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概述
调研大纲

在技术方面,熔喷无纺布生产基于独特原理,关键工艺参数对产品性能影响重大,未来技术朝着复合化、智能化、绿色环保和高性能化方向发展。

一、生产技术原理​

熔喷无纺布的生产技术基于独特的熔喷工艺,其原理涉及多个关键环节,从原材料的处理到最终产品的成型,每个环节都对产品的性能和质量起着至关重要的作用。​

生产的起始阶段是原料熔融环节。聚丙烯(PP)作为最常用的原材料,被投入到螺杆挤出机中。在螺杆挤出机内,通过外部加热和螺杆的旋转摩擦产生的热量,使聚丙烯颗粒逐渐升温,达到熔点后转变为具有良好流动性的熔体状态。这一过程中,精确控制温度至关重要,温度过高可能导致聚丙烯降解,影响产品性能;温度过低则无法使聚丙烯充分熔融,导致熔体流动性差,难以进行后续的喷丝操作。通常,聚丙烯的熔融温度需控制在 250 - 300℃之间,以确保其处于最佳的熔融状态。​

经过熔融的聚丙烯熔体,在螺杆的推动下进入过滤装置。过滤装置一般采用多层滤网,能够有效去除熔体中的杂质,如未完全熔融的颗粒、金属碎屑以及其他异物等。这些杂质如果进入后续的喷丝和成型环节,会导致喷丝孔堵塞,影响纤维的正常挤出,进而使产品出现瑕疵,降低产品质量。通过过滤,确保进入喷丝环节的熔体纯净度,为生产高质量的熔喷无纺布奠定基础。​

熔体经过过滤后,由计量泵进行精确计量。计量泵的作用是按照设定的流量,将一定量的熔体输送到喷丝板。计量的准确性直接影响到熔喷无纺布的克重均匀性。如果计量不准确,会导致无纺布在不同部位的纤维分布不均匀,影响产品的性能一致性。例如,克重不均匀的熔喷无纺布在用于口罩生产时,可能会导致口罩不同部位的过滤效率存在差异,降低口罩的整体防护效果。因此,计量泵的精度要求较高,一般能够精确控制熔体流量的误差在极小范围内。​

计量后的熔体进入喷丝板,喷丝板上布满了微小的喷丝孔,这些喷丝孔的直径通常在 0.2 - 0.5 毫米之间。熔体从喷丝孔挤出,形成细流。在喷丝孔两侧,高速热空气流以接近音速的速度喷出,对挤出的熔体细流进行拉伸。高速热空气流的温度一般在 250 - 350℃之间,其强大的牵伸作用使熔体细流迅速拉伸变细,形成超细纤维。纤维在拉伸过程中,还伴随着快速的冷却固化。由于热空气流的高速流动,带走了纤维表面的热量,使其迅速冷却凝固,保持拉伸后的形态。在这个过程中,纤维的直径和形态受到热空气流速度、温度以及熔体挤出速度等多种因素的影响。热空气流速度越快,纤维被拉伸得越细;温度越高,熔体的流动性越好,也有利于纤维的拉伸变细。​

经过拉伸和冷却固化的超细纤维,在重力和气流的作用下,随机地堆积在凝网帘或滚筒上,形成纤维网。这些纤维之间相互交织、缠结,依靠纤维自身的粘合作用,以及部分分子间的作用力,使纤维网逐渐形成具有一定强度和稳定性的熔喷无纺布。在纤维成网过程中,凝网帘或滚筒的运动速度、纤维与凝网帘或滚筒之间的距离等参数,也会对纤维网的均匀性和产品的质量产生影响。​

二、主要工艺参数​

在熔喷无纺布的生产过程中,多个关键工艺参数对产品性能有着决定性的影响,这些参数的精确控制是生产高质量熔喷无纺布的关键。​

熔体挤出量是一个重要的工艺参数。在温度不变的情况下,熔体挤出量的增加会使熔喷无纺布的定量(单位面积的重量)增加。当挤出量在一定范围内增加时,纤维之间的相互作用增强,无纺布的强度相对提高。但当挤出量过度增加时,纤维直径会变大,单位面积内的纤维根数减少,同时纤维间的粘合部位也会减少,导致无纺布的强度下降,甚至出现并丝现象,影响产品质量。熔体挤出量与纤维直径的增加成线性关系,生产过程中需要根据产品的要求,精确控制熔体挤出量,以获得合适的纤维直径和无纺布强度。​

螺杆各段的温度对纺丝过程以及熔喷无纺布产品的外观、手感和性能有着显著影响。螺杆不同部位的温度设置需要根据聚丙烯的特性以及生产工艺要求进行调整。一般来说,螺杆的进料段温度较低,主要作用是对聚丙烯颗粒进行初步预热;压缩段温度逐渐升高,使聚丙烯进一步熔融并压实;计量段温度则需要精确控制,以确保熔体具有稳定的流动性和均匀的温度。如果温度过高,聚丙烯可能会发生降解,导致聚合物出现块状,织物疵点增加,纤维断裂增多,出现 “飞花” 现象,影响产品的外观和性能;如果温度设置不当,还可能造成喷嘴堵塞、喷嘴磨损和设备损坏,影响生产的正常进行。​

