熔噴模頭的設計及試驗

劉金南　程壽國　王益輝　周琦　楊非凡

摘 要：熔噴布的質量對病毒預防功能的有效發揮至關重要。針對熔噴布生產過程中生產效率低、安裝難度大、調節不方便等問題，本文設計了一種可調節的熔噴模頭，熔噴模頭主要由側板、噴絲板、導風板、底板、風道調節塊、熱電偶以及連接件組成。在對氣道及側板結構工作原理進行分析研究的基礎上，通過熔噴生產線上試驗，結果表明：生產的熔噴布厚度均勻，產量提高了10%;在靜電駐極處理后，經專業測試機測試，過濾效率達到95%以上，改進效果顯著。

關鍵詞：熔噴模頭 調節 側板 過濾效率

Design and Test of Meltblown Die Head

Liu Jinnan，Cheng Shouguo，Wang Yihui，Zhou Qi，Yang Feifan

Abstract：The quality of meltblown cloth is very important to the effective function of virus prevention. Aiming at the problems of low production efficiency， difficulty in installation， and inconvenient adjustment during the production of meltblown cloth， this paper designs an adjustable meltblown die head. The meltblown die head is mainly composed of side plates， spinnerets， and air guides， bottom plate， air duct adjustment block， thermocouple and connecting parts. Based on the analysis and research on the working principle of the air passage and side plate structure， through the meltblown production line test， the results show that the thickness of the meltblown cloth produced is uniform， and the output is increased by 10%; after the electrostatic electret treatment， the professional tested by the testing machine， the filtration efficiency is over 95%， and the improvement effect is remarkable.

Key words：meltblown die head， adjustment， side plate， filtration efficiency

1 引言

近年來，世界范圍內各類新型病毒不斷出現，對人類安全造成威脅。優質的熔噴布是隔離病毒的主要防護成分。盡管熔噴布產量已經翻了幾番，PP 熔噴布是以聚丙烯為原料，采用熔噴模頭借助高速熱氣流的噴吹下形成超細纖維，并在氣流作用下自身粘合形成的非紡織材料。

目前市面上生產的 PP 熔噴布質量的好壞主要取決于熔噴模頭的質量，國內生產的熔噴模頭質量參差不齊，大部分還是依賴進口，成本高、供貨周期長。本文對現有的熔噴模頭進行改進設計，使其拆裝方便，并能提高原料利用效率，降低生產成本，提高產品質量。

2 熔噴工藝分析

熔噴非織造技術的生產工藝是采用較高熔融指數（簡稱MF1）的聚合物通過喂料裝置吸入，通過螺桿擠出機擠壓，經過多段加熱區使原料融化成液態溶體，隨后經過濾網過濾掉熔體中的雜質，再由計量泵把熔體精確計量送入熔噴模頭內。在模頭內會經過多個加熱棒加熱使其保持良好的流動性。熔體在一定壓力下從微孔中擠出后在高速熱氣流的作用下拉伸成超細纖維，纖維被噴到成網簾上，利用其自身的余熱互相粘合從而形成PP熔噴布，在成網簾下有一抽吸裝置，通過它可將熱氣流及溶體散發的熱量排到室外，降低室內溫度影響。最后通過切卷裝置進行收集，整個流程如圖1所示。

3 熔噴模頭基本結構及工作原理

熔噴非織造技術是目前制造精細過濾材料及高阻隔性能材料的重要工藝，本文主要以熔噴模頭為研究對象，對其進行改進。針對熔噴布生產過程中生產效率低、安裝難度大、調節不方便等問題，本文設計了一種可調節的熔噴模頭，采用側板結構，總體結構設計如圖2所示。

該熔噴模頭采用多層疊合方式，主要組成部件包括側板、噴絲板、導風板、底板、風道調節塊、熱電偶以及連接件等，選用有足夠的強度和硬度的材料，能承受住一定的沖擊和工作壓力，并且能夠在生產中不變形。整體結構可以拆卸，可操作性強，使用方便，具有較大的使用優勢。

