紡粘法介紹課件

紡粘法介紹2

紡粘法（Spun-bondProcess），是非織造材料生產(chǎn)的主要方法之一，又被稱為紡絲成網(wǎng)法或聚合物擠壓成網(wǎng)法。紡粘法的原理是利用化纖紡絲的方法，將高聚物紡絲、牽伸、鋪疊成網(wǎng)，最后經(jīng)針刺、水刺、熱軋或自身粘合等方法加固形成非織造材料。第一節(jié)概述3

目前紡粘法占世界非織造材料總產(chǎn)量的30%，加工能力主要集中在西歐、美國、日本和中國。1959年，美國Dupont（杜邦）公司首先成功開發(fā)聚合物粘法非織造布。美國是目前產(chǎn)銷量最大的國家，10家最大的非織造布生產(chǎn)公司中8家擁有紡粘生產(chǎn)能力，如Kimberly-Clark（金伯利克拉克）公司、Reemay（里梅）公司等。西歐，20世紀(jì)60年代末70年代初開始紡粘非織造布的生產(chǎn)，如英國的ICI公司、德國Freuden-berg（弗來登伯格）公司、瑞士Fiberweb公司。一、發(fā)展概況41973年，日本開始生產(chǎn)紡粘非織造布，如旭化成、三井石油、尤尼吉卡等。1986，我國開始引進(jìn)紡粘法生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，起步較晚，但發(fā)展迅速。20世紀(jì)90年代初，紡粘生產(chǎn)線僅3條，年產(chǎn)3000t；2001年，產(chǎn)量14.5萬噸，占世界紡粘產(chǎn)品總產(chǎn)量的10％，占全國非織造產(chǎn)量的24.6％；2002年底，生產(chǎn)線70條（目前美國50條），年產(chǎn)24萬噸，居世界第二。5

我國雖是紡粘大國，但技術(shù)水平與國外還有一定的差距，設(shè)備大多是20世紀(jì)90年代初期的國際水平。尤其是在紡絲速度、成網(wǎng)寬度、成網(wǎng)均勻度及纖維細(xì)度方面的差距還很大，有待于進(jìn)一步提高。6優(yōu)點(diǎn)：工藝流程短，產(chǎn)量高。產(chǎn)品機(jī)械性能好：強(qiáng)度大、斷裂伸長大。產(chǎn)品適應(yīng)面廣：厚度范圍8.5g/m2~2000g/m2，可用于服裝、土建材料等。缺點(diǎn)成網(wǎng)均勻度不及干法工藝。產(chǎn)品變換的靈活性較差。二、紡粘法的特點(diǎn)7第二節(jié)紡粘法的工藝原理①熔融紡②溶液紡（干法、濕法）一、紡粘法的工藝類型紡粘法按紡絲原理可分為：

目前，紡粘法以熔融紡絲為主，溶液紡（干法）較少，而溶液紡（濕法）更少。8聚合切片熔融紡絲機(jī)械拉伸正壓氣流拉伸負(fù)壓氣流拉伸機(jī)械擺絲 靜電分絲 氣流分絲鋪網(wǎng)針刺加固熱軋加固水刺加固化學(xué)加固固化烘干干燥成品卷繞聚合工序紡絲工序拉伸工序成網(wǎng)工序加固工序成卷或包裝工序二、紡粘法的工藝流程9

紡粘法的工藝流程為：聚合物切片紡絲切邊熔融擠壓切片烘燥冷卻加固牽伸分絲鋪網(wǎng)卷繞10紡粘法生產(chǎn)流程圖料斗螺桿擠出機(jī)計(jì)量泵紡絲箱冷卻風(fēng)牽伸裝置分絲至卷繞加固成網(wǎng)裝置11去除水分含水切片，尤其PET熔融時(shí)會(huì)水解，使分子量下降，影響成絲質(zhì)量。水在高溫下汽化，易造成紡絲斷頭或毛絲。提高結(jié)晶度和軟化點(diǎn)含水PET切片是無定形結(jié)構(gòu)，軟化點(diǎn)低，在螺桿的加料段易造成粘結(jié)阻料現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。無定形結(jié)構(gòu)切片在一定溫度下會(huì)結(jié)晶，軟化溫度提高。（PET由透明變成不透明）三、紡粘法的工藝過程(一)切片烘干1、烘干的目的無定形結(jié)構(gòu)PET切片烘燥后具有一定結(jié)晶度的PET切片13PET切片含水形式有兩種：吸附水：存于切片表面和細(xì)小縫隙中，多，易去除；氫鍵結(jié)合水：存于切片內(nèi)部，少，難去除。干燥溫度設(shè)定為？低，干燥慢；高，干燥快但軟化粘連。干燥過程：第一階段為預(yù)結(jié)晶階段，熱空氣溫度120~150℃；第二階段為干燥階段，熱空氣溫度160~180℃。2、烘干原理14PET切片的干燥進(jìn)程干燥時(shí)間(min)干燥階段預(yù)結(jié)晶階段1020304050607080H2O含量(%)0.300.200.100.02T=120℃T=170℃15

