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熔喷非织造技术研究及应用进展

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2017-05-03 09:50【

熔喷非织造技术是高效生产和加工产业用纺织品的重要手段,其产品具有工艺流程短、生产效率高、纤维超细、比表面积大、孔隙率高等特点,在医卫防护、高效过滤、保暖隔热、吸音降噪以及电池隔膜等领域具有独特的优势。近些年来,随着社会的不断发展和人们环境保护意识的不断加强,以及在SARS、H1N1等全球安全突发性事件诱发下,世界范围内熔喷非织造材料得到了高速发展。与此同时,我国在熔喷技术及产品应用方面也取得了长足进步,成为熔喷非织造材料第一生产大国。

熔喷非织造布主要原料的开发

目前,熔喷法采用的原料大部分是聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚酯(PET)、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)和聚苯硫醚(PPS)等。其中,PP是目前熔喷非织造材料中使用最多的一种高分子材料,具有质轻价廉、拉斯性能好、无毒、无味且机械强度高等优点。 

聚酰胺 PA

聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon),随着在各行各业中的广泛应用,其优异的力学性能、亲水性、润滑性、耐磨性、耐腐蚀性以及易于加工成形性越来越为人们所熟悉。在将PA应用于熔喷工艺中时,国内外研究者均进行了相关工艺研究。

聚酯 PET

近几年热塑性新型聚酯材料异军突起,聚酯新品种聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是研制开发的热点,以PTT为原料,采用双组分熔喷非织造布生产线生产出PTT/PP熔喷非织造材料,与传统单组分圆形光滑熔喷纤维相比,其纤网为异形截面结构,纤维较卷曲,具有超强的阻隔性和耐热性,具有广泛的应用前景,是目前国际上双组分熔喷新品种开发的热点。

热塑性聚氨酯 TPU

TPU一类弹性体聚合物,已成为当今用量较大、发展速度较快的聚合物之一。用其加工出的熔喷非织造材料,不仅具有传统熔喷非织造材料的特点,而且具有良好的力学性能、弹性、延伸性和耐疲劳性,应用前景十分广阔。在弹性熔喷非织造材料领域,美国和日本等发达国家较早投入了大量的基础研究,技术水平处于世界领先地位。日本企业已生产出最大拉伸率可达700%的高弹熔喷非织造材料。 

聚乳酸 PLA

随着人们环保意识逐步提高,诸如PLA等生物降解材料越来越受到相关研究者的关注,PLA是由生物发酵生产的乳酸经人工化学合成而得的聚合物,但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性。PLA熔喷非织造布工艺方面,国内外院所也相应积累了一些研究成果。

美国田纳西大学对PLA作为熔喷工艺原料的可行性进行了相关研究和论证,东华大学对改进熔喷工艺参数优化PLA非织造材料过滤性能等关键问题进行了系统的分析和论述。天津工业大学对PLA熔喷非织造材料的加工工艺参数也进行了实验测定,测定结果对于PLA熔喷非织造材料应用于商业化生产具有重要的参考意义。

 聚苯硫醚 PPS

 PPS作为一种新型高性能热塑性树脂,由于具有耐高温、耐腐蚀、机械性能优异等特点,可适应于恶劣环境中作过滤材料,因此很有发展前景,可广泛应用于化工滤料、燃煤锅炉和垃圾焚烧炉等领域。

美国研发出一种熔喷级PPS树脂(Fortron PPS0203HS),据悉该原料在通常使用PP原料的熔喷设备上就能加工成非织造材料,纤维直径分布在 2~4 μm之间。东华大学、天津工业大学、四川省纺织研究院分别熔喷级PPS为原料,进行了研究测试,这些结论为高性能PPS树脂更好地应用于熔喷非织造材料成形加工提供了重要依据。

熔喷非织造材料制备的新技术

熔喷驻极技术

 传统熔喷非织造过滤材料对空气中的粉尘颗粒、有害气体以及微生物等有害物质主要依靠布朗扩散、惯性碰撞等机械作用进行拦截,因此只有当纤维直径较细、滤材纤网密度较高时,才能有效提高捕集效率,但此时材料过滤阻力却明显增加。也就是说,传统熔喷非织造过滤材料在捕获空气中有害物质方面存在一定的局限性。
熔喷静电驻极.jpg 
   与传统熔喷非织造过滤材料相比,通过驻极处理后,由于其带有持久静电,极大地提高了对亚微米数量级粉尘颗粒的捕集效率,同时表现出了较低的过滤阻力,该技术对熔喷非织造产业结构的转型升级具有积极的推动作用。

2009年-2010年,中纺科技公司在完成宽幅熔喷国家纺织专项项目的基础上,掌握了熔喷静电驻极规模化生产的全部生产工艺,所生产的熔喷非织造布主要用于医疗卫生过滤用材料。

