1、熔噴非織造布技術發展及應用摘要:介紹了熔噴非織造布技術的生產工藝過程及原理,分析了國內外熔噴技術的發展現狀和發展趨勢,探討了熔噴產品的應用前景,并就其今后的發展提出了幾點建議。關鍵詞:熔噴;非織造布;工藝原理;發展;應用熔噴法是20世紀50年代發展起來,依靠高速、高溫氣流噴吹聚合物熔體使其得到迅速拉伸而制備超細纖維的一種方法。聚合物切片通過擠壓機加熱加壓成為熔融狀態后,經熔體分配流道到達噴頭前端的噴絲孔,擠壓后再經兩股收斂的高速、高溫氣流拉伸使之超細化。超細化的纖維冷卻固化沉積于集網簾裝置上形成細度極細的熔噴非織造布1熔噴非織造布生產工藝原理典型或傳統的熔噴非織造布工藝過程為:聚合物喂入熔融擠

2、出過濾計量噴絲成網卷取后加工成品。生產工藝流程及原理2見圖1、圖2。聚合物(PP切片)或其它原料由輸送裝置送入計量混合裝置,經過計量、混合后,進入螺桿擠壓機加熱熔融成為熔體。再經過過濾除去雜質,進入紡絲泵(計量泵)計量加壓后,即成為壓力穩定、流量穩定、分布均勻的熔體,這些高溫熔體進入紡絲箱后,由其內部的熔體通道均勻分配至紡絲組件(熔噴頭)。另一方面,由空氣壓縮機或風機產生的壓力氣體進入空氣加熱器后,便成為高溫的牽伸氣流,由管道送入紡絲箱內的牽伸氣流通道,然后由布置在噴絲板組件兩側的通道對著從熔噴頭噴出的熔體噴射,熔體在這種高溫、高速氣流的作用下被牽伸成細度僅為15m(實際上纖維的細度呈現對數正

3、態分布,其范圍一般在0.37m之間)的細絲。與此同時,這些超細尺寸的纖維被牽伸氣流拉斷為長度約4075mm的短纖維。牽伸氣流挾持著這些被牽伸的短纖維落在成網機之前,雖然已被周圍的環境空氣(或人為的冷卻氣流)冷卻降溫,但仍然能依靠牽伸氣流的熱量及本身的余熱在成網裝置上互相粘合纏結,形成一張連續纖網。為了防止牽伸氣流將纖網吹散,在網下設置了吸風系統,可以將牽伸氣流及周圍環境一定范圍內的氣流抽走,使纖網貼在成網簾上定型、傳輸。從成網機過來的纖網可用卷繞機卷繞、分切,成為熔噴布產品。2國內外熔噴技術發展現狀及趨勢2.1國外熔噴技術發展現狀1954年美國海軍研究所在研究氣流噴射法紡絲時,紡得了極細的纖維

4、,其直徑在5m以下,并制得由這種超細纖維組成的非織造布,隨后出現了一些相關的專利。20世紀70年代后期,美國ExxonMobil公司將此技術轉為民用,使得熔噴法非織造技術得到迅速的發展。BiaxFi-berfilm、ExxonMobil、ACCURATEProducts、Reif-enhauser、Kimberly-Clark和Nordson等公司都為熔噴技術的發展作出了突出的貢獻。目前,ExxonMobil公司和Biax公司設計的熔噴模頭結構代表了世界上兩種典型的技術類型。ExxonMobil公司的組合式熔噴模頭由帶有一排噴絲孔、坡口角度呈3090的鼻形模頭尖和兩個氣閘組成,兩個氣閘分布模頭

5、尖的兩邊;Biax公司的組合式熔噴模頭則是由多排紡絲噴嘴和同心氣孔組成,據稱這一特點可以提供較高的生產能力和較好的產品質量3。最近幾年,由于相繼出現新的復合、層壓、涂層、駐極化和化學處理等深加工方法,使熔噴法非織造布的品種和應用有了很大的發展。2.2國內熔噴技術發展現狀我國對熔噴技術的研究始于20世紀50年代末。20世紀80年代,中國紡織大學研制出了間歇式熔噴法非織造布生產線。20世紀90年代初,北京化工研究院、中國紡織大學、北京超綸公司等單位設計出的熔噴設備,在國內投產了近百臺。隨后,安徽奧宏、江陰金鳳、天津泰達、山東俊富等公司陸續投產了5條引進的連續式熔噴生產線,使我國熔噴法非織造布生產技

