1、第九章第九章 熔喷工艺熔喷工艺9-1 熔喷工艺应用的原料熔喷工艺应用的原料 9-2 熔喷工艺原理与过程熔喷工艺原理与过程 9-3 熔喷非织造材料的性能与应用熔喷非织造材料的性能与应用 熔喷法工艺熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪世纪50年代初。年代初。从从20世纪世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了1012的年增长率。美国的的年增长率。美国的Kimble-clark公司为了克服公司为了克服熔熔喷法非织造布强力低喷法非织造布强力低的缺点，的缺点，开发了熔喷非织造布与纺丝成网开发了熔
2、喷非织造布与纺丝成网非织造布叠层材料，即非织造布叠层材料，即SMS复合材料复合材料，大量应用于手术服、，大量应用于手术服、过滤材料等，推动了熔喷非织造布的发展。过滤材料等，推动了熔喷非织造布的发展。熔喷非织造工艺的熔喷非织造工艺的特点特点：能耗大；超细纤维纤网结构；能耗大；超细纤维纤网结构；过滤、阻菌、吸附方面有突出的优点；过滤、阻菌、吸附方面有突出的优点；纤维取向度较差；纤维取向度较差；纤维强力低。纤维强力低。一、熔喷工艺对聚合物熔体性能的要求一、熔喷工艺对聚合物熔体性能的要求 从理论上讲，凡是从理论上讲，凡是热塑性聚合物切片原料均可用于熔喷工艺热塑性聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙烯是
3、熔喷工艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工艺常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、艺常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA、聚氨基甲酸酯等。、聚氨基甲酸酯等。聚合物切片原料的性能与熔喷工艺密切相关，主要参数有：聚合物切片原料的性能与熔喷工艺密切相关，主要参数有：聚合物种类聚合物种类分子量及其分布分子量及其分布聚合物降解性能聚合物降解性能含杂含杂9-1 熔喷工艺应用的原料熔喷工艺应用的原料 聚合物种类不同时，分子结构差异很大，决定了熔点及流聚合物种类不同时，
4、分子结构差异很大，决定了熔点及流变性能的不同。对于每一种聚合物原料，均有对应的熔喷工艺，变性能的不同。对于每一种聚合物原料，均有对应的熔喷工艺，如在加热温度、螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面如在加热温度、螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面都有一定的差异。都有一定的差异。烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异 原料品种 模头温度热空气温度干燥工艺烯烃类较高较高一般不需要酯类较低较低需要 烯烃类烯烃类聚合物原料聚合物原料(如聚丙烯如聚丙烯)的聚合度较高，因此加热的聚合度较高，因此加热温度高于其熔点温度高于其熔点100以上方能顺利熔喷，而以上方能顺利熔
5、喷，而聚酯加热温聚酯加热温度度稍高于其熔点就可熔喷。稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类聚合物原料几乎不含水烯烃类聚合物原料几乎不含水，因此熔喷时一般不需要干燥。而聚酯中含有微量水分，加因此熔喷时一般不需要干燥。而聚酯中含有微量水分，加热后由于水分的存在会导致酯类的水解，产生不利于非织热后由于水分的存在会导致酯类的水解，产生不利于非织造布产品质量的副反应物，因此必须进行切片干燥。造布产品质量的副反应物，因此必须进行切片干燥。返回返回 聚合物原料的分子量及分子量分布聚合物原料的分子量及分子量分布是影响熔喷工艺和熔喷法非是影响熔喷工艺和熔喷法非织造布性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为织造布性能最主
6、要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为聚合物原料聚合物原料分子量低、分子量分布窄有利于熔喷纤网的均匀性分子量低、分子量分布窄有利于熔喷纤网的均匀性。聚合物分子量聚合物分子量大小与其熔融流动指数大小与其熔融流动指数(MFI)成反比成反比，与聚合物熔体的熔融粘度成与聚合物熔体的熔融粘度成正比正比。也即。也即聚合物分子量越低，聚合物分子量越低，MFI越高，熔体粘度越低，越能适越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。通常，聚丙烯、聚乙烯及其共聚物在熔喷工艺设计时主要考虑通常，聚丙烯、聚乙烯及其共聚物在熔喷工艺设计时主要考虑MFI。而其他热塑性高聚物熔喷时考虑用熔体粘
