熔噴技術(shù)(多原料多組分)

熔噴技術(shù)（多原料多組分）熔噴技術(shù)源于20世紀(jì)50年代，是冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)海軍為了收集高層大氣中的放射性微粒而研發(fā)的一種制造具有超細(xì)過(guò)濾效果材料的空氣過(guò)濾技術(shù)。我國(guó)SMS技術(shù)起步較晚，比國(guó)際上紡粘法技術(shù)形成工業(yè)化晚30年以上。我國(guó)非織造布雖然從產(chǎn)能及產(chǎn)量上都已成為全球的大國(guó)，但在技術(shù)與裝備方面與國(guó)際領(lǐng)先水平仍有很大的差距，技術(shù)創(chuàng)新能力不足，產(chǎn)品檔次較低，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不夠，在很多方面均有待進(jìn)一步提高。近幾年來(lái)，雙組分紡粘不織布也有了較大的發(fā)展，而美國(guó)Hills公司先進(jìn)的雙組分技術(shù)正主宰著北美和歐洲的雙組分纖維和雙組分紡粘不織布的技術(shù)和設(shè)備。Hills公司的多組分或者是雙組分技術(shù)是基于在紡絲頭組合件中使用薄的分配板，這些分配板可將每一種聚合物分配到多組分束流中，然后輸送到每一個(gè)紡絲孔中去。這一獨(dú)特和多能的技術(shù)可使所有類(lèi)型的可熔紡的雙組分纖維都可以在同一紡絲頭組件中紡制。Hills公司在雙組分纖維紡制方面的成功關(guān)鍵在于紡絲頭的設(shè)計(jì)，紡絲頭組件不含熔體池。由于聚合物在紡絲頭組件中滯留時(shí)間很短，因此聚合物的溫度不會(huì)與紡絲頭組件的溫度達(dá)致平衡。這就使多聚合物熔體進(jìn)入紡絲頭組件時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物的溫度來(lái)調(diào)節(jié)在噴絲頭毛細(xì)管中聚合物的粘度。長(zhǎng)絲內(nèi)兩種聚合物的比例可通過(guò)變化分配板來(lái)改變。Hills公司的紡絲頭組件的設(shè)計(jì)的另一特點(diǎn)是可以高密度噴絲孔來(lái)紡制雙組分纖維。例如，皮芯型和并列型雙組分纖維可以孔間距11.5mm的噴絲板來(lái)紡制，實(shí)際上可做到與紡制均聚物纖維一樣。對(duì)分裂型和海島型纖維而言，孔間距通常在36mm。具有1000個(gè)以上島的纖維，Hills公司已在實(shí)驗(yàn)中以6mm孔間距紡制成功。以6mm孔間距紡絲板紡制的具有600個(gè)島的纖維，Hills公司已使之工業(yè)化。這種噴絲孔密度已在雙組分紡粘不織布生產(chǎn)中成為占優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。Hills公司還為雙組分紡粘技術(shù)開(kāi)發(fā)了絲束速度可達(dá)5000米分的高速氣流牽伸噴嘴。纖維大分子的高取向和高結(jié)晶度使得紡粘不織布的強(qiáng)力得以提高并具低縮率。另外，采用了高密度噴絲孔的噴絲板，即使在紡制低旦纖維時(shí)仍可保持高產(chǎn)率。已經(jīng)生產(chǎn)出了低至0.7旦的雙組分紡粘不織布纖維，可使用所有的熔紡聚合物。 目前，Reifenhauser、JMLaboratories、InventaFisher、Ason等公司經(jīng)過(guò)積極研究、實(shí)驗(yàn)，都擁有了雙組分紡絲的紡粘技術(shù)，包括皮芯型和并列型。熔噴法非織造布生產(chǎn)工藝（Melt Blown）是一種由熔體直接紡絲成網(wǎng)工藝，熔噴法非織造布是采用熔噴法工藝制造的非織造布。常將熔噴法非織造布簡(jiǎn)稱(chēng)成為熔噴布，用“M”，“MB”代表熔噴法非織造布生產(chǎn)系統(tǒng)或產(chǎn)品。