【正文】 67。 91 熔噴工藝應(yīng)用的原料 一、熔噴工藝對聚合物熔體性能的要求 從理論上講，凡是熱塑性聚合物切片原料均可用于熔噴工藝。 采用 MFI較低的聚丙烯原料可生產(chǎn)出強力較高的熔噴法非織造布 。聚丙烯 MFI的提高，可降低螺桿擠出機的工作溫度，提高熔體流動速率，有利于減少過度降解聚合物的形成，延長熔噴模頭壽命，減少能耗，同時給選用添加劑以更大的靈活性。 91 熔噴工藝應(yīng)用的原料 MFI為 800的聚丙烯切片在不同溫度下的熔體粘度與切變率的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 91 熔噴工藝應(yīng)用的原料 ? MWD 分子量分布寬度對熔體流動性能有明顯影響 ， 分子量分布越窄 ， 越容易制得細(xì)纖維 。 溫度超過 230℃ 時 ， EVA將發(fā)生熱降解 ， 因此其應(yīng)用會受到一定的限制 。常用過濾介質(zhì)有細(xì)孔燒結(jié)金屬、多層細(xì)目金屬篩網(wǎng)、石英砂等。熔噴工藝要求膨化脹大率 X的值較小，這樣可保證纖維牽伸平穩(wěn)，斷頭減小，纖維條干均勻性好。 ? 當(dāng)?shù)玫捷^粗的纖維時，牽伸熱空氣的大部分動能未被充分利用而造成浪費。 93 熔噴設(shè)備 上料機 安裝于擠出機料斗之上。 該結(jié)構(gòu)的特點是，可得到較大的噴絲孔長徑比，模頭清潔較方便，但加工精度和裝配精度要求較高，目前已較少應(yīng)用。 93 熔噴設(shè)備 Reifenhaeuser公司熔噴模頭 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 替換下來的熔噴模頭需要用焙燒的方式除去殘留在模頭內(nèi)的聚合物和雜質(zhì) 。 93 熔噴設(shè)備 德國 Reifenhauser公司的 Reicofil(SMS)生產(chǎn)線 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 美國 Biax fiberfilm公司熔噴系統(tǒng) 美國 Biax fiberfilm公司開發(fā)出一種具有多排噴絲孔并列排列的熔噴設(shè)備。 93 熔噴設(shè)備 美國 J amp。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 從偏光顯微鏡上觀察可知 ， 這種在非均勻牽伸和冷卻條件成形的纖維 ， 其結(jié)晶和取向也是不均勻的 。 影響熔噴法非織造布性能的工藝參數(shù)分在線參數(shù)和離線參數(shù)。 通常情況下，減小接收距離，牽伸熱空氣冷卻和擴散不充分，熔噴纖維之間的熱粘合得到改善，但產(chǎn)品的蓬松度下降，密度增加，此時纖網(wǎng)中的纖維多數(shù)呈團聚狀排列。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 螺桿轉(zhuǎn)速、氣閥開孔率與熔噴非織造布縱向強度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 熔噴工藝中，牽伸熱空氣速度除了影響纖維細(xì)度之外，還影響到產(chǎn)品的強度。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 三、產(chǎn)品應(yīng)用 目前，熔噴法非織造布的主要用于： ? 過濾材料 ? 醫(yī)療衛(wèi)生用材料 ? 環(huán)境保護材料 ? 服裝材料 ? 電池隔膜材料 ? 擦拭材料 其中過濾材料應(yīng)用最廣，其次是醫(yī)療衛(wèi)生用材料、環(huán)境保護材料、服裝材料、電池隔膜材料以及擦拭材料等。聚丙烯具有較高的電阻率 (7 1010Ω 熔噴復(fù)合保暖材料中的熔噴法非織造布具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，因此抗風(fēng)能力較強。聚丙烯熔噴法非織造布制成吸油纜、吸油索、吸油鏈、吸油枕等，吸油量可達到自身重量的 10～ 50倍。 第九章 熔噴法工藝 167。采用有限元方法對聚合物加工過程進行數(shù)值模擬是今后理論研究發(fā)展的趨勢，這是因為有限元方法特別適合求解具有復(fù)雜幾何邊界條件的非牛頓流體的流動問題。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 熔噴牽伸氣流流場的數(shù)值模擬 熔噴工藝中，高溫高速的牽伸熱空氣從熔噴組合模頭的空氣通道中噴射出來，兩股氣流發(fā)生碰撞，形成了復(fù)雜的流場。 改變牽伸氣流通道的寬度，其它條件保持不變，數(shù)值模擬表明，寬度越大，氣流在噴絲孔軸線方向的分量越大，在模頭中心線兩側(cè)的分布梯度也越大，有利于對聚合物熔體細(xì)流進行牽伸，但氣流流量增加引起能耗增加。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 熔噴模頭下 2cm處紡絲線多次曝光的頻閃照片 第九章 熔噴法工藝 167。 但是 ， 10176。 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 二、理論研究的進展 在所有的非織造工藝技術(shù)中，熔噴技術(shù)比較復(fù)雜，理論研究對熔噴新的工藝技術(shù)和設(shè)備起了積極的支持作用。 第九章 熔噴法工藝 167。嚴(yán)重污染了海面。實驗表明，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)是影響保暖材料傳熱性能的主要因素之一。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴法非織造布的駐極處理是提高其過濾效率的重要后整理技術(shù)。造成“ shot”現(xiàn)象的原因主要有： 牽伸熱空氣的速度太小或熔體粘度太高，部分熔體細(xì)絲的牽伸不徹底，熔體細(xì)絲未及完全牽伸就脫離噴絲孔并與其他纖維一起收集到成網(wǎng)裝置上；熔體粘度太低，牽伸熱空氣速度高時，噴絲孔對熔體的握持作用減弱，造成某些熔體還沒有被牽伸成纖維便脫離噴絲孔；正常生產(chǎn)時突然減小擠出量，聚合物原料在螺桿擠出機及熔噴模頭中停留時間過長，造成過度熱降解而引起熔體粘度減小。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 在每一種螺桿轉(zhuǎn)速條件下，熔噴纖維直徑都隨牽伸熱空氣速度增加而減小；隨聚合物熔體擠出量增加而增大。 對于一定的熔噴設(shè)備，其牽伸熱空氣速度存在極限。根據(jù)研究，熔噴纖網(wǎng)中纖維之間的熱粘合程度與熔噴工藝條件相關(guān)，其中熔噴接收距離(DCD)的影響尤為顯著。 