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1第八章第八章 熔喷法熔喷法（Melt Blowing）1第八章 熔喷法（Melt Blowing）2第一节第一节 概述概述第二节第二节 熔喷的工艺原理与设备熔喷的工艺原理与设备第三节第三节 熔喷用原料熔喷用原料第四节第四节 熔喷产品性能和应用熔喷产品性能和应用第五节第五节 熔喷的技术进展熔喷的技术进展2第一节 概述3 熔喷法工艺是熔喷法工艺是聚合物挤压法非聚合物挤压法非织造工艺中的一种，织造工艺中的一种，起起源于源于2020世纪世纪5050年代初。年代初。2020世纪世纪5050年代初，美国海军实验室为收集核试验产生年代初，美国海军实验室为收集核试验产生的的放射性放射性微粒，开始研制具有微粒，开始研制具有超细过滤效果超细过滤效果的过滤材料，的过滤材料，19541954年发表研究成果。年发表研究成果。2020世纪世纪6060年代中期，美国埃克森（年代中期，美国埃克森（ExxonExxon）公司进一）公司进一步对这一工艺进行研究，与精确（步对这一工艺进行研究，与精确（AccurateAccurate）公司合作制）公司合作制造出了第一台熔喷设备原型机，并申请了专利。目前，除造出了第一台熔喷设备原型机，并申请了专利。目前，除了埃克森公司拥有熔喷技术的专有技术外，其它一些公司了埃克森公司拥有熔喷技术的专有技术外，其它一些公司（如美国（如美国3M3M公司，公司，德国德国FreudenbergFreudenberg公司等）也成功开发公司等）也成功开发出了自己的熔喷非织造技术。出了自己的熔喷非织造技术。第一节第一节 概概 述述3 熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于24 我国，熔喷非织造布研究大约在我国，熔喷非织造布研究大约在50年代末、年代末、60年代年代初，所研究的设备是初，所研究的设备是间歇式间歇式的。到的。到 60 年代末、年代末、70 年代年代初中国间歇式熔喷设备的台数已达到初中国间歇式熔喷设备的台数已达到 200 台以上。大约台以上。大约在在 92-94 年间从美国、德国引进年间从美国、德国引进连续式连续式生产线。到目前生产线。到目前为止，估计全国仍有为止，估计全国仍有 300 台以上的间歇式熔喷设备在运台以上的间歇式熔喷设备在运转。转。2006 年全国熔喷非织造布的产量已超过年全国熔喷非织造布的产量已超过 2万万 吨，其吨，其中中 70%左右都是连续式熔喷设备生产的。由于连续熔喷左右都是连续式熔喷设备生产的。由于连续熔喷设备单线产量高、用人少、管理方便，今后发展熔喷非设备单线产量高、用人少、管理方便，今后发展熔喷非织造布生产，主要指发展连续式熔喷设备。织造布生产，主要指发展连续式熔喷设备。从从20世纪世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了保持了1012的年增长率。的年增长率。4 我国，熔喷非织造布研究大约在50年代末、60年5一、熔喷的工艺原理一、熔喷的工艺原理 熔喷非织造工艺是熔喷非织造工艺是利利用用高速热空气高速热空气对模头喷丝孔挤对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并凝凝聚聚在凝网帘或滚筒上，在凝网帘或滚筒上，并依靠并依靠自身粘合而成为非织造布自身粘合而成为非织造布。第二节第二节 熔喷工艺原理与设备熔喷工艺原理与设备热空气热空气热空气热空气聚合物熔体聚合物熔体冷却气流冷却气流冷却气流冷却气流接收装置接收装置 熔喷工艺原理示意图熔喷工艺原理示意图5一、熔喷的工艺原理第二节 熔喷工艺原理与设备热空气热空气6熔喷纤维和纺粘纤维比较：熔喷纤维和纺粘纤维比较：l纤维长度：纤维长度：纺粘为长丝，熔喷为纺粘为长丝，熔喷为短纤维短纤维。l纤维强力：纤维强力：纺粘纤维强力纺粘纤维强力熔喷纤维强力。熔喷纤维强力。l纤维细度：纤维细度：熔喷纤维比纺粘纤维细。熔喷纤维比纺粘纤维细。6熔喷纤维和纺粘纤维比较：7熔喷装置按放置方式分有熔喷装置按放置方式分有水平式和垂直式水平式和垂直式。热空气热空气热空气热空气聚合物熔体聚合物熔体冷却气流冷却气流冷却气流冷却气流接收装置接收装置水平式水平式垂直式垂直式7熔喷装置按放置方式分有水平式和垂直式。热空气热空气聚合物熔8熔喷过程熔喷过程 纺粘法纺粘法8熔喷过程 纺粘法9二、工艺流程与设备二、工艺流程与设备（一）（一）熔喷的工艺流程熔喷的工艺流程 聚合物准备聚合物准备熔融挤压熔融挤压计量泵计量泵熔喷模头组合件熔喷模头组合件熔体细流拉伸熔体细流拉伸冷却冷却接收装置接收装置（二）熔喷设备（二）熔喷设备 主要设备：上料机、螺杆挤出机、计量泵、主要设备：上料机、螺杆挤出机、计量泵、熔喷模头熔喷模头组合件组合件、空压机、空气加热器、接收装置、卷绕装置。