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1、第六节 纺黏法非织造布及设备 一、概述：,（一） 纺黏法非织造布定义： 纺黏法非织造布工艺是利用化学纤维纺丝成型原理，在聚合物纺丝成型过程中，使连续长丝铺置成网，纤网经机械、化学或加热方法固结后制成的非织造布。 聚合物挤压成网：包括纺黏法（又称纺丝法）；熔喷法等。,（二）发展简况：,1959年美国Dupont公司首先成功开发聚酯纺丝成网法非织造材料，同时期研制成功的还有德国的reudenberg公司，德国的Lurgi公司也是该技术的先驱者之一。近二十年来工艺技术取得突破性的发展，产品性能有很大的提高，如产量提高，纺丝速度提高，单丝强度提高，纤维细度降低，双组份纺粘以及SMS、SMMS复合材料等
2、。目前产量超过80万吨，占世界非织造材料总产量的30%。加工能力主要集中在西欧、美国、日本和中国。,我国发展情况：,我国纺丝成网法工艺的发展情况： 我国自1986年开始陆续从国外进口纺丝成网法生产线，虽然起步较晚，但发展迅速。到2001年为止，拥有纺丝成网法生产线超过70条，总生产能力约为23万吨/年。 与国外先进水平相比，我国纺丝成网法工艺技术尚存一定的差距，尤其是在产量、纺丝速度、成网宽度、成网均匀度及纤维细度方面的差距还很大，有待于进一步提高。,（三）特点及应用：,工艺流程短，产量高（设备生产速度300-500m/min，一条生产线产量2000吨/年)，成本低；产品机械性能好；产品适应面
3、广；可制得细纤维纤网(细度用旦、D表示）；成网均匀度不及干法工艺；产品变换的灵活性较差。 广泛用于医疗、卫生、汽车、土工建筑及工业过滤等领域。,旦就是九千米纱线的质量克数，如你这种纱线9000米重120克，细度就是120旦。细度的单位还有特克斯 英制支数 公制支数，对于长丝纺成的纱一般用D（旦），对于短纤维纺成的纱一般用支数。英制支数表示一磅纱线有多少码就是多少英支。公制支数表示一公斤纱线有多少个1000米，就是多少公制支数。特克斯（或称号数），意思是1000米纱线的质量克数，1000米纱线40克重该纱线细度就是40特克斯（Tex）。,二、 纺丝成网工艺原理与过程,（一）纺丝成网工艺原理 指熔
4、融纺丝成网工艺原理： 聚合物切片送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，长丝丝束经气流冷却牵伸后，均匀铺放在凝网帘上，形成的长丝纤网经热粘合、化学粘合或针刺加固后成为纺丝成网法非织造材料。（二）工艺流程： 聚合物切片切片烘燥切片输送 计量混合 熔融挤压（螺杆挤压机）熔体过滤计量泵计量纺丝冷却吹风 气流牵伸分丝铺网加固切边卷绕。,设备示意图,熔融纺丝成网工艺原理图,料斗喂入聚合物切片,螺杆挤出机,计量泵,纺丝箱,冷却风,牵伸装置,分丝铺网,至卷绕,加固,成网装置,三、 纺丝法生产的主要机械设备,（一）干燥设备 干燥方式：真空干燥和气流干燥 真空转鼓干燥装置： 容量7006000
5、kg，干燥时间1024h，真空度一般大于740Pa。 特点： 干燥质量高，更换品种容易，干燥过程中特性粘度降低小，但干燥时间长，产量低。,真空转鼓干燥机,切片进出口,回转接头,检修进出口,夹层内通入蒸汽或导热油,真空抽吸,RD型回转圆筒干燥装置： 设备结构简单，连续化生产，干燥效率高，但最后干燥切片的含水量不均匀。,回风,切片,热风,回转圆筒,抄板,KF式充填干燥塔： 可保证切片干燥时间一致，干燥质量较好，可直接连续喂入螺杆挤出机料斗，设备也较简单。,切片,空气,空气,干切片,水平搅拌,柱式搅拌,(二)螺杆挤压机 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐
6、渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送至后道工序。 螺杆挤压机的作用：1.输送作用 2.熔融作用 3.混炼作用。螺杆挤压机： 纺丝成网工艺一般使用单螺杆挤压机，主要由螺杆、套筒、传动系统、加料装置、加热和冷却装置等构成。,螺杆挤出机结构示意1-电动机 2-齿轮传动箱 3-三角皮带 4-机座 5-进料口6-机筒 7-加热器 8-螺秆 9-压力控制器 10一控制柜,螺杆挤出过程示意,1、螺杆挤压机结构,螺杆挤压机的特征主要反映在螺杆结构上，有等距不等深螺杆、等深不等距螺杆和不等深不等距螺杆。实际生产中主要应用等距不等深螺杆，其又有四种形式：长区渐变型螺杆、短区
7、渐变型螺杆、突变型螺杆和计量型螺杆。螺杆的结构特征如螺杆直径、长径比、螺杆分段与分段长度、压缩比、螺距与螺槽深度等，决定了螺杆挤出机的使用特性。（1）螺杆直径 通常指螺杆的外径，对挤压机有决定性的影响，直径加大，挤出机产量增加，但加热和驱动能耗均增加。,（2）螺杆长径比L/D 螺杆长径比指螺杆工作长度(不包括鱼雷头及附件)与外径之比。聚合物切片在这个工作长度上被加热熔化、压缩和输送。加热面积和切片停留时间都与螺杆长度成正比。长径比大，有利于切片原料的混和塑化、提高熔体压力和减少逆流以及漏流损失。因此，螺杆挤压机的长径比有不断增大的趋势。 目前，加工塑料的螺杆L/D一般为1520，加工纤维时，L