7、度或特性粘度来反。而其他热塑性高聚物熔喷时考虑用熔体粘度或特性粘度来反映原料的分子量大小。映原料的分子量大小。采用采用MFI较低的聚丙烯原料可生产出强力较高的熔喷法非织造较低的聚丙烯原料可生产出强力较高的熔喷法非织造布。但目前的趋势是采用较高的布。但目前的趋势是采用较高的MFI切片原料，这样可提高产量，切片原料，这样可提高产量，降低加热温度，从而降低能耗。降低加热温度，从而降低能耗。分子量分布越集中，大分子的分子量均等性好，便于均匀受热、分子量分布越集中，大分子的分子量均等性好，便于均匀受热、熔融并得到均匀的纤网。因此，熔融并得到均匀的纤网。因此，熔喷工艺要求聚合物原料的分子量熔喷工艺要求聚合
8、物原料的分子量分布尽量集中分布尽量集中。返回返回 聚合物降解有助于修正聚合物熔体粘度和分子量分布聚合物降解有助于修正聚合物熔体粘度和分子量分布。通常有三种降解方式：通常有三种降解方式：化学、机械剪切和热降解化学、机械剪切和热降解。聚合物熔。聚合物熔喷时或熔喷前，可采用喷时或熔喷前，可采用氧或过氧衍生物来实现化学降解氧或过氧衍生物来实现化学降解;而而增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到机械剪切降解增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到机械剪切降解和热降解的目的和热降解的目的。对于聚合物熔体来说，要求对于聚合物熔体来说，要求均匀发生降解均匀发生降解，避免聚合物，避免聚合物熔体降解不一致而造成
9、粘度不均匀，分子量分布离散。同时熔体降解不一致而造成粘度不均匀，分子量分布离散。同时还要求不能过度降解。还要求不能过度降解。返回返回 熔喷工艺所用模头的喷丝孔直径较小，若聚合物原料含熔喷工艺所用模头的喷丝孔直径较小，若聚合物原料含杂多，易引起喷丝孔堵塞。因此，杂多，易引起喷丝孔堵塞。因此，改善聚合物切片原料生产改善聚合物切片原料生产环境环境，优化切片生产工艺，降低切片含杂量，可有效延长熔，优化切片生产工艺，降低切片含杂量，可有效延长熔喷模头更换周期，减少能耗，降低产品生产成本。喷模头更换周期，减少能耗，降低产品生产成本。返回返回二、常用原料二、常用原料1.聚丙烯聚丙烯(PP)聚丙烯是熔喷工艺应
10、用最多的一种聚合物。熔喷工艺最早聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种聚合物。熔喷工艺最早应用的是普通纤维级聚丙烯原料，其分子量高，应用的是普通纤维级聚丙烯原料，其分子量高，MFI较低，通较低，通常只有常只有12g/10min。该种聚丙烯在熔喷时必须借助于螺杆挤出。该种聚丙烯在熔喷时必须借助于螺杆挤出机的高温和剪切作用来降解。机的高温和剪切作用来降解。随科技的进步，随科技的进步，MFI为为12的聚丙烯很快就为的聚丙烯很快就为MFI35的所取的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达高达1500。聚丙烯聚丙烯MFI的提高，可降低螺杆挤出机的工作温
11、度，提高熔体的提高，可降低螺杆挤出机的工作温度，提高熔体流动速率，有利于减少过度降解聚合物的形成，延长熔喷模头流动速率，有利于减少过度降解聚合物的形成，延长熔喷模头寿命，减少能耗，同时给选用添加剂以更大的灵活性。寿命，减少能耗，同时给选用添加剂以更大的灵活性。聚丙烯用于熔喷工艺有以下特点：聚丙烯用于熔喷工艺有以下特点：(1)聚合物熔体粘度可以按需控制聚合物熔体粘度可以按需控制;(2)分子量分布分子量分布(MWD)可控制可控制;(3)较宽的熔融温度范围较宽的熔融温度范围;(4)有利于制成超细纤维有利于制成超细纤维;原料选择原则：原料选择原则：熔喷工艺中，必须根据最终熔喷工艺中，必须根据最终产品的
12、质量、性能要求以产品的质量、性能要求以及工艺特性及工艺特性来选择聚丙烯切片原料。来选择聚丙烯切片原料。熔体粘度控制方法熔体粘度控制方法主要有：使用氧化剂或过氧化剂；依主要有：使用氧化剂或过氧化剂；依靠螺杆挤出机的机械剪切作用；控制工作温度进行热降解。靠螺杆挤出机的机械剪切作用；控制工作温度进行热降解。对于对于MFI较低的聚丙烯，通常同时采用以上三种方法来控制较低的聚丙烯，通常同时采用以上三种方法来控制熔体粘度，以便熔喷形成超细纤维。熔体粘度，以便熔喷形成超细纤维。返回返回 熔喷工艺要求熔喷工艺要求聚丙烯分子量分布较窄聚丙烯分子量分布较窄，以便加工出超细，以便加工出超细纤维。纤维。新的催化技术，