、空压机、空气加热器、接收装置、卷绕装置。生产聚酯等原料，还需要切片干燥装置。生产辅助生产聚酯等原料，还需要切片干燥装置。生产辅助设备主要有设备主要有模头模头清洁炉、静电施加装置和喷雾装置等。清洁炉、静电施加装置和喷雾装置等。9二、工艺流程与设备101.1.上料机上料机 安装于挤出机料斗之上。上料机的功能是将聚合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，物切片抽吸至螺杆挤出机料斗，通常具有自动功能，可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。101.上料机112.2.螺杆挤出机螺杆挤出机 参见第六章相关内容。参见第六章相关内容。3.3.计量泵计量泵 参见第六章相关内容。参见第六章相关内容。4.4.熔喷模头组合件熔喷模头组合件 模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，其中最重模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，其中最重要的部分包括：要的部分包括：l(1)(1)聚合物熔体分配系统聚合物熔体分配系统l(2)(2)模头系统模头系统112.螺杆挤出机 12（1）聚合物熔体分配系统聚合物熔体分配系统 保证聚合物熔体在保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流整个熔喷模头长度方向上均匀流动动并具有均一的滞留时间，从而保证熔喷法非织造布在并具有均一的滞留时间，从而保证熔喷法非织造布在整个宽度上具有较均匀的性质。整个宽度上具有较均匀的性质。目前熔喷工艺中主要采用目前熔喷工艺中主要采用衣架型衣架型聚合物熔体分配系聚合物熔体分配系统（统（T T型分配系统不能均匀分配流体）。型分配系统不能均匀分配流体）。12（1）聚合物熔体分配系统13 衣架型熔体分配系统示意图衣架型熔体分配系统示意图 歧管歧管13 衣架型熔体分配系统示意图 歧管14 研究表明，研究表明，歧管倾斜角度歧管倾斜角度对分配系统出口处的流率对分配系统出口处的流率分布情况有显著影响。分布情况有显著影响。增加，聚合物熔体在分配系统增加，聚合物熔体在分配系统中央处的流速减小，而两边的流速增加。中央处的流速减小，而两边的流速增加。另外另外熔体本身的性质熔体本身的性质对熔体流速的均匀性也有影响，对熔体流速的均匀性也有影响，因此分配系统的几何形状一旦确定，必定要求聚合物原因此分配系统的几何形状一旦确定，必定要求聚合物原料具有相应的性能，故料具有相应的性能，故熔喷熔喷必需必需开发专用原料开发专用原料。歧管歧管14 研究表明，歧管倾斜角度对分配系统出口处的流率分布情15（2）模头系统（模头系统（模头模头diedie）喷丝板、气板、加热保温元件等组成。喷丝板、气板、加热保温元件等组成。熔喷产品的均匀度与模头密切关系。通常，熔喷模熔喷产品的均匀度与模头密切关系。通常，熔喷模头的加工精度要求高，故模头制造成本昂贵。头的加工精度要求高，故模头制造成本昂贵。喷丝孔喷丝孔常呈单排常呈单排排列，长径比大于排列，长径比大于1010。15（2）模头系统（模头die）16 该种结构可得到该种结构可得到较大较大的喷丝孔的喷丝孔长径比长径比，模头清洁，模头清洁较方便，但加工精度和装配精度要求高，目前应用较方便，但加工精度和装配精度要求高，目前应用较少。较少。Exxon Exxon公司早期研制的熔喷模头，上下模体结合面公司早期研制的熔喷模头，上下模体结合面上各自加工出微细的凹槽，然后上下模体贴合即可形上各自加工出微细的凹槽，然后上下模体贴合即可形成一排喷丝孔。成一排喷丝孔。16 该种结构可得到较大的喷丝孔长径比，模头清洁较方便，17Kasen公司熔喷模头公司熔喷模头17Kasen公司熔喷模头185.空气加热器空气加热器 熔喷工艺需用大量的热空气。空压机输出的压缩空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合件。空气加热器是压力容器，同时要抵抗高喷模头组合件。空气加热器是压力容器，同时要抵抗高温空气的氧化作用，因此材料必须选用不锈钢。温空气的氧化作用，因此材料必须选用不锈钢。U形发热元件形发热元件折流板折流板测温点测温点接线端接线端185.空气加热器U形发热元件折流板测温点接线端196.接收装置接收装置 熔喷工艺接收装置熔喷工艺接收装置的类型的类型主要有：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)：生产滤芯用装置生产滤芯用装置 196.接收装置202021美国美国J&M公司熔喷设备公司熔喷设备21美国J&M公司熔喷设备22滤芯滤芯 滤芯的结构为外层纤维粗，内层纤维细，外层疏松，内层滤芯的结构为外层纤维粗，内层纤维细，外层疏松，内层紧密的渐变径渐紧结构。