第七節(jié)第七節(jié) 熔噴機(jī)械熔噴機(jī)械一、概述一、概述1、定義：、定義： 熔噴法非織造布是將螺桿擠壓熔噴法非織造布是將螺桿擠壓機(jī)擠出的高聚物熔體，通過高速機(jī)擠出的高聚物熔體，通過高速（高于聲速（高于聲速550m/s ）的熱空氣）的熱空氣（（250-300℃及以上）或其它手段及以上）或其它手段（如離心力、靜電力），使高聚物（如離心力、靜電力），使高聚物受到極度拉伸而形成極細(xì)（受到極度拉伸而形成極細(xì)（1-10㏕㏕））的短纖維，并凝聚到多孔（或五孔的短纖維，并凝聚到多孔（或五孔滾筒或成網(wǎng)簾上形成纖網(wǎng)，最后經(jīng)滾筒或成網(wǎng)簾上形成纖網(wǎng)，最后經(jīng)自身粘合或熱粘合加固而成的非織自身粘合或熱粘合加固而成的非織造布，稱為熔噴法非織造布造布，稱為熔噴法非織造布1 2、熔噴法發(fā)展簡(jiǎn)況：、熔噴法發(fā)展簡(jiǎn)況：§熔噴法工藝是聚合物擠壓法非織造工藝中的一種，起源于20世紀(jì)50年代初 1951年，美國(guó)Arther.D.Littll’Inc公司開始研究用氣流噴射－靜電紡絲法生產(chǎn)聚苯乙烯超細(xì)纖維非織造布，取得了相關(guān)美國(guó)專利 美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室研究并開發(fā)用于收集上層大氣中放射性微粒的過濾材料，1954年發(fā)表研究成果。

§ 20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)ESSO公司(今Exxon公司)進(jìn)一步對(duì)這一工藝進(jìn)行改進(jìn)，并取得了相關(guān)的美國(guó)專利 §20世紀(jì)80年代后期，由于熔噴法非織造布市場(chǎng)的開發(fā)，一些非織造布機(jī)械制造商開始參與熔噴法生產(chǎn)設(shè)備的制造，其中有美國(guó)的Accurate公司和J & M公司，德國(guó)的Reifenhaeuser公司等 2§從20世紀(jì)80年代開始，熔噴法非織造布增長(zhǎng)迅速，保持了10～12％的年增長(zhǎng)率1990年全世界已有70多條熔噴生產(chǎn)線，年產(chǎn)量達(dá)到5萬噸以上美國(guó)的Kimble-clark公司為了克服熔噴法非織造布強(qiáng)力低的缺點(diǎn)，開發(fā)了熔噴非織造布與紡絲成網(wǎng)非織造布疊層材料，即SMS復(fù)合材料，大量應(yīng)用于手術(shù)服、過濾材料等，有力地推動(dòng)了熔噴非織造布的發(fā)展隨著復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用和熔噴法非織造布的應(yīng)用開發(fā)，目前，世界熔噴法非織造布的年產(chǎn)量已超過10萬噸 3我國(guó)熔噴非織造工藝的發(fā)展情況 我國(guó)熔噴法非織造工藝研究始于20世紀(jì)70年代中期，80年代中后期，熔噴法非織造布在我國(guó)得到推廣應(yīng)用，主要產(chǎn)品有過濾材料、吸油材料、保暖材料、電池隔膜等我國(guó)現(xiàn)有熔噴法非織造布生產(chǎn)線60多條，其中引進(jìn)1.5m~2.5m幅寬生產(chǎn)線6條，其余為國(guó)產(chǎn)間歇式生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為1萬噸/年。

