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1、第九章第九章 熔喷工艺熔喷工艺9-1 熔喷工艺应用的原料熔喷工艺应用的原料 9-2 熔喷工艺原理与过程熔喷工艺原理与过程 9-3 熔喷非织造材料的性能与应用熔喷非织造材料的性能与应用 熔喷法工艺熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪世纪50年代初。年代初。 从从20世纪世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了1012的年增长率。美国的的年增长率。美国的Kimble-clark公司为了克服公司为了克服熔熔喷法非织造布强力低喷法非织造布强力低的缺点，的缺点，开发了熔喷非织造布与纺丝成网开发了
2、熔喷非织造布与纺丝成网非织造布叠层材料，即非织造布叠层材料，即SMS复合材料复合材料，大量应用于手术服、，大量应用于手术服、过滤材料等，推动了熔喷非织造布的发展。过滤材料等，推动了熔喷非织造布的发展。 熔喷非织造工艺的熔喷非织造工艺的特点特点：能耗大；超细纤维纤网结构；能耗大；超细纤维纤网结构；过滤、阻菌、吸附方面有突出的优点；过滤、阻菌、吸附方面有突出的优点；纤维取向度较差；纤维取向度较差；纤维强力低。纤维强力低。一、熔喷工艺对聚合物熔体性能的要求一、熔喷工艺对聚合物熔体性能的要求 从理论上讲，凡是从理论上讲，凡是热塑性聚合物切片原料均可用于熔喷工艺热塑性聚合物切片原料均可用于熔喷工艺。聚丙
3、烯是熔喷工艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种切片原料，除此之外，熔喷工艺常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、艺常用的聚合物切片原料有聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA、聚氨基甲酸酯等。聚氨基甲酸酯等。 聚合物切片原料的性能与熔喷工艺密切相关，主要参数有：聚合物切片原料的性能与熔喷工艺密切相关，主要参数有：聚合物种类聚合物种类分子量及其分布分子量及其分布聚合物降解性能聚合物降解性能含杂含杂9-1 熔喷工艺应用的原料熔喷工艺应用的原料 聚合物种类不同时，分子结构差异很大，决定了熔点及流聚合物种类不同
4、时，分子结构差异很大，决定了熔点及流变性能的不同。对于每一种聚合物原料，均有对应的熔喷工艺，变性能的不同。对于每一种聚合物原料，均有对应的熔喷工艺，如在加热温度、螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面如在加热温度、螺杆长径比、螺杆形式、原料干燥工艺等方面都有一定的差异。都有一定的差异。 烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异 原料品种 模头温度热空气温度干燥工艺烯烃类较高较高一般不需要酯类较低较低需要 烯烃类烯烃类聚合物原料聚合物原料(如聚丙烯如聚丙烯)的聚合度较高，因此加的聚合度较高，因此加热温度高于其熔点热温度高于其熔点100以上方能顺利熔喷，而以上方能
5、顺利熔喷，而聚酯加热聚酯加热温度温度稍高于其熔点就可熔喷。稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类聚合物原料几乎不含烯烃类聚合物原料几乎不含水水，因此熔喷时一般不需要干燥。而聚酯中含有微量水分，因此熔喷时一般不需要干燥。而聚酯中含有微量水分，加热后由于水分的存在会导致酯类的水解，产生不利于非加热后由于水分的存在会导致酯类的水解，产生不利于非织造布产品质量的副反应物，因此必须进行切片干燥。织造布产品质量的副反应物，因此必须进行切片干燥。 返回返回 聚合物原料的分子量及分子量分布聚合物原料的分子量及分子量分布是影响熔喷工艺和熔喷法非是影响熔喷工艺和熔喷法非织造布性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为织造布
