熔喷非织造布的发展现状

熔喷非织造技术发展现状董家斌陈廷（苏州大学纺织与服装工程学院2010级纺织工程苏州215021）摘要：简要介绍了熔喷非织造技术的生产工艺过程和原理，分别从熔喷非织造生产技术、熔喷新材料及熔喷非织造产品应用等方面分析了近年来熔喷非织造技术的发展状况。

关键词：熔喷，非织造布，新技术，新材料熔喷非织造工艺是聚合物挤压成网法的一种，起源于20世纪50年代初。

20世纪50年代初，美国海军实验室为收集核试验产生的放射性微粒，开始研制具有超细过滤效果的过滤材料，1954年发表研究成果[1]。

20世纪60年代中期，美国埃克森(Exxon)公司进一步对这一工艺进行研究，与精确(Accurate)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3M公司，美国Hills公司，德国Freudenberg公司等)也成功开发出了自己的熔喷非织造技术。

从20世纪80年代开始，熔喷非织造材料在全球增长迅速，保持了10%-12%的年增长率[2]。

熔喷非织造材料在过滤、阻菌、吸附、保暖、防水、医疗卫生等方面性能优异，受到国内外企业的广泛关注。

近年来熔喷非织造新材料、新工艺、新产品不断涌现，应用领域在不断拓展。

1 熔喷非织造工艺原理熔喷非织造工艺是依靠高速、高温气流喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而制备超细纤维的一种方法。

如图1所示聚合物切片通过挤压机加热加压成为熔融状态后,经熔体分配流道到达喷头前端的喷丝孔,挤压后再经两股收敛的高速、高温气流拉伸使之超细化。

超细化的纤维冷却固化沉积于集网帘装置上，依靠自身粘合或其他加工方法形成细度极细的熔喷非织造材料[2]。

图1 熔喷非织造工艺原理2 熔喷非织造技术的新进展随着工业的飞速发展以及世界各国对于环境保护意识的加强，熔喷法非织布市场越来越大，其超细纤维的特点所表现的特性，在许多工业、民用领域被人们发现并得到广泛应用。

近几年，熔喷非织造技术发展迅速，各种可用于熔喷的原材料不断涌现，这些都促进了熔喷非织造行业的发展。

2.1亚微米纤维熔喷技术Nanoval分裂纺是德国Nanoval公司开发的一项纺制超细和纳米纤维的新技术。

该技术是基于一种不同的细旦长丝生产机理：一根单丝分裂成若干根细丝(一般是50根左右，但可多到几百根)。

如图 2所示：聚合物流体在气体层流产生的剪切力作用下不断加速，通过一个先收缩后扩张的喷嘴，即拉伐尔(Laval)喷嘴。

根据气体动力学原理，气体在加速的过程中压力不断减小，而聚合物内部的压力不断增加(该现象与多数技术的流体现象相反，而与油封轴承内的现象一致)，当两者的压力差达到一个临界值时聚合物流体将发生分裂，由一根分裂成多根纳米级连续长丝。

据了解，在一般纤维平均直径范内，Nanoval工艺的产量可与熔喷相竞争，而能耗占有优势；在超细和纳米纤维生产中能耗可以降低一个数量级[3-4]。

图 2 图 3 2011年东华大学研发了一种制备亚微米纤维的熔喷模头装置，包括模头喷丝板，喷丝板上部和下部对称分布一个气流入口，所述的气流入口各连接一个矩形槽，两个矩形槽分别通过气流通道连接到喷丝孔。

如图3所示喷丝孔包括圆柱形的喷丝孔后段和与喷丝孔后段相接的截面逐渐变大的矩形截面柱体。

这种发明结构非常简单，不需添加任何额外配件，也非常适合在常规熔喷模头上改进。

当原料为聚丙烯，熔融指数为1800；熔喷非织造设备及工艺参数为：喷丝孔直径0.06 mm,熔喷熔体温度为350℃，空气压力为0.3 MPa时,经过熔喷工艺制备纤维平均直径约为500 nm，而利用这种熔喷模头形成的纤维平均直径约为430 nm,比原来减小约20%左右，具有直径更细，直径分布窄等优点[5]。