13、使聚合物生产商可以生产出新的催化技术，使聚合物生产商可以生产出MFI极高，极高，而而MWD极窄的聚丙烯原料极窄的聚丙烯原料，前述的三种降解措施可进一步，前述的三种降解措施可进一步降低分子量分布。降低分子量分布。返回返回 聚丙烯具有聚丙烯具有较宽的熔融温度范围较宽的熔融温度范围，对非织造工艺中常用的，对非织造工艺中常用的热粘合加工工艺较为有利。常规应用中，聚丙烯的耐热性已热粘合加工工艺较为有利。常规应用中，聚丙烯的耐热性已足够。足够。聚丙烯切片的熔融曲线聚丙烯切片的熔融曲线返回返回 与其他聚合物原料相比，如果与其他聚合物原料相比，如果聚丙烯熔体的粘度很低、聚丙烯熔体的粘度很低、分子量分布很窄。则
14、熔喷时，同样的能耗和同样的牵伸条件分子量分布很窄。则熔喷时，同样的能耗和同样的牵伸条件下可得到较细的纤维下可得到较细的纤维。聚丙烯熔喷非织造布纤维细度通常为聚丙烯熔喷非织造布纤维细度通常为25m，极端条件下可达到，极端条件下可达到0.3m。较窄的。较窄的分子量分布降分子量分布降低了熔体的弹性低了熔体的弹性，因此，熔喷模头喷丝孔挤出的熔体细丝可，因此，熔喷模头喷丝孔挤出的熔体细丝可在热空气流牵伸作用下变得更细。在热空气流牵伸作用下变得更细。返回返回添加剂添加剂 为了保证聚合物切片的贮存、加工和最终应用的稳定性，为了保证聚合物切片的贮存、加工和最终应用的稳定性，聚合物切片生产时一般都加入聚合物切片
15、生产时一般都加入一些添加剂一些添加剂。根据熔喷非织造。根据熔喷非织造布的最终应用要求，熔喷加工时，可在挤出机加料阶段再放布的最终应用要求，熔喷加工时，可在挤出机加料阶段再放入适当的添加剂。例如，如生产用于卫生材料的熔喷法非织入适当的添加剂。例如，如生产用于卫生材料的熔喷法非织造布，则可加入一些耐造布，则可加入一些耐射线照射的添加剂，以便使产品在射线照射的添加剂，以便使产品在医院或其他使用场所中可耐射线消毒照射。医院或其他使用场所中可耐射线消毒照射。均匀性均匀性 要求切片每包、每桶或每箱的要求切片每包、每桶或每箱的MFI和添加剂等指标保持和添加剂等指标保持一致，以保证熔喷生产工艺和产品质量稳定。
16、一致，以保证熔喷生产工艺和产品质量稳定。MFI 美国熔喷工艺常用的聚丙烯切片的美国熔喷工艺常用的聚丙烯切片的MFI达到达到400、800、1200等。聚丙烯切片的等。聚丙烯切片的MFI越高，则熔喷时能耗越小越高，则熔喷时能耗越小，如如图所示图所示。如要求熔喷法非织造布的强度高，一般可使用。如要求熔喷法非织造布的强度高，一般可使用MFI=3035的聚丙烯切片，但生产能耗要高一些。对于的聚丙烯切片，但生产能耗要高一些。对于吸油材料以及保暖材料等，仅考虑纤维细度的话，可使用吸油材料以及保暖材料等，仅考虑纤维细度的话，可使用高高MFI的切片，产量高，能耗低。的切片，产量高，能耗低。造粒造粒 普通造粒工
17、艺会造成高普通造粒工艺会造成高MFI切片的切片的特性不均匀性特性不均匀性。目前，。目前，由于改进了催化剂和添加剂的良好分布，可以直接从反应由于改进了催化剂和添加剂的良好分布，可以直接从反应釜制得具有釜制得具有较窄分子量分布的球粒状切片较窄分子量分布的球粒状切片。这种高。这种高MFI的的切片具有更好的熔融指数均匀性，而且越过了造粒阶段，切片具有更好的熔融指数均匀性，而且越过了造粒阶段，减少了树脂受热时间，因此其应用迅速增长。减少了树脂受热时间，因此其应用迅速增长。继续继续聚丙烯切片的聚丙烯切片的MFI与熔喷能耗的关系与熔喷能耗的关系返回返回MWD 分子量分布宽度对熔体流动性能有明显影响，分子量分
18、布宽度对熔体流动性能有明显影响，分子量分分子量分布越窄，越容易制得细纤维布越窄，越容易制得细纤维。分子量分布宽，造成熔体切变。分子量分布宽，造成熔体切变速率下降，增加了熔体的弹性，会影响速率下降，增加了熔体的弹性，会影响热空气流对熔体细丝热空气流对熔体细丝的牵伸的牵伸，从而影响纤维细度和产品的手感。，从而影响纤维细度和产品的手感。某些高某些高MFI的树脂中还加入了降解添加剂，以便在挤出的树脂中还加入了降解添加剂，以便在挤出机中降低熔体粘度和缩小分子量分布范围，因此较适合熔喷机中降低熔体粘度和缩小分子量分布范围，因此较适合熔喷加工工艺。加工工艺。切片的清洁性切片的清洁性 减少切片的含杂量，有利于
19、延长熔喷模头更换周期，降减少切片的含杂量，有利于延长熔喷模头更换周期，降低生产成本。熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经低生产成本。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。过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。2.乙烯类聚合物乙烯类聚合物 熔喷工艺中应用较多的乙烯类聚合物有：熔喷工艺中应用较多的乙烯类聚合物有：线性低密度聚乙烯线性低密度聚乙烯(LLDPE)；乙烯醋酸乙烯共聚物乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)；乙烯丙烯酸甲酯共聚物乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)。与聚丙烯熔喷法非织造布相比，采用与聚丙烯熔喷法非织造布相比，采用LLDPE为原料的熔为