独特的梯度深层过滤形成了立体滤渣紧密的渐变径渐紧结构。独特的梯度深层过滤形成了立体滤渣效果，具有高孔隙率、高截留率、大纳污量、大流量、低压降效果，具有高孔隙率、高截留率、大纳污量、大流量、低压降的特点。的特点。22滤芯 滤芯的结构为外层纤维粗，内层纤维细，外层23立体成型立体成型(芯轴芯轴)：采用采用立体立体接收装置，分接收装置，分间歇式接收和连续式接收间歇式接收和连续式接收。(1)间歇式接收装置间歇式接收装置接收装置来回移动，纤维多层缠绕在芯轴上；接收装置来回移动，纤维多层缠绕在芯轴上；改变接收距离，生产具有密度梯度的滤芯；改变接收距离，生产具有密度梯度的滤芯；改变芯轴尺寸，生产不同内径的滤芯。改变芯轴尺寸，生产不同内径的滤芯。每根滤芯制成后需更换芯轴，因此每根滤芯制成后需更换芯轴，因此生产效率生产效率较低较低。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活顶针针23立体成型(芯轴)：熔喷模头接收芯轴管状滤芯往复移动活顶针24管状滤芯输出螺纹头熔喷模头1熔喷模头2管状滤芯接收芯轴螺纹头传动轴（2）连续）连续式接收装置式接收装置 接收芯轴呈悬臂梁形式，内有输出管状滤芯的传动轴，接收芯轴呈悬臂梁形式，内有输出管状滤芯的传动轴，传动轴头端有螺纹，将管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送传动轴头端有螺纹，将管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送至切割系统。至切割系统。生产有密度梯度的滤芯时，应配多个不同接收距离的生产有密度梯度的滤芯时，应配多个不同接收距离的模头。模头。24管状滤芯输出螺纹头熔喷模头1熔喷模头2管状滤芯接收芯轴螺257.辅助设备辅助设备 熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，这时需要更换喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，这时需要更换熔喷模头。熔喷模头。替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙烧的方法来除去残留聚合物及杂质。烧的方法来除去残留聚合物及杂质。257.辅助设备26焙烧除去残留聚合物及杂质焙烧除去残留聚合物及杂质 26焙烧除去残留聚合物及杂质 27SCTR清洁炉清洁炉 27SCTR清洁炉 28 理论上讲，凡是理论上讲，凡是热塑性热塑性（高温熔融，低温固化）（高温熔融，低温固化）聚合物聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙烯聚丙烯是熔喷工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、氟乙烯、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA等。等。第三节第三节 熔喷用原料熔喷用原料28 理论上讲，凡是热塑性（高温熔融，低温固化）聚合熔喷熔喷熔喷30 聚合物的种类决定了其聚合物的种类决定了其熔点及流变性能熔点及流变性能。对于每一。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、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都有一定螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面都有一定的差异。的差异。原料品种原料品种 模头温度模头温度热空气温度热空气温度干燥工艺干燥工艺烯烃类烯烃类较高较高较高较高一般不需要一般不需要酯类酯类较低较低较低较低需要需要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30 聚合物的种类决定了其熔点及流变性能。对于每一种31 烯烃类聚合物原料烯烃类聚合物原料(如聚丙烯如聚丙烯)的聚合度较高，因此加的聚合度较高，因此加热温度高于其热温度高于其熔点熔点100以上方能顺利熔喷，而聚酯加以上方能顺利熔喷，而聚酯加热温度稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类原料一般不需要热温度稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类原料一般不需要干燥。而聚酯必须进行切片干燥。干燥。而聚酯必须进行切片干燥。