熔噴工藝參數對紡熔復合非織造材料性能的影響

目前，中國是世界上非織造材料最重要的生產大國，但在技術水平、設備水平、創新能力、產品水平、市場份額和國際市場競爭力方面仍存在較大差距。我國存在企業規模小、生產集中度低、專業化生產程度低的問題,造成產業結構不合理,出現了低技術含量產品過剩,而高新技術產品不能滿足行業需要的狀況。因此,學習國際上先進的設備和工藝技術,建設技術含量高、規模合理的生產線,使生產成本更為低廉,產品性能更為優異,將會有利于實現產業結構調整、技術進步和產品升級本文分析了國內首條SSMMS紡熔復合非織造材料生產線在投產試車過程中熔噴工藝參數對產品結構性能的影響,并對所選主要工藝參數進行了優化,期望對國產多頭紡熔復合非織造材料生產線的生產及工藝技術能有一定的借鑒作用。1熔融指數的測定影響熔噴非織造材料最終產品質量和性能的工藝參數很多,如高聚物性質和結構、切片的熔融指數、聚合物熔體的擠出量、熱氣流速度、螺桿擠出機的溫度、纖網結構、噴絲板的結構與噴絲孔的形狀、熱空氣的溫度、噴絲孔與成網簾的距離、加固方式等。本文只選擇螺桿擠出量、側風溫度、網帶速度和接收距離四個重要參數進行分析。1.1出量大小對成網性差的影響在熔噴非織造材料的生產中,螺桿擠出量對熔噴纖維直徑影響較大。擠出量越大,纖維的直徑越大,反之則越小。在實際生產中,擠出量一般設定在170~190kg/h。生產實踐證明:擠出量大于190kg/h時,纖維直徑大,布面手感較硬;擠出量小于170kg/h時,熔體所受的壓力過小,無法正常擠出,產生熔滴現象,成網性差。本文選擇擠出量為175、180和190kg/h三個值進行生產試驗,并對所得纖維直徑分布進行測試,結果見圖1。從圖1可以看出:當螺桿擠出量為190kg/h時,所生產的熔噴纖維較粗,約有72%纖維的直徑大于3.4μm,且纖維直徑不勻率較高;當螺桿擠出量為180kg/h時,纖維直徑有所減小且相對分布均勻,直徑在2.0~3.4μm之間的纖維達到80%左右,只有14%纖維的直徑大于3.4μm;當螺桿擠出量為175kg/h時,所生產纖維最細,直徑在2.0~3.4μm的纖維比例只有37%,而61%以上纖維的直徑達到2.0μm以下。因此,擠出量調節為175kg/h時,可生產出纖維較細的熔噴非織造材料。1.2不同側風溫度下纖維生長特性在生產過程中,側風溫度是影響熔噴纖維直徑和分布狀態的重要參數。本文選取260、270和280℃三個不同側風溫度進行生產試驗。圖2為在不同側風溫度下制得的熔噴纖維分布狀態的SEM照片(放大倍數為1000倍)。從圖2可以觀察到,不同側風溫度下形成的纖維其直徑和分布狀態各不相同。圖2(a)的纖維較粗;圖2(b)的纖維較細,且相對均勻;圖2(c)纖維直徑差別較大,纖維表現出較大的不勻率。圖3為不同側風溫度下制得的熔噴纖維的直徑分布。當側風溫度為270℃時,纖維直徑分布相對均勻,直徑小于2.0μm的纖維達到27%以上,而直徑大于3.4μm的纖維不到4%;當側風溫度為280℃時,直徑大于3.4μm的纖維超過18%,纖維較粗;當側風溫度為260℃時,纖維直徑主要分布在2.0~3.4μm之間。由上可見,當側風溫度在270℃時所制得的非織造材料的纖維,其直徑較小且分布均勻。1.3纖維直徑分布網帶速度也直接影響熔噴纖維的直徑。保持其他工藝參數不變,在不同網帶速度下制得的熔噴纖維的直徑分布見圖4。從圖4可以看出:網帶速度在185m/min時,制得的纖維較粗,平均直徑超過3.4μm;網帶速度在170和176m/min時,制得的纖維直徑差距較小,且分布較為集中。因此,在生產試驗中建議將網帶速度調整為170~176m/min。1.4纖維的直徑分布在其他工藝參數不變的條件下,不同接收距離下制得的熔噴纖維的直徑分布見圖5。從圖5可以看出,隨著接收距離的增加熔噴纖維的直徑變小。當接收距離為11cm時,纖維的直徑分布相對均勻,但纖維較粗,有15%的纖維直徑超過3.4μm;當接收距離為12cm時,纖維最細,直徑小于2.0μm的纖維超過16%,只有4%的纖維直徑大于3.4μm;當接收距離為13cm時,纖維直徑分布不勻,直徑在2.0~2.7μm的纖維比例超過62%。因此,建議調整接收距離為12cm進行熔噴纖維生產。1.5復合非織造材料的靜水壓差異熔噴纖維的直徑直接影響復合非織造材料的性能,其中對靜水壓CV值和布面手感的影響最為突出。以生產22g/m從圖6可以看出,復合非織造材料的靜水壓CV值隨著纖維直徑的增大逐漸升高,由13%左右增大到30%左右,表示隨著纖維直徑變大,材料的靜水壓越來越不均勻。同時,布面的手感也隨纖維直徑變大而越來越硬。2單纖直徑正交試驗本條生產線熔噴部分采用的是德國安卡公司的噴絲板,固定狹縫距離為0.8mm,故對此因素不作探討。選擇影響產品質量較為明顯的因素:螺桿擠出量、側風溫度、接收距離和網帶速度,以單纖直徑為變量,設計正交試驗。各因素的設計見表1。本文按表1所選工藝參數,采用四因素三水平L根據正交試驗結果可以確定各因素對單纖直徑的影響程度由大到小的排序為C→A→D→B,即螺桿擠出量→側風溫度→網帶速度→接收距離;其最優水平為A3纖維直徑和直徑分布(1)當螺桿擠出量為175kg/h時,所生產的熔噴纖維最細,61%以上纖維的直徑達到2.0μm以下;當側風溫度為270℃時,纖維直徑分布相對均勻,直徑小于2.0μm的纖維達到27%以上,直徑大于3.4μm的纖維不到4%;當網帶速度為185m/min時,纖維較粗,平均直徑超過3.4μm;當接收距離為12cm時,纖維最細,只有4%的纖維直徑大于3.4μm。(2)纖維直徑較小時,復合非織造