熔噴非織造布生產應用及專用料的制備

1、熔噴非織造布生產應用及專用料的制備洪 粲 （長嶺分公司研究院）摘要：文章介紹了我國熔噴非織造布設備及原料情況，熔噴法制備非織造布工藝及其產品性能用途和專用料的制備。關鍵詞：熔噴 熔融指數(shù) 超細過濾 紡粘-熔噴復合 專用料熔噴（melt-blowing）法技術是一種將樹脂切片或粒料制成纖維網(wǎng)的一步法成布技術。熔噴法是非織造布中發(fā)展速度最快的品種，聚丙烯是熔噴法被采用的主要樹脂，據(jù)歐洲紡織聚烯烴協(xié)會統(tǒng)計，2001年歐洲用于紡織生產的170萬t聚丙烯中有27萬t用于紡粘布及熔噴布的生產，與1998年26.3萬t相比增長2.6%。我國有60余套簡易的國產熔噴非織造布生產線在運行，產量約4000t500

2、0t。引進成套設備有江陰金鳳（年產熔噴布1500t，復合布3000t），為德國Reifenhauser 設備；安徽奧宏（1500t/a）與天津美綸引進的以EXXON技術為基礎的Aceurate設備；南海南新無紡布有限公司（9000t/aSMS）；山東威海的HSJ設備（噴頭為意大利制）僅適用于粗旦，其中以南海南新最新，為全球第四大無紡布生產商美國PGI集團公司在亞洲合資控股的第一家企業(yè)，原料全部進口，90%的產品出口。 聚丙烯因為它易加工，具有良好的網(wǎng)片成型性、粘合性、低色澤、無臭味、優(yōu)良的穩(wěn)定性和相容性、良好的經濟性而被采用。目前我國該原料主要靠進口，市場上主要有韓國大林料熔融指數(shù)做

3、到900g/10min、1500 g/10min，北歐化工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。國內揚子、燕山有熔噴料，但用戶反映國產料有熔融指數(shù)波動大，易堵噴頭等缺點，且熔指只能做到800g/10min。國產熔噴線所用聚丙烯基本為熔融指數(shù)35 g/10min100g/10min，國內一些小廠家可制備。1 熔噴法生產工藝熔噴法屬于聚合物直接成網(wǎng)工藝的一種，它采用了非常規(guī)的超短程紡絲工藝

4、，由噴射出的熔融型超細短纖維自身粘合而成，由此得到的產品結構和性能是全新的。1.1 生產工藝流程空氣壓縮機制取一定壓力的氣體，由氣體加熱器將氣體加熱，螺桿擠出機將熔融聚合物擠到模頭上排列成一字型的微孔，并通入高速熱氣流，形成超細纖維，纖維長度一般幾英寸不等，強度在2.5g/d左右，然后經收集裝置制成一定規(guī)模定量的熔噴超細纖維非織造布。圖1、圖2為EXXON公司熔噴模頭及工藝示意圖。熔噴過程中，聚合物熔體從模頭微孔中被熱空氣流吹出后形成纖維，因纖維自身和環(huán)境之間的溫差，使纖維冷卻、固化，這個過程發(fā)生在很短的時間內（約1×10-4s），冷卻、固化長度D為5到數(shù)十厘米之間。圖3表明了這一變

5、化過程。1.2 主要工藝參數(shù)影響熔噴非織造布產品質量的因素是多方面的，主要包括以下幾點：1.2.1 原料的性質 收稿日期：2003-03-17作者簡介：洪粲，工程師，1993年畢業(yè)于江蘇化工學院，現(xiàn)從事聚丙烯改性工作。聚合物切片的物性，熔指、等規(guī)度、分子量分布、灰分等。對于聚丙烯，一般說來，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?？滋幦垠w的粘度熔噴過程中所用的原料樹脂如果具有較高的圖1 EXXON公司熔噴模頭示意圖 圖2 EXXON公司熔噴工藝示意圖1聚合物熔體 2膨化區(qū) 3分子取向 4分子失去取向 5纖維 6空氣圖3