在生产超细纤维领域，双组分熔喷生产技术越来越受关注。

由于单组分熔喷生产工艺中受喷丝板加工的限制，难以通过改变纺丝孔尺寸的方法使纤维进一步细化。

双组分纤维为改变纤维细度创造了条件，通过化学或物理的方法使双组分纤维发生裂离，从而使纤维达到理想的细度。

常用的开纤方法有热处理法、机械法、化学法，然而这些方法都在不同程度上对熔喷非织造产品造成负面影响。

超声波法作为一种新的开纤方法逐渐展现其优势。

超声波作为一种纵向波,其作用于纤维的界面处引起共振,使纹隙进一步扩大,随着作用时间的增加,导致纤维的最终裂离，尤其再结合适当的开纤试剂,这种效果就更加明显，并且经超声波处理后的试样更加紧密,空隙率降低,更能发挥熔喷非织造布的高效过滤性能[6-7]。

2.2 纺熔复合技术纺熔复合非织造布生产技术是将纺粘法和熔喷法非织造工艺集成而产生的一种新的复合非织造生产工艺。

纺熔工艺充分利用两种不同技术的优势，将熔喷非织造布强度低、纺粘非织造布均匀性差的缺点通过复合互相弥补消除，使得纺熔产品既有纺粘层固有的高强耐磨性，又有中间熔喷层的良好过滤效率、阻隔性能、抗粒子穿透性、抗静水压、屏蔽性以及外观均匀性，大大拓展了非织造布的应用领域[8]。

为了达到高产、高效的目的，近几年多模头在线复合技术受到国内外企业广泛关注。

如SMMS、SMMMS、SSMMMMSS等,其中“S”是非织造布生产技术中纺粘法的缩写，“M”则是熔喷法的缩写。

目前最多的多箱体复合产品可达7层。

多个模头的加入在提高产量的同时，也改善了纺熔产品的质量。

德国Reifenhauser公司在Reicofil III型机的基础上研制出了Reicofil IV型纺熔设备，该设备在冷却、牵伸、铺网等工艺方面得到进一步优化，并且生产线配有在线检测、自动分切、无菌包装等配套技术，生产效率在很大程度上得到了提高。

与此同时非织造布生产企业正越来越多地将双组分纺粘技术与多头纺熔技术相结合，开发出双模头双组分纺粘生产线和双组分复合SMS生产线及其产品。

Kasen公司则将特有的双组分复合熔喷和双组分复合纺粘结合，形成了皮芯型双组分复合SMS生产线，成为多头纺熔技术中的一大亮点[9-10]。

3熔喷聚合物原料的开发熔喷非织造技术的发展和产品应用领域的拓展促进了高性能聚合物的使用，以满足产业用纺织品的特别需求，如耐高温、耐化学性、良好的强度和弹性、医疗用产品舒适性、与食品接触的安全性等要求。

众多熔喷非织造设备生产商提供的生产设备除使用传统聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对二甲苯酸丙二醇酯(PTT)外，一些高性能的成纤高聚物在纺粘、熔喷非织造产品中也得以使用。

