【正文】 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 纖維振動(dòng)顯著時(shí)的熔噴工藝 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。美國(guó)奧克荷馬大學(xué)的研究小組研究了新的熔噴數(shù)學(xué)模型，該熔噴數(shù)學(xué)模型基于 shambaugh等人建立的“非等溫性、非牛頓性流體”熔噴數(shù)學(xué)模型，但在纖維牽伸、振動(dòng)和非等溫噴絲時(shí)的連續(xù)性、動(dòng)量和能量方程方面的研究取得了各種進(jìn)展。 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(huì)發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)情況。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 熔噴纖維牽伸時(shí)振動(dòng)的研究 熔噴工藝中對(duì)聚合物熔體細(xì)流的牽伸過程通常在50微秒的時(shí)間內(nèi)完成，研究熔噴數(shù)學(xué)模型雖然十分困難，但對(duì)指導(dǎo)熔噴工藝和熔噴設(shè)備的改進(jìn)有較積極的意義。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 不同氣流通道寬度的氣流速度場(chǎng) 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 夾角在機(jī)械結(jié)構(gòu)上較難實(shí)現(xiàn) 。 夾角和 30176。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 改變氣流與噴絲孔軸線的夾角 ， 其它條件保持不變 ， 數(shù)值模擬表明 ， 夾角越小 ， 噴絲孔附近的氣流紊亂減弱 ， 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(duì)聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸 。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 氣流與噴絲孔軸線不同夾角時(shí)的氣流速度場(chǎng) 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。時(shí)，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(duì)聚合物熔體細(xì)流牽伸的有利條件。 第九章 熔噴法工藝 167。對(duì)此流場(chǎng)的數(shù)值模擬，首先是建立理論模型，然后采用有限差分方法對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解。 第九章 熔噴法工藝 167。 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。當(dāng)冪律指數(shù)變化時(shí)，原本均勻的分配效果均趨于惡化，特別是冪律指數(shù)降低時(shí)。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 分配系統(tǒng)高度對(duì)分配系統(tǒng)出口處熔體流率分布的影響 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 系統(tǒng)高度對(duì)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(duì)中央熔體輸送管道處小范圍內(nèi)較大的流率波動(dòng)有較好的均勻作用。 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 研究表明，歧管傾斜角度對(duì)分配系統(tǒng)出口處的流率分布情況有顯著影響。 第九章 熔噴法工藝 167。 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(duì)整個(gè)分配系統(tǒng)中的聚合物熔體流動(dòng)進(jìn)行三維分析。以下主要介紹聚合物熔體分配、牽伸氣流流場(chǎng)數(shù)值模擬及熔噴纖維牽伸時(shí)振動(dòng)等方面的理論研究進(jìn)展。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 雙組分聚合物原料熔噴非織造布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu) 第九章 熔噴法工藝 167。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 雙組分聚合物原料熔噴非織造布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu) 第九章 熔噴法工藝 167。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。 第九章 熔噴法工藝 167。熔噴工藝與其它非織造工藝的結(jié)合可擴(kuò)大熔噴法非織造布的產(chǎn)品品種、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，如干法梳理工藝引入熔噴工藝，可得到彈性良好的保暖材料。 95 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展 熔噴工藝近期進(jìn)展主要有工藝自身的拓展及與其他非織造工藝的組合交叉應(yīng)用。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。 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(qiáng)度差、生產(chǎn)成本高。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 復(fù)合材料 參見第八章相關(guān)內(nèi)容。 第九章 熔噴法工藝 167。聚丙烯材料具有優(yōu)良的耐酸堿性能，越來(lái)越受到電池行業(yè)的親睞。 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(dòng)。 第九章 熔噴法工藝 167。 動(dòng)態(tài)吸油試驗(yàn)中 ， 采用 10℃ 時(shí)苯在水中的飽和溶液(含 /100g水 )穿透聚丙烯熔噴非織造布(重量為 )， 濾液中苯含量降至 ， 苯濾除率達(dá)到 ％ ， 動(dòng)態(tài)吸油率達(dá)到 ％ 。 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(qiáng)酸強(qiáng)堿，密度比水小，吸油后能長(zhǎng)期浮于水面上而不變形，可循環(huán)使用和長(zhǎng)期存放。當(dāng)時(shí)空運(yùn)了大約 法非織造布為主的吸油材料到現(xiàn)場(chǎng)，僅用了幾天時(shí)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。 1989年春，美國(guó)阿拉斯加附近的威廉王子海峽發(fā)生油輪觸礁事故，造成大面積漏油。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴保暖材料應(yīng)用 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 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(duì)流熱損失 。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 保暖材料厚度與透氣性能的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 第九章 熔噴法工藝 167。 對(duì)于熔噴復(fù)合保暖材料，其厚度對(duì)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。 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 保暖材料 保暖材料應(yīng)具有良好的保暖性，可防止或減少由導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射所引起的熱損失，并能較長(zhǎng)期使用而不改變其保暖性。