Въведение в производството и приложението на нетъкани текстилни материали, изработени чрез разтопяване

Процесът на производство на непрядени тъкани от мелтблаун се осъществява чрез използване на високоскоростен горещ въздух, който разтяга тънката струя полимерен мелт, изтичаща от отвора на матрицата, образувайки така ултрафини влакна, които се кондензират върху мрежеста завеса или ролка и благодарение на собствените им връзки се превръщат в непрядена тъкан.

Сравнение между влакна от мелтблаун и влакна от спунбонд:

• Дължина на влакната: Спунбонд е филамент, мелтблаун е късо влакно.
• Якост на влакната: Якостта на влакната от спунбонд > якостта на влакната от мелтблаун.
• Финност на влакната: Влакната от мелтблаун са по-тънки от влакната от спунбонд.

Уредите за мелтблаун се делят на хоризонтални и вертикални според начина на поставяне.

1. Процесен поток и оборудване

Процесът мелтблаун

 Подготовка на полимер → извличане на мелт → помпа за дозиране → комплект за мелтблаун → разтягане на мелт → охлаждане → приемно устройство

Оборудване включено в линия за производство на непрядени тъкани от мелтблаун pp

Основно оборудване: подавач, шнеков екструдер, помпа за дозиране, комплект за мелтблаун, компресор за въздух, нагревател за въздух, приемно устройство, уред за навиване. За производство на полиестер и други суровини се изисква и устройство за сушене на чипс.

Допълнително оборудване: печка за почистване на матрици, устройство за електростатично нанасяне и устройства за напръскване и др.

1. Подавач

Монтира се на хопера на екструдера. Функцията на подавача е да засмуква полимерните пластини в хопера на шнековия екструдер. Обикновено има автоматична функция. Количеството подаване за единица време може да се настрои според производителността на цялата производствена линия.

2. Шнеков екструдер

3. Помпа за дозиране

4. Комплект за глава на матрица за мелтблаун

Комплектът за матрица е най-критичната част от оборудването за мелтблаун, включващи основно:

1. Система за разпределение на полимерен мелт
2. Система за глава на матрица

Система за разпределение на полимерен мелт

Системата за разпределение на полимерен мелт гарантира, че полимерният мелт се движи равномерно по дължината на матрицата за мелтблаун и има еднакво задържане, като по този начин се осигурява, че непрядената тъкан от мелтблаун има по-равномерни свойства по широчината.

Система за матрица

Системата за глава на матрица се състои от спиннерет, газова плоча, нагревателни и топлоизолационни елементи и др.

Еднаквостта на продуктите от мелтблаун е тясно свързана с матрицата. Като правило, точността на обработката на главата на матрицата за мелтблаун е висока, затова и цената на производството на главата на матрицата е висока.

5. Нагревател за въздух

Процесът мелтблаун изисква много горещ въздух. Компресираният въздух, изходящ от компресора за въздух, се осушава и филтрира и след това се изпраща до нагревателя за въздух за загряване, а после – до комплекта за матрица за мелтблаун. Нагревателят за въздух е съдов под налягане и в същото време трябва да устоява на оксидацията от високотемпературния въздух, затова материалът трябва да е неръждаема стомана.

6. Приемно устройство

Основните видове приемни устройства за процеса мелтблаун са: ролков тип, плоскоекранен тип

Тристенно формоване (мандал): устройство за производство на филтърни елементи

Използва се триизмерно приемно устройство, разделено на интермитентно приемане и непрекъснато приемане.

Интермитентно приемно устройство

Приемното устройство се движи напред-назад, а влакната се навиват върху мандала в множество слоеве; разстоянието за приемане се променя, за да се получи филтърен елемент с градиент на плътност;

Променя се размерът на мандала, за да се получат филтърни елементи с различни вътрешни диаметри. След направата на всеки филтърен елемент мандалата трябва да се заменя, което намалява производствената ефективност.

Непрекъснато приемно устройство

Приемният мандал е във вид на конзолен лъч, а има предавателен вал за извеждане на тръбния филтърен елемент. Главният край на предавателния вал е с резба, а тръбният филтърен елемент се изважда от приемния мандал и се транспортира до системата за рязане.

При производството на филтърни елементи с градиент на плътност трябва да се оборудват множество глави на матрица с различни разстояния за приемане.

7. Допълнително оборудване

Основното допълнително оборудване на линията за производство на мелтблаун е печката за почистване на матриците. След известно време от производството на главата на матрицата за мелтблаун ще се появи запушване на отворите. Тогава главата на матрицата за мелтблаун трябва да се замени.