20、原料的熔喷法非织造材料具有低得多的喷法非织造材料具有低得多的弯曲刚度弯曲刚度，因此手感更柔软，因此手感更柔软，悬垂性更好。因为悬垂性更好。因为LLDPE没有长链分枝，而且没有长链分枝，而且MWD分布较分布较窄窄，所以，所以LLDPE容易熔喷成更细的纤维容易熔喷成更细的纤维。此外，耐。此外，耐射线照射线照射的能力较好，因此更适合于医疗卫生产品。射的能力较好，因此更适合于医疗卫生产品。返回返回 EVA广泛用于包装材料和热熔胶，其特点是广泛用于包装材料和热熔胶，其特点是模量低，延模量低，延伸性好伸性好。熔喷工艺采用。熔喷工艺采用EVA作原料，主要是利用熔喷后非织作原料，主要是利用熔喷后非织造布良好的
21、弹性。造布良好的弹性。EVA熔喷法非织造布的纤维细度比聚丙烯熔喷法非织造布的纤维细度比聚丙烯的要粗，通常为的要粗，通常为810m。温度超过。温度超过230时，时，EVA将发生将发生热降解，因此其应用会受到一定的限制。热降解，因此其应用会受到一定的限制。返回返回 EMA的制造过程与的制造过程与EVA相似，丙烯酸甲酯相似，丙烯酸甲酯(MA)在共聚物在共聚物中的含量一般为中的含量一般为1525。由于。由于MA侧链的存在，最终产品侧链的存在，最终产品的的模量低、弹性好模量低、弹性好。与。与EVA相比，相比，EMA的热降解温度要高得的热降解温度要高得多，熔喷加工时的熔体温度也比多，熔喷加工时的熔体温度也
22、比EVA的高，因此更适合于耐的高，因此更适合于耐热方面的应用。热方面的应用。EMA熔喷非织造材料通常用作热粘合材料，熔喷非织造材料通常用作热粘合材料，用于生产各种叠层复合材料。用于生产各种叠层复合材料。返回返回一、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，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，同时或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布自身粘合而成为熔喷法非织造布，如图所示如图所示。熔喷工艺过程主要为：熔喷工艺过程
23、主要为：熔体准备熔体准备过滤过滤计量计量熔体从喷丝孔挤出熔体从喷丝孔挤出熔体细流牵伸与冷却熔体细流牵伸与冷却成网成网 9-2 熔喷工艺原理与过程熔喷工艺原理与过程热空气热空气热空气热空气聚合物熔体聚合物熔体冷却空气冷却空气冷却空气冷却空气接收装置至后道工序喷雾装置熔喷工艺原理熔喷工艺原理返回返回 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行对切片进行干燥预结晶干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要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采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔
24、体。固体切片进入螺杆后，首先在固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热螺杆进料段被输送和预热，继而继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在，然后在螺杆计量螺杆计量段中进一步混和塑化段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以，并达到一定的温度，以一定的压力输一定的压力输送到计量泵送到计量泵。返回返回 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂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。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。孔烧结金属、多层细
25、目金属筛网、石英砂等。返回返回 熔喷工艺中采用熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体，高聚物熔体经准确计量后才送至经准确计量后才送至熔喷模头熔喷模头，以，以精确控制纤维细度和熔喷精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度法非织造布的均匀度。返回返回 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区入口区、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。在熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝
26、毛细孔区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔，在入口，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。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，其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，在该区域，剪切速率增剪切速率增大大，大分子构象发生改变，排列比较规整大分子构象发生改变，排列比较规整。熔体细流的流速在毛细管中呈抛物线分布熔体细流的流速在毛细管中呈抛物线分布，孔壁速度小，孔壁速度小，中心速度大，形成明显的中心速度大，形成明显的径向速度梯度径向速度梯度，这是非牛顿流体的，这是非牛顿流体的特征。在孔流区，剪切速率达到最大，熔体一出喷丝孔，由特
27、征。在孔流区，剪切速率达到最大，熔体一出喷丝孔，由于于剪切速率剪切速率和和剪切应剪切应力迅速减小，由此产生的力迅速减小，由此产生的弹性回复和应弹性回复和应力松弛，将导致熔体细流膨化胀大力松弛，将导致熔体细流膨化胀大。膨化区熔体细流直径大于喷丝孔径的膨化现象，表现出熔膨化区熔体细流直径大于喷丝孔径的膨化现象，表现出熔体弹性和流动曲线的非牛顿性，可解释为体弹性和流动曲线的非牛顿性，可解释为高聚物柔性长链分高聚物柔性长链分子的粘弹性的宏观表现子的粘弹性的宏观表现。和传统聚合物纺丝工艺中存在的膨。和传统聚合物纺丝工艺中存在的膨化现象一样，熔喷工艺过程中聚合物熔体从大的空间进入模化现象一样，熔喷工艺过程
28、中聚合物熔体从大的空间进入模头喷丝孔时的弹性变形和通过喷丝孔后的松弛所产生的膨化头喷丝孔时的弹性变形和通过喷丝孔后的松弛所产生的膨化现象是明显的，尤其是牵伸热空气流速度较低时。现象是明显的，尤其是牵伸热空气流速度较低时。聚合物熔体的聚合物熔体的膨化胀大与聚合物分子量、熔体温度以及膨化胀大与聚合物分子量、熔体温度以及喷丝孔长径比有关喷丝孔长径比有关，通常，聚合物分子量减小、熔体温度升，通常，聚合物分子量减小、熔体温度升高以及喷丝孔长径比增大，熔体膨化胀大率减小。根据实验高以及喷丝孔长径比增大，熔体膨化胀大率减小。根据实验观察，聚丙烯熔喷工艺中最大膨化的位置根据不同工艺条件观察，聚丙烯熔喷工艺中最
29、大膨化的位置根据不同工艺条件而变化，通常在距离喷丝孔而变化，通常在距离喷丝孔0.15mm的范围内，熔体细流的范围内，熔体细流膨化位置和大小与熔喷模头结构、喷丝孔的几何形状以及聚膨化位置和大小与熔喷模头结构、喷丝孔的几何形状以及聚合物熔体在喷丝孔中流动状况等有关。熔喷工艺要求膨化胀合物熔体在喷丝孔中流动状况等有关。熔喷工艺要求膨化胀大率大率X的值较小，这样可保证纤维牵伸平稳，断头减小，纤的值较小，这样可保证纤维牵伸平稳，断头减小，纤维条干均匀性好。维条干均匀性好。返回返回 熔喷工艺中，从熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的的同时，受到同时，受到
30、两侧高速热空气流的牵伸两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔熔体细流冷却固化成形体细流冷却固化成形，形成超细纤维。，形成超细纤维。熔喷工艺中牵伸热空气速度与纤维细度的关系熔喷工艺中牵伸热空气速度与纤维细度的关系纺丝成网工艺中纺丝成网工艺中纺丝速度纺丝速度(VF)与纤维细度的关系与纤维细度的关系返回返回 纺丝速度可根据纺丝速度可根据VF=Q9000/d 得出与纤度的函数关系得出与纤度的函数关系。如果用熔喷工艺的气流速度比较纺粘法的纺丝速度，在喷丝孔如果用熔喷工艺的
31、气流速度比较纺粘法的纺丝速度，在喷丝孔吐出量为吐出量为0.35g/h.m时，如要制得同样时，如要制得同样0.7d纤度的纤维，纺粘纤度的纤维，纺粘法纺丝速度约为法纺丝速度约为4500m/min，纺粘法工艺是可以实现；，纺粘法工艺是可以实现；如要纺如要纺5m纤度的纤维，按上述函数关系，其纺丝速度为纤度的纤维，按上述函数关系，其纺丝速度为35000m/min，传统的纺丝条件就存在极大困难。，传统的纺丝条件就存在极大困难。比较而言，比较而言，熔喷工艺就比较容易生产超细纤度的纤网熔喷工艺就比较容易生产超细纤度的纤网，热，热空气速度空气速度400600(m/s)在实际生产中已被普遍应用。在实际生产中已被普
