喷法非织造布技术进展及熔喷布的用途

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1、熔喷法非织造布技术进展及熔喷布的用途2011-04-22 来源: 刘玉军 侯幕毅 肖小雄（来源互联网）点击次数：571 关键字： 熔喷非织造布;纷丝;熔喷纤维;非织造布 熔喷法非织造布技术发展迅速特别是近几年，随着工业的飞速发展及对环境保护的加强熔喷法非织造布市场越来越大。其超细纤维的特点所表现出的特性，在许多工业、民用领域被人们发现并得到广泛的应用。随着 宏 大 研究院有限公司在熔喷技术方面研发投入的加大我国熔喷技术已得到很大的发展。2006年5月幅宽2 400 mm的熔喷生产线在宏大研究院试验基地试车成功，标志着我国宽幅熔喷生产线已能完全实现设备国产化从而为熔喷技术的进一步发展以及SMS(

2、纺粘熔喷复合) 技术的发展奠定了坚实的基础。1 熔喷法非织造布技术1.1 工艺流程熔喷法非织造布生产技术，是将高聚物树脂通过螺杆挤出机挤压熔融塑化后，通过计量泵精确计量送给喷丝组件在高速高压热空气流的作用下拉成超细纤维在收集装置上形成熔喷非织造布。熔喷法非织造布可以使用多种聚合物材料.如:聚丙烯、聚醋、聚酸胺等。1.2 熔喷法纺丝原理聚合物树脂经挤压熔融后通过计量泵的精确计量送入一特殊的熔体分配腔再通过整流后进入纺丝熔体池，经纺丝微孔喷出成丝，在高速热风气流的喷射拉伸下得到超细纤维，其单丝直径能达到1一2 gm。熔体分配腔能保证熔体沿幅宽方向分布均匀(流速一致、流量相等、压力分布均匀)加上沿幅

3、宽方向的气流喷射速度一致从而能保证丝束沿幅宽方向分布均匀丝径沿幅宽方向一致。如图1所示喷丝组件中纺丝熔体池下有一排纺丝微孔，微孔直径一般为0.3一0.4 mm，为更有利于纺丝成型其长径比远远大于常规的熔融纺丝，一般为10一15。同时喷丝组件与气刀之间形成一特殊的气腔高压热风气流通过气腔狭缝以近似于音速的速度喷射，气刀刃部与喷丝组件尖端形成一纺丝锥。熔体从纺丝微孔中喷出在纺丝锥处被高速气流夹持牵伸拉细，经冷却后形成超细纤维。1.3 熔喷纤维成布原理经过牵伸的超细纤维，随着喷射气流的体积膨胀而扩散开来，在抽吸风的引导下均匀地铺在收集装置上，利用自身余热互相粘和在一起。调节收集装置的工艺速度及计量泵

4、的转数便能得到各种不同规格的熔喷非织造布。2 国内外熔喷技术的现状和发展趋势2.1 国内外熔喷技术发展现状195 4年美国海军研究所在研究气流喷射法纺丝时，纺得了极细的纤维，其直径在5 gm以下，并制得由这种超细纤维组成的非织造布，随后出现了一些相关的专利。20世纪70年代后期美国Exxon Mobil公司将此技术转为民用，使得熔喷法非织造布技术得到迅速发展。到目前已出现了 320多项与熔喷技术及其产品有关的专利。Biax Fiberfilm, Exxon Mobil, ACCURATE Products, Reifenhauser, Kimberly- Clark和Nordson等公司都为熔

5、喷技术的发展作出了突出的贡献。Biax公司和Exxon公司设计的熔喷模头结构代表了世界上两种典型的技术类型。Exxon公司设计的熔喷头为组合式，由带有一排喷丝孔、坡口角度呈300一900 鼻型模头尖和两个气闸组成:Biax公司熔喷头则由多排纺丝喷嘴和同心气孔组成，可提高生产能力和效率及产品质量。我国 对 熔 喷技术的研究也较早，20世纪50年代末中国核工业二院、北京化工研究院等机构也开始了这方面的研究;20世纪80年代，中国纺织大学研制出了间隙式熔喷法非织造布生产线。1988年广州第二合成纤维厂谢明、冯烁辉等人赴美参观了美国田纳西大学熔喷试验室、Exxon 公司的研究院、Accurate公司、

