第九章 熔喷工艺 非织造课件.ppt

第九章 熔喷工艺 §9-1 熔喷工艺应用的原料 §9-2 熔喷工艺原理与过程 §9-3 熔喷非织造材料的性能与应用 熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪50年代初。 从20世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了10～12％的年增长率。美国的Kimble-clark公司为了克服熔喷法非织造布强力低的缺点，开发了熔喷非织造布与纺丝成网非织造布叠层材料，即SMS复合材料，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。 熔喷非织造工艺的特点： 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； 纤维取向度较差； 纤维强力低。 一、熔喷工艺对聚合物熔体性能的要求 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。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、聚苯乙烯、PBT、EMA、EVA、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： 聚合物种类 分子量及其分布 聚合物降解性能 含杂 聚合物种类不同时，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，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。 烯烃类和酯类聚合物原料熔喷工艺的差异 烯烃类聚合物原料(如聚丙烯)的聚合度较高，因此加热温度高于其熔点100℃以上方能顺利熔喷，而聚酯加热温度稍高于其熔点就可熔喷。烯烃类聚合物原料几乎不含水，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，产生不利于非织造布产品质量的副反应物，因此必须进行切片干燥。 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织造布性能最主要的因素。对熔喷工艺来说，一般认为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。聚合物分子量大小与其熔融流动指数(MFI)成反比，与聚合物熔体的熔融粘度成正比。也即聚合物分子量越低，MFI越高，熔体粘度越低，越能适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MFI。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。 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，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、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分布尽量集中。 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：化学、机械剪切和热降解。聚合物熔喷时或熔喷前，可采用氧或过氧衍生物来实现化学降解; 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和热降解的目的。 对于聚合物熔体来说，要求均匀发生降解，避免聚合物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。 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，改善聚合物切片原料生产环境，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。 二、常用原料 1.聚丙烯(PP) 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，MFI较低，通常只有12g/10min。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。 随科技的进步，MFI为12的聚丙烯很快就为MFI35的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达1500。聚丙烯MFI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： (1)聚合物熔体粘度可以按需控制; (2)分子量分布(MWD)可控制; (3)较宽的熔融温度范围; (4)有利于制成超细纤维; 原料选择原则： 熔喷工艺中，必须根据最终产品的质量、性能要求以及工艺特性来选择聚丙烯切片原料。 熔体粘度控制方法主要有：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。对于MFI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。 熔喷工艺要求聚丙烯分子量分布较窄，以便加工出超细纤维。新的催化技术，使聚合物生产商可以生产出MFI