双组份熔喷技术

 最近10多年来,为了改善单组份熔喷产品强度低、纤维直径较粗等问题,双组份熔喷技术发展十分迅速,具有良好的市场前景。

早在20世纪80年代,美国、德国日本等发达国家率先展开了对双组份纤维熔喷技术的研究、开发工作。上世纪九十年代末,德国莱芬公司率先推出了Reicofil 双组份熔喷非织造布生产线,并生产了以PP、PE、PA6、PET、PBT、PTT等为实验原料的双组份熔喷产品。目前,美国希尔斯公司和诺信公司在双组份熔喷设备及技术层面处于世界领先水平,包括皮芯型、并列型、三角形等多种双组份熔喷技术。
双组份生产线.jpg 

莱芬IV型SSMMMS PE/PT双组份生产线

插层熔喷复合技术

熔喷非织造材料纤维细而柔软,在使用过程中耐压性和压缩回弹性差且孔隙结构容易发生变化,这些问题容易导致熔喷产品的容尘量、吸音性能和保暖性能下降。

短纤插层复合熔喷非织造材料的核心技术在于:在侧吹送风系统送入部分高卷曲中空短纤维至熔喷超细纤维射流之前,连接一梳理设备先将高卷曲中空短纤维梳理成单纤化,然后适当加大侧吹送风风速,有效地使短纤维以单纤维状均匀分布在PP熔喷超细纤维流中,从而大大提高插层式复合熔喷非织造布的均匀性,同时利用高卷曲短纤维的刚性和粗细纤维互相补偿的方式有效地改善材料的孔隙结构,解决PP超细熔喷非织造材料耐压性和弹性回复性差的问题,大幅提高了材料的保暖、吸音等性能。

其他新技术

 现有单排熔喷技术产量相对较低,为了进一步提高熔喷装备的单机生产速率,美国开发出一种具有多排喷丝孔并列排列的熔喷设备。该熔喷模头由多排纺丝喷嘴和同心气孔组成,每英寸长度上最多可有332孔,模头工作宽度为20"吋,大大提高了生产速度,增加了产量。

纳米熔喷纤维相对于其它纤维,直径更细,比表面积更大。为纺制纳米纤维,NTI公司采用比普通熔喷设备要细得多的喷丝孔,据称可细小到63.5μm,模块结构的喷丝板可组合成3m以上的总宽度,这样纺出的熔喷纤维直径大约为500nm,最细的单纤直径可小至200nm。
熔喷非织造材料的新应用

过滤与防护材料

一般认为,纤维过滤材料对固体颗粒物的过滤是5种机理共同作用的结果,包括惯性沉积、直接捕获、重力效应、扩散效应和静电吸附作用。熔喷法非织造材料具有纤维细、结构蓬松、孔隙多而孔隙尺寸小的优点,特别是通过静电驻极处理后可使产品的静电吸附性能得到极大提升,是当前性能最为优异的高效低阻过滤材料。
医用口罩.jpg 
  近年来,随着空气污染的加剧和卫生意识的提高,公众对熔喷非织造材料最广泛的认知来自于医卫用口罩。

 保暖材料

熔喷超细纤维的平均直径在0.5-5μm之间,比表面积大,结构孔径小,其内部储藏有大量的空气,能够有效阻止热量散失,具有极好的保温绝热性,手感柔软,质轻,抗风性和透气性较好,被广泛用于服装和各种保暖材料中。不过,目前市场上绝大多数熔喷非织造保暖材料由单一纤维制备,其透气性、耐久性和保暖性能可以通过双组份、多层复合等工艺进行改进。如PET/PP复合熔喷材料,PLA/PAE双组份熔喷材料等。

吸油材料

目前,在熔喷非织造吸油材料中,由于PP密度小、几乎不吸水、亲油性好、也不溶于强酸强碱且吸附性强等优点,因此被广泛应用于环保工程、油水分离工程以及海洋石油泄漏等领域。

电池隔膜

随着蓄电池工业的发展,对隔膜材料的电性能、化学性能和机械性能的要求越来越高。PP材料具有优良的耐酸碱性能,越来越受到电池行业的青睐。PP熔喷法隔膜材料具有孔径小、孔隙率大、电阻小以及产品变化多样的特点,在我国迅速得到推广应用。
吸音材料
 
熔喷吸音材料

吸音材料.jpg

熔喷非织造材料具有三维网状结构,是极具代表性的多孔材料,纤维超细、工艺简单、成本低、质量轻等特点,因此在吸声领域表现出巨大的潜力。

资料来源:中纺科技一中国非织造

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