熔喷非织造布生产应用及专用料的制备

1、熔喷非织造布生产应用及专用料的制备洪 粲 （长岭分公司研究院）摘要：文章介绍了我国熔喷非织造布设备及原料情况，熔喷法制备非织造布工艺及其产品性能用途和专用料的制备。关键词：熔喷 熔融指数 超细过滤 纺粘-熔喷复合 专用料熔喷（melt-blowing）法技术是一种将树脂切片或粒料制成纤维网的一步法成布技术。熔喷法是非织造布中发展速度最快的品种，聚丙烯是熔喷法被采用的主要树脂，据欧洲纺织聚烯烃协会统计，2001年欧洲用于纺织生产的170万t聚丙烯中有27万t用于纺粘布及熔喷布的生产，与1998年26.3万t相比增长2.6%。我国有60余套简易的国产熔喷非织造布生产线在运行，产量约4000t500

2、0t。引进成套设备有江阴金凤（年产熔喷布1500t，复合布3000t），为德国Reifenhauser 设备；安徽奥宏（1500t/a）与天津美纶引进的以EXXON技术为基础的Aceurate设备；南海南新无纺布有限公司（9000t/aSMS）；山东威海的HSJ设备（喷头为意大利制）仅适用于粗旦，其中以南海南新最新，为全球第四大无纺布生产商美国PGI集团公司在亚洲合资控股的第一家企业，原料全部进口，90%的产品出口。 聚丙烯因为它易加工，具有良好的网片成型性、粘合性、低色泽、无臭味、优良的稳定性和相容性、良好的经济性而被采用。目前我国该原料主要靠进口，市场上主要有韩国大林料熔融指数做

3、到900g/10min、1500 g/10min，北欧化工1200g/10min，EexxonMobil有PP3505G E1熔指 400 g/10min、 PD3525G熔指 >500 g/10min 、PP 3546G 熔指 1200 g/10min、PP3746G熔指 1500 g/10min。国内扬子、燕山有熔喷料，但用户反映国产料有熔融指数波动大，易堵喷头等缺点，且熔指只能做到800g/10min。国产熔喷线所用聚丙烯基本为熔融指数35 g/10min100g/10min，国内一些小厂家可制备。1 熔喷法生产工艺熔喷法属于聚合物直接成网工艺的一种，它采用了非常规的超短程纺丝工艺

4、，由喷射出的熔融型超细短纤维自身粘合而成，由此得到的产品结构和性能是全新的。1.1 生产工艺流程空气压缩机制取一定压力的气体，由气体加热器将气体加热，螺杆挤出机将熔融聚合物挤到模头上排列成一字型的微孔，并通入高速热气流，形成超细纤维，纤维长度一般几英寸不等，强度在2.5g/d左右，然后经收集装置制成一定规模定量的熔喷超细纤维非织造布。图1、图2为EXXON公司熔喷模头及工艺示意图。熔喷过程中，聚合物熔体从模头微孔中被热空气流吹出后形成纤维，因纤维自身和环境之间的温差，使纤维冷却、固化，这个过程发生在很短的时间内（约1×10-4s），冷却、固化长度D为5到数十厘米之间。图3表明了这一变

5、化过程。1.2 主要工艺参数影响熔喷非织造布产品质量的因素是多方面的，主要包括以下几点：1.2.1 原料的性质 收稿日期：2003-03-17作者简介：洪粲，工程师，1993年毕业于江苏化工学院，现从事聚丙烯改性工作。聚合物切片的物性，熔指、等规度、分子量分布、灰分等。对于聚丙烯，一般说来，要求熔指在30 g/10min 800g/10min，1000g/10min以上更好，分子量分布2。1.2.2 在模孔处熔体的粘度熔喷过程中所用的原料树脂如果具有较高的图1 EXXON公司熔喷模头示意图 图2 EXXON公司熔喷工艺示意图1聚合物熔体 2膨化区 3分子取向 4分子失去取向 5纤维 6空气图3

