分布窄、纺丝性能优异等特性。在高温高湿度条件下产品性能稳定。用于生产熔喷无纺材料，能显著降低加工温度，具有较高的性价比。口罩熔喷布工艺类别BFE99%（22g/㎡）FFP1(22g/㎡x2)FFP2(22g/㎡)N95(25g/㎡x2)计量泵28151616成网机速度52273030热风温度257267242234热风流量2200230024502250网底吸风1400100010501100DCD276340320290管道温度275275265265室温31303726冷风30303025静电最大最大最大最大驻极母粒1%2%2%2%原料6936G1PF1200PF15006936G1备注：1.静电加到不放电为最大，静电距离为4㎝；2.使用熔指不同的原料时，工艺也要随之而改变；3.在室温变化较大的天气下，工艺也要随之而改变；4.卷绕压力的大小影响着产品的指标，在做高档产品时变化比较明显；5.生产数据为莱芬生产线工艺，国产线可效仿，根据数据变化自行变通即可；6.为了增加静电效果可以多增加几条静电线；7.静电线用高压线为宜。博路威CAS编号：9003-07-0平均分子量：50000～80000分子式：(C3H6)n物理性质：形状2～5mm条型粒子颜色半透明气味无味20°C下密度0.89-0.91g/cm3软化温度153°C-163°C燃点400°C分解温度300°C溶解性不溶解于水，可溶解于氯化芳烃溶剂RequirementsforMelt-BlownFabricResinCharacteristics:Goodappearance,Ultrahighmeltflowrate,NarrowMWD(Homogeneity),Lowoligomer(X.S.)level,Lessdecomposition,Excellentextrusionrate,lowgels,Lessfinepowders(Pellet),Less(free)peroxides,FDAcompliance,Colorstability,heatstability.Producerrequirements：highproductionrates,Consistency,Lowerspinningtemperatue,Goodmeltstrength,lowfumeandcondensate,LessScreenPackPlugging,Notshot/files/rope,Tensilestrength,Softness,Bulkiness,Fiberthickness,Airpermeability,Barrierproperties,Abrasionresistance,Absorptioncapability熔喷技术源于20世纪50年代，是冷战时期，美国海军为了收集高层大气中的放射性微粒而研发的一种制造具有超细过滤效果材料的空气过滤技术。熔喷法非织造布生产工艺（MeltBlown）是一种由熔体直接纺丝成网工艺，熔喷法非织造布是采用熔喷法工艺制造的非织造布。常将熔喷法非织造布简称成为熔喷布，用“M”，“MB”代表熔喷法非织造布生产系统或产品。用于熔喷法非织造布用的原料种类很多，目前有90%以上的熔喷法非织造布都是使用PP（聚丙烯）原料制造的。熔喷法非织造布原料的熔体流动指数（MFI）比纺粘法非织