由于間歇式與連續(xù)式熔噴非織造布產(chǎn)品相互間具有不可替代性，因此兩種工藝方法仍將相輔相成 4二、二、 熔噴法工藝特點(diǎn)熔噴法工藝特點(diǎn)熔噴非織造工藝的特點(diǎn)：?能耗大?超細(xì)纖維纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)?過濾、阻菌、吸附方面有突出的優(yōu)點(diǎn)?纖維取向度較差?纖維強(qiáng)力低5三、熔噴工藝原理與生產(chǎn)工藝流程（一）熔噴工藝原理與生產(chǎn)工藝流程（一）熔噴工藝原理與生產(chǎn)工藝流程 熔噴非織造工藝是采用高速熱空氣流對(duì)模熔噴非織造工藝是采用高速熱空氣流對(duì)模頭（噴頭）噴絲孔（一排間距不到頭（噴頭）噴絲孔（一排間距不到1 1㎜，直徑㎜，直徑在在0.1-0.2 ㎜之間㎜之間)擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)擠出的聚合物熔體細(xì)流進(jìn)行牽伸，由此形成超細(xì)纖維并收集在凝網(wǎng)簾或行牽伸，由此形成超細(xì)纖維并收集在凝網(wǎng)簾或滾筒上，同時(shí)靠自身粘合而成為熔噴法非織造滾筒上，同時(shí)靠自身粘合而成為熔噴法非織造布 熔噴生產(chǎn)工藝流程主要為：熔噴生產(chǎn)工藝流程主要為：?熔體準(zhǔn)備熔體準(zhǔn)備→過濾過濾→計(jì)量計(jì)量→熔體從噴絲孔擠出熔體從噴絲孔擠出→熔體細(xì)流牽伸與冷卻熔體細(xì)流牽伸與冷卻→成網(wǎng)成網(wǎng) 6熔噴工藝原理熱空氣熱空氣聚合物熔體冷卻空氣冷卻空氣接收裝置成網(wǎng)至后道工序噴霧裝置7 1-螺桿擠壓機(jī) 2-計(jì)量泵 3-噴頭 4-風(fēng)道5-滾筒接收 6-空氣系統(tǒng) 81、熔體準(zhǔn)備、熔體準(zhǔn)備 熔噴非織造工藝使用聚酯、聚酰胺等切片原料時(shí)，必須對(duì)切片進(jìn)行干燥預(yù)結(jié)晶。

聚丙烯切片通常不需要干燥熔噴工藝主要采用螺桿擠出機(jī)對(duì)聚合物切片進(jìn)行熔融并壓送熔體 固體切片進(jìn)入螺桿后，首先在螺桿進(jìn)料段被輸送和預(yù)熱，繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)、排氣并逐漸熔化，然后在螺桿計(jì)量段中進(jìn)一步混和塑化，并達(dá)到一定的溫度，以一定的壓力輸送到計(jì)量泵2、過濾 熔噴工藝中，聚合物熔體進(jìn)入模頭（噴頭）之前，應(yīng)經(jīng)過過濾，以濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑常用過濾介質(zhì)有細(xì)孔燒結(jié)金屬、多層細(xì)目金屬篩網(wǎng)、石英砂等 93、計(jì)量 熔噴工藝中采用齒輪計(jì)量泵進(jìn)行熔體計(jì)量，高聚物熔體經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量后才送至熔噴模頭，以精確控制纖維細(xì)度和熔噴法非織造布的均勻度4、 熔體從噴絲孔擠出 熔噴工藝與傳統(tǒng)紡絲具有相似原理，聚合物熔體從模頭噴絲孔擠出的歷程可分為入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū) 熔體形成超細(xì)纖維首先要通過入口區(qū)和孔流區(qū)在入口區(qū)，聚合物熔體由鍥狀導(dǎo)入口縮緊進(jìn)入噴絲毛細(xì)孔之前，在入口處熔體流速加快，散失的部分能量以彈性能貯存在熔體內(nèi)其后，熔體細(xì)流進(jìn)入噴絲孔孔流區(qū)，在該區(qū)域，剪切速率增大，大分子構(gòu)象發(fā)生改變，排列比較規(guī)整 105、熔體細(xì)流牽伸與冷卻 熔噴工藝中，從模頭噴絲孔擠出的熔體細(xì)流發(fā)生膨化脹大的同時(shí)，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。

同時(shí)，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)纖維 11 6、成網(wǎng) 國(guó)內(nèi)間歇式熔噴生產(chǎn)設(shè)備的接收方式與進(jìn)口連續(xù)式生產(chǎn)線相比有很大差異，國(guó)產(chǎn)間歇式熔噴生產(chǎn)線的接收滾筒由不銹鋼鋼板卷成，熔噴超細(xì)纖維直接接收在滾筒上，沒有真空抽吸作用當(dāng)需要較大單位面積質(zhì)量的熔噴法非織造布時(shí)，通常將熔噴超細(xì)纖維一層層疊加上去，這樣，產(chǎn)品的均勻度比進(jìn)口設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品好，并可采用較小的接收距離，使產(chǎn)品密度增加，同時(shí)產(chǎn)品的彎曲剛度也比進(jìn)口設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品大得多 間歇式熔噴生產(chǎn)線的產(chǎn)品是塊狀的，產(chǎn)量也比進(jìn)口設(shè)備低 12 四、四、 熔噴機(jī)械設(shè)備熔噴機(jī)械設(shè)備（一）熔噴設(shè)備組成 熔噴生產(chǎn)線的設(shè)備主要有：?上料機(jī)?螺桿擠出機(jī)?計(jì)量泵?熔噴模頭組合件?空壓機(jī)?空氣加熱器?接收裝置?卷繞裝置 131、、上料機(jī)上料機(jī) 安裝于擠出機(jī)料斗之上上料機(jī)的功能是將聚合物切片抽吸至螺桿擠出機(jī)料斗，通常具有自動(dòng)功能，可按整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)量來設(shè)定單位時(shí)間的送料量 142、螺桿擠壓機(jī) 參見紡粘工藝相關(guān)內(nèi)容3、計(jì)量泵 參見紡粘工藝相關(guān)內(nèi)容。

