熔噴工藝參數(shù)對(duì)紡熔復(fù)合非織造材料性能的影響

熔噴工藝參數(shù)對(duì)紡熔復(fù)合非織造材料性能的影響

目前，中國(guó)是世界上非織造材料最重要的生產(chǎn)大國(guó)，但在技術(shù)水平、設(shè)備水平、創(chuàng)新能力、產(chǎn)品水平、市場(chǎng)份額和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力方面仍存在較大差距。我國(guó)存在企業(yè)規(guī)模小、生產(chǎn)集中度低、專業(yè)化生產(chǎn)程度低的問(wèn)題,造成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,出現(xiàn)了低技術(shù)含量產(chǎn)品過(guò)剩,而高新技術(shù)產(chǎn)品不能滿足行業(yè)需要的狀況。因此,學(xué)習(xí)國(guó)際上先進(jìn)的設(shè)備和工藝技術(shù),建設(shè)技術(shù)含量高、規(guī)模合理的生產(chǎn)線,使生產(chǎn)成本更為低廉,產(chǎn)品性能更為優(yōu)異,將會(huì)有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)本文分析了國(guó)內(nèi)首條SSMMS紡熔復(fù)合非織造材料生產(chǎn)線在投產(chǎn)試車過(guò)程中熔噴工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的影響,并對(duì)所選主要工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,期望對(duì)國(guó)產(chǎn)多頭紡熔復(fù)合非織造材料生產(chǎn)線的生產(chǎn)及工藝技術(shù)能有一定的借鑒作用。1熔融指數(shù)的測(cè)定影響熔噴非織造材料最終產(chǎn)品質(zhì)量和性能的工藝參數(shù)很多,如高聚物性質(zhì)和結(jié)構(gòu)、切片的熔融指數(shù)、聚合物熔體的擠出量、熱氣流速度、螺桿擠出機(jī)的溫度、纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)、噴絲板的結(jié)構(gòu)與噴絲孔的形狀、熱空氣的溫度、噴絲孔與成網(wǎng)簾的距離、加固方式等。本文只選擇螺桿擠出量、側(cè)風(fēng)溫度、網(wǎng)帶速度和接收距離四個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行分析。1.1出量大小對(duì)成網(wǎng)性差的影響在熔噴非織造材料的生產(chǎn)中,螺桿擠出量對(duì)熔噴纖維直徑影響較大。擠出量越大,纖維的直徑越大,反之則越小。在實(shí)際生產(chǎn)中,擠出量一般設(shè)定在170~190kg/h。生產(chǎn)實(shí)踐證明:擠出量大于190kg/h時(shí),纖維直徑大,布面手感較硬;擠出量小于170kg/h時(shí),熔體所受的壓力過(guò)小,無(wú)法正常擠出,產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象,成網(wǎng)性差。本文選擇擠出量為175、180和190kg/h三個(gè)值進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn),并對(duì)所得纖維直徑分布進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可以看出:當(dāng)螺桿擠出量為190kg/h時(shí),所生產(chǎn)的熔噴纖維較粗,約有72%纖維的直徑大于3.4μm,且纖維直徑不勻率較高;當(dāng)螺桿擠出量為180kg/h時(shí),纖維直徑有所減小且相對(duì)分布均勻,直徑在2.0~3.4μm之間的纖維達(dá)到80%左右,只有14%纖維的直徑大于3.4μm;當(dāng)螺桿擠出量為175kg/h時(shí),所生產(chǎn)纖維最細(xì),直徑在2.0~3.4μm的纖維比例只有37%,而61%以上纖維的直徑達(dá)到2.0μm以下。因此,擠出量調(diào)節(jié)為175kg/h時(shí),可生產(chǎn)出纖維較細(xì)的熔噴非織造材料。1.2不同側(cè)風(fēng)溫度下纖維生長(zhǎng)特性在生產(chǎn)過(guò)程中,側(cè)風(fēng)溫度是影響熔噴纖維直徑和分布狀態(tài)的重要參數(shù)。