【正文】 0μm纖維細(xì)度范圍的熔噴非織造布，模頭工作寬度為 20英寸時，產(chǎn)量為 300kg/h(纖維直徑 10μm)， 纖維直徑為 10μm時，能耗分別為 、。 93 熔噴設(shè)備 NKK熔噴生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 利用兩股空氣流的熔噴工藝 聚合物熔體由泵打入噴絲器 2并從噴絲孔中擠出，一股高壓空氣流由管道 3導(dǎo)入噴絲孔的外側(cè)噴口，同時另一股空氣流進(jìn)入成網(wǎng)管道 5，噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流牽伸成短纖維并收集在成網(wǎng)簾 6上，形成纖網(wǎng) 7后卷成布卷 8。 第九章 熔噴法工藝 167。 熔噴 紡粘 普纖 第九章 熔噴法工藝 167。聚合物原料性能以及熔噴工藝條件直接影響產(chǎn)品的性能。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴法非織造布的強度與纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量以及密度相關(guān)。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離 (DCD)影響熔噴纖網(wǎng)的蓬松度和纖維之間的熱粘合程度。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離與頂破強度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 牽伸熱空氣速度是熔噴工藝中重要的工藝參數(shù)，直接影響到熔噴纖維細(xì)度。因此，在工業(yè)化生產(chǎn)中，通常采取高牽伸熱空氣速度來補償因聚合物擠出量增加而引起的纖維直徑變化，也即牽伸熱空氣速度與聚合物擠出量必須相匹配。但是，熔體粘度過小會造成熔體細(xì)絲的過度牽伸，形成的超短超細(xì)的纖維會飛散到空中而無法收集，因此熔噴工藝中聚合物熔體粘度并不是越小越好，為了防止熔體在剪切力作用下產(chǎn)生破裂，聚合物熔體粘度應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴纖網(wǎng)中出現(xiàn)的“ shot”現(xiàn)象 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 熔噴工藝中，借助紡絲線上的發(fā)射電極可使熔噴成形纖維帶有持久的靜電荷。 當(dāng)纖網(wǎng)單位面積質(zhì) 量不變時，熔噴接收距 離增加造成纖網(wǎng)蓬松度 增加，則濾效下降，阻 力減??；減小螺桿擠出 量時，纖維變細(xì)，則濾 效提高。 對于熔噴復(fù)合保暖材料，其厚度對透氣性能影響較小，而聚酯纖維絮片隨厚度減小透氣性迅速上升。 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 聚丙烯熔噴法非織造布具有疏水親油的特性，耐強酸強堿，密度比水小，吸油后能長期浮于水面上而不變形，可循環(huán)使用和長期存放。聚丙烯材料具有優(yōu)良的耐酸堿性能，越來越受到電池行業(yè)的親睞。但在產(chǎn)品特性方面，熔噴法非織造布的超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)是紡粘法非織造布所難以相比的，這也使熔噴法非織造布始終受人關(guān)注的原因。研究表明，與單組分熔噴法非織造布相比，雙組分熔噴法非織造布具有更好的蓬松性、彈性以及較好的抗?jié)B性，而且，通過纖維分裂的方式可以得到更細(xì)的纖維。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 熔噴組合模頭衣架型熔體分配系統(tǒng)的有限元分析 熔噴組合模頭衣架型熔體分配系統(tǒng)具有線形漸細(xì)并傾斜的歧管，可采用有限元方法對整個分配系統(tǒng)中的聚合物熔體流動進(jìn)行三維分析。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 系統(tǒng)高度對聚合物熔體分配有較明顯的影響，系統(tǒng)高度增加，聚合物熔體在分配系統(tǒng)出口處的流率分布更加趨于均勻，特別是對中央熔體輸送管道處小范圍內(nèi)較大的流率波動有較好的均勻作用。 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 夾角在機械結(jié)構(gòu)上較難實現(xiàn) 。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 1990年， shambaugh等人建立了“非等溫性、非牛頓性流體”熔噴數(shù)學(xué)模型，但該熔噴數(shù)學(xué)模型局限于較低的熔噴牽伸速度，即熔噴纖維不會發(fā)生嚴(yán)重的振動情況。