生产熔喷法非织造布的新型设备

生产熔喷法非织造布的新型设备

E .Gla wi on 立达自动化设备公司(德国)

摘　要:描述了熔喷法非织造布的典型应用以及工艺的基本步骤与缺点。将熔喷法与

其他纤网成形工艺相结合便形成了复合材料,这开启了该工艺新应用领域之门,而这是以前仅用熔喷法所难以实现的。介绍了德国立达自动化设备公司为易于操作维修所做的优化设计。其特点包括纺丝头组合件的顶端装载以及聚合物的链段分布。

关键词:熔喷法,非织造布,设备,

复合材料

图1　用于空气过滤的熔喷法非织造布的过滤等级

熔喷法可以说是纺粘法的后起之秀。不但其生产线的尺寸和产能较小,而且可加工的纤维更细,线密度大约是纺粘法的十分之一。这使得制成的纤网更加精致完善,更适合实际应用,而这是纺

粘法用经济的方式所不能生产的。

日常生活中熔喷法非织造产品随处可见,以卫生用品为例,有尿布、妇女用卫生用品、擦拭布以及用于空气和液体的过滤材料。特别是用熔喷法可以轻松地实现

隔离效果,这是卫生用品在应用中

的一个关键特性。另一方面熔喷法制成的纤网具有较低的机械强度,这一点限制了它在其他很多领域的应用。将熔喷法与其他纤网成形工艺相结合便形成了复合材料,这开启了该工艺新应用领域之

门,而这是以前仅用熔喷法所难以实现的。

1　典型的应用

人们对日用品性能要求的增

图2　

熔喷法工艺中喷嘴下纤网的形成

图3　熔喷法工艺中纺丝头组合件的顶部载荷

加促成了熔喷法在应用方面的成功。由天然或合成纤维加工而成的简单针刺纤维网不能满足精细过滤应用的要求,它们仅用于预过滤或量多的场合。

熔喷法非织造布最重要和需求量最大的应用领域是空气过滤,详细应用见图1中的过滤等级F5

～F9。微粒直径为10μm 时,虽然可用过滤等级为F5、纤维直径不小于10μm ,面密度为60～100g/m 2

的熔喷非织造布进行分离,但

是过滤等级为F9要求用纤维直径

接近1μm 、面密度为140～180g/m 2

的熔喷非织造布来分离,面密

度的增加使过滤性能更好。为了实现F9过滤等级的性能需求,与其他应用相比熔喷法非织造布生产线的产能会减少50%以上,这会导致该种熔喷法非织造布成本的提高。捕集效果直接与过滤材料中纤维的线密度及材料的面密度相关,因而需要开发出一种更有效的既能够捕集较小微粒又能够提高捕集性能的材料。另一重要特性是大容积性,这样有利于存储空间,从而

在使用期限内更加有效。其他重要的标准则与纤维直径及面密度相关。

对于擦拭布的存储空间也有相似的要求,它主要是吸收液体。当然对粘附性能的要求也很高,但用于过滤时对粘附性的要求就较低。因此可用捻度高的长丝来生产擦拭布,而且产能相当高。

然而,熔喷法非织造布最大的消费是用于卫生领域。为了这一目的,理想地将纤网强度及俘获性能相结合的方式仍然是采用纺粘/熔喷/纺粘的结合方式,通常称为S MS 。具有S MS 结构且面密度低

于10g/m 2

的非织造布最为普遍,能满足大多数需求。

2　工艺的基本步骤及缺

点

虽然该工艺是由美国海军在

20世纪70年代初开发的,但是这

项原始专利应用的基本特点仍然反映了当前的水平。聚合物熔融体从一排呈毛细管状的直径约0.2～0.4mm 的喷嘴中挤出,喷嘴间距不到1mm 。气隙位于这排毛细管状物的两边,可通入250～300℃的压缩气体,其顶端指向聚合物挤出时易粘于喷丝板的交界处。这股气流的速度接近声速,它将热的长丝牵伸,最终的直径达1～10