真空轉(zhuǎn)鼓干燥設(shè)備、回轉(zhuǎn)圓筒干燥設(shè)備、沸騰式干燥設(shè)備、聯(lián)合式干燥設(shè)備等。3、烘燥設(shè)備真空轉(zhuǎn)鼓干燥設(shè)備及時(shí)排除鼓內(nèi)空氣和水分，可防止切片熱氧化降解，干燥質(zhì)量高。切片進(jìn)出口檢修進(jìn)出口夾層內(nèi)通入蒸汽或?qū)嵊驼婵粘槲剞D(zhuǎn)接頭16真空轉(zhuǎn)鼓干燥裝置1717

主要設(shè)備為螺桿擠壓機(jī)。(二)熔融擠壓?jiǎn)温輻U擠出機(jī)181.作用輸送：螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)將固體和熔體向前推進(jìn)熔融：套筒外的加熱元件將切片熔化混合、均化：溫度、組成分布均勻19

螺桿分三段：進(jìn)料段、壓縮段（熔融段）、計(jì)量段。

切片進(jìn)入螺桿后，首先在螺桿進(jìn)料段被輸送和預(yù)熱，繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)、排氣并逐漸熔化，然后在螺桿計(jì)量段中進(jìn)一步混和塑化，并達(dá)到一定的溫度，以一定的壓力輸送至后道工序。2021

通常指螺桿的外徑，一定程度上代表螺桿擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。直徑加大，擠出機(jī)產(chǎn)量增加，但加熱和驅(qū)動(dòng)能耗均增加。(1)螺桿直徑DD2.螺桿的基本參數(shù)22(2)螺桿長徑比L/D

L/D：工作長度（不包括魚雷頭及附件）與外徑之比。

L/D↑：熔化時(shí)間增加，螺桿轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)能力可提高。

L/D過大，熱敏性聚合物會(huì)過分降解；螺桿自重增加，懸臂度大，驅(qū)動(dòng)功率大。聚丙烯紡粘法L/D≥30:1，聚酰胺和聚酯L/D≥24:1。L23

螺桿直徑一定時(shí)，螺距（S）決定螺桿的螺旋角，影響螺紋的推進(jìn)力。(3)螺距SS24對(duì)于常規(guī)三段螺桿：加料段螺槽深，H不變；壓縮段螺槽容積漸小，一般為等螺距，H漸??；計(jì)量段也稱均化段，螺槽淺，H不變。螺槽深，產(chǎn)量大；螺槽淺，產(chǎn)量小，但塑化作用好，擠出量穩(wěn)定。(4)螺槽深度HH1H225

指進(jìn)料口處最后一個(gè)螺槽容積與計(jì)量段第一個(gè)螺槽容積之比。(5)壓縮比

壓縮比與物料的物理壓縮比（松散的固態(tài)體積與熔融后的體積比）要相適應(yīng)。ε越大，聚合物受到的擠壓作用越大，通常ε在2.5-3.5。26

漏流量與間隙的三次方成正比，在保證螺桿與套筒不產(chǎn)生刮磨的條件下，應(yīng)盡可能采用較小的間隙。(6)螺桿與套筒間的間隙27

螺桿擠出機(jī)按螺桿的數(shù)量可分為單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)可節(jié)約能源并提高產(chǎn)品的質(zhì)量。28（三）紡絲