8、/D一般为2030，甚至高达35，常用的是2530。如螺杆太长，聚合物切片在高温下停留时间增加，对某些热稳定性差的聚合物会引起热分解，同时，机械制造难度加大，所以，螺杆长度是有限度的。,（3）螺杆分段与分段长度 螺杆分进料段、压缩段和计量段，三段长度的分配与被加工的聚合物切片性质有关。加工塑料等非结晶聚合物时，由于此类聚合物没有明显的熔点，而且有明显的高弹形变，因此需要螺杆的压缩段较长，一般为螺杆全长的5055，聚合物切片原料在一个较长的距离内逐渐被压缩、软化至熔融。而结晶型的成纤高聚物有熔点，而无明显的高弹形变，因此加工此类聚合物的螺杆的压缩段较短，如加工PET仅为螺杆直径的45倍。由此，加
9、工PET的螺杆进料段约为全长的30，压缩段约为全长的15，计量混和段约为全长的55。,（4）压缩比 螺杆的压缩比是指螺杆进料口处螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。等距不等深螺杆的压缩比可用下式计算：,式中：D螺杆直径 d1进料口螺杆根径 d2出料口螺杆根径,（三）纺丝组件,纺丝组件 纺丝系统的重要部件，由箱体、熔体分配板、喷丝板等组成。纺丝成网工艺可采用单块大型喷丝板，也可采用多块小型板拼接而成，而且，矩形板应用较多，圆形次之。 喷丝孔的直径应根据成纤聚合物熔体在喷丝孔中流动的剪切速度梯度来决定，通常，喷丝孔直径和长度大一些，纺丝比较稳定，尤其是对高粘度熔体的纺丝有利。,喷丝孔形状：,喷丝
10、孔的孔数和孔径 理论上讲纺丝成网喷丝板的孔径在0.20.80mm范围内均可纺丝。实际工程上选择孔径的依据是控制聚合物熔体出喷丝孔的剪切速率范围。 聚酯纺丝成网工艺中常用喷丝孔直径范围0.250.3mm；聚丙烯纺丝成网工艺中常用喷丝孔直径范围0.300.50mm，聚酰胺时喷丝孔直径常用范围0.200.25mm。喷丝孔的长颈比（L/D）选择在2.0左右。 喷丝孔的排列和孔数对熔体细流的均匀冷却，良好凝固成形有很大关系。圈形分布时喷丝板外圈的丝条能均匀冷却，但当孔数较多时，内圈的丝条往往不容易充分冷却。矩形分布，其优点是可以改进内层丝条的冷却，但缺点是侧吹风迎风侧和背风侧丝条的冷却条件不一致。,喷丝
11、板,聚合物熔体从喷丝板微孔挤出的流变模型,入流区,孔流区,出流区,挤出膨化胀大,纺丝过程,(四)计量泵 计量泵为外啮合齿轮泵，齿轮啮合运转时，齿轮啮合脱开使吸入腔容积增大，形成负压，聚合物熔体被吸入泵内并填满两个齿轮的齿谷，齿谷间的熔体在齿轮的带动下紧贴着“8”字形孔的内壁回转近一周后送至出口腔，由于出口腔的容积不断变化，聚合物熔体得以顺利排出。 1-外啮合齿轮 2-泵体 3-吸入腔 4-压出腔,（五）牵伸装置 1、正压拉伸工艺 (DOCAN纺丝成网工艺 ),2、气流牵伸装置 利用高速、高压空气对丝条的粘性摩擦作用和气流对丝条的推动作用达到拉伸目的。,喷丝板,冷却空气,牵伸空气,(六)成网机械
12、 1、分丝 将经过牵伸的丝束分离成单丝状，防止成网时纤维间互相粘连或缠结。常用形式有：气流分丝法 利用空气动力学的coanda效应，气流在一定形状的管道中扩散，形成紊流达到分丝目的。机械分丝法 丝束牵伸后与挡板等撞击达到分丝目的。静电分丝法 丝束牵伸后经过高压静电场或摩擦带电达到分丝目的。,2、摆丝成网机构1-气流分丝器出口2-摆丝辊3-丝束4-成网帘5-吸风6-纤网,3、铺网 控制经牵伸和分丝的长丝以一定的方式铺放到凝网帘上，主要有两种控制方式：气流控制 利用气流扩散和附壁效应使长丝束按一定方式铺放到凝网帘上，如圆周运动或椭圆运动；也有利用侧吹气流交替吹风使长丝左右摆动而铺置成网。机械控制
13、利用罗拉、转子、摆片或牵伸分丝管道的左右往复运动将丝束规则地铺放到凝网帘上。 纺丝成网工艺的成网均匀度不及干法工艺，产品单位面积质量越小，cv值越大。,（七)加固机械,主要方式有：热粘合 聚丙烯薄型产品采用热轧。针刺加固 厚型产品采用，可配高速针刺机，如Dilo公司的DI-LOOM OD-SC或Fehrer公司的NL3000。自身粘合 如PA66纤网采用盐酸水溶液处理产生自身粘合，已较少应用。 此外，还有针刺加固高温拉幅定型化学粘合等组合加固和后整理的方法。,(八)卷绕机 三摩擦辊式卷绕机1-张力辊 2-扩幅弯辊 3-小卷加压 4-小卷推卷5-大卷加压 6-出布辊 7-大卷顶出 8-切断、吹气,作业,1、简述纺丝法非织造布的工艺流程。2、阐述纺丝成网工艺中螺杆挤压机的作用及工作原理。 3、试列出纺丝成网工艺主要的牵伸方法，并比较它们的特点。,