31 烯烃类聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度较高，因此加热32 聚合物原料的分子量及分子量分布是影响熔喷工艺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织造布性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，和熔喷法非织造布性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为聚合物原料一般认为聚合物原料分子量低、分子量分布窄有利分子量低、分子量分布窄有利于熔于熔喷纤网的均匀性。喷纤网的均匀性。聚合物分子量越低，熔融流动指数聚合物分子量越低，熔融流动指数(MFI,melt flow index,(MFI,melt flow index,指在一定的压力及温度下指在一定的压力及温度下,10,10分分钟所流出的融体的重量克数钟所流出的融体的重量克数)越高，熔体粘度越低，越越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。32 聚合物原料的分子量及分子量分布是影响熔喷工艺和熔33第四节第四节 熔喷产品性能和应用熔喷产品性能和应用 本节主要内容：本节主要内容：l一、熔喷非织造布的结构与性能一、熔喷非织造布的结构与性能l二、影响熔喷产品性能的因素二、影响熔喷产品性能的因素l三、熔喷产品的应用三、熔喷产品的应用33第四节 熔喷产品性能和应用 本节主要内容：34一、熔喷非织造布的结构与性能一、熔喷非织造布的结构与性能 熔喷法非织造布的熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小特点之一是纤维细度较小，通常，通常小于小于10m，大多数纤维细度在，大多数纤维细度在14m。从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上各种从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上各种作用力无法保持平衡（高温高速气流的拉伸力波动、作用力无法保持平衡（高温高速气流的拉伸力波动、冷却空气的速度和温度等的影响），冷却空气的速度和温度等的影响），使熔喷纤维细度使熔喷纤维细度大小不一。大小不一。纺粘法非织造布纤网中纺粘法非织造布纤网中纤维直径的均匀度纤维直径的均匀度明显好于明显好于熔喷纤维，因纺粘工艺中，纺丝工艺条件是稳态的，熔喷纤维，因纺粘工艺中，纺丝工艺条件是稳态的，牵伸和冷却条件变化波动较小。牵伸和冷却条件变化波动较小。34一、熔喷非织造布的结构与性能35熔喷非织造纤网的扫描电镜熔喷非织造纤网的扫描电镜35熔喷非织造纤网的扫描电镜36 熔喷纤维的结晶度和取向度比纺粘法的小。因此熔喷纤维的结晶度和取向度比纺粘法的小。因此熔喷纤维的熔喷纤维的强度较差，故纤网的强力也较差强度较差，故纤网的强力也较差。几种。几种PP纤维的强度如下表：纤维的强度如下表：PP短纤维短纤维纺粘纺粘PP纤维纤维熔喷熔喷PP纤维纤维纤维单强纤维单强（cN/dtex）3.96.42.94.91.52.0 因熔喷成形的纤维强度较差，熔喷法非织造布实因熔喷成形的纤维强度较差，熔喷法非织造布实际应用时，主要是应用际应用时，主要是应用其超细纤维其超细纤维的特点。的特点。36 熔喷纤维的结晶度和取向度比纺粘法37 二、影响熔喷产品性能的因素二、影响熔喷产品性能的因素 熔喷产品的性能主要指物理机械性能，如产品的熔喷产品的性能主要指物理机械性能，如产品的强力、透气性、纤维直径等，因熔喷工艺复杂故影响强力、透气性、纤维直径等，因熔喷工艺复杂故影响因素较多。因素较多。影响产品影响产品性能因素性能因素聚合物原料聚合物原料工艺参数工艺参数在线参数在线参数离线参数离线参数37 二、影响熔喷产品性能的因素影响产品聚合物原料工38 l在线参数在线参数：在熔喷生产过程中可按需要调节的参数，：在熔喷生产过程中可按需要调节的参数，如如熔体挤出量熔体挤出量、熔体温度、拉伸热空气的温度和初始、熔体温度、拉伸热空气的温度和初始速度、接收距离等。速度、接收距离等。l离线参数离线参数：只能在设备不运转时才能调节的参数，如：只能在设备不运转时才能调节的参数，如喷丝孔的形状、拉伸热空气通道尺寸和夹角等。喷丝孔的形状、拉伸热空气通道尺寸和夹角等。38 在线参数：在熔喷生产过程中可按需要调节的参数，39 熔融指数熔融指数(MFI)与熔喷非织造布拉伸强力和顶破强力的关系与熔喷非织造布拉伸强力和顶破强力的关系（一）聚合物（一）聚合物 聚合物分子量越低，熔融流动指数聚合物分子量越低，熔融流动指数(MFI)越高，熔体越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。熔融指数越高，熔喷形成单纤维的强力越低，纤网熔融指数越高，熔喷形成单纤维的强力越低，纤网的强力也低。的强力也低。