32、遍应用。纺粘法与熔喷法属两种完全不同的牵伸工艺，为了制取更纺粘法与熔喷法属两种完全不同的牵伸工艺，为了制取更细旦的纤网，细旦的纤网，纺粘法工艺中结合熔喷的牵伸原理纺粘法工艺中结合熔喷的牵伸原理，已有新的工，已有新的工艺突破。艺突破。继续继续返回返回 熔喷工艺中，经熔喷工艺中，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，凝网帘下部或滚筒内部均设有真空抽吸装置，由此装置，由此纤维收集在凝网帘或滚筒上纤维收集在凝网帘或滚筒上，依靠自身热粘合或其他，依靠自身热粘合或其他加固方法成为熔喷法
33、非织造布。加固方法成为熔喷法非织造布。模头模头喷丝孔出口处喷丝孔出口处到到接收帘网或滚筒接收帘网或滚筒的距离称为熔喷接收距离的距离称为熔喷接收距离DCD。国内国内间歇式熔喷生产设备的接收方式与进口连续式生产线间歇式熔喷生产设备的接收方式与进口连续式生产线相比相比有很大差异：国产间歇式熔喷生产线的接收滚筒由不锈钢钢板卷有很大差异：国产间歇式熔喷生产线的接收滚筒由不锈钢钢板卷成，熔喷超细纤维直接接收在滚筒上，没有真空抽吸作用；成，熔喷超细纤维直接接收在滚筒上，没有真空抽吸作用；当需要较大单位面积质量的熔喷法非织造布时，通常将熔喷超当需要较大单位面积质量的熔喷法非织造布时，通常将熔喷超细纤维一层层叠
34、加上去。产品的均匀度比进口设备生产的产品好，细纤维一层层叠加上去。产品的均匀度比进口设备生产的产品好，较小的接收距离，产品密度增加，弯曲刚度也比进口设备生产的较小的接收距离，产品密度增加，弯曲刚度也比进口设备生产的产品大得多。产品大得多。间歇式熔喷生产线的产品是块状的，产量也比进口设备低。间歇式熔喷生产线的产品是块状的，产量也比进口设备低。继续继续二、熔喷系统组成二、熔喷系统组成 熔喷生产线的设备主要有：熔喷生产线的设备主要有：上料机上料机、螺杆挤出机、计量泵、螺杆挤出机、计量泵、熔喷模头组合件熔喷模头组合件、空压机、空压机、空气加热器空气加热器、接收装置接收装置、卷绕装置、卷绕装置 生产聚酯
35、及聚酰胺熔喷非织造材料时，还需要生产聚酯及聚酰胺熔喷非织造材料时，还需要切片干燥保切片干燥保温装置温装置。生产辅助设备主要有模头清洁炉、静电施加装置和喷。生产辅助设备主要有模头清洁炉、静电施加装置和喷雾装置等。雾装置等。三、典型熔喷设备三、典型熔喷设备德国德国Reifenhauser公司熔喷生产线公司熔喷生产线 上料机安装于挤出机料斗之上。上料机的功能是将聚合物上料机安装于挤出机料斗之上。上料机的功能是将聚合物切片抽吸至螺杆挤出机料斗，通常具有自动功能，可按整个切片抽吸至螺杆挤出机料斗，通常具有自动功能，可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。生产线的产量来设定单位时间的送料量。返回返回
36、熔喷模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，通常由以下熔喷模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，通常由以下各部分组成：各部分组成：聚合物熔体分配系统聚合物熔体分配系统模头系统模头系统牵伸热空气管路通道牵伸热空气管路通道加热保温元件加热保温元件返回返回 聚合物熔体分配系统的聚合物熔体分配系统的作用是保证聚合物熔体在整个熔作用是保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流动并具有均一的滞留时间喷模头长度方向上均匀流动并具有均一的滞留时间，从而保，从而保证熔喷法非织造布在整个宽度上的具有较小的证熔喷法非织造布在整个宽度上的具有较小的单位面积质量单位面积质量偏差偏差、纤网纤网CV值值及其它及其它物理机械性能
37、物理机械性能的差异。目前熔喷工的差异。目前熔喷工艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系统，艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系统，返回返回 熔喷模头系统熔喷模头系统是整个组合件中另一重要部分。熔喷法非是整个组合件中另一重要部分。熔喷法非织造布的均匀度与模头设计、制造有密切关系。通常，熔喷织造布的均匀度与模头设计、制造有密切关系。通常，熔喷模头的加工精度要求很高，因此熔喷模头制造成本较昂贵。模头的加工精度要求很高，因此熔喷模头制造成本较昂贵。返回返回 熔喷工艺需用大量的热空气。空压机输出的压缩空气经熔喷工艺需用大量的热空气。空压机输出的压缩空气经除湿过滤后输送到空气加热器加热，然后再送至熔喷模头组除湿
