熔喷技术(多原料多组分)

熔喷技术（多原料多组分）熔喷技术源于20世纪50年代，是冷战时期，美国海军为了收集高层大气中的放射性微粒而研发的一种制造具有超细过滤效果材料的空气过滤技术。我国SMS技术起步较晚，比国际上纺粘法技术形成工业化晚30年以上。我国非织造布虽然从产能及产量上都已成为全球的大国，但在技术与装备方面与国际领先水平仍有很大的差距，技术创新能力不足，产品档次较低，国际市场竞争力不够，在很多方面均有待进一步提高。近几年来，双组分纺粘不织布也有了较大的发展，而美国Hills公司先进的双组分技术正主宰着北美和欧洲的双组分纤维和双组分纺粘不织布的技术和设备。Hills公司的多组分或者是双组分技术是基于在纺丝头组合件中使用薄的分配板，这些分配板可将每一种聚合物分配到多组分束流中，然后输送到每一个纺丝孔中去。这一独特和多能的技术可使所有类型的可熔纺的双组分纤维都可以在同一纺丝头组件中纺制。Hills公司在双组分纤维纺制方面的成功关键在于纺丝头的设计，纺丝头组件不含熔体池。由于聚合物在纺丝头组件中滞留时间很短，因此聚合物的温度不会与纺丝头组件的温度达致平衡。这就使多聚合物熔体进入纺丝头组件时可通过调节聚合物的温度来调节在喷丝头毛细管中聚合物的粘度。长丝内两种聚合物的比例可通过变化分配板来改变。Hills公司的纺丝头组件的设计的另一特点是可以高密度喷丝孔来纺制双组分纤维。例如，皮芯型和并列型双组分纤维可以孔间距11.5mm的喷丝板来纺制，实际上可做到与纺制均聚物纤维一样。对分裂型和海岛型纤维而言，孔间距通常在36mm。具有1000个以上岛的纤维，Hills公司已在实验中以6mm孔间距纺制成功。以6mm孔间距纺丝板纺制的具有600个岛的纤维，Hills公司已使之工业化。这种喷丝孔密度已在双组分纺粘不织布生产中成为占优势的技术。Hills公司还为双组分纺粘技术开发了丝束速度可达5000米分的高速气流牵伸喷嘴。纤维大分子的高取向和高结晶度使得纺粘不织布的强力得以提高并具低缩率。另外，采用了高密度喷丝孔的喷丝板，即使在纺制低旦纤维时仍可保持高产率。已经生产出了低至0.7旦的双组分纺粘不织布纤维，可使用所有的熔纺聚合物。 目前，Reifenhauser、JMLaboratories、InventaFisher、Ason等公司经过积极研究、实验，都拥有了双组分纺丝的纺粘技术，包括皮芯型和并列型。熔喷法非织造布生产工艺（Melt Blown）是一种由熔体直接纺丝成网工艺，熔喷法非织造布是采用熔喷法工艺制造的非织造布。常将熔喷法非织造布简称成为熔喷布，用“M”，“MB”代表熔喷法非织造布生产系统或产品。用于熔喷法非织造布用的原料种类很多，目前有90%以上的熔喷法非织造布都是使用PP（聚丙烯）原料制造的。熔喷法非织造布原料的熔体流动指数（MFI）比纺粘法非织造布原料高很多，可达8001500。此外：PET（聚酯）、PE（聚乙烯）、PLA（聚乳酸）、聚脂基PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯类聚合物）、弹性PU（聚氨酯）、NL6（聚酰胺6）、PEA（聚酰胺脂）、聚三氟氯乙烯、PPS（聚苯硫醚）等均可用作熔喷法非织造布的原料。 熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小，通常小于10m，大多数纤维的细度在14m，因此被称之为超细纤维。熔喷工艺是一个非稳态的纺丝过程，从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上，各种作用力不能保持动平衡，由于这种非稳态纺丝过程，造成了熔喷纤维粗细长短的不一致。 熔喷生产工艺熔喷非织造工艺是采用高速热空气流对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布。