第八章《熔喷非织造布》-非织造布技术-教学ppt课件.ppt

第八章 熔喷法非织造布,8-1 熔喷工艺发展历史与特点 8-2 熔喷工艺采用原料8-3 熔喷生产流程与设备 8-4 熔喷产品性能与应用,8-1 熔喷工艺发展历史与特点,熔喷法非织造布是聚合物挤压法非织造布的一种，它是指在抽丝的同时，采用高速高压热气流或其他手段（如离心力、静电力）对挤出的熔体进行拉伸，使其成为超细的无规则的短纤维，然后凝聚到带有许多小孔的滚筒或网帘上形成纤维网，再经自身粘合、热粘合或其他粘合方式加固而制成的非织造布。,聚合物挤压法非织造布,定义：利用化学纤维的纺丝原理，在聚合物纺丝成形过程中将纤维直接铺置成网，然后采用机械的、化学的或热的方法来加固纤维网而制成的非织造布。分类：熔喷法 纺丝成网法 膜裂法,一、国外发展简况1951年1954年，美国海军研究所开始研究开发超细纤维过滤材料，用气流喷射纺丝法生产出超细纤维非织造布，是熔喷法非织造布的先驱。20世纪60年代中期，美国Exxon公司进一步对熔喷工艺进行改进，5年后生产出超细纤维，申请了专利。20世纪70年代，其他公司研制熔喷非织造布技术，如美国、德国Freudenberg、日本的旭化成、等；美国Exxon公司将此技术转为民用，进入工业化生产。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，主要供应商有美国的Accurate公司和J&M公司，德国的Reifenhaeuser公司等。21世纪，朝着复合化、细旦化、自动化等方向发展。,8-1 熔喷工艺发展历史与特点,8-1 熔喷工艺发展历史与特点,二、国内发展简况20世纪50年代末，核工业部、北京化工研究院开始研究。20世纪80年代，上海纺织科学研究院和中国纺织大学联合研制出了间歇式熔喷非织造生产线，数十条简易设备投入生产。20世纪90年代天津泰达、安徽奥宏、江阴金凤引进了3条连续式熔喷非织造布生产线；02年，天津泰达又引进2条生产线；04年，山东俊富引进1条生产线。截至2005年底，国内共有连续式生产线23条，间歇式生产线300余条，年生产能力为3万吨，约占世界总产量的10%。,8-1 熔喷工艺发展历史与特点,三、熔喷非织造工艺的特点工艺流程短，生产效率高。超细纤维网结构，均匀度好，手感柔软。过滤、阻菌、吸附、屏蔽、绝热等方面有突出的优点。纤维取向度较差，强力低。能源消耗大，1千克熔喷非织造布需3-8度电。,8-2 熔喷工艺采用原料,1、聚丙烯(PP)聚丙烯是熔喷工艺应用最多最早的一种聚合物。熔喷工艺应用的是普通纤维级聚丙烯原料，其分子量高，熔融流动指数（MFI）较低，通常只有12g/10min。该种聚丙烯在熔喷时必须借助于螺杆挤出机的超高温和剪切作用来降解。随科技的进步，MFI为12的聚丙烯很快就为MFI35的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达1500 g/10min。聚丙烯MFI的提高，可降低螺杆挤出机的工作温度，提高熔体流动速率，延长熔喷模头寿命，降低能耗，同时给选用添加剂以更大的灵活性。,熔融流动指数定义,在一定的温度下，熔融状态的高聚物在一定负荷下，10分钟内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的重量，单位为g/10min，熔体指数越大，流动性越好。通常情况下，聚合物分子量提高，则熔融指数减小。,8-2 熔喷工艺采用原料,美国熔喷工艺常用的聚丙烯切片的MFI通常在4001200g/10min之间，我国尚未批量生产，仍依赖于进口。聚丙烯切片的MFI越高，则熔喷时能耗越小，但强力低。MFI高低选择视产品用途而定，对于吸油材料以及保暖材料等，仅考虑纤维细度的话，可使用高MFI的切片，产量高，能耗低。,8-2 熔喷工艺采用原料,2、聚酯(PET)聚酯纤维工业化生产始于1953年，其性能优良，强度和弹性模量较高，耐热和耐日晒性能优良，熔喷工艺应用较多的原料之一。聚酯的熔点比聚丙烯要高得多，MFI比聚丙烯低。,8-2 熔喷工艺采用原料,3、聚酰胺(PA)聚酰胺纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维。聚酰胺66发明于1935年，通过进一步的研究，于1937年又发明了用熔体纺丝法制造PA66纤维的技术。1938年，德国的Schlack发明了制取PA6及生产纤维的技术，于1941年开始工业化生产。熔喷工艺所用的聚酰胺主要是PA6，但用量不及PP和PET。,8-2 熔喷工艺采用原料,4、乙烯类聚合物 熔喷工艺中应用较多的乙烯类聚合物有三种：线性低密度聚乙烯(LLDPE)，乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，以及乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)。LLDPE应用最多，与聚丙烯熔喷法非织造布相比，采用LLDPE为原料的熔喷法非织造材料具有低得多的弯曲刚度，因此手感更柔软，悬垂性更好。