38、过滤后输送到空气加热器加热，然后再送至熔喷模头组合件。空气加热器是压力容器，同时要抵抗高温空气的氧化合件。空气加热器是压力容器，同时要抵抗高温空气的氧化作用，因此材料必须选用不锈钢。作用，因此材料必须选用不锈钢。空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管。加热器内腔空气加热器的发热元件为不锈钢电加热管。加热器内腔设置多个折流板，可延长空气在加热器内腔滞留时间，以提设置多个折流板，可延长空气在加热器内腔滞留时间，以提高热交换效率。适当增加加热管数量，提高空气加热器的装高热交换效率。适当增加加热管数量，提高空气加热器的装机功率，可缩短生产线开车升温时间。熔喷工艺对牵伸空气机功率，可缩短生产线开车升温时间
39、。熔喷工艺对牵伸空气加热器的温度控制精度要求较高，牵伸空气温度要求稳定在加热器的温度控制精度要求较高，牵伸空气温度要求稳定在1的范围内。的范围内。U形发热元件折流板测温点接线端卧式空气加热器卧式空气加热器返回返回熔喷工艺中的接收装置主要有：熔喷工艺中的接收装置主要有：滚筒式滚筒式 平网式平网式 立体成型立体成型(芯轴芯轴)美国美国Accurate公司熔喷生产线的接收滚筒专利，其内部吸风公司熔喷生产线的接收滚筒专利，其内部吸风通道分多层，以保证滚筒延轴线方向吸风量的一致；熔喷生产线通道分多层，以保证滚筒延轴线方向吸风量的一致；熔喷生产线的模头系统以及螺杆挤出机等安装在一个升降平台上，通过升降的模
40、头系统以及螺杆挤出机等安装在一个升降平台上，通过升降平台来调节熔喷接收距离，接收滚筒的水平位置不可调。平台来调节熔喷接收距离，接收滚筒的水平位置不可调。返回返回 德国德国Reifenhaeuser公司的熔喷生产线采用了平网接收装置，公司的熔喷生产线采用了平网接收装置，其帘网周长固定，其帘网周长固定，转动辊可左右移动转动辊可左右移动，以调节帘网成网工作面，以调节帘网成网工作面的水平位置，从而达到改变熔喷接收距离的水平位置，从而达到改变熔喷接收距离DCD的目的，的目的，Reifenhaeuser公司熔喷生产线的公司熔喷生产线的模头系统的位置模头系统的位置是固定的。是固定的。返回返回生产熔喷滤芯时，
41、可采用立体接收装置，分：生产熔喷滤芯时，可采用立体接收装置，分：间歇式立体接收装置间歇式立体接收装置：特点是：整个接收装置来回移动，熔喷成形：特点是：整个接收装置来回移动，熔喷成形的超细纤维多层次地缠绕在转动的芯轴或骨架上；成形时外表面采的超细纤维多层次地缠绕在转动的芯轴或骨架上；成形时外表面采用成形压辊整形；通过改变接收距离，可生产具有密度梯度的滤芯；用成形压辊整形；通过改变接收距离，可生产具有密度梯度的滤芯；改变芯轴尺寸，可生产不同内径的滤芯；调节成形压辊位置，可生改变芯轴尺寸，可生产不同内径的滤芯；调节成形压辊位置，可生产不同外径的滤芯；制成率较低。产不同外径的滤芯；制成率较低。连续式立
42、体接收装置连续式立体接收装置：接收芯轴呈悬臂梁形式，结构较复杂，接收：接收芯轴呈悬臂梁形式，结构较复杂，接收芯轴呈空心状，内配有用来输出管状滤芯的传动轴，该传动轴头端芯轴呈空心状，内配有用来输出管状滤芯的传动轴，该传动轴头端配有螺纹，依靠管状滤芯配有螺纹，依靠管状滤芯(接收芯轴接收芯轴)和螺纹头的速度差产生的推力将和螺纹头的速度差产生的推力将管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送至定长切割系统。定长切割系统管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送至定长切割系统。定长切割系统控制较复杂，一是正确计量切割滤芯的长度，二是切割时刀具移动控制较复杂，一是正确计量切割滤芯的长度，二是切割时刀具移动速度应与管状滤芯输出速度
43、保持同步。连续式接收装置生产具有密速度应与管状滤芯输出速度保持同步。连续式接收装置生产具有密度梯度的滤芯时，应配置多个不同接收距离的熔喷模头。与间歇式度梯度的滤芯时，应配置多个不同接收距离的熔喷模头。与间歇式相比，连续式接收装置正常生产时没有边角料，故制成率高得多。相比，连续式接收装置正常生产时没有边角料，故制成率高得多。返回返回熔喷模头熔喷模头接收芯轴接收芯轴管状滤芯管状滤芯往复移动往复移动活顶针活顶针返回返回熔喷模头熔喷模头1 1 熔喷模头熔喷模头1 1 管状滤芯管状滤芯管状滤芯输出螺纹头管状滤芯输出螺纹头接收芯轴接收芯轴螺纹头传动轴螺纹头传动轴德国德国Reifenhauser公司的熔喷生
44、产线公司的熔喷生产线德国德国Reifenhauser公司的公司的Reicofil双头熔喷生产线双头熔喷生产线返回返回一、熔喷法非织造布的结构与一、熔喷法非织造布的结构与性能性能 熔喷法非织造布的特点之熔喷法非织造布的特点之一是一是纤维细度较小纤维细度较小，通常小于，通常小于10m，大多数纤维的细度在，大多数纤维的细度在1-4m。熔喷工艺是一个熔喷工艺是一个非稳态的纺非稳态的纺丝过程丝过程，从熔喷模头喷丝孔到，从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上，各接收装置的整条纺丝线上，各种作用力不能保持动平衡。由种作用力不能保持动平衡。由于这种区别于传统纺丝工艺条于这种区别于传统纺丝工艺条件的非稳态纺丝