6、術上了一個新的臺階。我國熔噴非織造布有連續式和間歇式兩種。2006年連續式熔噴非織造布產品的生產企業在我國共有20家30條生產線,比2005年多了4個企業和6條生產線。間歇式熔噴設備也有一定的發展。2006年熔噴非織造布總的生產能力為3.31萬t/a,產量為2.16萬,t與2005年的1.9萬t相比增長了13.2%,在非織造布中所占比重為1.5%。2006年新增連續生產線的來源,一是采用進口的熔噴模頭,其它部分由企業自己加以配套組裝成線,例如天津泰達的第三條生產線、大連瑞光、山東俊富都是這種做法,他們都是采用從日本卡遜(Kazen)公司進口模頭自己配套成線。另外,2006年連續式熔噴法非織造布

7、生產線的國產制造水平有很大提高,由北京宏大貝斯特制造的2.4m單模頭和1.6m幅寬雙模頭的兩條熔噴生產線已在浙江桐鄉健民濾材公司順利開車,制成的產品90%出口,取得了很好的經濟效益。上海嘉榮、江蘇騰達、杭州中南是一個企業聯合體。2006年該聯合體生產各種熔噴產品共達到3800多,t居國內第一。他們共擁有130140臺間歇式熔噴設備。其中把一部分設備分成多組,每組加裝連續往復成卷機構,使產品能適應多樣化的要求,并可以提高勞動生產率。這個機構具有自主知識產權,已獲得專利。這個企業的主要產品為蓄電池隔板和過濾芯、吸油氈等。間歇式熔噴設備除了嘉榮、騰達、中南以外,估計全國還有100200臺散布在江蘇、

8、浙江、山東、河北、廣東等地,因較為分散,無法加以詳細統計4。2.3熔噴技術發展趨勢隨著各種非織造布加工技術的成熟,各工藝之間相互滲透,向混雜化、復合化方向發展是當前非織造布發展的趨勢,尤其是各工藝之間的復合越來越受到大家的重視。進入21世紀以來,國際上熔噴非織造布技術有著突飛猛進的發展,主要包括以下幾個方面。2.3.1發展雙組份熔噴技術美國Hills公司和Nordson公司較早就開發成功制取皮芯型、并列型、三角形等多種雙組份非織造布的熔噴技術,通常纖維纖度接近2m,熔噴噴絲組件的孔數可以達到100孔/2.54cm,每孔的擠出量可達到0.5g/min。熔噴雙組份纖維非織造布和一般熔噴纖維制品相比

9、能進一步改進過濾介質的過濾性,并使過濾介質具有抗靜電性、導電性、吸濕性、增強的阻隔性等;或使纖維網的粘結性、蓬松性、透氣性提高。目前世界上提供雙組份熔噴技術的主要有Hills和Nordson等公司,Hills公司還擁有多組份熔噴技術。據了解,其技術關鍵在于改變過去采用衣架式分配熔體的方法而采用新的薄板型分配板,采用多路隙縫設計,對不同聚合物流量進行精確分配,按要求通過不同管道把不同聚合物送到各噴絲孔。雙組份熔噴纖維紡絲時,兩種聚合物熔融溫度有相當的差別。在紡絲過程中,占量較少的聚合物其降解溫度比占量多的聚合物凝固點低30左右,因此,過去不同聚合物難于共同紡絲。Hills公司開發的薄型板工藝以及