6、 熔喷纤维冷却固化示意图粘度（>1.4dL/g），熔体的流动性较差，不利于熔喷过程的进行。通过对聚合物的降解，使其粘度达到熔喷工艺所要求的范围，而又不致破坏聚合物的“熔融强度”，并能减少甚至消除熔喷产品中的“结块”。1.2.3 空气流量、速度、温度，聚合物在喷口的流量 熔喷纤维的直径随气流速度的增加而减小，但气流速度过高，易产生“结块”，而且“结块”的尺寸增加，将造成纤维的断头率增加。热气流的温度气流温度过低，会造成纤维的“结块”现象，气流温度过高，熔喷产品柔软、蓬松，但会引起纤维的断裂，产生“rope”（聚合物的熔融结块）现象。 1.2.4 模头与收集装置的距离 模头与收集装置的距离对

7、产品质量和性能也有影响，所用的原料树脂不同要求距离不同，可根据用户产品的性能（如强度、剥离力、纵横向排列比等）调整喷头与收集装置之间的距离。1.3 能耗 熔喷法能耗很高，这是因为为了获得超细纤维过程中需消耗大量的高温高压气体。该法消耗的气体量通常是聚合物流量的4050倍，有时高达100倍。用低熔点、或高流动性、或兼具低熔点和高流动性的聚合物，对于降低能耗是有利的。2 熔喷超细纤维非织布的性能和用途丙纶熔喷非织造布的含有大量的高比表面纤维，从而形成大量的微细孔隙，产品有很高的空隙容积和很好的抗渗性，因而具有优良的过滤性和透气性。具有很高的空隙容积，其内部含有大量的空气（约90%），产品有很好的保

8、温绝热性能。熔喷纤维的取向度较差，因而拉伸强力较低。且熔喷非织布中的纤维之间无粘合剂粘合，只是由熔喷剩余热量及拉伸热空气使相互交错的纤维热熔粘合而固结在一起，因而最终产品强度较低。另外，熔喷产品还具有体积小、重量轻的特点，因而产品的手感、可折性及挺括性均较好。熔喷法非织造布的主要应用方向是超细过滤材料，因为其它非织造布工艺尚无法达到10以下的单丝纤维。过滤材料是丙纶熔喷非织造布最大最早的应用领域。全世界熔喷非织造布用于滤材约2万ta，主要用于气体和液体过滤，其中液体过滤占65%，气体过滤占35%。随着现代工业迅速发展，对环境的洁净度要求越来越高，要达到高等级的空气洁净度，就需要有性能优越的过滤

9、材料。丙纶熔喷非织造布做滤材采用与纺粘、针刺等材料复合方法，得到综合效果较好的空气过滤复合材料，在相同滤速下既有初始阻力低，又有过滤效率高、容尘量大的特点。丙纶熔喷非织造布作为空气滤材在我国目前只能够做到亚高效的水平。要取代玻璃纤维做高效、超高效滤材，目前还存在一定的问题。 丙纶熔喷非织造布经热轧等特殊工艺处理后，可作为液体微滤膜，广泛应用于液体过滤领域。所谓微滤是指用于过滤002m10m粒径的颗粒，如细菌、血液及大分子等物质，称为微孔过滤。丙纶熔喷非织造布做液体滤材时只能用于微滤范畴，还达不到超滤膜的高效率。医卫材料是非织造布的一个主要应用领域。熔喷布过滤效果好，透气性能好，与纺粘

10、布复合普遍用于一次性医卫材料，不会造成交叉感染。熔喷聚丙烯非织造布具有多微孔并疏水亲油的特性，原材料的密度小（0.91g/m3），比水轻，几乎不吸水，也不溶于油类和强酸强碱，其吸油量能超过自身重量的十几倍，且吸油速度快，吸油后能浮于水面而不下沉，水油置换性能好，能反复使用和长期存放，是理想的吸油材料。熔喷布纤维极细，另外它有多孔性及一定强度，因此早期打开的用途为电池隔板。Exxon公司为该用途开发出了聚丙烯三层热轧层压材料。Riegel Produucts公司的Roy Volkman在70年代工业化生产出了一种铅酸免保养电池用聚丙烯熔喷布隔板。国内众多的小熔喷生产线生产熔喷法非织造布用于普通蓄