39 熔融指数(MFI)与熔喷非织造布拉伸强力和顶破40 熔融指数熔融指数(MFI)与熔喷非织造布断裂伸长的关系与熔喷非织造布断裂伸长的关系 40 熔融指数(MFI)与熔喷非织造布断裂伸长的关系41 实际生产中，应选用实际生产中，应选用MFI大的聚丙烯还是小呢？大的聚丙烯还是小呢？MFI小：可生产强力较高的熔喷非织造布。小：可生产强力较高的熔喷非织造布。MFI大：产量高、能耗低。因此当前趋势是采用大：产量高、能耗低。因此当前趋势是采用较高较高的的MFI原料。原料。最早应用最早应用的的聚丙烯，其分子量高，聚丙烯，其分子量高，MFI较低较低（12g/10min）。）。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的的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达高达1500（进口）。（进口）。41 实际生产中，应选用MFI大的聚丙烯还是小呢？42 1 1、喷孔直径、喷孔直径 孔径小有利于纺制造超细纤维。但小的孔径加工较孔径小有利于纺制造超细纤维。但小的孔径加工较为困难。为困难。2 2、热空气喷射角度、热空气喷射角度 气流与模头底面的夹角气流与模头底面的夹角。（二）离线参数（二）离线参数42 1、喷孔直径（二）离线参数43 气流喷射角度的气流喷射角度的大小大小对拉伸效果有很大影响。对拉伸效果有很大影响。高温高速的牵伸热空气从熔喷组合模头的空气通道高温高速的牵伸热空气从熔喷组合模头的空气通道中喷射出来，中喷射出来，两股气流发生碰撞两股气流发生碰撞，形成了复杂的流场。，形成了复杂的流场。对此流场的数值模拟，首先是建立理论模型，然后进对此流场的数值模拟，首先是建立理论模型，然后进行数值求解，最后用实验结果进行验证。行数值求解，最后用实验结果进行验证。43 气流喷射角度的大小对拉伸效果有很大影响。44流流场场计计算算结结果果的的速速度度矢矢量量图图气流气流气流气流 气流喷射角度为气流喷射角度为6044流场计算结果的速度矢量图气流气流 气流喷射角度为6045 数值模拟的结果表明：数值模拟的结果表明：喷丝孔轴线上和邻近区域，气流速度高，且沿喷丝孔喷丝孔轴线上和邻近区域，气流速度高，且沿喷丝孔轴线平行，对熔体细流牵伸的有利条件；轴线平行，对熔体细流牵伸的有利条件；远离喷丝孔，速度减小；远离喷丝孔，速度减小；夹角越大，气流在喷丝孔轴线方向的分量越大。夹角越大，气流在喷丝孔轴线方向的分量越大。但是，但是，80夹角和夹角和60夹角流场产生的效果相差不大，夹角流场产生的效果相差不大，同时，同时，80夹角在机械结构上较难实现。夹角在机械结构上较难实现。因此生产上常采用因此生产上常采用60 的夹角的夹角。45 数值模拟的结果表明：46 1 1、热空气的速度（压力）、热空气的速度（压力）直接影响熔喷纤维细度。生产中用气流的直接影响熔喷纤维细度。生产中用气流的压力压力来表来表示气流的速度，压力大则速度大。示气流的速度，压力大则速度大。热空气速度热空气速度：l纤维直径纤维直径；l单纤维相对强力单纤维相对强力 ；l纤网中纤维间的粘合效果纤网中纤维间的粘合效果，非织造布强度，非织造布强度。（三）在线参数（三）在线参数46 1、热空气的速度（压力）（三）在线参数47气流压力气流压力(MPa)纤纤维维直直径径(m)气流速度对纤维细度的影响气流速度对纤维细度的影响47气流压力(MPa)纤维直径(m)气流速度对纤维细度的影48 2 2、熔喷温度（熔体温度）、熔喷温度（熔体温度）指指熔喷模头熔喷模头的温度。温度越高，熔体粘度越低，纤的温度。温度越高，熔体粘度越低，纤维越细。维越细。但熔体但熔体粘度过小粘度过小会造成熔体细丝的会造成熔体细丝的过度牵伸过度牵伸，形成，形成的的超短超细超短超细的纤维会飞散到空中而的纤维会飞散到空中而无法收集无法收集，因此熔，因此熔喷工艺中聚合物熔体粘度并不是越小越好。喷工艺中聚合物熔体粘度并不是越小越好。48 2、熔喷温度（熔体温度）49 纤网强力除取决于纤网强力除取决于纤维本身的强力纤维本身的强力外还取决于外还取决于纤维纤维之间的热粘合程度之间的热粘合程度。热粘合程度受。热粘合程度受接收距离接收距离(DCD)(DCD)的影的影响尤为显著。响尤为显著。3 3、接收距离（、接收距离（DCD-Distance of Collector to DieDCD-Distance of Collector to Die）热空气热空气热空气热空气聚合物熔体聚合物熔体冷却气流冷却气流冷却气流冷却气流接收装置接收装置49 纤网强力除取决于纤维本身的强力外还取决于50 热空气热空气热空气热空气聚合物熔体聚合物熔体冷却气流冷却气流冷却气流冷却气流接收装置接收装置 DCD，热空气冷却和扩散不充分，粘合效果得到，热空气冷却和扩散不充分，粘合效果得到改善，产品蓬松度下降（改善，产品蓬松度下降（纤维多呈团聚状纤维多呈团聚状）。）。产品强产品强力提高。力提高。