6、Agel公司，并将考察的熔喷技术介绍给国内同行。20世纪90年代初北京化工研究院、中国纺织大学、北京超纶公司等单位设计出的熔喷设备，在国内投产了近百台。当时熔喷非织造布主要用于电池隔板、过滤材料、吸油材料等领域由于国内市场的局限熔喷布的市场开发在较长时间内一直发展较慢。随后安徽奥宏超细滤材有限公司、江阴金凤非织造布制品有限公司、天津泰达股份有限公司和山东俊富无纺布有限公司等陆续投产了5条引进的连续式熔喷生产线，使我国熔喷法非织造布生产技术上了一个新的台阶。据不完全统计目前国内共有连续式熔喷生产线(不包括SMS复合生产线中的熔喷)25条其中进口5条，其余大部分由宏大研究院控股的北京宏大贝斯特熔喷

7、公司提供。我国熔喷非织造布产能已超过3万t/a 约占世界总产量的10%。2.2熔喷法非织造布技术的发展趋势随着各种非织造布加工技术的成熟各工艺之间相互渗透，向混杂化、复合化方向发展是当前非织造布发展的趋势尤其是各工艺之间的复合愈来愈受到大家的重视。今后非织造布工业的发展将围绕熔喷、纺粘两种技术的融合而展开。Reifenhauser公司和Exxon公司通过进行技术合作使熔喷纺粘复合(SMS )得以商业化生产极大地推动了熔喷技术的发展。目前Reifenhauser,Ki mberly-Clark 和Nordson等公司的设备均可生产SMS非织造布，SMS复合技术中的熔喷技术代表了熔喷法非织造布中的

8、先进技术并成为了先进的发展趋势。同时采用多喷头技术提高熔喷产量，采用特殊结构的波形喷嘴以及叠片式熔喷头可以获得纳米级纤维也可能成为熔喷技术的发展趋势。3 熔喷法非织造布的用途由于熔喷技术生产的纤维很细同时熔喷布具有很大的比表面积、空隙小而空隙率大故其过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性等应用特性是用其它单独工艺生产的非织造布所难以具备的。所以熔喷法非织造布广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料、吸油材料、擦拭布、电池隔板以及隔音材料等领域。3.1 医疗卫生用熔喷法非织造布代替传统纺织产品与纺粘法非织造布复合，应用于口罩布。其特点是强度高、手感好、有效地屏障细菌的穿透、不透血但可

9、以透气:能够防止交叉感染、减少尘屑和毛羽的脱落、提供最佳的手术环境;减少护理人员的劳动量、方便储藏、供应和更换:穿戴及使用方便、价格低。由于其有上述特点，在国外已大量做成绷带、急救包、开刀布、接生包等应用于医疗行业，以及妇女卫生巾、尿布等卫生领域。国内目前则刚刚开始应用并得到广泛推广。在2003年非典期间熔喷非织造布在医疗卫生行业发挥了重要作用。现在人类面临非典、禽流感，以及其它空气传播疾病的危险，为做到未雨绸缪，防患于未然，许多国家(特别是发达国家)已把熔喷布作为国家储备物资作为应急时用。3.2 保暖材料熔喷法非织造布由于其纤维直径特别细小、孔径小、孔率高，手感柔软，具有非常好的抗风能力透气