切片置于料斗，螺桿擠壓熔化后進(jìn)入紡絲泵，然后從噴絲板擠出冷卻成絲。如要生產(chǎn)有色產(chǎn)品或功能性產(chǎn)品（如抗靜電、阻燃等）可在料斗中同時(shí)添加合適的母粒。29

精確計(jì)量聚合物，連續(xù)輸送熔體，確保熔體能從噴絲頭擠出。計(jì)量泵為外齒輪嚙合齒輪泵。齒輪脫開處為進(jìn)料區(qū)，熔體在齒輪的帶動(dòng)下沿“8”字型孔的內(nèi)壁轉(zhuǎn)一周輸出，即齒輪嚙合處為出料區(qū)。重要紡絲部件（1）計(jì)量泵30

由過濾板、分配板和噴絲板等組成。除去熔體中的雜質(zhì)并把熔體均勻分散到噴絲孔的每個(gè)小孔中去形成熔體細(xì)流。過濾板：過濾雜質(zhì)，防止堵塞噴絲孔。（2）紡絲頭組件31

噴絲板：鋼板上打數(shù)個(gè)孔，是核心部件。有圓形和矩形板（整體式或組合式）兩大類，矩形板應(yīng)用較多。矩形噴絲板圓形噴絲板32紡粘法用噴絲板紡絲用噴絲板33

①

噴絲板的噴絲孔結(jié)構(gòu)噴絲孔主要由導(dǎo)孔和微孔組成。導(dǎo)孔：引導(dǎo)熔體連續(xù)平穩(wěn)地進(jìn)入微孔，避免在入口處產(chǎn)生死角和出現(xiàn)漩渦狀的熔體。微孔：孔徑根據(jù)熔體流量、粘度和絲的細(xì)度等確定。（所謂的紡絲孔直徑就是指該孔直徑）(a)圓柱形(b)圓錐形(c)雙曲線形(d)二級(jí)圓柱形(e)平底形噴絲板噴絲孔的結(jié)構(gòu)34②噴絲孔的孔數(shù)

根據(jù)聚合物種類和長絲線密度確定。驟冷困難的如PP，噴絲孔應(yīng)少些；長絲線密度大，孔少。紡粘法的平均噴絲孔數(shù)須大于1000孔/m(產(chǎn)品寬度)?？讛?shù)增加，有利于成網(wǎng)均勻和產(chǎn)量提高。35

熔體從噴絲孔擠出，經(jīng)歷入流、微孔流動(dòng)、出流、變形和穩(wěn)定的流變過程。入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)擠出脹大36

熔體從直徑較大的空間擠入較小的孔隙，流動(dòng)速度急劇增大，動(dòng)能增加，并貯存一定的彈性變形能，稱為“入口效應(yīng)”。存儲(chǔ)的形變超過一定限度時(shí)，將影響熔體的穩(wěn)定流動(dòng)。入口導(dǎo)角越小，熔體的流動(dòng)越穩(wěn)定。1.入流

37靠近孔壁流速小，孔中心速度大，存在徑向速度梯度。徑向速度梯度使高彈形變?cè)黾?，孔徑小速度梯度大?.微孔流動(dòng)

微孔大一些紡絲比較穩(wěn)定。紡PP時(shí)微孔直徑一般0.3~0.5mm，紡PET時(shí)一般0.3mm以下。

熔體流動(dòng)特點(diǎn)：38

熔體從微孔擠出后產(chǎn)生“膨化脹大”現(xiàn)象，其原因是高彈形變的迅速恢復(fù)。膨脹嚴(yán)重時(shí)熔體破裂。

增大微孔的長徑比（L/d在1.5～10）、升高紡絲溫度，可減小膨化現(xiàn)象。3.出流入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)

擠出脹大39

熔體膨化脹大的程度可用膨化比B來表示：

式中：d2－熔體細(xì)流膨化區(qū)最大直徑

d1－噴絲孔直徑入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)擠出膨化脹大d2d140

變形區(qū)也稱冷卻區(qū)。熔體離開出口區(qū)時(shí)，具有流動(dòng)性，受拉變形；空氣冷卻作用，熔體粘度增加，細(xì)流逐漸固化成纖。冷卻條件對(duì)纖維的細(xì)度、伸長及均勻性有決定性的影響。冷卻裝置有側(cè)向吹風(fēng)和環(huán)吹風(fēng)，氣流層應(yīng)為層流不能呈湍流(紊流)。4.變形與穩(wěn)定入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)

