論寬幅連續熔噴非織造布生產線的機械研制

摘 要： 文章解析當前生產領域采用的熔噴非織造布生產工藝及設備方面的制影響因素，詮釋研制寬幅連續熔噴非織造布生產線在工業生產當中的必要性，嘗試性探討關于組合式寬體噴絲模頭的機械研制設想，以期對寬幅連續熔噴非織造布生產線的工業研制和推廣貢獻些許力量。

關鍵詞：寬幅連續熔噴非織造布生產線；機械研制

近年來，熔噴非織造布技術與紡粘布及非織造布進行復合工藝所生產的新型非織造布全面汲取了以往熔噴布的性能優勢，其產量正以幾何倍率逐年遞增。盡管我國對該工藝的國產生產線技術水平與國外先進設備水平還有一定差距，但當前國內生產產能也呈現出迅猛增長態勢。我國關于熔噴法非織造布的生產工藝滯后性主要體現如下方面：不能生產寬幅連續卷材、單臺產量低能耗高、材料產成品率低等。由于不能實現高速的連續性生產作業，該工藝的快速發展和廣泛推廣在實際應用領域受到極大桎梏。為此，我們亟待加快機械研發進度，推出成熟完善的寬幅熔噴法非織造布技術產線。

1.關于熔噴纖維生成機理及影響因素概說

眾所周知，高分子聚合物的分子鏈是長鏈而且分子鏈本身的纏繞是不規則的。這就決定了高分子聚合物熔體的粘度較大，在一般條件下的流動速率較低。盡管溫度、流動、靜壓、切變速率、切應力和時間等外部因素也會對高分子熔體的粘度產生影響，但這些次要因子都是通過直接作用于自由體積和鏈纏結密度這兩個主要因子來間接實現其對于高分子熔體粘度的影響作用。所以，導致熔體粘度受影響的實質因素主要還是來源于兩方面，即：自由體積因素和鏈纏結密度因素。在熔噴工業生產過程中，纖維制取的質量及產量主要取決于熔體粘度的變化情況。因此，生產實踐過程中，對熔體溫度、流動性、靜壓的控制至關重要。當高分子聚合物熔體從噴絲孔中通過時，由于受到兩側高溫和高速氣流作用，不斷伴隨氣流的流動而牽拉伸展，并最終生成超細纖維。可見，氣體溫度、震動幅度、振動頻率等因素都會對超細纖維的質量產生一定程度的影響。

2.關于寬幅熔噴非織造布生產線的機械研制分析

2.1.寬幅噴絲模頭的主要機械部件

寬幅噴絲模頭的主要部件包括：螺桿擠出機、空氣加熱系統、熔體過濾器及計量系統、系列噴絲模頭及平面垂直往復接收裝置。[1]其中，“螺桿擠出機”主要是通過新型螺桿結構及較大長徑比確保高分子聚合物在塑化作用的一致性及流量壓力的穩定性方面達到預期目標。“空氣加熱系統”通常會占用熔噴生產過程三成以上能耗，在此環節高溫氣體的能量消耗較大。為降低耗能，我們擬設計一種新型空氣加熱系統，通過提高熱量交換效率，降低能量消耗。“熔體過濾器及計量系統”的作用在于精確地控制熔體的流量，有效保證原材料中的大量雜質在進入噴絲模頭前被徹底過濾清除。此外，通過新型過濾網狀的過濾器實現短時間換網，進一步提高生產效率，確保產成品的一致性。“系列噴絲模頭”是由一系列精度從300毫米至1米的單體噴絲模頭配置成的復合寬體噴頭。由于噴絲模頭是熔噴工藝的核心部件，它直接影響著產品的產成率。因此，要提高熔噴技術水平，首先要設計高品質寬體噴絲模頭，以實現寬體噴絲模頭根據工業流水線實際生產需求自動配置合乎規格的單體模頭。“平面垂直往復接收裝置”是通過液壓傳動實現設備的平穩運行，提高產品生產的產成率。

2.2.寬幅噴絲模頭的機械研制方案研究

由于噴絲模頭是熔噴成絲工藝的核心，因此必須首先突破寬體噴絲模頭機械研發的技術環節。要設計制造優質的寬體噴絲模頭需要解決如下問題：

2.2.1.熔體在模腔內勻速流動。

2.2.2.熱氣流在模頭寬度上均壓

2.2.3.機械制造中保證寬體模頭的精度要求

2.2.4.寬體結構便于安裝調試及清洗。”[2]實現寬體噴絲模頭制成絲徑均勻的工業目標，首要的是保證聚合物熔體在噴絲模頭上噴絲孔的相同流量。而實現這一目標的機械研發方案是在寬體噴絲模頭上設計出合適的“流道”。“流道要具有聚合物熔體在流徑上壓力損失相等和特征剪切速率相同的條件。這種流道使所有的聚合物熔體質點大致具有相同的平均流道內停留時間，具有相同的流徑阻力。經過大量的試驗研究，我們設計出較為理想的衣架型聚合物熔體分配器。[3]

眾所周知，熔噴非織造布是聚合物熔體在高溫高速的氣流環境下生成的超細纖維。因此，噴絲模頭整體寬度上每個點的氣流速度和氣流的流量必須絕對相同。否則，噴絲模頭將無法制出均勻的絲徑。

分析熔體在噴孔中的流動狀況，包括如下環節：第一，在入口區域的流動狀

況。入口區域的處于熔融狀態的高分子聚合物，由于受到微孔的擠壓形成流速大增的熔體。由于聚合物的分子流線發生劇烈收縮，其流動方向的速度梯度導致熔體被拉伸性流動。這樣，分子鏈在外流的作用下就會進一步的沿流動方向而大規模的拉伸延展。第二，在微孔區的流動狀況。在入口區域的熔體與在微孔中流動流速明顯不同。一般而言，孔壁附近的熔體流速要明顯的小于微孔中心處的流速。這樣，熔體就會進一步產生徑向速度梯度。此時，孔徑是保障纖維拉伸均勻的關鍵。因此，在工藝條件允許的情況下，盡量的使出口孔徑略微擴大就能夠合理的保證纖維拉伸的穩定性和一致性。第三，在出口區的流動狀況。熔體在該區將出現膨脹現象。細小的熔體產生膨脹，嚴重時會導致熔體破裂并造成纖維表面粗糙斷裂。因此，在出口區升高溫度或加長出口孔徑是有效減弱膨脹發生的良策。第四，在變形區的流動狀況。高溫的熔體離開出口后會保持較好的流動性。受到各種張力作用，熔體會被迅速拉長并形成極細的纖維。

3.結語

目前，國內熔噴生產線的部分性能已經接近甚至超過國外同類產品水平。

“路漫漫其修遠兮”！盡管我們已經取得了階段性成果，在該領域仍有許多方面亟待深入研發的問題。我們堅信：通過不懈努力，寬幅連續熔噴法非織造布在我國一定能夠得到全面發展和廣泛推廣，并進一步取得喜人的工業化成果！

參考文獻：

[1] 梁基照：《粘彈性流體的入口流流動》，載《力學進展》，1993年第2期，第80頁。

[2] 候慕毅：《寬幅連續熔噴非織造布生產線的研制》，載《北京紡織》，1998年6月第3期，第17頁。

[3] 北京化工學院等三院校合編：《高分子化學及物理學》，中國輕工業出版社，1981年第2版。