如圖2所示，熔噴模頭以噴絲板3為主體，導風板4安裝在前端，頂部安裝有變徑接頭8，風道調節塊6聯接導風板4，模頭中間安裝有鋁片13和過濾擋板11，不銹鋼加熱管1內置于噴絲板3內。

工作時先將底板通過螺釘安裝在法蘭盤上，進而借助法蘭盤與擠出機連接，擠出機通過螺桿擠出的熔體經安裝在過濾擋板上的過濾網過濾后進入熔噴模頭內部，在內部經過一定的增壓后通過噴絲板上的微孔擠出，隨后加熱到一定溫度的氣流經過變徑接頭和進氣孔通入到氣道，經過一定加壓后通過排氣孔進入W型風口，側板將熔噴模頭的兩側密封，熱氣體在W型風口內均勻混合后經噴絲板與導風板的風道高速噴出，將從微孔中擠出的熔體拉伸形成超細纖維，通過改變風道調節塊上螺釘的位置可以改變風道的大小，最后經過冷卻在成網簾形成產品。

4 熔噴模頭主要結構設計

4.1 氣道設計

傳統的熔噴模頭中牽伸氣流是由一對具有一定夾角的高速氣流匯集而成，模頭加工難度和成本相對較高。而其中風口流道一般都是直線型，在生產中常常會出現氣流混合不均的現象，導致出現的PP熔噴布厚度不均，極大的影響了材料的生產效率，如圖3所示，本文采用W型結構，有利于氣流的混合，同時氣道結構豎向為直通式，采用側板進行密封，整體便于加工，有利于降低生產成本和時間。

4.2 調節塊設計

在生產中發現傳統的熔噴模頭一旦安裝完成后就不能對風道道進行調節，對模具工的安裝要求較高，尤其是在高溫高壓沖擊下，會導致氣流有所偏移，影響產品質量，因此本文在導風板上裝有風道調節塊，如圖2所示，在生產時如果對噴的氣流發生偏移，只需將導風板上螺釘稍微旋松，通過撥動調節塊上的螺釘就能改變風道間隙，從而調節對噴氣流方向，不需要再拆卸下來進行調節，有利于提高生產效率。

5 試驗分析及結論

如圖4所示，安裝在整條熔噴生產線上進行試驗，老款熔噴模頭由于出口風速不均，產量一般在12.5Kg/h。本文設計的熔噴模頭在工作時出風口風速比較平穩，生產的熔噴布厚度均勻，產量能達到13.75Kg/h，比老款提高了10%，經過靜電駐極處理后，在專業測試機上的過濾效率達到95%以上，滿足實際生產需求。

熔噴模頭是熔噴非織造生產中的重要零部件，尤其在過濾、吸油、保暖及電池隔膜等領域更是得到了廣泛應用。近年來隨著環境問題日益突出，對高效阻隔材料的要求越來越高，正朝著微孔化、異型化、復合化的方向發展。生產品質優良，安裝便捷，精度高的熔噴模頭是大勢所趨。當然在生產過程中也要時刻考慮環保性和可持續性。

基金資助：江蘇省高等學校自然科學研究面上項目（項目編號：20KJB530008）;江陰職業技術學院科研課題（項目編號：XJ2020LG001）;江蘇省大學生創新創業訓練項目（項目編號：202013137022Y）。

參考文獻：

[1]尹明富，李曉青.熔噴非織造布紡絲模頭流道設計[J].機械科學與技術，2010，29（05）：599-601.

[2]趙樓杰，柯勤飛.熔噴模頭噴嘴孔流場速度分布的研究[J].非織造布，2009，17（04）：7-9.

[3]孫鏡姍，張爽，霍雨心，宋思慧.熔噴法非織造布的應用及發展前景[J].遼寧絲綢，2020（02）：32-33.

[4]韓霞，趙式英.紡絲組件中噴絲板孔結構的設計與熔體流動分析[J].北京服裝學院學報（自然科學版），2011，31（01）：50-54+64.

[5]劉讓同，李銳.噴絲板的設計生產[J].輕紡工業與技術，2011，40（01）：17-20.