10、其紡絲箱體都完全可以勝任,它采用多泵式系統,兩種組份分別加熱、相互隔離,保證溫度可以滿足工藝要求。2.3.2發展熔噴納米纖維過去開發熔噴纖維都基于Exxon的專利技術,最近幾年國際上多家公司已突破Exxon技術向更細的納米纖維發展。表1為熔噴納米纖維與一般熔噴和紡粘纖維直徑的對比。由表1可知,納米熔噴纖維相對于其它纖維,直徑更細,表面積更大。采用納米熔噴纖維作過濾介質時,能夠顯著提高過濾效率。同時,由于納米級熔噴非織造布中的纖維纖度細,可以采用更輕克重的熔噴布與紡粘布復合,仍可承受同樣水頭的壓力,而其制成的SMS類產品可以減少熔噴纖維所占的比重。Hills公司對納米熔噴纖維作過很深的研究,據稱

11、已達到產業化的階段。其它一些企業例如NonwovenTechnologies(NTI)公司也開發了可生產納米熔噴纖維的工藝、技術,并已取得了專利。為紡制納米纖維,NTI公司采用比普通熔噴設備要細得多的噴絲孔,據稱采用的噴絲孔細小到63.5m,模塊結構的噴絲板可組合成3m以上的總寬度,這樣紡出的熔噴纖維直徑大約為500nm,最細的單纖直徑可小至200nm。2.3.3改進設備和更新原料改進熔噴設備,提高產品性能和生產效率,開發新型熔噴品種,是熔噴技術發展的必由之路。Nordson等公司提供的一些熔噴設備、紡絲箱體可根據需要轉過一定角度,不與生產線垂直配置,從而可較方便地改變幅寬。美國Accurat

12、e(現已被Reifenhauser收購)的連續熔噴設備可以生產濾芯,并可自動改變相對速度使內外層形成密度梯度,以使過濾效率提高,濾芯可以自動切換連續運轉。同時,摒棄傳統的熔噴原料PP、PET等,尋找新型原料,紡制多功能、高附加值的熔噴產品,也是熔噴技術的發展方向。美國CelaneseAG公司推出的可用于熔噴非織造布的聚苯硫醚樹脂,在通常使用聚丙烯原料的標準熔噴設備螺桿上就能加工成非織造布,經過長時間連續運轉情況良好,但其熔體熔融溫度需300320,紡絲時溫度需要提高。用此樹脂紡制的熔噴纖維的細度,在24m之間的占有一定比重,從細到粗分布較寬。由于其耐高溫的特點,可在惡劣環境中如水泥廠、鋼鐵廠等

13、作過濾之用,很有發展前景。另外,由聚乳酸(PLA)、聚酰胺酯(PEA)等樹脂紡制而成的可生物降解的熔噴濾料也將具有廣闊的發展前景。3熔噴非織造布的應用由于熔噴技術生產的纖維很細,同時熔噴布具有很大的比表面積,空隙小而空隙率大,故其過濾性、屏蔽性、絕熱性和吸油性等應用特性是其它單獨工藝生產的非織造布所難以具備的。所以,熔噴非織造布廣泛應用于醫用和工業用口罩、保暖材料、過濾材料、醫療衛生材料、吸油材料、擦拭布、電池隔板以及隔音材料等領域。3.1醫療衛生用品利用熔噴非織造布和其它材料復合可以制作醫療衛生用品,通常熔噴布可以和透氣、透濕膜復合,而更為常用的是和紡粘布復合為SMS、SMMS等。紡粘布主要

14、使復合布具有足夠的強力,而熔噴布則防止帶有細菌或病毒的血液、污液等侵入人體,其復合制品可以制作一次性或限次使用的防護服、手術衣、口罩、手術洞巾、床單、病室帷幕等。這些產品根據需要可以進行抗靜電、防酒精、防血漿、拒水、拒油、抗污、耐酸、耐堿、阻燃、抗紫外線等各種特殊處理。如經過駐極化處理后的熔噴布可以增強其阻隔和屏蔽細菌、病毒、污液的作用,使用它的復合布做成的防護產品可以防止病人與醫護人員之間的交叉感染,也可以防止病人與其他健康人之間的傳染。3.2保暖材料熔噴非織造布由于其纖維直徑特別細、孔徑小、孔率高,因而手感柔軟,具有非常好的抗風能力,且透氣性能良好,重量非常輕,是十分優異的保暖材料。美國3

