熔喷工艺参数对纺熔复合非织造材料性能的影响

熔喷工艺参数对纺熔复合非织造材料性能的影响

目前，中国是世界上非织造材料最重要的生产大国，但在技术水平、设备水平、创新能力、产品水平、市场份额和国际市场竞争力方面仍存在较大差距。我国存在企业规模小、生产集中度低、专业化生产程度低的问题,造成产业结构不合理,出现了低技术含量产品过剩,而高新技术产品不能满足行业需要的状况。因此,学习国际上先进的设备和工艺技术,建设技术含量高、规模合理的生产线,使生产成本更为低廉,产品性能更为优异,将会有利于实现产业结构调整、技术进步和产品升级本文分析了国内首条SSMMS纺熔复合非织造材料生产线在投产试车过程中熔喷工艺参数对产品结构性能的影响,并对所选主要工艺参数进行了优化,期望对国产多头纺熔复合非织造材料生产线的生产及工艺技术能有一定的借鉴作用。1熔融指数的测定影响熔喷非织造材料最终产品质量和性能的工艺参数很多,如高聚物性质和结构、切片的熔融指数、聚合物熔体的挤出量、热气流速度、螺杆挤出机的温度、纤网结构、喷丝板的结构与喷丝孔的形状、热空气的温度、喷丝孔与成网帘的距离、加固方式等。本文只选择螺杆挤出量、侧风温度、网带速度和接收距离四个重要参数进行分析。1.1出量大小对成网性差的影响在熔喷非织造材料的生产中,螺杆挤出量对熔喷纤维直径影响较大。挤出量越大,纤维的直径越大,反之则越小。在实际生产中,挤出量一般设定在170~190kg/h。生产实践证明:挤出量大于190kg/h时,纤维直径大,布面手感较硬;挤出量小于170kg/h时,熔体所受的压力过小,无法正常挤出,产生熔滴现象,成网性差。本文选择挤出量为175、180和190kg/h三个值进行生产试验,并对所得纤维直径分布进行测试,结果见图1。从图1可以看出:当螺杆挤出量为190kg/h时,所生产的熔喷纤维较粗,约有72%纤维的直径大于3.4μm,且纤维直径不匀率较高;当螺杆挤出量为180kg/h时,纤维直径有所减小且相对分布均匀,直径在2.0~3.4μm之间的纤维达到80%左右,只有14%纤维的直径大于3.4μm;当螺杆挤出量为175kg/h时,所生产纤维最细,直径在2.0~3.4μm的纤维比例只有37%,而61%以上纤维的直径达到2.0μm以下。因此,挤出量调节为175kg/h时,可生产出纤维较细的熔喷非织造材料。1.2不同侧风温度下纤维生长特性在生产过程中,侧风温度是影响熔喷纤维直径和分布状态的重要参数。本文选取260、270和280℃三个不同侧风温度进行生产试验。图2为在不同侧风温度下制得的熔喷纤维分布状态的SEM照片(放大倍数为1000倍)。从图2可以观察到,不同侧风温度下形成的纤维其直径和分布状态各不相同。图2(a)的纤维较粗;图2(b)的纤维较细,且相对均匀;图2(c)纤维直径差别较大,纤维表现出较大的不匀率。图3为不同侧风温度下制得的熔喷纤维的直径分布。当侧风温度为270℃时,纤维直径分布相对均匀,直径小于2.0μm的纤维达到27%以上,而直径大于3.4μm的纤维不到4%;当侧风温度为280℃时,直径大于3.4μm的纤维超过18%,纤维较粗;当侧风温度为260℃时,纤维直径主要分布在2.0~3.4μm之间。由上可见,当侧风温度在270℃时所制得的非织造材料的纤维,其直径较小且分布均匀。1.3纤维直径分布网带速度也直接影响熔喷纤维的直径。保持其他工艺参数不变,在不同网带速度下制得的熔喷纤维的直径分布见图4。从图4可以看出:网带速度在185m/min时,制得的纤维较粗,平均直径超过3.4μm;网带速度在170和176m/min时,制得的纤维直径差距较小,且分布较为集中。因此,在生产试验中建议将网带速度调整为170~176m/min。1.4纤维的直径分布在其他工艺参数不变的条件下,不同接收距离下制得的熔喷纤维的直径分布见图5。从图5可以看出,随着接收距离的增加熔喷纤维的直径变小。当接收距离为11cm时,纤维的直径分布相对均匀,但纤维较粗,有15%的纤维直径超过3.4μm;当接收距离为12cm时,纤维最细,直径小于2.0μm的纤维超过16%,只有4%的纤维直径大于3.4μm;当接收距离为13cm时,纤维直径分布不匀,直径在2.0~2.7μm的纤维比例超过62%。因此,建议调整接收距离为12cm进行熔喷纤维生产。1.5复合非织造材料的静水压差异熔喷纤维的直径直接影响复合非织造材料的性能,其中对静水压CV值和布面手感的影响最为突出。以生产22g/m从图6可以看出,复合非织造材料的静水压CV值随着纤维直径的增大逐渐升高,由13%左右增大到30%左右,表示随着纤维直径变大,材料的静水压越来越不均匀。同时,布面的手感也随纤维直径变大而越来越硬。2单纤直径正交试验本条生产线熔喷部分采用的是德国安卡公司的喷丝板,固定狭缝距离为0.8mm,故对此因素不作探讨。选择影响产品质量较为明显的因素:螺杆挤出量、侧风温度、接收距离和网带速度,以单纤直径为变量,设计正交试验。各因素的设计见表1。本文按表1所选工艺参数,采用四因素三水平L根据正交试验结果可以确定各因素对单纤直径的影响程度由大到小的排序为C→A→D→B,即螺杆挤出量→侧风温度→网带速度→接收距离;其最优水平为A3纤维直径和直径分布(1)当螺杆挤出量为175kg/h时,所生产的熔喷纤维最细,61%以上纤维的直径达到2.0μm以下;当侧风温度为270℃时,纤维直径分布相对均匀,直径小于2.0μm的纤维达到27%以上,直径大于3.4μm的纤维不到4%;当网带速度为185m/min时,纤维较粗,平均直径超过3.4μm;当接收距离为12cm时,纤维最细,只有4%的纤维直径大于3.4μm。(2)纤维直径较小时,复合非织造