用于熔噴法非織造布用的原料種類(lèi)很多，目前有90%以上的熔噴法非織造布都是使用PP（聚丙烯）原料制造的。熔噴法非織造布原料的熔體流動(dòng)指數(shù)（MFI）比紡粘法非織造布原料高很多，可達(dá)8001500。此外：PET（聚酯）、PE（聚乙烯）、PLA（聚乳酸）、聚脂基PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯類(lèi)聚合物）、彈性PU（聚氨酯）、NL6（聚酰胺6）、PEA（聚酰胺脂）、聚三氟氯乙烯、PPS（聚苯硫醚）等均可用作熔噴法非織造布的原料。 熔噴法非織造布的特點(diǎn)之一是纖維細(xì)度較小，通常小于10m，大多數(shù)纖維的細(xì)度在14m，因此被稱(chēng)之為超細(xì)纖維。熔噴工藝是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的紡絲過(guò)程，從熔噴模頭噴絲孔到接收裝置的整條紡絲線上，各種作用力不能保持動(dòng)平衡，由于這種非穩(wěn)態(tài)紡絲過(guò)程，造成了熔噴纖維粗細(xì)長(zhǎng)短的不一致。 熔噴生產(chǎn)工藝熔噴非織造工藝是采用高速熱空氣流對(duì)模頭噴絲孔擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸，由此形成超細(xì)纖維并收集在網(wǎng)簾或滾筒上，同時(shí)自身粘合而成為熔噴法非織造布。目前，熔噴法非織造布生產(chǎn)工藝主要有Exxon和Biax兩種，其中絕大部分為?？松‥xxon）工藝，其特點(diǎn)是采用單排噴絲孔，高溫的聚合物熔體從噴絲板中央的噴絲孔噴出，然后被從兩側(cè)以一定角度吹出的高溫氣流牽伸，最后在收集裝置上依靠纖維的余熱自固結(jié)成熔噴布。熔噴法生產(chǎn)線基本設(shè)備熔噴生產(chǎn)線的設(shè)備主要有：上料機(jī)，螺桿擠出機(jī)，計(jì)量泵，熔噴模頭組合件，空壓機(jī)，空氣加熱器，接收裝置，卷繞裝置。 熔噴法生產(chǎn)線的設(shè)備簡(jiǎn)單，各系統(tǒng)的功能包括：1.熔體制備系統(tǒng)，將聚合物原料加工成品質(zhì)均勻，壓力穩(wěn)定的紡絲熔體：原料輸送、計(jì)量混合、螺桿擠壓機(jī)、熔體過(guò)濾器、紡絲泵；2.牽伸氣流系統(tǒng)，產(chǎn)生高溫牽伸氣流：牽伸風(fēng)機(jī)、空氣加熱器；3.紡絲系統(tǒng)，將熔體紡制成超細(xì)纖維：紡絲箱、噴絲板組件；4.接收裝置，接收纖網(wǎng)并凝聚成布：接收裝置、成網(wǎng)風(fēng)機(jī)；5.收卷裝置，收卷熔噴布并進(jìn)行分切：卷繞機(jī) 熔噴法工藝流程熔噴法非織造布生產(chǎn)工藝具有工藝流程短（從投料到形成產(chǎn)品僅需十多分鐘時(shí)間）， 圖2 熔噴法非織造布的生產(chǎn)流程聚合物原料由輸送裝置經(jīng)過(guò)計(jì)量、混合后，進(jìn)入螺桿擠壓機(jī)加工熔融成為熔體。在濾除雜質(zhì)后，進(jìn)入紡絲泵（計(jì)量泵）。經(jīng)過(guò)計(jì)量加壓后，即成為壓力穩(wěn)定、流量穩(wěn)定、分布均勻的熔體，這些高溫熔體進(jìn)入紡絲箱后，由其內(nèi)部的熔體通道均勻分配至噴絲組件。另一方面，由牽伸風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力氣流進(jìn)入空氣加熱器后，便成為高溫的牽伸氣流，由管道送入紡絲箱內(nèi)的牽伸氣流通道，然后從噴絲板兩側(cè)的通道對(duì)著從熔噴頭噴出的熔體噴射，熔體在這種高溫、高速氣流的作用下被牽伸成微米級(jí)的超細(xì)纖維。牽伸氣流及纖維噴射到在接收裝置上后，纖維依靠余熱凝聚成熔噴布。