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1、第七节 熔喷机械一、概述,1、定义： 熔喷法非织造布是将螺杆挤压机挤出的高聚物熔体，通过高速（高于声速550m/s ）的热空气（250-300及以上）或其它手段（如离心力、静电力），使高聚物受到极度拉伸而形成极细（1-10）的短纤维，并凝聚到多孔（或无孔滚筒）或成网帘上形成纤网，最后经自身粘合或热粘合加固而成的非织造布，称为熔喷法非织造布,2、熔喷法发展简况：熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪50年代初。 1951年，美国Arther.D.LittllInc公司开始研究用气流喷射静电纺丝法生产聚苯乙烯超细纤维非织造布，取得了相关美国专利。 美国海军实验室研究并开发用于收
2、集上层大气中放射性微粒的过滤材料，1954年发表研究成果。 20世纪60年代中期，美国ESSO公司(今Exxon公司)进一步对这一工艺进行改进，并取得了相关的美国专利。 20世纪80年代后期，由于熔喷法非织造布市场的开发，一些非织造布机械制造商开始参与熔喷法生产设备的制造，其中有美国的Accurate公司和J & M公司，德国的Reifenhaeuser公司等。,从20世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了1012的年增长率。1990年全世界已有70多条熔喷生产线，年产量达到5万吨以上。美国的Kimble-clark公司为了克服熔喷法非织造布强力低的缺点，开发了熔喷非织造布与纺丝成网
3、非织造布叠层材料，即SMS复合材料，大量应用于手术服、过滤材料等，有力地推动了熔喷非织造布的发展。随着复合技术的应用和熔喷法非织造布的应用开发，目前，世界熔喷法非织造布的年产量已超过10万吨。,我国熔喷非织造工艺的发展情况 我国熔喷法非织造工艺研究始于20世纪70年代中期，80年代中后期，熔喷法非织造布在我国得到推广应用，主要产品有过滤材料、吸油材料、保暖材料、电池隔膜等。我国现有熔喷法非织造布生产线60多条，其中引进1.5m2.5m幅宽生产线6条，其余为国产间歇式生产线，生产能力为1万吨/年。由于间歇式与连续式熔喷非织造布产品相互间具有不可替代性，因此两种工艺方法仍将相辅相成。,二、 熔喷法
4、工艺特点,熔喷非织造工艺的特点：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纤维取向度较差纤维强力低,三、熔喷工艺原理与生产工艺流程,（一）熔喷工艺原理与生产工艺流程 熔喷非织造工艺是采用高速热空气流对模头（喷头）喷丝孔（一排间距不到1，直径在0.1-0.2 之间)挤出的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或滚筒上，同时靠自身粘合而成为熔喷法非织造布。 熔喷生产工艺流程主要为：熔体准备过滤计量熔体从喷丝孔挤出熔体细流牵伸与冷却成网,熔喷工艺原理,热空气,热空气,聚合物熔体,冷却空气,冷却空气,接收装置,成网至后道工序,喷雾装置,1-螺杆挤压机 2-计量泵 3-喷头
5、4-风道5-滚筒接收 6-空气系统,1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷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。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头（喷头）之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。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。,3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量
6、后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、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。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，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。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。,5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸
7、热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。,6、成网,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，通常将熔喷超细纤维一层层叠加上去，这样，产品的均匀度比进口设备生产的产品好，并可采用较小的接收距离，使产品密度增加，同时产品的弯曲刚度也比进口设备生产的产品大得多。 间歇式熔喷生产线的产品是块状的，产量也比进口设备低。,四、 熔喷机械设备,（一）熔喷设备组成 熔喷生产线的设备主要有：上料机螺杆挤出机计量泵熔喷模头组合件空压机空气加热器
8、接收装置卷绕装置,1、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，可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。,2、螺杆挤压机 参见纺粘工艺相关内容。3、计量泵 参见纺粘工艺相关内容。4、熔喷模头（喷头）组合件 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： 聚合物熔体分配系统模头（喷头）系统牵伸热空气管路通道加热保温元件,(1)聚合物熔体分配系统 聚合物熔体分配系统的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，从而保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偏差、纤网cv值及其它物理机械性
9、能的差异。目前熔喷工艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系统。,(2)模头（喷头）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。,Exxon公司早期研制的熔喷模头，共有192个喷丝孔，分成4个区域，每个区域有48个喷丝孔，区域之间被25.4mm宽的空间所隔开，该空间用于固定上下两块模体，因此，该熔喷模头的喷丝孔实际上是由上下模体配合形成的。先在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，校正后即可形成一排喷丝孔。 该结构的特点是，可得到较大的喷丝孔长径比，模头清洁较方便，但加
