聚丙烯熔喷专用料的结构与性能研究

聚丙烯熔喷专用料的结构与性能研究

熔喷法非织布生产工艺是直接从熔铅中干燥的工艺。通常，固碳法的非织布被称为固碳法。因熔喷纤网为超细纤维，提供了大的表面积，因此，被广泛地用作过滤通过市场调研了解到，熔喷法PP原料的制备方法主要有两种：(1)装置直接聚合法生产高流动PP,通过控制聚合反应工艺以控制PP的分子量及分子量分布。采用提高阻聚剂如氢气浓度的方法降低聚合物的分子量，从而提高熔体质量流动速率。这种方法受催化剂、反应条件等因素的限制。本工作主要研究了熔喷专用PP树脂的分子量及分子量分布、熔体流动速率、灰分及挥发分性能，并建立原料、设备、工艺之间的影响关系，通过研究熔喷工艺，来更好地指导PP原料在熔喷布中的应用。1实验部分1.1主要原材料PP:氢调法熔喷料PP1、降解法熔喷料PP2,中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司。1.2仪器、试药和仪器熔体流动速率仪：MP600,美国TO公司；差示扫描量热仪：TA-6200,日本精工株式会社；凝胶色谱分析仪：GPC-IR,西班牙POLYMERCHAR公司；挥发分测试仪：HX204,梅特勒公司；微波灰化马弗炉：美国CEM公司；万能试验机：INSTRON5566,英国Instron公司；偏光显微镜：BH-2,日本OLYMPUS;扫描电子显微镜：S-3400A,日本日立公司；自动滤料测试仪：SC-FT-1802D,青岛世尘公司。熔喷生产线：模头幅宽3.2m,国产。熔喷试验机：模头幅宽0.6m,孔径0.25mm,长径比10∶1,国产。1.3熔喷布的制备将驻极母粒与PP按照一定比例加入喂料机，制备25g和40g重熔喷布。其中，螺杆温度设定180～255℃,热罐出口设定255℃,喷丝板温度设定245～265℃,接收距离DCD设定22cm。1.4度2、负荷2.16kg按照GB/T3682.1—2018测试，温度230℃、负荷2.16kg;差示扫描量热法(DSC)分析按照GB/T19466.3—2004测试，将约5mg的试样，在N2结果与讨论2.1原材料对造浮设备和造浮设备性能的影响2.1.1原料流动性和凝结温度原料PP1是燕山石化生产的氢调法熔喷料，原料PP2是降解法生产熔喷料，分析两种原料的结构与性能，研究分子量和分子量分布、高效过滤熔喷布具有2～5μm的超细纤维结构特点，在进行熔喷纺丝时对PP原料的流动性有一定要求，一般需要原料具有非常高的其中PP1原料具有更低的灰分和挥发分，杂质含量少，可以满足喷丝板的长周期稳定运转，非常适合于高端医疗卫生用品。PP2原料的结晶温度略高，这有利于纤维丝的冷却定型，对丝径的均一性更加可控，可以降低并丝的比例。熔喷料的分子量分布越宽，会造成熔体切变速率下降，增加熔体弹性，会影响热空气对熔体细丝的牵伸，从而影响纤维细度和产品的手感。从表1可以看出，两种原料的分子量分布指数均小于4,PP1原料的分子量分布略宽，说明小分子和大分子都相对偏多，与表中0～1万和50万～100万分子量的比例相对应，这将会对纺丝工艺产生影响。2.1.2材料的过滤机理和性能测试使用PP1和PP2原料生产熔喷布，其中PP2原料生产的熔喷布在32L/min下盐性颗粒过滤效率99.2%,而PP1生产的熔喷布手感偏硬，在32L/min下盐性颗粒过滤效率95.3%,并且飞花现象明显，这主要由于PP1原料中小分子和大分子含量偏多，热风温度过高会造成断丝飞花，螺杆挤出温度和喷丝板温度过低会造成熔体黏度过高，不利于牵伸，同时热风风速过低也不利纤维牵伸，制备的纤维细度就易较粗，布面手感就会偏硬。所以对PP1原料的纺丝工艺进行调整，适当提高喷丝板温度10～20℃,改善可纺性和加工流动性，这与其分子量和分子量分布的数据可对应上。对两种原料制备的25g重熔喷布进行性能测试，数据如表2所示。在熔喷过滤材料的过滤机理中，普遍认为的机理主要有布朗扩散、截留、惯性碰撞、重力沉降和静电吸附5种过滤机理。