目前，熔喷法非织造布生产工艺主要有Exxon和Biax两种，其中绝大部分为埃克森（Exxon）工艺，其特点是采用单排喷丝孔，高温的聚合物熔体从喷丝板中央的喷丝孔喷出，然后被从两侧以一定角度吹出的高温气流牵伸，最后在收集装置上依靠纤维的余热自固结成熔喷布。熔喷法生产线基本设备熔喷生产线的设备主要有：上料机，螺杆挤出机，计量泵，熔喷模头组合件，空压机，空气加热器，接收装置，卷绕装置。 熔喷法生产线的设备简单，各系统的功能包括：1.熔体制备系统，将聚合物原料加工成品质均匀，压力稳定的纺丝熔体：原料输送、计量混合、螺杆挤压机、熔体过滤器、纺丝泵；2.牵伸气流系统，产生高温牵伸气流：牵伸风机、空气加热器；3.纺丝系统，将熔体纺制成超细纤维：纺丝箱、喷丝板组件；4.接收装置，接收纤网并凝聚成布：接收装置、成网风机；5.收卷装置，收卷熔喷布并进行分切：卷绕机 熔喷法工艺流程熔喷法非织造布生产工艺具有工艺流程短（从投料到形成产品仅需十多分钟时间）， 图2 熔喷法非织造布的生产流程聚合物原料由输送装置经过计量、混合后，进入螺杆挤压机加工熔融成为熔体。在滤除杂质后，进入纺丝泵（计量泵）。经过计量加压后，即成为压力稳定、流量稳定、分布均匀的熔体，这些高温熔体进入纺丝箱后，由其内部的熔体通道均匀分配至喷丝组件。另一方面，由牵伸风机产生的压力气流进入空气加热器后，便成为高温的牵伸气流，由管道送入纺丝箱内的牵伸气流通道，然后从喷丝板两侧的通道对着从熔喷头喷出的熔体喷射，熔体在这种高温、高速气流的作用下被牵伸成微米级的超细纤维。牵伸气流及纤维喷射到在接收装置上后，纤维依靠余热凝聚成熔喷布。熔喷法与纺粘法非织造布异同熔体制备流程与纺粘法工艺是完全一样的，生产流程中有差异的地方是：1.除了熔体进入纺丝箱外，热的牵伸气流也进入纺丝箱内，并一起从喷丝组件中喷出，生产现场的温度较高，牵伸气流噪音较大；2. 在收集装置上依靠纤维的余热自固结成熔喷布，一般不需要其他固结设备（如热轧机等），主体设备配置较为简单。3.熔喷系统的收集装置有很多种形式，而纺粘法工艺一般只能用网带接收。在一些熔喷系统，接收装置甚至不需成网风机。4.熔喷法生产工艺的冷却装置并不是必需的，但在有冷却装置的情况下，产品的一些性能会得到改善，而纺粘法工艺必须配置冷却装置。5.熔喷法非织造布的纤维直径是杂乱、不一，而呈一定规律分布的，就是同一根纤维，其各处的直径也是不等的，但平均直径远小于纺粘布，而且结构较为致密。而纺粘法非织造布的纤维直径是均匀一致的，纤网的结构疏松。 图3 纺粘法纤维（左）与熔喷法纤维（右）6.熔喷法非织造布的纤维直径分布在210m,因此，所需的牵伸速度可达音速或更高（340500m/s），而纺粘法工艺的牵伸速度一般仅在40100m/s。7. 熔喷法非织造布的纤维之间是依靠余热自粘合的。因此，熔喷布的强度远低于纺粘布，断裂伸长也较小，不耐磨、不以独立使用。8. 熔喷法工艺所用的喷丝板为单排孔，每一米幅宽的孔数仅有13801960个，在运行中不能有任何喷丝孔出现堵塞现象，使用周期较短；而纺粘法工艺孔数为50007000个，运行中允许堵塞一些喷丝孔。因此，在单孔流量相同的条件下，熔喷布的产量不到同幅宽纺粘布的1/3，目前每一米幅宽的平均产量仅在50kg/小时左右。9. 熔喷布的质量与喷丝板与接收装置间的距离（接收距离DCD）的大小有关，DCD的大小决定了产品的特性和用途（使用领域），这是熔喷布生产过程中的一个非常重要的工艺参数。而纺粘工艺不一定需要调节接收距离，接收距离一般仅影响纺粘布的均匀度。10. 由于熔喷工艺采用热气流牵伸，产量较低，而原料价格也比纺粘工艺高，因此，单产能耗会比纺粘法多24倍，生产成本较高。11. 熔喷技术的应用有两个，一个是以独立的熔喷生产线形式生产熔喷布；另一个是作为多纺丝系统复合生产线中的一个系统，组成SMS，SMMS等形式的生产线，生产复合型非织造布产品。图4 SMS产品中的纺粘纤维（粗）与熔喷纤维（细）生产线设备示意图质量标准1)、破洞不允许2)、翻网：纵向或横向=50cm翻网为一个庇点，500米/个3)、油污不允许4)、僵块：面