由此 ， 熔噴成形的纖維強度較差 ， 熔噴法非織造布實際應(yīng)用時 ， 主要是應(yīng)用其超細(xì)纖維的特點 。 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 NKK熔噴生產(chǎn)線 日本高度紙 ()工業(yè)株式會社 1986年起進行熔噴工藝技術(shù)研究，目前已經(jīng)可以提供商業(yè)化的熔噴生產(chǎn)線。 93 熔噴設(shè)備 Accurate公司目前可提供 Accuweb標(biāo)準(zhǔn)熔噴系統(tǒng)以及 Ffwcm纖維成網(wǎng)系統(tǒng)，后者包括熔噴生產(chǎn)線主要部件和軟件部分，客戶可使用已有的擠出機和卷繞機等。 93 熔噴設(shè)備 二、典型熔噴設(shè)備介紹 德國 Reifenhauser公司熔噴生產(chǎn)線 德國 Reifenhauser公司 1984年開始生產(chǎn)紡粘法非織造布生產(chǎn)線， 1988年與美國 Exxon公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，開始研制熔噴法非織造布生產(chǎn)線。 第九章 熔噴法工藝 167。 93 熔噴設(shè)備 臥式空氣加熱器 U形發(fā)熱元件 折流板 測溫點 接線端 第九章 熔噴法工藝 167。 通常的方法是盡量保證每孔聚合物和熱空氣的流量相等 ， 可采用了較長的聚合物熔體分配通道以及迷宮式熱空氣通道 。通常，熔噴模頭的加工精度要求很高，因此熔噴模頭制造成本較昂貴。 第九章 熔噴法工藝 167。 92 熔噴工藝原理與過程 熔噴工藝中，紡絲線上高聚物熔體離開噴絲孔后的流變行為強烈依靠高溫高速氣流的牽伸，其開放式的氣流運動經(jīng)常會造成纖維明顯的力學(xué)波動，式 92所描述的動平衡隨之打破，造成斷絲現(xiàn)象，因此，熔噴工藝中的紡絲過程是非穩(wěn)態(tài)的。 第九章 熔噴法工藝 167。聚丙烯切片通常不需要干燥。 第九章 熔噴法工藝 167。目前 ， 由于改進了催化劑和添加劑的良好分布 ， 可以直接從反應(yīng)釜制得具有較窄分子量分布的球粒狀切片 。 較窄的分子量分布降低了熔體的彈性 ， 因此 ，熔噴模頭噴絲孔擠出的熔體細(xì)絲可在熱空氣流牽伸作用下變得更細(xì) 。 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。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。 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。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~ 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。 第九章 熔噴法工藝 167。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。 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 。 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 。熔噴工藝主要采用螺桿擠出機對聚合物切片進行熔融并壓送熔體。 92 熔噴工藝原理與過程 第九章 熔噴法工藝 167。 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。 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。 第九章 熔噴法工藝 167。 熔噴模頭清潔處理時應(yīng)注意防止變形和損傷。 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 。 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。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。 Accurate公司的熔噴設(shè)備目前作了一些改進，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。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)而達到極高的水平。 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。 第九章 熔噴法工藝 167。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。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。 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。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。 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。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。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 一、工藝進展 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。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展。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 不同冪律指數(shù)下的出口流率分布 第九章 熔噴法工藝 167。 夾角和 30176。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 纖維振動顯著時的熔噴工藝 第九章 熔噴法工藝 167。 夾角在機械結(jié)構(gòu)上較難實現(xiàn) 。 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進展 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行三維分析。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。 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。 對于熔噴復(fù)合保暖材料，其厚度對透氣性能