4、熔噴模頭（噴頭）組合件 模頭組合件是熔噴設(shè)備中最關(guān)鍵的部分，通常由以下各部分組成： 聚合物熔體分配系統(tǒng)§模頭（噴頭）系統(tǒng)§牽伸熱空氣管路通道§加熱保溫元件15(1)聚合物熔體分配系統(tǒng)聚合物熔體分配系統(tǒng) 聚合物熔體分配系統(tǒng)的作用是保證聚聚合物熔體分配系統(tǒng)的作用是保證聚合物熔體在整個(gè)熔噴模頭長(zhǎng)度方向上均勻合物熔體在整個(gè)熔噴模頭長(zhǎng)度方向上均勻流動(dòng)并具有均一的滯留時(shí)間，從而保證熔流動(dòng)并具有均一的滯留時(shí)間，從而保證熔噴法非織造布在整個(gè)寬度上的具有較小的噴法非織造布在整個(gè)寬度上的具有較小的單位面積質(zhì)量偏差、纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量偏差、纖網(wǎng)cv值及其它物理值及其它物理機(jī)械性能的差異目前熔噴工藝中主要采機(jī)械性能的差異目前熔噴工藝中主要采用衣架型聚合物熔體分配系統(tǒng)用衣架型聚合物熔體分配系統(tǒng) 16(2)模頭（噴頭）系統(tǒng)模頭（噴頭）系統(tǒng) 熔噴模頭系統(tǒng)是整個(gè)組合件中另一重熔噴模頭系統(tǒng)是整個(gè)組合件中另一重要部分熔噴法非織造布的均勻度與模要部分熔噴法非織造布的均勻度與模頭設(shè)計(jì)、制造有密切關(guān)系通常，熔噴頭設(shè)計(jì)、制造有密切關(guān)系通常，熔噴模頭的加工精度要求很高，因此熔噴模模頭的加工精度要求很高，因此熔噴模頭制造成本較昂貴。

頭制造成本較昂貴 17 Exxon公司早期研制的熔噴模頭，共有192個(gè)噴絲孔，分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有48個(gè)噴絲孔，區(qū)域之間被25.4mm寬的空間所隔開，該空間用于固定上下兩塊模體，因此，該熔噴模頭的噴絲孔實(shí)際上是由上下模體配合形成的先在上下模體結(jié)合面上各自加工出微細(xì)的凹槽，然后上下模體貼合，校正后即可形成一排噴絲孔 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，可得到較大的噴絲孔長(zhǎng)徑比，模頭清潔較方便，但加工精度和裝配精度要求較高，目前已較少應(yīng)用 18Exxon公司早期研制的熔噴模頭19Exxon公司專利U.S.P 3,825,379中有關(guān)的熔噴模頭20 熔噴模頭中，牽伸熱空氣通道的設(shè)計(jì)也是非常重要的，要求在整個(gè)熔噴模頭長(zhǎng)度方向上保持熱空氣流噴出速度和流量一致，以獲得均勻的熔噴纖網(wǎng)目前，世界上熔噴非織造生產(chǎn)線的制造商均有自己的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 通常的方法是盡量保證每孔聚合物和熱空氣的流量相等，可采用了較長(zhǎng)的聚合物熔體分配通道以及迷宮式熱空氣通道 熔噴模頭清潔處理時(shí)應(yīng)注意防止變形和損傷 21Kasen公司熔噴模頭 225、、空氣加熱器空氣加熱器 熔噴工藝需用大量的熱空氣。