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 纖維振動顯著時的熔噴工藝 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 熔噴纖維牽伸時振動的研究 熔噴工藝中對聚合物熔體細(xì)流的牽伸過程通常在50微秒的時間內(nèi)完成，研究熔噴數(shù)學(xué)模型雖然十分困難，但對指導(dǎo)熔噴工藝和熔噴設(shè)備的改進(jìn)有較積極的意義。 夾角和 30176。時，在噴絲孔附近的氣流比較紊亂，在噴絲孔軸線上和鄰近區(qū)域，氣流速度相當(dāng)高，而且是沿噴絲孔軸線方向平行分布，從而形成了對聚合物熔體細(xì)流牽伸的有利條件。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 不同冪律指數(shù)下的出口流率分布 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。以下主要介紹聚合物熔體分配、牽伸氣流流場數(shù)值模擬及熔噴纖維牽伸時振動等方面的理論研究進(jìn)展。 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 一、工藝進(jìn)展 熔噴工藝技術(shù)的誕生比紡粘工藝要早，但其商業(yè)化卻比紡粘法工藝遲，其原因主要是熔噴法非織造布的強度差、生產(chǎn)成本高。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 電池隔膜 隔膜材料是蓄電池的重要組成部件，通常置于正負(fù)極板之間，主要功能是絕緣正負(fù)極板，并保證電介質(zhì)的流動。當(dāng)時空運了大約 法非織造布為主的吸油材料到現(xiàn)場，僅用了幾天時間就清理了海面，這是熔噴法非織造布成功用于海上溢油事故處理的典范。 超細(xì)纖維配合一定的纖網(wǎng)密度 ， 容易形成貼附于纖維表面的靜止空氣層 ， 從而削弱對流熱損失 。 熔噴復(fù)合保暖材料和聚酯纖維絮片的傳熱率均隨蓬松率的增加而提高。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 由此可見，纖維單位長度上的電荷與捕集系數(shù)成正比，而纖維直徑與捕集系數(shù)成反比。經(jīng)過駐極整理的熔噴法非織造布，帶有持久的靜電，可依靠靜電效應(yīng)捕集微細(xì)塵埃，因此具有過濾效率高，過濾阻力低等優(yōu)點。在液體過濾方面，熔噴法非織造布可用于飲料和食品過濾、水過濾、貴金屬回收過濾、油漆和涂料等化學(xué)藥品過濾等。 由此可見，要生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，熔噴工藝應(yīng)根據(jù)不同 MFI的聚合物原料，正確設(shè)置熔體擠出量、熔噴溫度和牽伸熱空氣速度，并應(yīng)注意到這些工藝參數(shù)之間存在著相互依賴的關(guān)系。在其它工藝條件不變時，聚合物熔體粘度越低，熔體細(xì)絲可牽伸得越細(xì)。同時，牽伸熱空氣速度增大到一定程度時，對減小纖維直徑的作用減弱。如牽伸熱空氣速度達(dá)到 500m/s時，要得到平均直徑為 1μm的纖維時，則聚合物熔體擠出量只能控制在 。在其它工藝參數(shù)不變的條件下，增加聚合物熔體擠出量，將導(dǎo)致對每個噴絲孔擠出的熔體細(xì)流牽伸作用的削弱，最終纖維平均直徑變大，相對強力下降。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離與縱向斷裂強度及彎曲剛度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 聚丙烯熔融指數(shù) (MFI)與熔噴法非織造布縱向強力和頂破強力的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴工藝是一個非穩(wěn)態(tài)的紡絲過程，從熔噴模頭噴絲孔到接收裝置的整條紡絲線上，各種作用力不能保持動平衡。 第九章 熔噴法工藝 167。其熔噴生產(chǎn)線的特點是適應(yīng)各種原料，如聚丙烯、聚酯、聚乙烯、生物降解樹脂等均可使用，纖維細(xì)度可達(dá)到 1μ m， 纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量為 3～ 300g/m2，纖網(wǎng)均勻度由于特殊的氣流分布系統(tǒng)而達(dá)到極高的水平。由于采用多排噴絲孔，因此熔噴模頭每英寸長度上最多可有 332孔，這樣就大大提高了生產(chǎn)速度，增加了產(chǎn)量。 Accurate公司的熔噴設(shè)備目前作了一些改進(jìn)，在原來連續(xù)生產(chǎn)卷材的設(shè)備上可生產(chǎn)濾芯，而且濾芯的生產(chǎn)實現(xiàn)了自動切換。 93 熔噴設(shè)備 美國 Accurate公司熔噴生產(chǎn)線 美國 Accurate公司與 Exxon公司在熔噴領(lǐng)域的合作始于 1967年，當(dāng)時 Accurate公司根據(jù) Exxon公司的要求制作了第一個 10英寸的熔噴模頭。目前，該公司可提供單獨的紡粘生產(chǎn)線、熔噴生產(chǎn)線和生產(chǎn) SMS復(fù)合非織造布產(chǎn)品生產(chǎn)線中的熔噴部分以及全套 SMS生產(chǎn)線。 