拉伸热风温度和速度对熔喷无纺布纤维细度和性能有直接影响。拉伸热风温度一般用热风速度(压力)来表示,在其他参数相同的情况下,随着热风速度的增加,纤维受到的拉伸力增大,纤维变细,同时纤维之间的节点增多,受力更加均匀,无纺布的强度增加,手感也变得柔软光滑。但如果热风速度过高,纤维在拉伸过程中可能会受到过度的应力,导致纤维断裂,形成 “飞花”,影响无纺布的外观;如果热风速度下降,纤维拉伸不足,孔隙率增加,过滤阻力下降,但过滤效率也会变差。热风的温度要接近熔体的温度,否则会产生气流扰动,损坏设备箱体,影响生产稳定性。​

熔体温度,又称熔喷模头温度,与熔体流动性密切相关。随着熔体温度的升高,聚丙烯熔体的流动性变好,粘度下降,纤维在拉伸过程中更容易变细且分布更加均匀。但并非熔体温度越高越好,当熔体温度过高,粘度太低时,熔喷无纺布会被过度拉伸,纤维容易断裂,形成空气中无法收集的超短超细纤维,导致产品质量下降。在实际生产中,需要根据聚丙烯的特性和产品要求,精确控制熔体温度,以获得理想的纤维形态和产品性能。​

接收距离也是一个关键参数,它是指喷丝孔到凝网帘或滚筒的距离。适当减小接收距离,可以使纤维之间更好地粘结在一起,提高无纺布的强度。但接收距离不能过小,否则从喷丝孔出来的纤维内应力太大,没有充足的时间使分子链舒展开,所得无纺布会变硬、变脆。在生产过程中,需要通过实验和经验,确定合适的接收距离,以保证无纺布的综合性能。​

三、技术发展趋势​

随着科技的不断进步和市场需求的日益多样化,熔喷无纺布生产技术呈现出一系列显著的发展趋势。​

复合化是一个重要的发展方向。为了满足不同领域对熔喷无纺布性能的更高要求,将熔喷无纺布与其他材料或工艺进行复合的技术得到了广泛应用。熔喷无纺布与纺粘无纺布复合形成的 SMS(纺粘 - 熔喷 - 纺粘)或 SMMS(纺粘 - 熔喷 - 熔喷 - 纺粘)材料,结合了纺粘无纺布的高强度和熔喷无纺布的高过滤性能,广泛应用于医疗卫生、防护用品等领域。还可以将熔喷无纺布与纳米材料复合,如添加纳米银粒子,赋予熔喷无纺布抗菌、抗病毒等特殊功能;与功能性薄膜复合,可提高其阻隔性能等。通过复合技术,能够开发出具有多功能、高性能的新型材料,拓展熔喷无纺布的应用领域。​

智能化生产技术在熔喷无纺布行业中的应用也越来越广泛。利用先进的传感器技术、自动化控制技术和人工智能算法,实现生产过程的智能化监控和优化。在生产线上安装各种传感器,实时监测温度、压力、流量、纤维直径等关键参数,并将数据传输到控制系统。控制系统通过人工智能算法对数据进行分析和处理,根据预设的产品质量标准,自动调整生产参数,确保生产过程的稳定性和产品质量的一致性。智能化生产还可以实现设备的远程监控和故障诊断,提高生产效率,降低人工成本,增强企业的竞争力。​

绿色环保也是熔喷无纺布生产技术发展的重要趋势。随着环保意识的增强和环保法规的日益严格,开发环保型原材料和生产工艺成为行业发展的必然要求。在原材料方面,越来越多的企业开始研究和使用可降解聚合物,如聚乳酸(PLA)等,来替代传统的聚丙烯,以减少对环境的污染。在生产工艺上,采用更加节能、低排放的技术,减少生产过程中的能源消耗和污染物排放。优化加热系统,提高能源利用效率;改进废气处理装置,减少有害气体的排放等。绿色环保技术的应用,不仅符合社会发展的需求,也有助于企业树立良好的形象,提高产品的市场竞争力。​

在产品性能方面,不断追求高性能化也是技术发展的方向之一。随着各行业对过滤材料、防护材料等性能要求的提高,熔喷无纺布需要具备更高的过滤效率、更好的阻隔性能、更强的抗菌性能等。通过改进纤维结构、优化驻极处理工艺等手段,提高熔喷无纺布对微小颗粒的过滤效率,使其能够满足更高标准的空气过滤、水过滤等需求。研发新型的抗菌剂和抗菌技术,使熔喷无纺布具有更持久、高效的抗菌性能,应用于医疗卫生、食品包装等对卫生要求较高的领域。通过不断提升产品性能,熔喷无纺布能够在高端市场中占据更大的份额,满足市场对高品质材料的需求。

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