熔喷非织造布技术发展及应用

熔喷非织造布技术发展及应用

摘要:介绍了熔喷非织造布技术的生产工艺过程及原理,分

析了国内外熔喷技术的发展现状和发展趋势,探讨了熔喷产品的应用

前景,并就其今后的发展提出了几点建议。

关键词:熔喷;非织造布;工艺原理;发展;应用

熔喷法是20世纪50年代发展起来,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。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形成细度极细的熔喷非

织造布

1 熔喷非织造布生产工艺原理

典型或传统的熔喷非织造布工艺过程为:聚合物喂入→熔融挤

出→过滤→计量→喷丝→成网→卷取→后加工→成品。生产工艺流程及原理[2]见图1、图2。

聚合物(PP切片)或其它原料由输送装置送入计量混合装置,经过计量、混合后,进入螺杆挤压机加热熔融成为熔体。再经过过滤除

去杂质,进入纺丝泵(计量泵)计量加压后,即成为压力稳定、流量稳定、分布均匀的熔体,这些高温熔体进入纺丝箱后,由其内部的熔体通道

均匀分配至纺丝组件(熔喷头)。

另一方面,由空气压缩机或风机产生的压力气体进入空气加热器后,便成为高温的牵伸气流,由管道送入纺丝箱内的牵伸气流通道,然后由布置在喷丝板组件两侧的通道对着从熔喷头喷出的熔体喷射,熔体在这种高温、高速气流的作用下被牵伸成细度仅为1~5μm(实际上纤维的细度呈现对数正态分布,其范围一般在0. 3~7μm之间)的细丝。

与此同时,这些超细尺寸的纤维被牵伸气流拉断为长度约40~75mm的短纤维。

牵伸气流挟持着这些被牵伸的短纤维落在成网机之前,虽然已被周围的环境空气(或人为的冷却气流)冷却降温,但仍然能依靠牵伸气流的热量及本身的余热在成网装置上互相粘合缠结,形成一张连续纤网。为了防止牵伸气流将纤网吹散,在网下设置了吸风系统,可以将牵伸气流及周围环境一定范围内的气流抽走,使纤网贴在成网帘上定型、传输。

从成网机过来的纤网可用卷绕机卷绕、分切,成为熔喷布产品。

2 国内外熔喷技术发展现状及趋势

2.1 国外熔喷技术发展现状

1954年美国海军研究所在研究气流喷射法纺丝时,纺得了极细的纤维,其直径在5μm以下,并制得由这种超细纤维组成的非织造布,随后出现了一些相关的专利。20世纪70年代后期,美国ExxonMobil 公司将此技术转为民用,使得熔喷法非织造技术得到迅速的发展。Biax Fi-berfilm、ExxonMobil、ACCURATE Products、Reif-enhauser、Kimberly-Clark和Nordson等公司都为熔喷技术的发展作出了突出的贡献。

目前, ExxonMobil公司和Biax公司设计的熔喷模头结构代表了世界上两种典型的技术类型。ExxonMobil公司的组合式熔喷模头由带有一排喷丝孔、坡口角度呈30~90°的鼻形模头尖和两个气闸组成,两个气闸分布模头尖的两边;Biax公司的组合式熔喷模头则是

由多排纺丝喷嘴和同心气孔组成,据称这一特点可以提供较高的生产能力和较好的产品质量[3]。最近几年,由于相继出现新的复合、层压、涂层、驻极化和化学处理等深加工方法,使熔喷法非织造布的品种和应用有了很大的发展。

2.2 国内熔喷技术发展现状

我国对熔喷技术的研究始于20世纪50年代末。20世纪80年代,中国纺织大学研制出了间歇式熔喷法非织造布生产线。20世纪90年代初,北京化工研究院、中国纺织大学、北京超纶公司等单位设计出的熔喷设备,在国内投产了近百台。随后,安徽奥宏、江阴金凤、天津泰达、山东俊富等公司陆续投产了5条引进的连续式熔喷生产线,使我国熔喷法非织造布生产技术上了一个新的台阶。

我国熔喷非织造布有连续式和间歇式两种。2006年连续式熔喷非织造布产品的生产企业在我国共有20家30条生产线,比2005年多了4个企业和6条生产线。间歇式熔喷设备也有一定的发展。2006年熔喷非织造布总的生产能力为3. 31万t/a,产量为2. 16万,t 与2005年的1. 9万t相比增长了13. 2%,在非织造布中所占比重为1. 5%。

2006年新增连续生产线的来源,一是采用进口的熔喷模头,其它部分由企业自己加以配套组装成线,例如天津泰达的第三条生产线、大连瑞光、山东俊富都是这种做法,他们都是采用从日本卡逊(Kazen)公司进口模头自己配套成线。另外, 2006年连续式熔喷法非织造布生产线的国产制造水平有很大提高,由北京宏大贝斯特制造的2. 4m

单模头和1. 6m幅宽双模头的两条熔喷生产线已在浙江桐乡健民滤材公司顺利开车,制成的产品90%出口,取得了很好的经济效益。

上海嘉荣、江苏腾达、杭州中南是一个企业联合体。2006年该联合体生产各种熔喷产品共达到3 800多,t居国内第一。他们共拥有130~140台间歇式熔喷设备。其中把一部分设备分成多组,每组加装连续往复成卷机构,使产品能适应多样化的要求,并可以提高劳动生产率。这个机构具有自主知识产权,已获得专利。这个企业的主要产品为蓄电池隔板和过滤芯、吸油毡等。

间歇式熔喷设备除了嘉荣、腾达、中南以外,估计全国还有100~200台散布在江苏、浙江、山东、河北、广东等地,因较为分散,无法加以详细统计[4]。

2.3 熔喷技术发展趋势

随着各种非织造布加工技术的成熟,各工艺之间相互渗透,向混杂化、复合化方向发展是当前非织造布发展的趋势,尤其是各工艺之间的复合越来越受到大家的重视。进入21世纪以来,国际上熔喷非织造布技术有着突飞猛进的发展,主要包括以下几个方面。

2. 3. 1 发展双组份熔喷技术

美国Hills公司和Nordson公司较早就开发成功制取皮芯型、并列型、三角形等多种双组份非织造布的熔喷技术,通常纤维纤度接近2μm,熔喷喷丝组件的孔数可以达到100孔/2. 54cm,每孔的挤出量可达到0. 5g/min。熔喷双组份纤维非织造布和一般熔喷纤维制品相比能进一步改进过滤介质的过滤性,并使过滤介质具有抗静电性、