本文選取260、270和280℃三個(gè)不同側(cè)風(fēng)溫度進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。圖2為在不同側(cè)風(fēng)溫度下制得的熔噴纖維分布狀態(tài)的SEM照片(放大倍數(shù)為1000倍)。從圖2可以觀察到,不同側(cè)風(fēng)溫度下形成的纖維其直徑和分布狀態(tài)各不相同。圖2(a)的纖維較粗;圖2(b)的纖維較細(xì),且相對(duì)均勻;圖2(c)纖維直徑差別較大,纖維表現(xiàn)出較大的不勻率。圖3為不同側(cè)風(fēng)溫度下制得的熔噴纖維的直徑分布。當(dāng)側(cè)風(fēng)溫度為270℃時(shí),纖維直徑分布相對(duì)均勻,直徑小于2.0μm的纖維達(dá)到27%以上,而直徑大于3.4μm的纖維不到4%;當(dāng)側(cè)風(fēng)溫度為280℃時(shí),直徑大于3.4μm的纖維超過(guò)18%,纖維較粗;當(dāng)側(cè)風(fēng)溫度為260℃時(shí),纖維直徑主要分布在2.0~3.4μm之間。由上可見(jiàn),當(dāng)側(cè)風(fēng)溫度在270℃時(shí)所制得的非織造材料的纖維,其直徑較小且分布均勻。1.3纖維直徑分布網(wǎng)帶速度也直接影響熔噴纖維的直徑。保持其他工藝參數(shù)不變,在不同網(wǎng)帶速度下制得的熔噴纖維的直徑分布見(jiàn)圖4。從圖4可以看出:網(wǎng)帶速度在185m/min時(shí),制得的纖維較粗,平均直徑超過(guò)3.4μm;網(wǎng)帶速度在170和176m/min時(shí),制得的纖維直徑差距較小,且分布較為集中。因此,在生產(chǎn)試驗(yàn)中建議將網(wǎng)帶速度調(diào)整為170~176m/min。1.4纖維的直徑分布在其他工藝參數(shù)不變的條件下,不同接收距離下制得的熔噴纖維的直徑分布見(jiàn)圖5。從圖5可以看出,隨著接收距離的增加熔噴纖維的直徑變小。當(dāng)接收距離為11cm時(shí),纖維的直徑分布相對(duì)均勻,但纖維較粗,有15%的纖維直徑超過(guò)3.4μm;當(dāng)接收距離為12cm時(shí),纖維最細(xì),直徑小于2.0μm的纖維超過(guò)16%,只有4%的纖維直徑大于3.4μm;當(dāng)接收距離為13cm時(shí),纖維直徑分布不勻,直徑在2.0~2.7μm的纖維比例超過(guò)62%。因此,建議調(diào)整接收距離為12cm進(jìn)行熔噴纖維生產(chǎn)。1.5復(fù)合非織造材料的靜水壓差異熔噴纖維的直徑直接影響復(fù)合非織造材料的性能,其中對(duì)靜水壓CV值和布面手感的影響最為突出。以生產(chǎn)22g/m從圖6可以看出,復(fù)合非織造材料的靜水壓CV值隨著纖維直徑的增大逐漸升高,由13%左右增大到30%左右,表示隨著纖維直徑變大,材料的靜水壓越來(lái)越不均勻。同時(shí),布面的手感也隨纖維直徑變大而越來(lái)越硬。2單纖直徑正交試驗(yàn)本條生產(chǎn)線熔噴部分采用的是德國(guó)安卡公司的噴絲板,固定狹縫距離為0.8mm,故對(duì)此因素不作探討。選擇影響產(chǎn)品質(zhì)量較為明顯的因素:螺桿擠出量、側(cè)風(fēng)溫度、接收距離和網(wǎng)帶速度,以單纖直徑為變量,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。各因素的設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。本文按表1所選工藝參數(shù),采用四因素三水平L根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果可以確定各因素對(duì)單纖直徑的影響程度由大到小的排序?yàn)镃→A→D→B,即螺桿擠出量→側(cè)風(fēng)溫度→網(wǎng)帶速度→接收距離;其最優(yōu)水平為A3纖維直徑和直徑分布(1)當(dāng)螺桿擠出量為175kg/h時(shí),所生產(chǎn)的熔噴纖維最細(xì),61%以上纖維的直徑達(dá)到2.0μm以下;當(dāng)側(cè)風(fēng)溫度為270℃時(shí),纖維直徑分布相對(duì)均勻,直徑小于2.0μm的纖維達(dá)到27%以上,直徑大于3.4μm的纖維不到4%;當(dāng)網(wǎng)帶速度為185m/min時(shí),纖維較粗,平均直徑超過(guò)3.4μm;當(dāng)接收距離為12cm時(shí),纖維最細(xì),只有4%的纖維直徑大于3.4μm。(2)纖維直徑較小時(shí),復(fù)合非織造