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 駐極整理對(duì)熔噴法非織造布濾效及阻力的影響 接收距離 (mm) 100 150 200 250 駐極 未駐 極 駐極 未駐 極 駐極 未駐 極 駐極 未駐 極 螺桿轉(zhuǎn)速(8rpm) 濾效(％ ) 阻力(Pa) 螺桿轉(zhuǎn)速(12rpm) 濾效(％ ) 阻力(Pa) 第九章 熔噴法工藝 167。 當(dāng)纖網(wǎng)單位面積質(zhì) 量不變時(shí)，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(shí)，纖維變細(xì)，則濾 效提高。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 由此可見，纖維單位長(zhǎng)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。 第九章 熔噴法工藝 167。cm)， 注入電荷的容量較大，射頻損耗極小，因此是一種制造駐極纖維的理想材料。 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。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(diǎn)。 第九章 熔噴法工藝 167。未經(jīng)后整理的熔噴法非織造布作為過濾材料，主要依靠直接捕獲、慣性沉積、擴(kuò)散效應(yīng)和重力效應(yīng)的作用。 第九章 熔噴法工藝 167。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。熔噴法非織造布在過濾領(lǐng)域的應(yīng)用有氣體過濾和液體過濾，氣體過濾方面有已經(jīng)大量推廣應(yīng)用的醫(yī)用防菌口罩、室內(nèi)空調(diào)機(jī)過濾材料、汽水分離過濾材料、凈化室過濾材料等。 第九章 熔噴法工藝 167。 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。 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。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴纖網(wǎng)中常出現(xiàn)沒有牽伸成超細(xì)纖維的團(tuán)塊狀聚合物，稱為“ shot”現(xiàn)象。s)。但是，熔體粘度過小會(huì)造成熔體細(xì)絲的過度牽伸，形成的超短超細(xì)的纖維會(huì)飛散到空中而無(wú)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)。在其它工藝條件不變時(shí)，聚合物熔體粘度越低，熔體細(xì)絲可牽伸得越細(xì)。 第九章 熔噴法工藝 167。通常，提高牽伸熱空氣速度，有利于提高纖維單強(qiáng)并改善纖網(wǎng)中纖維之間的熱粘合程度，從而提高熔噴法非織造布的拉伸強(qiáng)度和頂破強(qiáng)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(lái)補(bǔ)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。同時(shí)，牽伸熱空氣速度增大到一定程度時(shí)，對(duì)減小纖維直徑的作用減弱。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 螺桿轉(zhuǎn)速、氣閥開孔率與熔噴纖維直徑的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。采用 MFI為 300的聚丙烯切片原料，在 5種氣閥開孔率 (牽伸熱空氣速度 )與 3種螺桿轉(zhuǎn)速 (熔體擠出量 )條件下進(jìn)行熔噴試驗(yàn)，可得到纖維直徑、氣閥開孔率和螺桿轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 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。如牽伸熱空氣速度達(dá)到 500m/s時(shí)，要得到平均直徑為 1μm的纖維時(shí)，則聚合物熔體擠出量只能控制在 。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 聚合物熔體擠出量、生產(chǎn)速度和纖網(wǎng)面密度之間的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 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頂破強(qiáng)度的關(guān)系 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(duì)每個(gè)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(duì)強(qiáng)力下降。但對(duì)于一定的熔噴設(shè)備來(lái)講，其產(chǎn)量受到工藝條件的制約，如熔噴模頭噴絲孔數(shù)量、牽伸熱空氣速度 (流量 )等。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離與產(chǎn)品透氣率的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離與頂破強(qiáng)度的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴接收距離與縱向斷裂強(qiáng)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。當(dāng)接收距離增大時(shí)，紡絲線上纖維絲條和牽伸熱空氣的溫度均迅速下降，造成熔噴纖網(wǎng)中纖維之間熱粘合效率降低，纖維之間粘連頻度下降，此時(shí)熔噴纖網(wǎng)具有較高的蓬松度，纖網(wǎng)強(qiáng)力僅取決于纖維之間的纏結(jié)和抱合，同時(shí)可觀察到多數(shù)纖維呈伸直狀態(tài)，并出現(xiàn)較嚴(yán)重的并絲現(xiàn)象。 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。 第九章 熔噴法工藝 167。熔噴纖網(wǎng)中的纖維呈雜亂排列，對(duì)纖網(wǎng)強(qiáng)力的貢獻(xiàn)除了纖維本身強(qiáng)力外還取決于纖維之間的熱粘合程度。 但纖網(wǎng)密度對(duì)熔噴法非織造布強(qiáng)力的影響很大，對(duì)于一定單位面積質(zhì)量的熔噴法非織造布，纖網(wǎng)密度越小，拉伸斷裂強(qiáng)力越低，而拉伸斷裂伸長(zhǎng)越大。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴法非織造布的強(qiáng)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 聚丙烯熔融指數(shù) (MFI)與熔噴法非織造布縱向強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力的關(guān)系 第九章 熔噴法工藝 167。 研究表明，聚丙烯熔指越高，熔噴成形單纖維的強(qiáng)力越低。在線參數(shù)是指在熔噴生產(chǎn)過程中可按需調(diào)節(jié)的變量，主要有聚合物熔體擠出量與溫度、牽伸熱空氣速度和溫度以及熔噴接收距離等。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。 第九章 熔噴法工藝 167。 94 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用 熔噴和紡粘聚丙烯纖維的雙折射 Δn均隨拉伸倍數(shù)的增加而提高 ， 而且紡粘聚丙烯纖維的雙折射比熔噴聚丙烯纖維要高得多 。 紡粘聚丙烯纖維的德拜環(huán)上的弧狀斑點(diǎn)比較明顯 ， 纖維結(jié)晶區(qū)取向程度明顯要高于熔噴聚丙烯纖維 。 熔噴 紡粘 普纖 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 熔噴聚丙烯纖維的 X光衍射圖只有 2個(gè)明顯的衍射峰 ，峰形不尖銳 ， 且有平臺(tái)出現(xiàn) ， 所表征的晶胞結(jié)構(gòu)主要是近于擬六