DCD，熔喷非织造布强力（拉伸、顶破撕破强力），熔喷非织造布强力（拉伸、顶破撕破强力）及弯曲刚度均下降；透气率增长。及弯曲刚度均下降；透气率增长。50 热空气热空气聚合物熔体冷却气流冷却气流接51团聚状排列的熔喷纤维团聚状排列的熔喷纤维 51团聚状排列的熔喷纤维 524 4、熔体挤出量、熔体挤出量 单位：单位：g/hole/min 该参数如何调节？如何测试？该参数如何调节？如何测试？挤出量增加，纤维直径增加，熔喷非织造布的相对强挤出量增加，纤维直径增加，熔喷非织造布的相对强度减小。度减小。挤出量增加挤出量增加 气流作用力削气流作用力削 弱，纤维直径增加弱，纤维直径增加纤维相对强度下降纤维相对强度下降纤维根数减少纤维根数减少纤网相对强力下降纤网相对强力下降粘合部位减小，纤粘合部位减小，纤网相对强力下降网相对强力下降524、熔体挤出量挤出量增加 气流作用力削 纤维53挤出量(g/hole/min)纤维直径 (m)挤出量与纤维直径的关系挤出量与纤维直径的关系53挤出量(g/hole/min)纤维直径(m)挤出量54 熔喷纤网中常出现没有牵伸成超细纤维的熔喷纤网中常出现没有牵伸成超细纤维的团块状聚合团块状聚合物物，称为，称为“shot”现象。（亮点）现象。（亮点）熔喷纤网中出现的熔喷纤网中出现的“shot”现象现象54 熔喷纤网中常出现没有牵伸成超细纤维的团块状聚55 “shot”现象成因主要有：现象成因主要有：l空气速度太小或熔体粘度太高，部分熔体细丝未完全空气速度太小或熔体粘度太高，部分熔体细丝未完全牵伸；牵伸；l熔体粘度太小：空气速度高时，喷丝孔对熔体的握持熔体粘度太小：空气速度高时，喷丝孔对熔体的握持作用减弱，熔体还没有被牵伸成纤维便脱离喷丝孔；作用减弱，熔体还没有被牵伸成纤维便脱离喷丝孔；可见，要生产出合格的产品，熔喷工艺应根据不同可见，要生产出合格的产品，熔喷工艺应根据不同MFI的聚合物原料，正确设置熔体挤出量、熔喷温度和的聚合物原料，正确设置熔体挤出量、熔喷温度和牵伸热空气速度，并应注意到这些工艺参数之间存在牵伸热空气速度，并应注意到这些工艺参数之间存在着相互依赖的关系。着相互依赖的关系。55 “shot”现象成因主要有：56三、熔喷产品的应用三、熔喷产品的应用 目前，熔喷法非织造布主要用于：目前，熔喷法非织造布主要用于：l过滤材料过滤材料l医疗卫生材料医疗卫生材料l环境保护材料环境保护材料l服装材料服装材料l电池隔膜材料电池隔膜材料56三、熔喷产品的应用 目前，熔喷法非织造布主要用于57 过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出来。来。过滤机理：筛滤沉积、静电沉积过滤机理：筛滤沉积、静电沉积、扩散沉积等。、扩散沉积等。1、过滤材料、过滤材料 57 过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出58 是否颗粒大于过滤材料的孔径尺寸才能被筛滤？是否颗粒大于过滤材料的孔径尺寸才能被筛滤？研究表明：孔径尺寸在十至几十研究表明：孔径尺寸在十至几十微米微米之间的过滤材之间的过滤材料，能捕集料，能捕集1m的尘埃。的尘埃。提高提高筛滤沉积筛滤沉积效果就要减小滤材孔径，即效果就要减小滤材孔径，即减小纤减小纤维细度、提高材料的密度。维细度、提高材料的密度。58 是否颗粒大于过滤材料的孔径尺寸才能被筛滤？59 熔喷非织造材料具有熔喷非织造材料具有纤维细、孔隙多而孔隙尺寸小纤维细、孔隙多而孔隙尺寸小的优点的优点。应用：应用：l 气体过滤：医用口罩、室内空调机过滤材料。气体过滤：医用口罩、室内空调机过滤材料。l 液体过滤：饮料过滤、水过滤。液体过滤：饮料过滤、水过滤。为提高过滤效果，可减小纤维细度、增加滤材的密为提高过滤效果，可减小纤维细度、增加滤材的密度，但会造成度，但会造成过滤阻力过滤阻力的明显增加。的明显增加。因此让熔喷非织造材料带静电，可通过静电效应提因此让熔喷非织造材料带静电，可通过静电效应提高其过滤效果，即进行高其过滤效果，即进行驻极处理驻极处理。59 熔喷非织造材料具有纤维细、孔隙多而孔隙尺寸小60 驻极处理驻极处理的熔喷非织造布，因带有持久的静电，可依的熔喷非织造布，因带有持久的静电，可依靠靠静电效应静电效应捕集微细尘埃，因此具有过滤效率高，过滤捕集微细尘埃，因此具有过滤效率高，过滤阻力低等优点。阻力低等优点。聚丙烯具有较高的电阻率聚丙烯具有较高的电阻率(71010cm)，注入电荷，注入电荷的容量较大，是一种制造驻极纤维的理想材料。实验表的容量较大，是一种制造驻极纤维的理想材料。实验表明，经驻极整理的聚丙烯熔喷非织造布在自然状态下存明，经驻极整理的聚丙烯熔喷非织造布在自然状态下存放放1440小时后，滤效保持不变。小时后，滤效保持不变。