15、M公司開發的一系列以熔噴布為主體的產品已在世界流行,這種保暖材料的基本組成是65%左右的PP熔噴纖維和35%的粗旦三維卷曲PET纖維,加入的粗旦PET纖維解決了其蓬松性的問題。據稱,該產品的保暖性是羽絨的1.5倍,結構亦是仿羽絨的。天津泰達的生態棉實際上就是熔噴纖維構成的。它是一種在二層熔噴布之間具有間隔疊層特殊結構的絮片,因而具有更多的空隙,使其保暖性能更好。目前,生態棉已成為全國知名品牌,受到軍隊后勤部門的青睞。泰達的熔噴纖維保暖材料帶來了中國熔噴非織造布發展的高潮。之后,江陰金鳳、安徽奧宏及北京貝斯特等企業都有投入保暖材料領域的研發工作。熔噴非織造布保暖材料在國內民用市場有不可限量的發展

16、前景。3.3過濾材料熔噴非織造布由于其纖維直徑細、比表面積大、孔隙小,空隙率高等特點極適合作液固分離或氣固分離的過濾材料。在空氣過濾中適用于亞高效以上的過濾,如勞保及醫療口罩、防毒面具等,可濾除粉塵、細菌等有害顆粒,亦可作空調、汽車內空氣過濾和發動機空氣過濾的材料。空氣過濾領域,在西方發達國家,由于環保的要求,現已大量采用熔噴非織造布復合型濾材。在我國,隨著對環保的逐漸重視,熔噴非織造布必將具有廣闊的市場。開發高性能的空氣過濾材料,也將具有一定的市場空間,天津泰達的駐極熔噴復合濾材,在32L/min流量、0.3m粒徑的條件下,過濾效率可以達到99.99%,阻力為117.7Pa水柱,達到歐洲H1

17、3標準。3.4吸油材料聚丙烯熔噴布的多微孔性與疏水性使其成為吸油材料與揩布的天生候選者,其吸油量可以達到本身重量的2050倍,具有吸油速度快,吸油后能長期浮于水面不變形,水油置換性能好,可以反復使用長期存放等特點,受到這一領域的歡迎。歐美、日本等國已廣泛利用熔噴吸油材料進行工廠設備泄油治理,海洋環境保護,污水治理以及其它油料溢出和油污治理等,并都有具體法規,要求船只和海港必須配置一定數量熔噴吸油材料以防止環境污染。我國在這方面已引起相關方面的廣泛重視,據稱一些海港都已開始備有一些熔噴類吸油絮墊、吸油柵、吸油帶等產品,以備必要時之用,另外一些飯店、甚至包括家庭用途的吸油產品也在逐步推廣。3.5特

18、殊的應用領域現今國外一些企業除了保持熔噴非織造布在常規應用市場的份額外,更多地把眼光放在了一些特殊領域的開發工作。如Kimberly-clark公司已經取得了有關梯度濾材的專利(USP4714647);Pall公司取得了用于血液過濾的熔噴濾材專利(USP5582907);BBA公司(美國)聚三氟氯乙烯ChemicalFiber&TextileTechnology2007年12月熔噴布Halar打開了高溫過濾用途的領域等等。從國外開發一些特殊的應用領域中得到啟示,國內一些企業也在不斷地開發研究此應用市場。天津泰達已為美國、歐洲的公司提供一些特殊領域應用的熔噴法非織造布,據稱其在血液過濾領域已經有

19、了新的突破,并申請了專利。關注特殊應用領域的市場,必將帶動熔噴法非織造布向高新技術領域挺進。4建議首先,隨著國內陸續引進的代表先進技術的熔噴生產線、SMS復合生產線及雙組分熔噴生產線,我們亟需要做的是消化吸收、掌握與硬件設備相適應的軟件技術,培訓出一批自己的技術人員,發揮出先進設備的技術優勢,使產品獲得最大的優化。其次,解決原料供應問題。根據熔噴工藝的原理,在生產過程中,要選用熔融指數比紡粘工藝大得多的聚丙烯切片,熔融指數(MFI)在4003000g/10min左右(常用8001200g/min),切片的等規度要求大于95%,MWD(分子量分布Mw/Mn)較窄(22.5),灰分小于2.510-