93 熔噴設(shè)備 美國 Pollution Control Products公司的 SCTR系列清潔爐 ， 可設(shè)定的加熱溫度范圍為 428～ 482℃ ， 爐膛最長可達(dá)到 ， 采用推車將模頭或螺桿等送入爐膛 。 93 熔噴設(shè)備 連續(xù)式立體接收裝置 熔噴模頭 1 熔噴模頭 1 管狀濾芯 管狀濾芯輸出螺紋頭 接收芯軸 螺紋頭傳動軸 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 接收裝置 熔噴工藝中的接收裝置主要有： ? 滾筒式 ? 平網(wǎng)式 ? 立體成型 (芯軸 ) 美國 Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的專利接收滾筒 ， 其內(nèi)部吸風(fēng)通道分多層 ， 以保證滾筒延軸線方向吸風(fēng)量的一致 。 空氣加熱器是壓力容器 ， 同時要抵抗高溫空氣的氧化作用 ， 因此材料必須選用不銹鋼 。 熔噴模頭清潔處理時應(yīng)注意防止變形和損傷。其他噴絲孔的加工方法有機械鉆孔、電弧深孔加工等。 第九章 熔噴法工藝 167。 熔噴模頭組合件 模頭組合件是熔噴設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，通常由以下各部分組成： ? 聚合物熔體分配系統(tǒng) ? 模頭系統(tǒng) ? 牽伸熱空氣管路通道 ? 加熱保溫元件 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 一、熔噴系統(tǒng)組成 熔噴生產(chǎn)線的設(shè)備主要有： ? 上料機 ? 螺桿擠出機 ? 計量泵 ? 熔噴模頭組合件 ? 空壓機 ? 空氣加熱器 ? 接收裝置 ? 卷繞裝置 生產(chǎn)聚酯及聚酰胺熔噴非織造材料時，還需要切片干燥保溫裝置。 計算結(jié)果表明，對于相同平均纖維直徑而言，纖維細(xì)化所消耗的動能，單分散性分布纖維比多分散性分布纖維要低得多。 PET熔噴時，通常在牽伸氣流兩側(cè)噴水，以加快熔體細(xì)流冷卻固化的過程。 92 熔噴工藝原理與過程 熔噴工藝中牽伸熱空氣速度與纖維細(xì)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 92 熔噴工藝原理與過程 第九章 熔噴法工藝 167。在入口區(qū)，聚合物熔體由鍥狀導(dǎo)入口縮緊進(jìn)入噴絲毛細(xì)孔之前，在入口處熔體流速加快，散失的部分能量以彈性能貯存在熔體內(nèi)。熔噴工藝主要采用螺桿擠出機對聚合物切片進(jìn)行熔融并壓送熔體。 第九章 熔噴法工藝 167。 91 熔噴工藝應(yīng)用的原料 EVA廣泛用于包裝材料和熱熔膠 ， 其特點是模量低 ， 延伸性好 。 第九章 熔噴法工藝 167。這種高 MFI的切片具有更好的熔融指數(shù)均勻性 ， 而且越過了造粒階段 ， 減少了樹脂受熱時間 ， 因此其應(yīng)用迅速增長 。 ? 均勻性 要求切片每包 、 每桶或每箱的 MFI和添加劑等指標(biāo)保持一致 ， 以保證熔噴生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 。 第九章 熔噴法工藝 167。新的催化技術(shù)，使聚合物生產(chǎn)商可以生產(chǎn)出 MFI極高而 MWD極窄的聚丙烯原料，前述的三種降解措施可進(jìn)一步降低分子量分布。熔噴工藝最早應(yīng)用的是普通纖維級聚丙烯原料，其分子量高， MFI較低，通常只有 12g/10min。聚合物熔噴時或熔噴前，可采用氧或過氧衍生物來實現(xiàn)化學(xué)降解，增加擠壓速率、熱量和熔體滯留時間均可達(dá)到機械剪切降解和熱降解的目的。 第九章 熔噴法工藝 167。 烯烴類和酯類聚合物原料熔噴工藝的差異 原料品種 模頭溫度 熱空氣溫度 干燥工藝 烯烴類 較高 較高 一般不需要 酯類 較低 較低 需要 第九章 熔噴法工藝 167。我國現(xiàn)有熔噴法非織造布生產(chǎn)線 60多條，其中引進(jìn)~ 6條，其余為國產(chǎn)間歇式生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為 1萬噸 /年。 ? 20世紀(jì) 60年代中期，美國 ESSO公司 (今 Exxon公司 )進(jìn)一步對這一工藝進(jìn)行改進(jìn)，并取得了相關(guān)的美國專利。第九章 熔噴法工藝 167。 美國海軍實驗室研究并開發(fā)用于收集上層大氣中放射性微粒的過濾材料， 1954年發(fā)表研究成果。 第九章 熔噴法工藝 我國 熔噴非織造 工藝的發(fā)展情況 我國熔噴法非織造工藝研究始于 20世紀(jì) 70年代中期，80年代中后期，熔噴法非織造布在我國得到推廣應(yīng)用，主要產(chǎn)品有過濾材料、吸油材料、保暖材料、電池隔膜等。對于每一種聚合物原料，均有對應(yīng)的熔噴工藝，如在加熱溫度、螺桿長徑比、螺桿形式、原料干燥工藝等方面都有一定的差異。也即聚合物分子量越低， MFI越高，熔體粘度越低，越能適合于熔噴工藝較弱的牽伸作用。通常有三種降解方式：化學(xué)、機械剪切和熱降解。 91 熔噴工藝應(yīng)用的原料 二、常用原料 聚丙烯 (PP) 聚丙烯是熔噴工藝應(yīng)用最多的一種聚合物。 (2)分子量分布 (MWD)可