熔噴法與紡粘法非織造布異同熔體制備流程與紡粘法工藝是完全一樣的，生產(chǎn)流程中有差異的地方是：1.除了熔體進(jìn)入紡絲箱外，熱的牽伸氣流也進(jìn)入紡絲箱內(nèi)，并一起從噴絲組件中噴出，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度較高，牽伸氣流噪音較大；2. 在收集裝置上依靠纖維的余熱自固結(jié)成熔噴布，一般不需要其他固結(jié)設(shè)備（如熱軋機(jī)等），主體設(shè)備配置較為簡(jiǎn)單。3.熔噴系統(tǒng)的收集裝置有很多種形式，而紡粘法工藝一般只能用網(wǎng)帶接收。在一些熔噴系統(tǒng)，接收裝置甚至不需成網(wǎng)風(fēng)機(jī)。4.熔噴法生產(chǎn)工藝的冷卻裝置并不是必需的，但在有冷卻裝置的情況下，產(chǎn)品的一些性能會(huì)得到改善，而紡粘法工藝必須配置冷卻裝置。5.熔噴法非織造布的纖維直徑是雜亂、不一，而呈一定規(guī)律分布的，就是同一根纖維，其各處的直徑也是不等的，但平均直徑遠(yuǎn)小于紡粘布，而且結(jié)構(gòu)較為致密。而紡粘法非織造布的纖維直徑是均勻一致的，纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)疏松。 圖3 紡粘法纖維（左）與熔噴法纖維（右）6.熔噴法非織造布的纖維直徑分布在210m,因此，所需的牽伸速度可達(dá)音速或更高（340500m/s），而紡粘法工藝的牽伸速度一般僅在40100m/s。7. 熔噴法非織造布的纖維之間是依靠余熱自粘合的。因此，熔噴布的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于紡粘布，斷裂伸長(zhǎng)也較小，不耐磨、不以獨(dú)立使用。8. 熔噴法工藝所用的噴絲板為單排孔，每一米幅寬的孔數(shù)僅有13801960個(gè)，在運(yùn)行中不能有任何噴絲孔出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，使用周期較短；而紡粘法工藝孔數(shù)為50007000個(gè)，運(yùn)行中允許堵塞一些噴絲孔。因此，在單孔流量相同的條件下，熔噴布的產(chǎn)量不到同幅寬紡粘布的1/3，目前每一米幅寬的平均產(chǎn)量?jī)H在50kg/小時(shí)左右。9. 熔噴布的質(zhì)量與噴絲板與接收裝置間的距離（接收距離DCD）的大小有關(guān)，DCD的大小決定了產(chǎn)品的特性和用途（使用領(lǐng)域），這是熔噴布生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。而紡粘工藝不一定需要調(diào)節(jié)接收距離，接收距離一般僅影響紡粘布的均勻度。10. 由于熔噴工藝采用熱氣流牽伸，產(chǎn)量較低，而原料價(jià)格也比紡粘工藝高，因此，單產(chǎn)能耗會(huì)比紡粘法多24倍，生產(chǎn)成本較高。11. 熔噴技術(shù)的應(yīng)用有兩個(gè)，一個(gè)是以獨(dú)立的熔噴生產(chǎn)線形式生產(chǎn)熔噴布；另一個(gè)是作為多紡絲系統(tǒng)復(fù)合生產(chǎn)線中的一個(gè)系統(tǒng)，組成SMS，SMMS等形式的生產(chǎn)線，生產(chǎn)復(fù)合型非織造布產(chǎn)品。圖4 SMS產(chǎn)品中的紡粘纖維（粗）與熔噴纖維（細(xì)）生產(chǎn)線設(shè)備示意圖質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1)、破洞不允許2)、翻網(wǎng)：縱向或橫向=50cm翻網(wǎng)為一個(gè)庇點(diǎn)，500米/個(gè)3)、油污不允許4)、僵塊：面