空壓機(jī)輸出的壓縮空氣經(jīng)除濕過濾后輸送到空氣加熱器加熱，然后再送至熔噴模頭組合件空氣加熱器是壓力容器，同時(shí)要抵抗高溫空氣的氧化作用，因此材料必須選用不銹鋼 空氣加熱器的發(fā)熱元件為不銹鋼電加熱管加熱器內(nèi)腔設(shè)置多個(gè)折流板，可延長(zhǎng)空氣在加熱器內(nèi)腔滯留時(shí)間，以提高熱交換效率適當(dāng)增加加熱管數(shù)量，提高空氣加熱器的裝機(jī)功率，可縮短生產(chǎn)線開車升溫時(shí)間熔噴工藝對(duì)牽伸空氣加熱器的溫度控制精度要求較高，牽伸空氣溫度要求穩(wěn)定在±1℃的范圍內(nèi)236、、接收裝置接收裝置 熔噴工藝中的接收裝置主要有：? 滾筒式? 平網(wǎng)式?美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的專利接收滾筒，其內(nèi)部吸風(fēng)通道分多層，以保證滾筒延軸線方向吸風(fēng)量的一致德國(guó)Reifenhaeuser公司的熔噴生產(chǎn)線采用了平網(wǎng)接收裝置，其簾網(wǎng)周長(zhǎng)固定，轉(zhuǎn)動(dòng)輥可左右移動(dòng)，以調(diào)節(jié)簾網(wǎng)成網(wǎng)工作面的水平位置，從而達(dá)到改變?nèi)蹏娊邮站嚯xDCD的目的，Reifenhaeuser公司熔噴生產(chǎn)線的模頭系統(tǒng)的位置是固定的美國(guó)Accurate公司熔噴生產(chǎn)線的模頭系統(tǒng)以及螺桿擠出機(jī)等安裝在一個(gè)升降平臺(tái)上，通過升降平臺(tái)來調(diào)節(jié)熔噴接收距離，接收滾筒的水平位置不可調(diào) 24（二）典型熔噴設(shè)備介紹（二）典型熔噴設(shè)備介紹1、德國(guó)Reifenhauser公司熔噴生產(chǎn)線 德國(guó)Reifenhauser公司1984年開始生產(chǎn)紡粘法非織造布生產(chǎn)線，1988年與美國(guó)Exxon公司簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，開始研制熔噴法非織造布生產(chǎn)線。

目前，該公司可提供單獨(dú)的紡粘生產(chǎn)線、熔噴生產(chǎn)線和生產(chǎn)SMS復(fù)合非織造布產(chǎn)品生產(chǎn)線中的熔噴部分以及全套SMS生產(chǎn)線 25德國(guó)Reifenhauser公司的熔噴生產(chǎn)線 26德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil單頭熔噴生產(chǎn)線 27德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil雙頭熔噴生產(chǎn)線 28德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil離線式SMS復(fù)合生產(chǎn)線 29德國(guó)Reifenhauser公司的Reicofil熔噴生產(chǎn)線的熔噴模頭 30日本NKK熔噴生產(chǎn)線 31五、 熔噴產(chǎn)品性能與應(yīng)用（一）熔噴法非織造布的結(jié)構(gòu)與性能 熔噴法非織造布的特點(diǎn)之一是纖維細(xì)度較小，通常小于10μm，大多數(shù)纖維的細(xì)度在1～4μm 32 熔噴工藝是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的紡絲過程，從熔噴模頭噴絲孔到接收裝置的整條紡絲線上，各種作用力不能保持動(dòng)平衡由于這種區(qū)別于傳統(tǒng)紡絲工藝條件的非穩(wěn)態(tài)紡絲過程，造成了熔噴纖維粗細(xì)長(zhǎng)短的不一致 33（二）產(chǎn)品應(yīng)用（二）產(chǎn)品應(yīng)用 目前，熔噴法非織造布的主要用于：§過濾材料§醫(yī)療衛(wèi)生用材料§環(huán)境保護(hù)材料§服裝材料§電池隔膜材料§擦拭材料 其中過濾材料應(yīng)用最廣，其次是醫(yī)療衛(wèi)生用材料、環(huán)境保護(hù)材料、服裝材料、電池隔膜材料以及擦拭材料等。