6、 熔噴纖維冷卻固化示意圖粘度（>1.4dL/g），熔體的流動性較差，不利于熔噴過程的進行。通過對聚合物的降解，使其粘度達到熔噴工藝所要求的范圍，而又不致破壞聚合物的“熔融強度”，并能減少甚至消除熔噴產品中的“結塊”。1.2.3 空氣流量、速度、溫度，聚合物在噴口的流量 熔噴纖維的直徑隨氣流速度的增加而減小，但氣流速度過高，易產生“結塊”，而且“結塊”的尺寸增加，將造成纖維的斷頭率增加。熱氣流的溫度氣流溫度過低，會造成纖維的“結塊”現(xiàn)象，氣流溫度過高，熔噴產品柔軟、蓬松，但會引起纖維的斷裂，產生“rope”（聚合物的熔融結塊）現(xiàn)象。 1.2.4 模頭與收集裝置的距離 模頭與收集裝置的距離對

7、產品質量和性能也有影響，所用的原料樹脂不同要求距離不同，可根據(jù)用戶產品的性能（如強度、剝離力、縱橫向排列比等）調整噴頭與收集裝置之間的距離。1.3 能耗 熔噴法能耗很高，這是因為為了獲得超細纖維過程中需消耗大量的高溫高壓氣體。該法消耗的氣體量通常是聚合物流量的4050倍，有時高達100倍。用低熔點、或高流動性、或兼具低熔點和高流動性的聚合物，對于降低能耗是有利的。2 熔噴超細纖維非織布的性能和用途丙綸熔噴非織造布的含有大量的高比表面纖維，從而形成大量的微細孔隙，產品有很高的空隙容積和很好的抗?jié)B性，因而具有優(yōu)良的過濾性和透氣性。具有很高的空隙容積，其內部含有大量的空氣（約90%），產品有很好的保

8、溫絕熱性能。熔噴纖維的取向度較差，因而拉伸強力較低。且熔噴非織布中的纖維之間無粘合劑粘合，只是由熔噴剩余熱量及拉伸熱空氣使相互交錯的纖維熱熔粘合而固結在一起，因而最終產品強度較低。另外，熔噴產品還具有體積小、重量輕的特點，因而產品的手感、可折性及挺括性均較好。熔噴法非織造布的主要應用方向是超細過濾材料，因為其它非織造布工藝尚無法達到10以下的單絲纖維。過濾材料是丙綸熔噴非織造布最大最早的應用領域。全世界熔噴非織造布用于濾材約2萬ta，主要用于氣體和液體過濾，其中液體過濾占65%，氣體過濾占35%。隨著現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，對環(huán)境的潔凈度要求越來越高，要達到高等級的空氣潔凈度，就需要有性能優(yōu)越的過濾

9、材料。丙綸熔噴非織造布做濾材采用與紡粘、針刺等材料復合方法，得到綜合效果較好的空氣過濾復合材料，在相同濾速下既有初始阻力低，又有過濾效率高、容塵量大的特點。丙綸熔噴非織造布作為空氣濾材在我國目前只能夠做到亞高效的水平。要取代玻璃纖維做高效、超高效濾材，目前還存在一定的問題。 丙綸熔噴非織造布經熱軋等特殊工藝處理后，可作為液體微濾膜，廣泛應用于液體過濾領域。所謂微濾是指用于過濾002m10m粒徑的顆粒，如細菌、血液及大分子等物質，稱為微孔過濾。丙綸熔噴非織造布做液體濾材時只能用于微濾范疇，還達不到超濾膜的高效率。醫(yī)衛(wèi)材料是非織造布的一個主要應用領域。熔噴布過濾效果好，透氣性能好，與紡粘

10、布復合普遍用于一次性醫(yī)衛(wèi)材料，不會造成交叉感染。熔噴聚丙烯非織造布具有多微孔并疏水親油的特性，原材料的密度?。?.91g/m3），比水輕，幾乎不吸水，也不溶于油類和強酸強堿，其吸油量能超過自身重量的十幾倍，且吸油速度快，吸油后能浮于水面而不下沉，水油置換性能好，能反復使用和長期存放，是理想的吸油材料。熔噴布纖維極細，另外它有多孔性及一定強度，因此早期打開的用途為電池隔板。Exxon公司為該用途開發(fā)出了聚丙烯三層熱軋層壓材料。Riegel Produucts公司的Roy Volkman在70年代工業(yè)化生產出了一種鉛酸免保養(yǎng)電池用聚丙烯熔噴布隔板。國內眾多的小熔噴生產線生產熔噴法非織造布用于普通蓄