60 驻极处理的熔喷非织造布，因带有持久的静电，可依61驻极整理对熔喷法非织造布滤效及阻力的影响驻极整理对熔喷法非织造布滤效及阻力的影响 接收距离接收距离(mm)100150200250驻极驻极 未驻未驻极极 驻极驻极 未驻未驻极极 驻极驻极 未驻未驻极极 驻极驻极 未驻未驻极极 螺杆螺杆转速转速(8rpm)滤效滤效()97.7553.2994.8836.594.1341.2592.543.5阻力阻力(Pa)3.683.682.942.942.212.212.152.15螺杆螺杆转速转速(12rpm)滤效滤效()94.525.7591.023.084.517.7583.7520.0阻力阻力(Pa)2.942.941.961.960.980.980.980.98 可见，驻极整理后熔喷非织造布的过滤阻力并无变化，而滤可见，驻极整理后熔喷非织造布的过滤阻力并无变化，而滤效却提高很多，这是其它非织造布所无法比拟的。效却提高很多，这是其它非织造布所无法比拟的。61驻极整理对熔喷法非织造布滤效及阻力的影响 接收距离10062 2、医疗卫生材料、医疗卫生材料 医用口罩：里外两层用纺粘材料，中间用熔喷材料制医用口罩：里外两层用纺粘材料，中间用熔喷材料制成的复合材料（成的复合材料（SMS）。）。62 2、医疗卫生材料63H1N1病毒大小：病毒大小：80nm120nm。63H1N1病毒大小：80nm120nm。64 3、环境保护材料（吸油材料）、环境保护材料（吸油材料）聚丙烯熔喷法非织造布因其聚丙烯熔喷法非织造布因其材料特性材料特性和微纤结构和微纤结构而成为良好的吸油材料，在欧美、日本等发达国家已而成为良好的吸油材料，在欧美、日本等发达国家已得到广泛应用，如海上溢油事故、工厂设备漏油以及得到广泛应用，如海上溢油事故、工厂设备漏油以及污水处理等。污水处理等。64 3、环境保护材料（吸油材料）65 1989年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡，年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡，埃埃克森公司的克森公司的“瓦尔德斯瓦尔德斯”号号油轮油轮触礁事故，造成大面触礁事故，造成大面积漏油，原油泄漏导致成千上万只海鸟和海洋生物死积漏油，原油泄漏导致成千上万只海鸟和海洋生物死亡。当时空运了大约亡。当时空运了大约2.6万吨以聚丙烯熔喷非织造布为万吨以聚丙烯熔喷非织造布为主的吸油材料到现场，仅用了几天时间就清理了海面，主的吸油材料到现场，仅用了几天时间就清理了海面，这是熔喷法非织造布成功用于海上溢油事故处理的典这是熔喷法非织造布成功用于海上溢油事故处理的典范。范。溢出溢出5000万升原油，万升原油，污染污染2000多公里的海多公里的海岸线岸线 工作人员在拯救一只工作人员在拯救一只被漏油污染的海鸟被漏油污染的海鸟 65 1989年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡66 聚丙烯熔喷法非织造布具有聚丙烯熔喷法非织造布具有疏水亲油疏水亲油的特性，耐强的特性，耐强酸强碱，酸强碱，密度比水小，吸油后能长期浮于水面上而不密度比水小，吸油后能长期浮于水面上而不变形变形，可循环使用和长期存放。聚丙烯熔喷法非织造，可循环使用和长期存放。聚丙烯熔喷法非织造布制成吸油索、吸油链、吸油枕等，吸油量可达到自布制成吸油索、吸油链、吸油枕等，吸油量可达到自身重量的身重量的1050倍倍。吸油索吸油索 66 聚丙烯熔喷法非织造布具有疏水亲油的特性，耐强酸67吸油材料的应用吸油材料的应用67吸油材料的应用68 4、服装材料（保暖材料）、服装材料（保暖材料）保暖材料应具有良好的保暖性，并能较长期使用保暖材料应具有良好的保暖性，并能较长期使用而不改变其保暖性。而不改变其保暖性。68 4、服装材料（保暖材料）69 实验表明，实验表明，纤网结构纤网结构是影响保暖材料传热是影响保暖材料传热性能的主要因素之一。性能的主要因素之一。对于熔喷复合保暖材料，其对于熔喷复合保暖材料，其厚度对透气性厚度对透气性能影响较小能影响较小，而聚酯纤维絮片，而聚酯纤维絮片随厚度减小透气随厚度减小透气性迅速上升性迅速上升。因此熔喷复合保暖材料抗风能力。因此熔喷复合保暖材料抗风能力较强。较强。6970 5、电池隔膜、电池隔膜 隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，常置于正负极板隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，常置于正负极板之间，主要功能是绝缘正负极板，保证电介质的流动。之间，主要功能是绝缘正负极板，保证电介质的流动。聚丙烯材料具有优良的耐酸碱性能，聚丙烯熔喷法隔聚丙烯材料具有优良的耐酸碱性能，聚丙烯熔喷法隔膜材料具有孔径小、孔率大、电阻小以及产品变化多样的膜材料具有孔径小、孔率大、电阻小以及产品变化多样的特点。特点。正极板上是二氧化铅（正极板上是二氧化铅（PbO2），），负极板上是绒状铅（负极板上是绒状铅（Pb）。）。