10、性能良好且重量非常轻，是做保温服装的最佳材料。目前国内外已大量使用，市场增长速度也较快。经过国家级检测单位测定，相同重量的服装保温材料中熔喷布保温效果最好。天津泰达率先开发出了用熔喷布做的保暖材料，从而带来了中国熔喷法非织造布发展的高潮。熔喷法非织造布与三维卷曲纤维共纺制出的保暖絮片不仅具有很好的保温效果，同时还具有非常好的弹性和蓬松性能。3.3 过滤材料熔喷布的纤维直径能达到1一2g m 且排列是随机分布的，具有一定的杂乱性这种结构使其具有更大的比表面积、更小的孔径，可以制作品质非常高的过滤材料主要应用于空气过滤、水过滤、油过滤、油水分离等诸多领域。如果通过静电驻极处理作为过滤材料其效果更好

11、。3.4 吸油材料由于熔喷布主要采用PP原料。由于PP几乎不吸水但却有很好的亲油性以及熔喷布具有孔率高且比表面积大的特点所以熔喷布具有很好的吸油性能。经过实验测得，它可以吸收比自身重量大17一20倍的油。根据它的这些特点可做成吸油毡、吸油滤芯等应用在油水分离、环境保护、港口环保以及海洋轮船事故处理中。4 结语随着社会的不断发展以及人们对环境保护意识的不断加强，非织造布领域将不断拓展产业用纺织品市场将继续得到扩大，熔喷布的应用不会只局限于医疗卫生材料、保暖材料、过滤材料、电池隔板、吸油材料等领域，必定会不断应用于新的产业领域熔喷技术的发展也将随着市场的拓展而得到不断发展。 熔纺无纺布常识（上）浏

12、览字体：大中小熔纺无纺布是指纺粘布、熔喷布一类的产品，该部分是本人在搞培训工作时攥写的内容，水平有限，欢迎指导。本文章分上下篇，上篇主要介绍些纺粘布的知识，下篇介绍熔喷布方面的知识第一章 基本概念1.无纺布的定义及分类无纺布（又称非织造布、不织布,英文名Nonwoven）2.熔纺无纺布定义及分类熔纺无纺布是指高聚物切片经过螺杆挤出机熔融，熔体从喷丝孔挤出成细条状，再经过气流或机械拉伸，熔体细条拉伸变细，形成纤维级丝条，然后在网帘上铺置成纤维层结构，最后通过热粘合或自身粘合或机械加固所形成的纤维制品。它主要包括：纺粘布、熔喷布、膜裂法非织造布等。第二章 熔纺无纺布1.纺粘法无纺布纺粘法无纺布是将

13、高聚物熔融纺丝，形成长细纤维层再通过热轧或机械力加固所形成的无纺布。1.1纺粘布生产工艺从根本上说，纺丝成网是化学纤维纺丝技术的外延。它是在聚合物已被挤出、拉伸而形成连续长丝后，再设法使这些连续长丝铺置成网，然后经过自身粘合、热粘合、化学粘合或机械加固方法，使纤网变成无纺布。图2.1是纺粘布工艺原理：纺粘法一般分为三个工序，即纺丝、拉伸、成网，这三个工序是在极端的时间一次连续完成的，下面分别加以讨论：1）纺丝纺粘布生产所用的纺丝工艺与化学纤维的纺丝工艺基本是一致的，它实现了高聚物颗粒状到熔体丝条状的转变。首先高聚物切片在挤出机里熔融，经过过滤网及齿轮泵的作用，通过纺丝箱体中喷丝孔作用将熔体变成

14、丝条状。即图2.1挤出机到纺丝箱体部分。2）拉伸拉伸能够使从喷丝孔挤出的熔体丝条逐渐变细，获得所需细度；更重要的是它使长丝的高分子晶格排列整齐，达到一定的取向度，赋予纤维一定的强力，拉伸加工效果愈好，纤维强力愈高。一般纺粘设备使用气流拉伸。3）成网经过拉伸及冷却，蓬松的长丝必须连续而均匀地铺置成网，一般都采用下吸风的成网方式。气流控制成网是很常见的一种方式，它是利用长丝束出口处的拉伸管道内形成的气流某种规律运动，使长丝束按一定方式铺放到网帘上，或者利用侧吹气流控制长丝束左右往复铺放，形成纤维网。 热轧：热轧是纺粘布生产中常见的一种加固工艺，它是利用一支油加热花辊和一支光辊对轧，使纤维网纤维熔结