11、电池隔板是的一个重要应用领域，所用聚丙烯原料熔指在35g/10min左右，也有70g/10min左右的，要求其分子量分布窄。熔喷超细纤维结构、孔径小、能透气，但不易散热、保暖性能好使其应用于保暖絮材。特制的絮材松软、轻便但不显得单薄。熔喷絮材的最大优点还在于能用洗衣机洗涤，易干，且不像其他絮材会越洗越板，相反会越洗越松软，越洗越保暖。3 纺粘熔喷复合材料一般认为纺粘非织造布的纤维不如熔喷非织造布纤维细，而熔喷非织造布不如纺粘非织造布强度高。强度低和耐磨性差两个缺点在相当大程度上限制了熔喷产品的应用领域，纺粘产品与之复合后的产品兼有高的强度及耐磨性，又有好的过滤性能、保温性能及导湿性能。熔喷材料

12、起功能作用，提供优异的过滤、吸收和保温性能等，还可以抗静电、抗紫外线辐射；而纺粘材料起承载作用，提供优良的机械性能如强度、耐磨性和尺寸稳定性等。熔喷和纺粘进行复合可以在线进行，也可以离线进行。在线复合是把纺粘和熔喷生产线合在一起，成网后直接复合；一些较大厂家往往同时拥有纺粘、熔喷两种生产线，如南海南新生产线是Reifenhauser公司新一代技术在中国应用的首条SMS生产线。而离线复合是指用两种技术分别制得纤网后，把两种纤网拿到复合设备上去复合，如江阴金凤非织造布制品有限公司采用德国Reifenhauser GmbH熔喷生产线及寇司特公司(Kuster GmbH)无纺布复合生产线专业生产熔喷（

13、MB）无纺布和纺粘-熔喷-纺粘（SMS）复合无纺布。纺粘-熔喷复合主要品种有SM（纺粘熔喷）、SMS（纺粘熔喷纺粘）、SMMS（纺粘熔喷熔喷纺粘）等，其中最常见的是SMS材料。图4为德国Reifenhauser公司纺粘-熔喷复合生产线。（下接第57页）图4 Reifenhauser公司纺粘-熔喷复合生产线4 专用料的制备专用料的生产分两步，首先是制备超高熔指的聚丙烯产品，国外有的利用茂金属催化剂在大装置聚合得到，其产品分子量分布窄，熔融指数波动小，产品质量好。也有的在双螺杆挤出机上利用过氧化物降解得到。第二步是粒子的成型，直接聚合的采用液滴成型，添加剂以喷雾的形式添加。一般熔融指数仪计时器精度

14、不够，我们发现，当熔融指数在150g/10min以上时，熔指仪将不能正确表征物料实际熔指。同时高熔指的测试受一些因素如气泡的影响，而过氧化物降解产生许多分解产物为气体，残留在物料中。不同的物料形状也给熔指测试结果带来不稳定性。最后我们通过多方摸索认为将原料经过一定处理，改变熔指仪的测试条件，自动测试做一定的流动性的表征，手动测量超高熔融指数。 超高熔融指数的聚丙烯流动性好，粘度低，难以牵条，因而熔喷料的成型有些困难。物料粘度高，但流动不稳定，出口形变大。物料粘度低，流动较前者稳定，但流速快，切粒机速度无法满足要求，加上物料本身的强度低，所以非常容易断裂。将物料控制在一定的粘度范围以内，我们得到了熔指1000 g/10min以上的专用料产品。5 结论(1) 熔喷法非织造布技术作为高新技术，近年来发展速度极快。我国熔喷法生产能力1.5万吨左右，其中进口线5条，单线生产线千吨以上，国产生产线单线生产能力仅为百吨左右，且4条进口线可制作超细过滤材料。(2)原料采用高熔融指数聚丙烯，要求聚丙烯分子量分布窄，且灰分少。(3)熔喷非织造布产品具有优异的抗渗透性、过滤性能、保暖性能、织物柔软，用于高档医卫材料