每一个每一个正、负极板之间都隔着正、负极板之间都隔着多孔的超细纤多孔的超细纤维物质（电池隔膜），维物质（电池隔膜），其中吸附着硫其中吸附着硫酸（酸（H2SO4）电解液，这个纤维物质）电解液，这个纤维物质（或硅胶物质）是电化学反应过程中（或硅胶物质）是电化学反应过程中液相传输和气相传输的通道，它和正、液相传输和气相传输的通道，它和正、负极板群被紧密地装配在一起，形成负极板群被紧密地装配在一起，形成一个一个2V的电池单体。图中的电池单体。图中6个个2V的单的单格串联成格串联成12V的电池的电池 70 5、电池隔膜 正极板上是二氧化铅（PbO2）71第五节第五节 熔喷技术的发展趋势熔喷技术的发展趋势71第五节 熔喷技术的发展趋势72一、模头宽度和个数的增加一、模头宽度和个数的增加 1967：精确公司制造世界首个：精确公司制造世界首个254mm(10)宽喷头；宽喷头；1969：1016mm的喷头；的喷头；19701979：2541727.2mm之间，后来还供给之间，后来还供给 Kimberly-Clark公司公司2692mm(106)的喷头；的喷头；1992：3556mm宽；宽；目前，可设计目前，可设计2544318mm任何宽度的喷头。任何宽度的喷头。72一、模头宽度和个数的增加 73 金伯利公司的一种熔喷非织造布设备具有金伯利公司的一种熔喷非织造布设备具有多个挤出多个挤出机、多个模头系统机、多个模头系统。其工艺各不同，所以每个模头生产。其工艺各不同，所以每个模头生产的纤维直径不同，故每层的纤维直径不同，产品具有很的纤维直径不同，故每层的纤维直径不同，产品具有很高的过滤效率。高的过滤效率。73 金伯利公司的一种熔喷非织造布设备具有多个挤出74二、可旋转模头二、可旋转模头l固定安装的模头：模头宽度决定产品宽度，限制了设备固定安装的模头：模头宽度决定产品宽度，限制了设备的利用。的利用。l可旋转模头：可旋转模头：产品的幅宽可调产品的幅宽可调（莱芬公司、精确公司和（莱芬公司、精确公司和J&M公司提供熔喷设备）公司提供熔喷设备）74二、可旋转模头75三、双组分设备三、双组分设备 双组分产品显示出了更高的蓬松性、弹性和抗渗性，双组分产品显示出了更高的蓬松性、弹性和抗渗性，还有着制造更细纤维的可行性，因而有着很大的应用潜还有着制造更细纤维的可行性，因而有着很大的应用潜力。力。现在，基础研究工作已借助于现在，基础研究工作已借助于1999年安装的年安装的Reicofil（莱科菲尔）双组分熔喷生产线上完成，技术（莱科菲尔）双组分熔喷生产线上完成，技术已获得实际应用。已获得实际应用。75三、双组分设备76四、纺粘四、纺粘/熔喷复合设备熔喷复合设备n 能耗大能耗大n 超细纤维纤网结构超细纤维纤网结构n 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n 纤维取向度较差纤维取向度较差n 纤维强力低纤维强力低 熔喷非织造工艺的特点：熔喷非织造工艺的特点：76四、纺粘/熔喷复合设备 能耗大熔喷非织造工艺的特点：77纺粘法与熔喷法的比较纺粘法与熔喷法的比较纺粘法纺粘法熔喷法熔喷法原料原料MFI2535352000能耗能耗较少较少较多较多纤维长度纤维长度连续长丝连续长丝长短不一的短纤维长短不一的短纤维纤维细度纤维细度1540m粗细不一，平均粗细不一，平均5 m覆盖率覆盖率较低较低较高较高产品强度产品强度较高较高较低较低加固方法加固方法热粘合、针刺、水刺热粘合、针刺、水刺自身粘合为主自身粘合为主品种变换品种变换困难困难容易容易设备投资设备投资较高较高较低较低77纺粘法与熔喷法的比较纺粘法熔喷法原料MFI25353578 纺粘产品纺粘产品强力高但纤维粗强力高但纤维粗，熔喷产品纤维细但强力熔喷产品纤维细但强力低低。两者结合和取长补短满足使用性能要求。产品有。两者结合和取长补短满足使用性能要求。产品有SMS即即纺粘纺粘/熔喷熔喷/纺粘纺粘，SM、SMMS、SMSMS等。等。S Spun-bonded non-woven fabrics 纺粘法非织造布纺粘法非织造布M Melt-blown non-woven fabrics 熔喷法非织造布熔喷法非织造布复合（结合）的方法有在线复合和离线复合。复合（结合）的方法有在线复合和离线复合。l在线复合在线复合：利用纺粘：利用纺粘/熔喷熔喷复合设备复合设备进行生产。进行生产。l离线复合离线复合：纺粘、熔喷：纺粘、熔喷产品异地复合产品异地复合。78 纺粘产品强力高但纤维粗，熔喷产品纤维细但强力低79SM复合生产线复合生产线79SM复合生产线80SMS复合工艺示意图复合工艺示意图SMS80SMS复合工艺示意图SMS81离线式离线式SMS复合生产线复合生产线 81离线式SMS复合生产线 82SMS复合材料的结构复合材料的结构82SMS复合材料的结构
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