15、、粘合，形成轧点，达到“锁定”纤维的目的。从而使生产出来的纺粘布具有很好的强力。1.2纺粘布喷丝设备介绍喷丝孔是纺粘布生产的最要部件，其加工形式、加工精度都直接影响这纺丝质量及后续工序的进行。喷丝孔的形状一般为圆形，其他的有Y形、三角形或其他形状，双组分纤维的喷丝孔形状要复杂斜，多数采用包芯复合喷丝孔。图2.2为喷丝孔示意图，熔体从锥形的喷丝孔挤出，孔口处熔体有“胀大”现象（这是粘流体的特性，这里不多论述）随后喷丝丝条将进入拉伸工序。图2.3为喷丝板示意图，板上钻有多排喷丝孔，以此实现同时生产上千条纤维。1.3纺粘布特点通过上面的学习我们对纺粘布的生产已有了基本的了解，现在我们来讲述纺粘布的特

16、点，以加深对纺粘布的认识。结构特征：1）布表纤维毛头少：由于纺粘布是长丝铺网而成，一般情况下布表面纤维毛头少，可以用图2.4手比法鉴别是否为长丝。注意：这是长丝铺网是纺粘布的最主要特征，也是判定纺粘布的主要方法。2）布表有轧点：图2.5是显微镜下，纺粘布表面状态，这里我们可以清晰看见长丝纤维和轧点小方块部分，在对热轧工艺介绍的时候，我们已经提出轧点的概念，在这里我们就能更加了解轧点的实际含义。值得注意的是：热轧只是一种加固工艺，它并非纺粘布的判别标准。熔纺无纺布常识（下）浏览字体：大中小续熔纺无纺布常识（上）2.熔喷法无纺布（简称熔喷布）纺粘布是将高聚物熔融纺丝，由喷丝孔挤出的熔体在高温高速气

17、流的拉伸下，形成超细短纤维，纤维落入网帘依靠自身的热量粘合所生产的无纺布。2.1熔喷布生产工艺熔喷布生产工艺和纺粘布生产有相似之处，即聚合物都要在熔融状态下由喷丝孔挤出，此后，两种工艺就出现根本差别。纺粘布要通过气流对熔体进行冷却，并使熔体拉伸，形成连续长丝，铺放到网帘上，纤维纤度一般为15m40m。熔喷法过程中，离开喷丝孔的熔体在高温高速气流作用下吹成超细短纤维，它已极高的速度飞向网帘，纤维纤度仅有1m5m。熔喷布的生产工艺工程：高聚物喂入熔体挤出纤维形成成网粘合卷取1）高聚物喂入、熔体挤出：这两个过程和纺粘布基本相同，即将高聚物切片喂入料桶，再进入螺杆挤压机，加热成为熔体，最后送到喷丝板；

18、2） 纤维形成：熔体经过分配系统均匀地进入每个喷丝孔，在热气流的作用下，挤出的熔体被拉伸成超细纤维。（详见下喷丝设备介绍）3） 成网、粘合：带有负压抽吸装置的网帘能将超细纤维吸附到网帘表面，纤维凝聚在网帘上时，仍带有余温，十分柔软，有粘性；4） 卷取：将生产出来的熔喷布收集成卷。2.2熔喷法喷丝设备介绍图2.8为美国某公司喷丝设备结构示意图，在超细纤维形成过程中，热气流、喷丝孔是重要的影响因素:1）热气流：由于喷丝孔挤出的熔体细丝必须在两侧高速热空气流的冲击作用下迅速变细伸长才能形成超细纤维。热空气温度一般为204307，空气速率为马赫数0.50.8（音速的倍数）；2）喷丝孔：对于熔喷喷丝板来