341、過濾材料 熔噴法非織造布早期的應(yīng)用主要是過濾材料，熔噴法非織造布具有纖維細(xì)、結(jié)構(gòu)蓬松、孔隙多而孔隙尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)暮笳?，是一種性能優(yōu)良的過濾材料熔噴法非織造布在過濾領(lǐng)域的應(yīng)用有氣體過濾和液體過濾，氣體過濾方面有已經(jīng)大量推廣應(yīng)用的醫(yī)用防菌口罩、室內(nèi)空調(diào)機(jī)過濾材料、汽水分離過濾材料、凈化室過濾材料等其中醫(yī)用防菌口罩采用熔噴法非織造布作為過濾介質(zhì)可大大減少細(xì)菌的透過率，其阻菌率高達(dá)98％以上，而且佩戴時(shí)沒有任何不舒服的感覺在液體過濾方面，熔噴法非織造布可用于飲料和食品過濾、水過濾、貴金屬回收過濾、油漆和涂料等化學(xué)藥品過濾等熔噴法非織造布可與其它材料復(fù)合并制成可換式濾芯或?yàn)V袋等用于各種過濾裝置中 352、保暖材料 保暖材料應(yīng)具有良好的保暖性，可防止或減少由導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射所引起的熱損失，并能較長(zhǎng)期使用而不改變其保暖性實(shí)驗(yàn)表明，纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)是影響保暖材料傳熱性能的主要因素之一 熔噴復(fù)合保暖材料和聚酯纖維絮片的傳熱率均隨蓬松率的增加而提高蓬松率提高，纖網(wǎng)中空氣流動(dòng)加快，對(duì)流熱損失也相應(yīng)加大 對(duì)于熔噴復(fù)合保暖材料，其厚度對(duì)透氣性能影響較小，而聚酯纖維絮片隨厚度減小透氣性迅速上升。

熔噴復(fù)合保暖材料中的熔噴法非織造布具有超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，因此抗風(fēng)能力較強(qiáng) 363、吸油材料 聚丙烯熔噴法非織造布因其材料特性和微纖結(jié)構(gòu)而成為性能良好的吸油材料，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用，如海上溢油事故、工廠設(shè)備漏油以及污水處理等1989年春，美國(guó)阿拉斯加附近的威廉王子海峽發(fā)生油輪觸礁事故，造成大面積漏油嚴(yán)重污染了海面當(dāng)時(shí)空運(yùn)了大約2.6萬噸以聚丙烯熔噴法非織造布為主的吸油材料到現(xiàn)場(chǎng)，僅用了幾天時(shí)間就清理了海面，這是熔噴法非織造布成功用于海上溢油事故處理的典范 374、電池隔膜 隔膜材料是蓄電池的重要組成部件，通常置于正負(fù)極板之間，主要功能是絕緣正負(fù)極板，并保證電介質(zhì)的流動(dòng)隨著蓄電池工業(yè)的發(fā)展，對(duì)隔膜材料的電性能、化學(xué)性能和機(jī)械性能的要求越來越高聚丙烯材料具有優(yōu)良的耐酸堿性能，越來越受到電池行業(yè)的親睞聚丙烯熔噴法隔膜材料具有孔徑小、孔率大、電阻小以及產(chǎn)品變化多樣的特點(diǎn)，在我國(guó)得到迅速推廣應(yīng)用 38 六、 熔噴工藝?yán)碚撆c進(jìn)展（一）工藝進(jìn)展 熔噴工藝技術(shù)的誕生比紡粘工藝要早，但其商業(yè)化卻比紡粘法工藝遲，其原因主要是熔噴法非織造布的強(qiáng)度差、生產(chǎn)成本高。

因此紡粘法非織造布超前于熔噴法非織造布推廣應(yīng)用是可以理解的但在產(chǎn)品特性方面，熔噴法非織造布的超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)是紡粘法非織造布所難以相比的，這也使熔噴法非織造布始終受人關(guān)注的原因 39 熔噴工藝近期進(jìn)展主要有工藝自身的拓展及與其他非織造工藝的組合交叉應(yīng)用熔噴工藝與設(shè)備已有很大的進(jìn)展，從單一聚合物原料、圓截面紡絲發(fā)展為多種原料復(fù)合熔噴、異形截面纖維紡絲等，出現(xiàn)了利用高壓靜電場(chǎng)中的靜電力來生產(chǎn)超細(xì)纖維的靜電熔融紡絲工藝(EMS工藝)熔噴工藝與其它非織造工藝的結(jié)合可擴(kuò)大熔噴法非織造布的產(chǎn)品品種、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，如干法梳理工藝引入熔噴工藝，可得到彈性良好的保暖材料此外，熔噴工藝可與水刺、針刺以及縫編等非織造工藝交叉組合應(yīng)用，熔噴法非織造布可與其它材料疊層復(fù)合 （二）組合工藝40 紡粘——熔噴復(fù)合生產(chǎn)線1-螺桿擠壓機(jī) 2-計(jì)量泵 3-噴頭 4-成網(wǎng)機(jī) 5-紡粘設(shè)備 6-復(fù)合機(jī) 7-卷繞分切機(jī) 41。