μm 。当这股热气流向下流到成形帘网处时就会与周围的空气相混合,使得长丝冷却最后固化。当各自到达传送带或纺粘层时,纤维仍保留有足够的热量,可将纤维交界处的长丝熔化,最终无需任何进一步处理便可形成牢固的纤网(图2)。与先期广泛采用的纺粘法不同的是无需轧光机。

聚丙烯纤维仍然是最主要的原料,占市场份额的90%之多。

图4　宽度为2600mm的E MBLO生产线

对于这种工艺重要的是使用的原

料应具有较低的粘度或较高的

MF I(熔体流动指数)值。低粘度

使生产较细长丝时气流量消耗减

少。目前标准的原料是聚丙烯纤

维,MF I800,但MF I1200甚至MF I

2000也可从某些供应商处获得。

MF I值的改变主要取决于聚丙烯

聚合物的改变,但也可以通过机器

设备的参数设置而变化,甚至可能

需要一个新的挤出螺杆。当生产

的聚合物性能不同时会改变织物

的参数,这会带来新的性能及应

用。

由于长丝的断头使得喷丝孔

的工作寿命有限,这会在熔喷非织

造布中形成闪光条痕、硬块及横

条。这些是由原料中带有微粒造

成的,在工艺中不断地形成固定的

闪光条痕,但主要是由于间断式生

产和模头顶端降解的熔融体污染

造成的。因此有必要对喷嘴进行

清洁,需要在生产中停车时更换新

的喷嘴,这会造成损失,使得生产

成本增加。清洁工序除更换喷嘴

外还包括过滤器及相关的垫圈的

更换。

加固的累积程度可主要由模头件与凝聚带或滚筒的距离来控制,通常称为DCD。其间距越大,冷却效果越好。另一方面,随着冷却距离的增加,长丝潜在的加捻趋势也

在增加,导致纤网成形时散乱。反之,如果冷却距离太短,那么残留在长丝中热量会非常高,使得长丝像薄膜一样熔化或熔融在一起。如果这样的话,就必须降低其熔融能力或者将周围的空气冷却下来,通过限制热空气流或简单的用水撒在喷嘴上来进行骤冷。

3　解决方案

基于40多年的合成纤维加工经验,立达公司的E MBLO设计优化得更易于操作和维修。其特点包括纺丝头组合件的顶端装载以及聚合物的链段分布。顶端装载纺丝头组合件(图3)使得必须经常更换的喷丝板更换起来既快捷又安全,不会因熔滴危及操作人员。脏的纺丝头组合件在室内就可用起重机转移然后进行清洁,而新的纺丝头组合件可从预热的烤箱处取出安装上去。由于对包含熔体分配器的纺丝头组合件进行清洁以及清洁后的再调整,残余物造成的危险将减少。停车时间也减少到不足1h,与熔喷法现有其他设备相比快很多,这些设备的纺丝头组合件都是从底部移出。

纺丝头组合件内聚合物的链段分布使得改变聚合物时更加容易,无需适应侧面的温度,这对于较宽的聚合物选择范围来说是有必要的。在纤网整体宽度上安装质量均衡分布装置是很重要的。在生产较窄的纤网产品时,将这一特点与纺丝头组合件的顶端装载相结合是利用纺丝头组合件生产较窄产品的基础,这会降低废料成本。这种纺丝头组合件不会形成严重的易于在成品中产生闪光条痕或其他缺陷的熔融体停滞问题。同时,生产过程中空气流的实际宽度较小,这有利于减少压缩气流的消耗。

空气流的分布是由许多分配步骤组成的,这样能够确保在整体宽度上的均匀分布。开始时从两侧有足够尺寸的分布管道中吹出空气。进一步的分配是对侧面进行阻塞,且对冲模的纺丝头组合件进行优化,使得压力损失达到最小。如上所述,这样与其他设备相比使得压缩空气的能量损失减少达50%(图4)。

4　结语

总之,在蒸蒸日上的非织造材料领域里,对熔喷法体系所进行的改进极有可能生产出更具竞争力的熔喷法产品。它能开发和生产出独特的产品来满足广泛的需求。

汪玲玲　译　李毓陵　校

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