19、说，喷丝孔的直径要比一般化纤纺丝或纺粘布喷丝孔大。一种典型熔喷喷丝孔直径约为0.38mm，喷丝孔间距为每厘米长度12孔16孔。2.3熔喷布特点：熔喷布由超细纤维制成，超细纤维形成致密的3D结构使熔喷布具有高效的过滤性能，但由于纤维加固方式为自身热熔粘合，所以熔喷布强力往往较低。1）超细纤维和易起丝：超细纤维是一个比较模糊的概念，国内外对超细纤维的定义也有差别。熔喷布是自身热粘合加固，纤维粘结强力小，布面受摩擦很容易起丝；2） 高效过滤性能：超细纤维的3D结构，使得熔喷布的空隙更小，能过滤粒径很小的粉尘，有高效过滤效果。3.SMS无纺布3.1SMS定义SMS即纺粘布、熔喷布、纺粘布层压复合产品。

20、S纺粘布（Spunbond）/ M熔喷布（Meltbond）.3.2SMS生产工艺SMS的复合工艺主要有三种，即在线复合（一步法）、离线复合（两步法），近年又出现了一步半法复合，现在我们逐一介绍：1）在线复合（一步法）在线复合工艺是指SMS复合可以通过在同一条生产线上的纺粘和熔喷设备来实现，既所谓的一步法SMS。S、M、S均铺在一条运动的网帘上，形成纺粘、熔喷、纺粘的复合纤维层，然后经过热轧机进行热粘合，最后经过卷绕机形成SMS非织造布。如图2.11所示。在线复合SMS生产线，采用两种不同的成网技术的结合，具有许多优点和灵活性，例如，可以根据产品的性能要求，随机调整纺粘层和熔喷层结构的比例；产

21、品具有良好的透气性；产品的过滤性能和抗静水压能力得以大大提高，可生产克重很低的SMS产品等等。同时，在线复合工艺存在投资大，建设周期长，设备制造时间长，对小定单很难适应等缺点。生产效率来说，M模头起了决定性作用，因熔喷生产速度底，所以在线SMS纺粘线速度也因根据熔喷速度响应调整，为了解决这个缺点，现已开发出SMMS/SMMMS等先进生产线，增加M模头以提高熔喷生产速度。2）离线复合（两步法）离线复合工艺是指先由纺粘和熔喷两种工艺分别制得纺粘法非织造布和熔喷法非织造布，再经过复合设备将两种非织造布复合在一起形成SMS复合型非织造布，即所谓的二步法SMS。离线复合SMS要经过3套设备，由纺粘生产线

22、制造出纺粘法非织造布，由熔喷生产线制造出熔喷法非织造布，再将两层纺粘法非织造布中间夹持一层熔喷布，通过专门的热轧复合机热轧或者超声波粘合成三层复合材料SMS。如图2.12所示。离线复合生产SMS产品的优点有灵活性高，适于小定单生产，投资小，见效快，适合复合熔喷非织造布含量高的产品，提高复合材料的耐水耐压性能等。离线复合生产SMS产品的缺点在于其产品性能不够理想，例如单独生产的熔喷布，因没有纺粘布的支撑作用，熔喷工艺难以灵活调整，很难改善产品的透气性、抗静水压能力等性能，而且熔喷布的强力低,受力拉伸后熔喷的3D结构容易破坏，因而离线SMS产品中熔喷布的克重很难降下来，产品的阻隔性和抗静水压能力也因熔喷布受拉伸略有损失，这样复合的SMS产品，其均匀性便很难得到控制。另外，离线复合生产SMS产品经过3次粘合，产品的透气性大大降低。3）一步半法鉴于一步法SMS设备投资大、二步法SMS产品克重高的缺点，现国内的一些企业已经开发出了一步半法SMS，即一层纺粘布退卷随网帘送到熔喷区，和熔喷布结合后，再叠加一层纺粘布，最后通过热轧辊复合的工艺。这种设备投资交一步法SMS小，工艺比一步法SMS灵活，而且由于熔喷布是在线生产，不需要通过收卷、退卷工序，即使是低克重的熔喷布熔喷结构也不会破坏，这样就有效解决了二步法SMS产品克重高的缺点。如图2.13所示：