熔喷法

U形发热元件
折流板
测温点
接线端
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6.接收装置 熔喷工艺接收装置的类型主要有： 滚筒式 平网式 立体成型(芯轴) ：生产滤芯用装置
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美国J & M公司熔喷设备
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滤芯
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。
歧管
α
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（2）模头系统（模头－die） 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 头的加工精度要求高，故模头制造成本昂贵。 喷丝孔常呈单排排列，长径比大于10。
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Exxon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 成一排喷丝孔。
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（1）聚合物熔体分配系统 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 整个宽度上具有较均匀的性质。 目前熔喷工艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系 统（T型分配系统不能均匀分配流体）。
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衣架型熔体分配系统示意图
歧管
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研究表明，歧管倾斜角度对分配系统出口处的流率 分布情况有显著影响。α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。 另外熔体本身的性质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 料具有相应的性能，故熔喷必需开发专用原料。
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焙烧除去残留聚合物及杂质
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SCTR清洁炉
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第三节
熔喷用原料
理论上讲，凡是热塑性（高温熔融，低温固化）
聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙烯是熔喷工
艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工艺常
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、PBT、EMA、EVA等。
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熔喷
聚合物的种类决定了其熔点及流变性能。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、 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。
烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异 原料品种 模头温度 热空气温度 干燥工艺
烯烃类
酯类
较高
较低
较高
较低
一般不需要
需要
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烯烃类聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度较高，因此加 热温度高于其熔点100℃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 干燥。而聚酯必须进行切片干燥。
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第二节
熔喷工艺原理与设备
一、熔喷的工艺原理 熔喷非织造工艺是利用高速热空气对模头喷丝孔挤 出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并凝 聚在凝网帘或滚筒上，并依靠自身粘合而成为非织造布。
冷却气流 热空气
聚合物熔体
热空气
冷却气流 接收装置
熔喷工艺原理示意图
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熔喷纤维和纺粘纤维比较： 纤维长度： 纺粘为长丝，熔喷为短纤维。 纤维强力： 纺粘纤维强力>熔喷纤维强力。 纤维细度： 熔喷纤维比纺粘纤维细。
气流压力(MPa)
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2、熔喷温度（熔体温度） 指熔喷模头的温度。温度越高，熔体粘度越低，纤 维越细。 但熔体粘度过小会造成熔体细丝的过度牵伸，形成 的超短超细的纤维会飞散到空中而无法收集，因此熔 喷工艺中聚合物熔体粘度并不是越小越好。
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3、接收距离（DCD-Distance of Collector to Die） 纤网强力除取决于纤维本身的强力外还取决于纤维 之间的热粘合程度。热粘合程度受接收距离(DCD)的影 响尤为显著。
冷却气流 热空气
聚合物熔体
热空气
冷却气流 接收装置
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DCD↓，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（纤维多呈团聚状）。产品强 力提高。 DCD↑，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。
冷却气流 热空气
聚合Байду номын сангаас熔体
热空气
冷却气流 接收装置
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团聚状排列的熔喷纤维
该种结构可得到较大的喷丝孔长径比，模头清洁 较方便，但加工精度和装配精度要求高，目前应用 较少。
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Kasen公司熔喷模头
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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，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。
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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 强力、透气性、纤维直径等，因熔喷工艺复杂故影响 因素较多。 影响产品 性能因素 聚合物原料 工艺参数
在线参数
离线参数
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在线参数：在熔喷生产过程中可按需要调节的参数， 如熔体挤出量、熔体温度、拉伸热空气的温度和初始 速度、接收距离等。
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我国，熔喷非织造布研究大约在50年代末、60年代 初，所研究的设备是间歇式的。到 60 年代末、 70 年代 初中国间歇式熔喷设备的台数已达到 200 台以上。大约 在 92-94 年间从美国、德国引进连续式生产线。到目前 为止，估计全国仍有 300 台以上的间歇式熔喷设备在运 转。2006 年全国熔喷非织造布的产量已超过 2万 吨，其 中 70% 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 织造布生产，主要指发展连续式熔喷设备。 从20世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速， 保持了10％～12％的年增长率。
因此生产上常采用60 °的夹角。
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（三）在线参数 1、热空气的速度（压力） 直接影响熔喷纤维细度。生产中用气流的压力来表
示气流的速度，压力大则速度大。
热空气速度↑：
纤维直径↓； 单纤维相对强力↑
；
纤网中纤维间的粘合效果↑，非织造布强度↑。
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气流速度对纤维细度的影响
纤 维 直 径 (μ m)