10、工精度和装配精度要求较高，目前已较少应用。,Exxon公司早期研制的熔喷模头,Exxon公司专利U.S.P 3,825,379中有关的熔喷模头,熔喷模头中，牵伸热空气通道的设计也是非常重要的，要求在整个熔喷模头长度方向上保持热空气流喷出速度和流量一致，以获得均匀的熔喷纤网。目前，世界上熔喷非织造生产线的制造商均有自己的设计特点。 通常的方法是尽量保证每孔聚合物和热空气的流量相等，可采用了较长的聚合物熔体分配通道以及迷宫式热空气通道。 熔喷模头清洁处理时应注意防止变形和损伤。,Kasen公司熔喷模头,5、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气经除湿过滤后输送到空气加热器加热，
11、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机功率，可缩短生产线开车升温时间。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1的范围内。,6、接收装置 熔喷工艺中的接收装置主要有： 滚筒式 平网式美国Accurate公司熔喷生产线的专利接收滚筒，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。德国Reifenhaeuser公司的熔喷生产线采用了平网接收装
12、置，其帘网周长固定，转动辊可左右移动，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DCD的目的，Reifenhaeuser公司熔喷生产线的模头系统的位置是固定的。美国Accurate公司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，通过升降平台来调节熔喷接收距离，接收滚筒的水平位置不可调。,（二）典型熔喷设备介绍1、德国Reifenhauser公司熔喷生产线 德国Reifenhauser公司1984年开始生产纺粘法非织造布生产线，1988年与美国Exxon公司签订了技术转让协议，开始研制熔喷法非织造布生产线。目前，该公司可提供单独的纺粘生产线、熔喷生产线和生产SMS复合
13、非织造布产品生产线中的熔喷部分以及全套SMS生产线。,德国Reifenhauser公司的熔喷生产线,德国Reifenhauser公司的Reicofil单头熔喷生产线,德国Reifenhauser公司的Reicofil双头熔喷生产线,德国Reifenhauser公司的Reicofil离线式SMS复合生产线,德国Reifenhauser公司的Reicofil熔喷生产线的熔喷模头,日本NKK熔喷生产线,五、 熔喷产品性能与应用,（一）熔喷法非织造布的结构与性能 熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小，通常小于10m，大多数纤维的细度在14m。,熔喷工艺是一个非稳态的纺丝过程，从熔喷模头喷丝孔到接收装
14、置的整条纺丝线上，各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件的非稳态纺丝过程，造成了熔喷纤维粗细长短的不一致。,（二）产品应用 目前，熔喷法非织造布的主要用于：过滤材料医疗卫生用材料环境保护材料服装材料电池隔膜材料擦拭材料 其中过滤材料应用最广，其次是医疗卫生用材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料以及擦拭材料等。,1、过滤材料 熔喷法非织造布早期的应用主要是过滤材料，熔喷法非织造布具有纤维细、结构蓬松、孔隙多而孔隙尺寸小的优点，通过适当的后整理，是一种性能优良的过滤材料。熔喷法非织造布在过滤领域的应用有气体过滤和液体过滤，气体过滤方面有已经大量推广应用的医用防菌口罩、室内空
15、调机过滤材料、汽水分离过滤材料、净化室过滤材料等。其中医用防菌口罩采用熔喷法非织造布作为过滤介质可大大减少细菌的透过率，其阻菌率高达98以上，而且佩戴时没有任何不舒服的感觉。在液体过滤方面，熔喷法非织造布可用于饮料和食品过滤、水过滤、贵金属回收过滤、油漆和涂料等化学药品过滤等。熔喷法非织造布可与其它材料复合并制成可换式滤芯或滤袋等用于各种过滤装置中。,2、保暖材料 保暖材料应具有良好的保暖性，可防止或减少由导热、对流和辐射所引起的热损失，并能较长期使用而不改变其保暖性。实验表明，纤网结构是影响保暖材料传热性能的主要因素之一。 熔喷复合保暖材料和聚酯纤维絮片的传热率均随蓬松率的增加而提高。蓬松率
16、提高，纤网中空气流动加快，对流热损失也相应加大。 对于熔喷复合保暖材料，其厚度对透气性能影响较小，而聚酯纤维絮片随厚度减小透气性迅速上升。熔喷复合保暖材料中的熔喷法非织造布具有超细纤维结构，因此抗风能力较强。,3、吸油材料 聚丙烯熔喷法非织造布因其材料特性和微纤结构而成为性能良好的吸油材料，在欧美、日本等发达国家已得到广泛应用，如海上溢油事故、工厂设备漏油以及污水处理等。1989年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡发生油轮触礁事故，造成大面积漏油。严重污染了海面。当时空运了大约2.6万吨以聚丙烯熔喷法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，这是熔喷法非织造布成功用于海上溢油事
17、故处理的典范。,4、电池隔膜 隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，通常置于正负极板之间，主要功能是绝缘正负极板，并保证电介质的流动。随着蓄电池工业的发展，对隔膜材料的电性能、化学性能和机械性能的要求越来越高。聚丙烯材料具有优良的耐酸碱性能，越来越受到电池行业的亲睐。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特点，在我国得到迅速推广应用。,六、 熔喷工艺理论与进展,（一）工艺进展 熔喷工艺技术的诞生比纺粘工艺要早，但其商业化却比纺粘法工艺迟，其原因主要是熔喷法非织造布的强度差、生产成本高。因此纺粘法非织造布超前于熔喷法非织造布推广应用是可以理解的。但在产品特性方面，熔喷法非织造
18、布的超细纤维结构是纺粘法非织造布所难以相比的，这也使熔喷法非织造布始终受人关注的原因。,熔喷工艺近期进展主要有工艺自身的拓展及与其他非织造工艺的组合交叉应用。熔喷工艺与设备已有很大的进展，从单一聚合物原料、圆截面纺丝发展为多种原料复合熔喷、异形截面纤维纺丝等，出现了利用高压静电场中的静电力来生产超细纤维的静电熔融纺丝工艺(EMS工艺)。熔喷工艺与其它非织造工艺的结合可扩大熔喷法非织造布的产品品种、拓展其应用领域，如干法梳理工艺引入熔喷工艺，可得到弹性良好的保暖材料。此外，熔喷工艺可与水刺、针刺以及缝编等非织造工艺交叉组合应用，熔喷法非织造布可与其它材料叠层复合。,（二）组合工艺,纺粘熔喷复合生产线1-螺杆挤压机 2-计量泵 3-喷头 4-成网机 5-纺粘设备 6-复合机 7-卷绕分切机,