6、性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为聚合物原料聚合物原料分子量低、分子量分布窄有利于熔喷纤网的均匀性分子量低、分子量分布窄有利于熔喷纤网的均匀性。聚合物分子量聚合物分子量大小与其熔融流动指数大小与其熔融流动指数(MFI)成反比成反比，与聚合物熔体的熔融粘度成与聚合物熔体的熔融粘度成正比正比。也即。也即聚合物分子量越低，聚合物分子量越低，MFI越高，熔体粘度越低，越能适越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。 通常，聚丙烯、聚乙烯及其共聚物在熔喷工艺设计时主要考虑通常，聚丙烯、聚乙烯及其共聚物在熔喷工艺设计时主要考虑MFI。而其他热塑性高聚物熔喷时考
7、虑用熔体粘度或特性粘度来反而其他热塑性高聚物熔喷时考虑用熔体粘度或特性粘度来反映原料的分子量大小。映原料的分子量大小。 采用采用MFI较低的聚丙烯原料可生产出强力较高的熔喷法非织造较低的聚丙烯原料可生产出强力较高的熔喷法非织造布。但目前的趋势是采用较高的布。但目前的趋势是采用较高的MFI切片原料，这样可提高产量，切片原料，这样可提高产量，降低加热温度，从而降低能耗。降低加热温度，从而降低能耗。 分子量分布越集中，大分子的分子量均等性好，便于均匀受热、分子量分布越集中，大分子的分子量均等性好，便于均匀受热、熔融并得到均匀的纤网。因此，熔融并得到均匀的纤网。因此，熔喷工艺要求聚合物原料的分子量熔喷
8、工艺要求聚合物原料的分子量分布尽量集中分布尽量集中。返回返回 聚合物降解有助于修正聚合物熔体粘度和分子量分布聚合物降解有助于修正聚合物熔体粘度和分子量分布。通常有三种降解方式：通常有三种降解方式：化学、机械剪切和热降解化学、机械剪切和热降解。聚合物熔。聚合物熔喷时或熔喷前，可采用喷时或熔喷前，可采用氧或过氧衍生物来实现化学降解氧或过氧衍生物来实现化学降解; 而而增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到机械剪切降解增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到机械剪切降解和热降解的目的和热降解的目的。 对于聚合物熔体来说，要求对于聚合物熔体来说，要求均匀发生降解均匀发生降解，避免聚合物，避免聚合物熔体
9、降解不一致而造成粘度不均匀，分子量分布离散。同时熔体降解不一致而造成粘度不均匀，分子量分布离散。同时还要求不能过度降解。还要求不能过度降解。返回返回 熔喷工艺所用模头的喷丝孔直径较小，若聚合物原料含熔喷工艺所用模头的喷丝孔直径较小，若聚合物原料含杂多，易引起喷丝孔堵塞。因此，杂多，易引起喷丝孔堵塞。因此，改善聚合物切片原料生产改善聚合物切片原料生产环境环境，优化切片生产工艺，降低切片含杂量，可有效延长熔，优化切片生产工艺，降低切片含杂量，可有效延长熔喷模头更换周期，减少能耗，降低产品生产成本。喷模头更换周期，减少能耗，降低产品生产成本。返回返回二、常用原料二、常用原料1.聚丙烯聚丙烯(PP)
10、聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种聚合物。熔喷工艺最早聚丙烯是熔喷工艺应用最多的一种聚合物。熔喷工艺最早应用的是普通纤维级聚丙烯原料，其分子量高，应用的是普通纤维级聚丙烯原料，其分子量高，MFI较低，通较低，通常只有常只有12g/10min。该种聚丙烯在熔喷时必须借助于螺杆挤出该种聚丙烯在熔喷时必须借助于螺杆挤出机的高温和剪切作用来降解。机的高温和剪切作用来降解。 随科技的进步，随科技的进步，MFI为为12的聚丙烯很快就为的聚丙烯很快就为MFI35的所取代，的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达高达1500。聚聚丙烯丙烯MFI的提高，可降低
11、螺杆挤出机的工作温度，提高熔体流的提高，可降低螺杆挤出机的工作温度，提高熔体流动速率，有利于减少过度降解聚合物的形成，延长熔喷模头寿动速率，有利于减少过度降解聚合物的形成，延长熔喷模头寿命，减少能耗，同时给选用添加剂以更大的灵活性。命，减少能耗，同时给选用添加剂以更大的灵活性。聚丙烯用于熔喷工艺有以下特点：聚丙烯用于熔喷工艺有以下特点：(1)聚合物熔体粘度可以按需控制聚合物熔体粘度可以按需控制; (2)分子量分布分子量分布(MWD)可控制可控制;(3)较宽的熔融温度范围较宽的熔融温度范围;(4)有利于制成超细纤维有利于制成超细纤维;原料选择原则：原料选择原则： 熔喷工艺中，必须根据最终熔喷工艺