LLDPE耐射线照射的能力较好，因此更适合于医疗卫生产品。,8-3 熔喷生产流程与设备,一、熔喷工艺流程 熔喷非织造工艺是采用高速高压热空气流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收集在凝网帘或滚筒上，再经自身粘合或热粘合而成为熔喷法非织造布。熔喷工艺流程为：聚合物喂入熔融挤出纤维形成纤维冷却粘合切边卷取后整理,8-3 熔喷生产流程与设备,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,至后道工序,喷雾装置,8-3 熔喷生产流程与设备,熔喷过程,8-3 熔喷生产流程与设备,二、熔喷系统组成 熔喷生产线的设备主要有：上料机螺杆挤压机计量泵熔喷模头组合件空压机空气加热器接收装置卷绕装置生产辅助设备：模头清洁炉、喷雾装置等,8-3 熔喷生产流程与设备,1、上料机 安装于挤出机料斗之上。主要作用是将聚合物切片定时定量的喂给螺杆挤压机，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 主要作用是将聚合物切片加热成熔体，也可借其剪切作用与热降解作用降低聚合物分子量，利于纤维成形。3、计量泵 主要作用是定量地将聚合物熔体输出经过滤器过滤后输入熔喷模头。4、熔喷模头组合件 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，模头系统，牵伸热空气管路通道，加热保温元件。,8-3 熔喷生产流程与设备,Exxon公司早期研制的熔喷模头,8-3 熔喷生产流程与设备,5、空气加热器 主要作用是产生熔喷工艺需用大量的热空气。一般材料选用不锈钢。熔喷工艺温度精度要求较高，牵伸空气温度要求稳定在1的范围内。6、接收装置 主要作用是凝聚冷却的超细纤维成为纤维网。熔喷工艺中的接收装置主要有：滚筒式 平网式7、辅助设备 熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。模头生产一段时间后需要定期更换清洁，方法是高温焙烘。,8-3 熔喷生产流程与设备,三、典型熔喷设备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复合非织造布产品生产线中的熔喷部分以及全套SMS生产线。,8-3 熔喷生产流程与设备,德国Reifenhauser公司的熔喷生产线,8-3 熔喷生产流程与设备,德国Reifenhauser公司的Reicofil单头熔喷生产线,8-3 熔喷生产流程与设备,德国Reifenhauser公司的Reicofil双头熔喷生产线,8-3 熔喷生产流程与设备,德国Reifenhauser公司的Reicofil离线式SMS复合生产线,8-3 熔喷生产流程与设备,德国Reifenhauser公司的Reicofil熔喷生产线的熔喷模头,8-3 熔喷生产流程与设备,2、美国Accurate公司熔喷生产线 1967年制作出了第一个10英寸的熔喷模头。1970年1980年期间，生产出不同尺寸的熔喷模头，供工厂使用。20世纪80年代初，Accurate公司的Buehning博士设计出新型的组合式熔喷模头系统，在熔喷成网均匀性、牵伸空气速度一致性以及操作简单性等方面取得了显著的效果。1984年Accurate公司开发出第一条20英寸宽的熔喷生产线，包括空压机、空气加热器、树脂喂料机、挤出机、过滤网切换装置、计量泵、组合式熔喷模头系统、收集装置、卷绕机等，全套设备由计算机控制。,8-3 熔喷生产流程与设备,3、美国Biax fiberfilm公司熔喷系统 美国Biax fiberfilm公司开发出一种具有多排喷丝孔并列排列的熔喷设备。该熔喷系统的结构与Exxon公司不同，已申请美国专利(USP 5476616；USP 4380570)。,8-3 熔喷生产流程与设备,4、NKK熔喷生产设备 日本N.K.K公司1986年起进行熔喷工艺技术研究，目前已经可以提供商业化的熔喷生产线。其熔喷生产线的特点是适应各种原料，如聚丙烯、聚酯、聚乙烯、生物降解树脂等均可使用，纤维细度可达到1m，纤网单位面积质量为3300g/m2，纤网均匀度由于特殊的气流分布系统而达到极高的水平。,8-3 熔喷生产流程与设备,5、美国J&M公司熔喷设备,8-3 熔喷生产流程与设备,6、其他熔喷工艺与设备 离心法熔喷工艺：利用离心力使聚合物熔体变成短纤维并成网的熔喷法工艺。聚合物由输送管3经过泵的作用而压入到旋转喷丝器2中，从喷丝孔挤出，形成细丝。熔体细丝受到旋转喷丝器转动产生的离心力而牵伸成为短纤维，并向四周飞散，凝集在环绕旋转喷丝器周围的凝网帘1上，形成纤网后再经过轧辊5加固后卷绕成布卷6。,8-3 熔喷生产流程与设备,利用两股空气流的熔喷工艺 聚合物熔体由泵打入喷丝器2并从喷丝孔中挤出，一股高压空气流由管道3导入喷丝孔的外侧喷口，同时另一股空气流进入成网管道5，喷丝孔挤出的聚合物熔体细流牵伸成短纤维并收集在成网帘6上，形成纤网7后卷成布卷8。