3.1高性能熔喷材料熔喷工艺的复杂性决定了影响熔喷非织造材料物理机械性能的因素较多。

聚合物原材料性能以及熔喷工艺条件直接影响产品的性能，因此在不断改善熔喷工艺的同时，一些公司长期致力于开发新型高性能聚合物材料以适应于更多领域的应用。

日本Toyobo(东洋纺)公司利用其专利技术开发了一种名为“Tsunooga”的高强熔喷聚乙烯纤维。

根据测试，Tsunooga纤维质轻，其抗切割能力优于对位芳纶，因此有望用于各种工业领域。

此外，它还具有耐光、耐水和很好的化学稳定性，同时也适于各种颜色的纺前染色。

美国Celanese AG公司推出了一种可用于熔喷非织造布的聚苯硫醚树脂—Fortron PPS 0203HS。

据称，这种原料在标准的通常使用PP原料的熔喷设备上就能加工成非织造布，但其熔体的熔融温度需300℃-320℃，纺丝时温度需要提高。

据Celanese公司介绍，这种PPS熔喷纤维的细度大都在2-4 μm，从细到粗分布较宽。

由于PPS具有耐高温的特点，可适应在恶劣环境中作过滤材料，因此很有发展前景，可用于水泥厂、钢铁厂等的烟气过滤[11]。

3.2 弹性体熔喷材料据Freedonia集团研究报告称，全球热塑性弹性体(TPE)需求预计将以6.3％的年均增速继续增长，到2015年将增至560万吨[12]。

熔喷弹性非织造布的生产主要以热塑性弹性体为原料,理论上几乎所有的热塑性弹性体都可以应用于熔喷非织造工艺,目前熔喷弹性非织造布的聚合物切片主要有聚氨酯、聚酯类、聚酰胺类、A-B-A型嵌段共聚物(B为弹性段)、乙烯和α-烯烃共聚物、聚醚酯类等,并以聚氨酯弹性体为最佳[13]。

日本Idemitsu Kosan公司采用自有的单活性中心催化剂开发了一种由丙烯和丁烯合成的新型软质聚烯烃，称为LMPO，其抗张模量 60 MPa，断裂伸长达到600%-900%，据称，由LMPO制成的非织造布无需其他支撑就具有极好的弹性。

此外，该材料还具有热稳定性高、熔融粘度低、无味、不粘连、无色透明、与PP相容等特性，且适用于某些溶剂。

另外还可根据需要来控制其分子量和熔融粘度。

LMPO适用于纺粘和熔喷工艺，该弹性材料在德国Saxon纺织研究所R eicofil IV双组分试验设备上，顺利纺出弹性熔喷非织造布产品，以LMPO为原料的纺粘或熔喷非织造布主要用于尿片的主体部分(正面和侧翼)，同时有望打入医疗和运动产品领域。

此外LMPO也可作为聚苯聚合物或添加剂用于热溶胶、粘结剂、薄膜或其它纤维[11]。

3.3 改性熔喷材料传统的熔喷材料往往存在一些缺点，如聚丙烯熔喷非织造布虽具有纤维孔径小、过滤效率高等优异的性能特点，但是由于聚丙烯吸水性差使其非织造布的使用性能受到限制，因此对聚合物进行改性处理变得十分重要。

目前，国内的亲水改性剂种类虽多，但是可用于熔喷加工的熔融添加剂还比较少，并且性能不稳定，制成的熔喷非织造布所具有的亲水效果短暂。

CHA(Commercial Hydrophilic Additive)是一种能够赋予聚丙烯熔喷非织造布亲水性能的熔融添加剂。

与局部处理的方式相比，熔融添加剂能够提供长效的亲水效果，并且经CHA改性后的聚丙烯熔喷非织造布还具有良好的柔软性能和抗静电效果[14]。

东华大学非织造发展中心于2010年研发了一种新型的具有抗菌功能的水过滤熔喷滤芯。

聚丙烯和2, 4-二氨基-6-二烯丙基氨基-1, 3, 5-三嗪(NDAM)抗菌单体在引发剂的作用下接枝共聚制成树脂切片(简称PP-g-NDAM)，通过改进熔喷工艺参数,提高聚丙烯与NDAM接枝率等可进一步提高熔喷过滤材料的抗菌性能,从而制成具有高滤率高杀菌率的饮用水滤芯[15]。

3.4可生物降解熔喷材料生物降解是指在具有微生物的污泥菌种的河流等自然环境下，聚合物可以被分解为CO2和H2O,对环境没有二次污染。

随着世界各国对于环保意识的增强，一些可生物降解的聚合物材料更加受到开发商的青睐。

2009 年美国Nature Works 在国际非织造布技术会议(INTC)上推出两种PLA 树酯，Ingeo TM 6252D和6201D，是熔喷成形专用树酯。

2010年初在美国Biax 公司的熔喷设备上完成了成网实验。