当微尘直径小于3μm,由于熔喷布中的超细纤维随机和隔层交叉排列成型，构成多弯曲通道的纤维过滤层，当微粒经过各种类型的弯曲通道或路径时，微尘便被机械过滤式的范德华力吸附在纤维表面。在熔喷纺丝过程中会加入一定量的驻极母粒，实现过滤材料的纤维带电势，可达到静电吸附作用，当粉尘、细菌、病毒等粒径经过过滤材料时，静电力不仅能有效地吸引带电微粒，而且以静电感应捕获应计划的中性粒子，随着静电势提高，静电吸附作用增强。可以看出，采用PP1和PP2原料生产的熔喷布微生物和过滤效率等指标，均满足相关的国家标准和行业标准的要求；25g重熔喷布，在32L/min流量下的盐性颗粒过滤效率均在99%以上，气体阻力30Pa左右，在85L/min流量下的盐性颗粒过滤效率均在95%以上，气体阻力90Pa左右，可满足KN95高等级防护口罩的要求。力学性能方面，降解法PP2性能相对更好，这是由于降解料熔体弹性更小，利于热空气对熔体细丝的牵伸，可提高纤维细度，进而提高纤维质检的黏结点，从而增加了力学性能。同时使用PP1制备了40g重熔喷布，采用EN149:2001+A1:20098.11标准测试盐性和油性颗粒过滤效率；进行老化评价，将熔喷布在(38±2.5)℃和(85±5)%相对湿度环境放置(24±1)h,在(70±3)℃干燥环境放置(24±1)h,在(-25±3)℃的环境放置(24±1)h,性能测试数据如表3所示。对上述的40g重熔喷布进行口罩生产，测试口罩的关键性能。其中，在95L/min流量下测试，盐性过滤效率是99.74%,油性过滤效率是96.79%,满足FFP2等级≥94%的标准。在30L/min流量下测试，吸气阻力是40Pa,满足FFP2等级≤70Pa标准；在95L/min流量下测试，吸气阻力是138Pa,满足FFP2等级≤240Pa标准。在160L/min流量条件下测试，呼气阻力是227Pa,满足FFP2等级≤300Pa标准，说明用该熔喷布制备生产的口罩符合欧盟FFP2级要求，各项性能良好且稳定。2.2该工艺对焊接性能的影响2.2.1熔喷布盐性过滤效率性能的模糊设计采用PP1原料在熔喷试验机上进行纺丝试验，通过调整螺杆的挤出量，考察对熔喷布盐性过滤效率的性能影响，如图1所示。随着挤出量增加，过滤效率2.2.2熔喷布sem测试通过调整喷丝板的温度，考察对熔喷布盐性过滤效率的性能影响，如图2所示。并对制备的熔喷布进行SEM测试，如图3所示。随着喷丝板温度升高，过滤效率呈现先增加后下降趋势。从SEM图可以看出，喷丝板温度高于220℃后，丝径的不均匀度增加，粗的纤维有可能是并丝导致。这是由于对于小机器及高2.2.3聚合物熔体的拉伸通过调整热风温度和热风速度，考察对熔喷布盐性过滤效率的性能影响随着热风温度的升高，整体过滤效率呈升高趋势。这是由于在熔喷过程中，热空气的主要作用是在聚合物保持熔融状态下拉伸聚合物熔体，使其牵伸拉细形成超细纤维。热空气温度升高，可延缓纤维的冷却固化，有利于对纤维的拉伸，从而使纤维直径减小，过滤效率增加。但是热风温度高于240℃后，过滤效率反而下降，这是由于温度过高，纤维太细，纤维之间黏结性下降。随着热风速度的增加，过滤效率逐渐提高，并且手感逐渐变得特别柔软。这是因为热风速度增大，对喷丝孔喷出的纤维牵伸力增大，因此纤维纤度变小，手感由硬变软，纤维缠结增多，并且热黏合效果增大，布面由粗糙到密实、光滑；但是当热风速度过大时(大于30r/min),就会出现“飞花”疵点。2.2.4纤维网孔隙率通过调整接收距离和驻极电压，考察对熔喷布盐性过滤效率的性能影响，如图6、图7所示。接收距离DCD增加时，过滤效率略微降低，幅度不大。可能是由于接受距离增加，纤维飞向成网帘的速率降低，纤维网的蓬松度增加，厚度增加，平均孔隙率增加，厚度增加可提高过滤效率，孔隙率增加则降低过滤效率，两者的共同作用使过滤效率变化不大。驻极电压增大，过滤效率提高。这是因为随着充电电压的增大，驻极材料的极化电场增强，在样品表面俘获的电荷越多，静电吸附的效果越强，过滤效率越高。3重熔喷布的过滤效果1)通过对PP熔喷专用料的结构与性能研究，考察熔喷料的分子量及分子量分布、2)所制备的25g重熔喷布，在32L/min流量下的盐性过滤效率可达