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熔喷非织造纤网的扫描电镜
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熔喷纤维的结晶度和取向度比纺粘法的小。因此 熔喷纤维的强度较差，故纤网的强力也较差。几种PP 纤维的强度如下表： PP短纤维 纺粘PP纤维 熔喷PP纤维 纤维单强 3.9~6.4 （cN/dtex） 2.9~4.9 1.5~2.0
因熔喷成形的纤维强度较差，熔喷法非织造布实 际应用时，主要是应用其超细纤维的特点。
离线参数：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。
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（一）聚合物 聚合物分子量越低，熔融流动指数(MFI)越高，熔 体粘度越低，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 的强力也低。
熔融指数(MFI)与熔喷非织造布拉伸强力和顶破强力的关系
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（2）连续式接收装置 接收芯轴呈悬臂梁形式，内有输出管状滤芯的传动轴， 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。 生产有密度梯度的滤芯时，应配多个不同接收距离的 模头。 熔喷模头1 熔喷模头2 管状滤芯
接收芯轴
螺纹头传动轴
管状滤芯输出螺纹头
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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。熔 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。 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 烧的方法来除去残留聚合物及杂质。
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熔喷装置按放置方式分有水平式和垂直式。
冷却气流 热空气
聚合物熔体
热空气
冷却气流 接收装置
水平式
垂直式
7
熔喷过程
纺粘法
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二、工艺流程与设备 （一）熔喷的工艺流程 聚合物准备→熔融挤压→计量泵→熔喷模头组合件→ 熔体细流拉伸→冷却→接收装置 （二）熔喷设备 主要设备：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、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 设备主要有模头清洁炉、静电施加装置和喷雾装置等。
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熔融指数(MFI)与熔喷非织造布断裂伸长的关系
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实际生产中，应选用MFI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。
MFI大：产量高、能耗低。因此当前趋势是采用较高 的MFI原料。
最早应用的聚丙烯，其分子量高，MFI较低 （12g/10min）。 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（进口）。
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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。
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2.螺杆挤出机 参见第六章相关内容。 3.计量泵 参见第六章相关内容。 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，其中最重 要的部分包括： (1)聚合物熔体分配系统 (2)模头系统
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4、熔体挤出量 单位：g/hole/min 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 度减小。
挤出量增加
气流作用力削 弱，纤维直径增加
纤维相对强度下降 纤网相对强力下降
纤维根数减少 粘合部位减小，纤 网相对强力下降
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挤出量与纤维直径的关系
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立体成型(芯轴)： 采用立体接收装置，分间歇式接收和连续式接收。 (1) 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； 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。 每根滤芯制成后需更换芯轴，因此生产效率较低。
熔喷模头
活顶 针
管状滤芯
往复移动 接收芯轴
第八章 熔喷法 （Melt Blowing）
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第一节 概述 第二节 熔喷的工艺原理与设备 第三节 熔喷用原料 第四节 熔喷产品性能和应用 第五节 熔喷的技术进展
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第一节
概 述
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。 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。 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，德国Freudenberg公司等）也成功开发 出了自己的熔喷非织造技术。
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气流
气流
流 场 计 算 结 果 的 速 度 矢 量 图
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气流喷射角度为60°
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 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；
夹角越大，气流在喷丝孔轴线方向的分量越大。
但是，80°夹角和60°夹角流场产生的效果相差不 大，同时，80°夹角在机械结构上较难实现。
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（二）离线参数
1、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 为困难。 2、热空气喷射角度 气流与模头底面的夹角θ 。
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气流喷射角度的大小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 中喷射出来，两股气流发生碰撞，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 行数值求解，最后用实验结果进行验证。
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第四节
熔喷产品性能和应用
本节主要内容： 一、熔喷非织造布的结构与性能 二、影响熔喷产品性能的因素 三、熔喷产品的应用
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一、熔喷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10μm，大多数纤维细度在1～4μm。 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、 冷却空气的速度和温度等的影响），使熔喷纤维细度 大小不一。 纺粘法非织造布纤网中纤维直径的均匀度明显好于 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。
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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， 一般认为聚合物原料分子量低、分子量分布窄有利于熔 喷纤网的均匀性。聚合物分子量越低，熔融流动指数
(MFI,melt flow index,指在一定的压力及温度下,10分
钟所流出的融体的重量克数)越高，熔体粘度越低，越 能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。