45、过程，造成了件的非稳态纺丝过程，造成了熔喷纤维粗细长短的不一致。熔喷纤维粗细长短的不一致。9-3 熔喷非织造材料的应能与应用熔喷非织造材料的应能与应用 从偏光显微镜上观察可知，这种在从偏光显微镜上观察可知，这种在非均匀牵伸和冷却条件成非均匀牵伸和冷却条件成形的纤维形的纤维，其，其结晶和取向结晶和取向也是不均匀的。也是不均匀的。纺丝成网法非织造布纤网中纤维直径的均匀度明显好于熔喷纺丝成网法非织造布纤网中纤维直径的均匀度明显好于熔喷纤维。纤维。纺粘工艺中纺粘工艺中，纺丝工艺条件是稳态的，牵伸和冷却条件，纺丝工艺条件是稳态的，牵伸和冷却条件变化波动较小，纺丝线上变化波动较小，纺丝线上各点每一瞬时所流
46、经的聚合物质量相各点每一瞬时所流经的聚合物质量相等等，纺丝线上，纺丝线上某点的聚合物的密度、丝条横截面面积和运动速某点的聚合物的密度、丝条横截面面积和运动速度的乘积为常数度的乘积为常数，即服从，即服从流动连续性方程流动连续性方程所描述的规律，纺丝所描述的规律，纺丝工艺形成的纤维是连续不断的长丝。工艺形成的纤维是连续不断的长丝。二、影响熔喷法非织造布产品性能的因素二、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。的因素较多。1.聚合物原料性能以及熔喷工艺条件聚合物原料性能以及熔喷工艺条件直接影响产
47、品的性能。直接影响产品的性能。2.影响熔喷法非织造布性能的工艺参数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分在线参数和离线参数。1）在线参数）在线参数是指在熔喷生产过程中可按需调节的变量，主要是指在熔喷生产过程中可按需调节的变量，主要有有聚合物熔体挤出量与温度聚合物熔体挤出量与温度、牵伸热空气速度和温度牵伸热空气速度和温度以及以及熔喷熔喷接收距离接收距离等。等。2）离线参数）离线参数是指只能是指只能在设备不运转时才能调节的变量，如熔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喷模头喷丝孔形状、牵伸热空气通道尺寸及导入角度等。研究表明，研究表明，
48、聚丙烯熔指越高，熔喷成形单纤维的强力越低聚丙烯熔指越高，熔喷成形单纤维的强力越低。3.熔喷熔喷法非织造布的强度法非织造布的强度与纤网单位面积质量及密度相关。与纤网单位面积质量及密度相关。通常，随着通常，随着纤网单位面积质量的增加，熔喷法非织造布的纤网单位面积质量的增加，熔喷法非织造布的纵横向强度均有所增加纵横向强度均有所增加。1）纤网密度纤网密度对熔喷法非织造布强力的影响很大：对于一定对熔喷法非织造布强力的影响很大：对于一定单位面积质量的熔喷法非织造布，单位面积质量的熔喷法非织造布，纤网密度越小纤网密度越小，拉伸断裂拉伸断裂强力越低，而拉伸断裂伸长越大强力越低，而拉伸断裂伸长越大。如纤网密度增
49、加，则对提。如纤网密度增加，则对提高纤网的断裂强力有利，但拉伸断裂伸长减小。高纤网的断裂强力有利，但拉伸断裂伸长减小。熔喷纤网中的纤维呈杂乱排列，对纤网强力的贡献除了熔喷纤网中的纤维呈杂乱排列，对纤网强力的贡献除了纤维本身强力外还取决于纤维之间的纤维本身强力外还取决于纤维之间的热粘合程度热粘合程度。根据研究，。根据研究，熔喷纤网中纤维之间的热粘合程度与熔喷工艺条件相关熔喷纤网中纤维之间的热粘合程度与熔喷工艺条件相关，其，其中中熔喷接收距离熔喷接收距离(DCD)的影响尤为显著。的影响尤为显著。2）熔喷接收距离）熔喷接收距离(DCD)影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的
50、热粘合程度。热粘合程度。减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，熔喷纤维减小接收距离，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，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此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列团聚状排列；增大接收距离，纺丝线上纤维丝条和牵伸热空气的温度均增大接收距离，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热粘合效率降低，纤维，纤维之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有较高的蓬松度较高的蓬松度，纤网，纤