擠出脹大d2d1變形與穩(wěn)定41(四)拉伸1、目的使大分子沿纖維軸向排列，即提高取向度，從而提高纖維的拉伸性能、耐磨性。達(dá)到所需的細(xì)度。42拉伸工藝指標(biāo)性能初生絲拉伸絲高速紡絲非織造Recofil氣流拉伸絲雙折射率△n×10-35~1230~3520~2517~19強(qiáng)度(cN/dtex)0.89~1.344.0~4.91.6~2.671.07~1.87斷裂伸長(%)>20020~60110~200>120不同拉伸工藝制取的聚丙烯纖維43

主要有：（1）機(jī)械牽伸－－由拉伸輥的速度差進(jìn)行拉伸。合成纖維生產(chǎn)中常使用。易于對(duì)纖維控制，拉伸程度也易于保證，但需防止絲條粘連。（2）氣流牽伸－－利用高速氣流對(duì)絲條的摩擦進(jìn)行牽伸。影響因素多，對(duì)拉伸效果的控制復(fù)雜、困難。紡粘法生產(chǎn)中多采用這種方法。2、牽伸裝置機(jī)械牽伸44典型的紡絲成網(wǎng)和拉伸系統(tǒng)(a)機(jī)械拉伸紡絲成網(wǎng) (c)圓形噴絲板狹縫拉伸紡絲成網(wǎng)(b)噴嘴式拉伸紡絲成網(wǎng) (d)矩形噴絲板狹縫拉伸紡絲成網(wǎng)

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紡粘法多數(shù)采用氣流拉伸或氣流拉伸與機(jī)械拉伸相結(jié)合。氣流牽伸分正壓牽伸和負(fù)壓牽伸。正壓牽伸：氣流從上方噴吹形成拉伸氣流，形式上有噴嘴牽伸和窄縫牽伸，氣流速度達(dá)3000~4000m/min或更高。負(fù)壓牽伸：風(fēng)機(jī)在拉伸管道下方抽吸形成拉伸氣流。

46窄縫式氣流牽伸裝置噴絲板冷卻空氣牽伸空氣典型的正壓拉伸工藝47窄縫式氣流牽伸裝置噴絲板冷卻空氣牽伸空氣噴嘴式氣流牽伸裝置典型的正壓拉伸工藝?yán)炜諝忾L絲噴嘴空壓腔整流板環(huán)形狹縫拉伸管48典型的抽吸式負(fù)壓拉伸工藝491.氣流分絲法：(五)分絲

牽伸后的絲運(yùn)動(dòng)速度達(dá)千米級(jí)，短時(shí)間內(nèi)鋪置成網(wǎng)，為防止成網(wǎng)時(shí)纖維間互相粘連或纏結(jié)，絲束需分散開（改變絲的平行狀態(tài)）。目前，常用形式有：利用空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，氣流在一定形狀的管道中擴(kuò)散，形成紊流達(dá)到分絲目的。502.靜電分絲法：牽伸時(shí)絲束經(jīng)過高壓靜電場(chǎng)或摩擦帶電，絲因帶同種電荷相互排斥，達(dá)到分絲的目的。高壓靜電分絲511-噴絲板2-長絲3-壓縮空氣4-氣流拉伸5-偏轉(zhuǎn)板6-成網(wǎng)簾7-吸風(fēng)

絲束牽伸后與擋板、擺絲輥、振動(dòng)板等撞擊，變成無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，達(dá)到分絲目的。3.機(jī)械分絲法：52

(六)鋪網(wǎng)1、目的將拉伸后的長絲均勻鋪放到成網(wǎng)簾上。2、長絲的控制方式（1）氣流控制借助拉伸氣流在拉伸通道出口處形成的紊流，使長絲像面紗一樣落到凝網(wǎng)簾上。Reicofil（萊科菲爾）利用交替噴射的側(cè)吹氣流使絲條往復(fù)擺動(dòng)鋪網(wǎng)。（杜邦公司的狹縫式紡粘設(shè)備）

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德國Reicofil（萊科菲爾）設(shè)備l-熔體2-噴絲板3-長絲4-風(fēng)管5-冷風(fēng)6-導(dǎo)流板7-室