,8-4 熔喷产品性能与应用,一、熔喷法非织造布的结构与性能 熔喷法非织造布中纤维细度较小，通常在15m之间。熔喷工艺是一个非稳态过程，从模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上，各种作用力不能保持动平衡，造成了纤维粗细长短不一致,其结晶和取向也不均匀。,8-4 熔喷产品性能与应用,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的因素较多。聚合物原料性能：分子量、熔融指数、熔点等 在线参数：生产过程中可按需调节的变量 熔喷工艺条件 离线参数：设备不运转时才能调节的变量,8-4 熔喷产品性能与应用,1、熔融指数 研究表明：熔融指数越高，熔喷成形单纤维的强力越低，断裂伸长越小。,8-4 熔喷产品性能与应用,2、螺杆挤压机各区段温度 分三区段：进料段、压缩段、计量段，各区段温度不同。生产过程顺利与否影响 产品性能例：,8-4 熔喷产品性能与应用,3、热气流速度 熔喷工艺中重要的工艺参数，影响纤维细度与产品性能。当其他参数一定，热空气速度越大，则聚合物熔体细丝受到的牵伸作用越大，纤维越细，手感软。热空气速度影响到产品的强度。热空气速度提高，有利于提高纤维单强和改善纤维之间的热粘合程度，从而提高成品的拉伸强度和顶破强度。,8-4 熔喷产品性能与应用,4、热空气喷射角度 影响纤维拉伸效果和纤维在凝网帘上的形态。大角度（近90），牵伸大，分布杂乱 小角度（30）,牵伸小，形成纤维束,8-4 熔喷产品性能与应用,5、螺杆挤压机的挤出速度 影响产品强度与生产速度。其他条件一定，挤出速度增大，形成纤维直径较粗，强度增大；挤出速度过大，牵伸不充分，粘合纤维数量减少，强度减小。聚合物熔体挤出量越大，则整条熔喷生产线的生产速度越高，产量也越大。,8-4 熔喷产品性能与应用,6、喷丝孔与成网帘间距（接收距离）影响纤网的蓬松度和纤维间的热粘合程度。减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，改善纤维间的热粘合，蓬松度下降，密度增加，此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列。增大接收距离，纤维丝条温度下降过多，造成纤网中纤维间热粘合效率降低，蓬松度高，多数纤维呈伸直状态，并出现较严重的并丝现象。随着熔喷接收距离的增大，熔喷法非织造布的断裂强力、顶破强力、撕破强力以及弯曲刚度均呈下降趋势，而透气率呈增长趋势。,8-4 熔喷产品性能与应用,团聚状排列的熔喷纤维,8-4 熔喷产品性能与应用,熔喷接收距离与纵向断裂强度及弯曲刚度的关系,8-4 熔喷产品性能与应用,熔喷接收距离与横向断裂强度及弯曲刚度的关系,8-4 熔喷产品性能与应用,熔喷接收距离与顶破强度的关系,8-4 熔喷产品性能与应用,熔喷接收距离与撕破强度的关系,8-4 熔喷产品性能与应用,熔喷接收距离与产品透气率的关系,8-4 熔喷产品性能与应用,三、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（吸油材料）服装与保暖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。,8-4 熔喷产品性能与应用,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。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99以上，而且佩戴时没有任何不舒服的感觉。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。,8-4 熔喷产品性能与应用,2、保暖材料 熔喷工艺纤维网中纤维越细，空隙越多，保暖越好。蓬松率高，空气流动迅速，传热率高，保暖性下降。,8-4 熔喷产品性能与应用,3、吸油材料 熔喷法非织造布是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。吸油量可达到自身重量的1050倍。,8-4 熔喷产品性能与应用,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。,8-4 熔喷产品性能与应用,聚丙烯熔喷电池隔膜的理化性能要求,8-4 熔喷产品性能与应用,5、医疗卫生材料,8-4 熔喷产品性能与应用,复合材料 熔喷和纺粘工艺技术的组合产生了SMS复合材料，主要用于手术衣材料和手术室帷幕材料，中间的熔喷法非织造材料可有效地阻隔血液、体液、酒精及细菌的穿透，同时超细纤维的结构又可保证汗液蒸汽顺利透过。而处于面层的聚丙烯纺粘法非织造材料具有较高的强度和耐磨性。,第八章 作业,1、试述熔喷法非织造布工艺原理？2、试列举几种常用的熔喷工艺原料？3、影响熔喷工艺产品性能的主要参数有哪些？4、熔喷工艺产品应用主要有哪些方面？,