12、中，必须根据最终产品的质量、性能要求以产品的质量、性能要求以及工艺特性及工艺特性来选择聚丙烯切片原料。来选择聚丙烯切片原料。 熔体粘度控制方法熔体粘度控制方法主要有：使用氧化剂或过氧化剂；依主要有：使用氧化剂或过氧化剂；依靠螺杆挤出机的机械剪切作用；控制工作温度进行热降解。靠螺杆挤出机的机械剪切作用；控制工作温度进行热降解。对于对于MFI较低的聚丙烯，通常同时采用以上三种方法来控制较低的聚丙烯，通常同时采用以上三种方法来控制熔体粘度，以便熔喷形成超细纤维。熔体粘度，以便熔喷形成超细纤维。返回返回 熔喷工艺要求熔喷工艺要求聚丙烯分子量分布较窄聚丙烯分子量分布较窄，以便加工出超细，以便加工出超细纤
13、维。纤维。新的催化技术，使聚合物生产商可以生产出新的催化技术，使聚合物生产商可以生产出MFI极高，极高，而而MWD极窄的聚丙烯原料极窄的聚丙烯原料，前述的三种降解措施可进一步，前述的三种降解措施可进一步降低分子量分布。降低分子量分布。 返回返回 聚丙烯具有聚丙烯具有较宽的熔融温度范围较宽的熔融温度范围，对非织造工艺中常用的，对非织造工艺中常用的热粘合加工工艺较为有利。常规应用中，聚丙烯的耐热性已热粘合加工工艺较为有利。常规应用中，聚丙烯的耐热性已足够。足够。聚聚丙丙烯烯切切片片的的熔熔融融曲曲线线返回返回 与其他聚合物原料相比，如果与其他聚合物原料相比，如果聚丙烯熔体的粘度很低、聚丙烯熔体的粘
14、度很低、分子量分布很窄。则熔喷时，同样的能耗和同样的牵伸条件分子量分布很窄。则熔喷时，同样的能耗和同样的牵伸条件下可得到较细的纤维下可得到较细的纤维。聚丙烯熔喷非织造布纤维细度通常为聚丙烯熔喷非织造布纤维细度通常为25m，极端条件下可达到极端条件下可达到0.3m。较窄的较窄的分子量分布降分子量分布降低了熔体的弹性低了熔体的弹性，因此，熔喷模头喷丝孔挤出的熔体细丝可，因此，熔喷模头喷丝孔挤出的熔体细丝可在热空气流牵伸作用下变得更细。在热空气流牵伸作用下变得更细。返回返回添加剂添加剂 为了保证聚合物切片的贮存、加工和最终应用的稳定性，为了保证聚合物切片的贮存、加工和最终应用的稳定性，聚合物切片生产
15、时一般都加入聚合物切片生产时一般都加入一些添加剂一些添加剂。根据熔喷非织造。根据熔喷非织造布的最终应用要求，熔喷加工时，可在挤出机加料阶段再放布的最终应用要求，熔喷加工时，可在挤出机加料阶段再放入适当的添加剂。例如，如生产用于卫生材料的熔喷法非织入适当的添加剂。例如，如生产用于卫生材料的熔喷法非织造布，则可加入一些耐造布，则可加入一些耐射线照射的添加剂，以便使产品在射线照射的添加剂，以便使产品在医院或其他使用场所中可耐射线消毒照射。医院或其他使用场所中可耐射线消毒照射。 均匀性均匀性 要求切片每包、每桶或每箱的要求切片每包、每桶或每箱的MFI和添加剂等指标保持和添加剂等指标保持一致，以保证熔喷
16、生产工艺和产品质量稳定。一致，以保证熔喷生产工艺和产品质量稳定。MFI 美国熔喷工艺常用的聚丙烯切片的美国熔喷工艺常用的聚丙烯切片的MFI达到达到400、800、1200等。聚丙烯切片的等。聚丙烯切片的MFI越高，则熔喷时能耗越小越高，则熔喷时能耗越小，如如图所示图所示。如要求熔喷法非织造布的强度高，一般可使用。如要求熔喷法非织造布的强度高，一般可使用MFI=3035的聚丙烯切片，但生产能耗要高一些。对于吸的聚丙烯切片，但生产能耗要高一些。对于吸油材料以及保暖材料等，仅考虑纤维细度的话，可使用高油材料以及保暖材料等，仅考虑纤维细度的话，可使用高MFI的切片，产量高，能耗低。的切片，产量高，能耗低。造粒造粒 普通造粒工艺会造成高普通造粒工艺会造成高MFI切片的切片的特性不均匀性特性不均匀性。目前，。目前，由于改进了催化剂和添加剂的良好分布，可以直接从反应由于改进了催化剂和添加剂的良好分布，可以直接从反应釜制得具有釜制得具有较窄分子量分布的球粒状切片较窄分子量分布的球粒状切片。这种高。这种高MFI的的切片具有更好的熔融指数均匀性，而且越过了造粒阶段，切片具有更好的熔融指数均匀性，而且越过了