11、電池隔板是的一個重要應用領域，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。熔噴超細纖維結構、孔徑小、能透氣，但不易散熱、保暖性能好使其應用于保暖絮材。特制的絮材松軟、輕便但不顯得單薄。熔噴絮材的最大優(yōu)點還在于能用洗衣機洗滌，易干，且不像其他絮材會越洗越板，相反會越洗越松軟，越洗越保暖。3 紡粘熔噴復合材料一般認為紡粘非織造布的纖維不如熔噴非織造布纖維細，而熔噴非織造布不如紡粘非織造布強度高。強度低和耐磨性差兩個缺點在相當大程度上限制了熔噴產品的應用領域，紡粘產品與之復合后的產品兼有高的強度及耐磨性，又有好的過濾性能、保溫性能及導濕性能。熔噴材料

12、起功能作用，提供優(yōu)異的過濾、吸收和保溫性能等，還可以抗靜電、抗紫外線輻射；而紡粘材料起承載作用，提供優(yōu)良的機械性能如強度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性等。熔噴和紡粘進行復合可以在線進行，也可以離線進行。在線復合是把紡粘和熔噴生產線合在一起，成網(wǎng)后直接復合；一些較大廠家往往同時擁有紡粘、熔噴兩種生產線，如南海南新生產線是Reifenhauser公司新一代技術在中國應用的首條SMS生產線。而離線復合是指用兩種技術分別制得纖網(wǎng)后，把兩種纖網(wǎng)拿到復合設備上去復合，如江陰金鳳非織造布制品有限公司采用德國Reifenhauser GmbH熔噴生產線及寇司特公司(Kuster GmbH)無紡布復合生產線專業(yè)生產熔噴（

13、MB）無紡布和紡粘-熔噴-紡粘（SMS）復合無紡布。紡粘-熔噴復合主要品種有SM（紡粘熔噴）、SMS（紡粘熔噴紡粘）、SMMS（紡粘熔噴熔噴紡粘）等，其中最常見的是SMS材料。圖4為德國Reifenhauser公司紡粘-熔噴復合生產線。（下接第57頁）圖4 Reifenhauser公司紡粘-熔噴復合生產線4 專用料的制備專用料的生產分兩步，首先是制備超高熔指的聚丙烯產品，國外有的利用茂金屬催化劑在大裝置聚合得到，其產品分子量分布窄，熔融指數(shù)波動小，產品質量好。也有的在雙螺桿擠出機上利用過氧化物降解得到。第二步是粒子的成型，直接聚合的采用液滴成型，添加劑以噴霧的形式添加。一般熔融指數(shù)儀計時器精度

14、不夠，我們發(fā)現(xiàn)，當熔融指數(shù)在150g/10min以上時，熔指儀將不能正確表征物料實際熔指。同時高熔指的測試受一些因素如氣泡的影響，而過氧化物降解產生許多分解產物為氣體，殘留在物料中。不同的物料形狀也給熔指測試結果帶來不穩(wěn)定性。最后我們通過多方摸索認為將原料經過一定處理，改變熔指儀的測試條件，自動測試做一定的流動性的表征，手動測量超高熔融指數(shù)。 超高熔融指數(shù)的聚丙烯流動性好，粘度低，難以牽條，因而熔噴料的成型有些困難。物料粘度高，但流動不穩(wěn)定，出口形變大。物料粘度低，流動較前者穩(wěn)定，但流速快，切粒機速度無法滿足要求，加上物料本身的強度低，所以非常容易斷裂。將物料控制在一定的粘度范圍以內，我們得到了熔指1000 g/10min以上的專用料產品。5 結論(1) 熔噴法非織造布技術作為高新技術，近年來發(fā)展速度極快。我國熔噴法生產能力1.5萬噸左右，其中進口線5條，單線生產線千噸以上，國產生產線單線生產能力僅為百噸左右，且4條進口線可制作超細過濾材料。(2)原料采用高熔融指數(shù)聚丙烯，要求聚丙烯分子量分布窄，且灰分少。(3)熔噴非織造布產品具有優(yōu)異的抗?jié)B透性、過濾性能、保暖性能、織物柔軟，用于高檔醫(yī)衛(wèi)材料