Заменената глава на матрицата за мелтблаун трябва да се изгори, за да се отстранят останалите полимери и примеси в матрицата. Обикновено шнековете и спиннеретите се изпичат, за да се отстранят остатъчните полимери и примеси.

2. Използвани суровини за мелтблаун

На теория, всички термопластични (топлоизтапяне при висока температура, твърдение при ниска температура) полимерни суровини в чипс могат да се използват в процеса мелтблаун. Полипропиленът е една от най-широко използваните суровини в чипс за технологията мелтблаун. Освен това, често използваните полимерни суровини в чипс за технологията мелтблаун включват полиестер, полиамид, полиетилен, политетрафлуороетилен, полистирен, PBT, EMA, EVA и др.

Видът на полимера определя неговата температура на топене и реологичните му свойства. За всяка полимерна суровина има съответстващ процес на мелтблаун, като температурата на загряване, съотношението на дължината към диаметъра на шнека, формата на шнека, процесът на сушене на суровината и др., има определени разлики.

Олефиновите полимерни суровини (като полипропилен) имат висока степен на полимеризация, затова температурата на загряване е по-висока от температурата на топене с 100 ℃ или повече и могат да бъдат мелтблауни без проблеми, докато температурата на загряване на полиестера е малко по-висока от температурата на топене и може да бъде мелтблаун. Олефиновите суровини обикновено не се нуждаят от сушене. Полиестерът трябва да се суши в чипс.

Молекулната маса и разпределението на молекулната маса на полимерните суровини са най-важните фактори, които влияят на процеса мелтблаун и характеристиките на непрядените тъкани от мелтблаун.

За процеса мелтблаун обикновено се смята, че ниската молекулна маса и тясното разпределение на молекулната маса на полимерните суровини благоприятстват равномерността на мелтблаунската мрежа. Колкото по-ниска е молекулната маса на полимера, толкова по-висок е индексът на теченост (MFI, индекс на теченост, отнася се до теглото на мелт, което изтича за 10 минути при определено налягане и температура), и колкото по-ниска е вискозитетът на мелт, толкова по-подходящ е процесът мелтблаун – има по-слабо разтягане.

3. Структура и свойства на непрядените тъкани от мелтблаун

Една от особеностите на непрядените тъкани от мелтблаун е, че финността на влакната е малка, обикновено под 10 μm, а повечето от финността на влакната е от 1 до 4 μm.

Различните сили по цялата прядилна линия от дюзата на матрицата за мелтблаун до приемното устройство не могат да бъдат балансирани (влиянието на колебанията на силата на разтягане от високотемпературния и високоскоростен въздух, скоростта и температурата на охлаждащия въздух и др.), което прави влакната от мелтблаун с различни размери на финността.

Равномерността на диаметъра на влакната в мрежата от непрядени тъкани от спунбонд е значително по-добра от тази на влакната от мелтблаун, защото в процеса спунбонд условията на прядене са стабилни, а условията на разтягане и охлаждане са непроменливи.

Кристализацията и ориентацията на влакната от мелтблаун са по-малки от тези при метода спунбонд. Затова якостта на влакната от мелтблаун е слаба, както и якостта на мрежата от влакна е слаба. Якостта на няколко PP влакна е следната:

Поради слабата якост на влакната от мелтблаун практическото приложение на непрядените тъкани от мелтблаун се дължи главно на характеристиките на ултрафините им влакна.

4. Приложение на непрядените тъкани от мелтблаун

В момента непрядените тъкани от мелтблаун се използват главно за:

1 филтърно материали

Филтрацията е отделянето на частици, разпръснати в газ или течност.

Механизъм на филтрация: ситово отлагане, електростатично отлагане, дифузно отлагане и др.

Дали частиците са по-големи от порьозността на филтърния материал, който трябва да бъде пресят?

Изследванията показват, че филтруващите материали с порьозност между десет и десетки микрона могат да задържат прах до 1 µm. За подобряване на ефекта на утаяване на ситото е необходимо да се намали порьозността на филтруващия материал, тоест да се намали финността на влакната и да се увеличи плътността на материала.

Мелтблаун непроменените материали имат предимствата на фини влакна, много пори и малка порьозност.

приложение:

Филтрация на газове: медицински маски, филтруващи материали за климатици за затворени помещения.

Филтрация на течности: филтрация на напитки, филтрация на вода.

За подобряване на филтриращия ефект може да се намали финността на влакната и да се увеличи плътността на филтруващия материал, но това ще доведе до значително повишаване на филтриращата съпротивление.

Затова нека мелтблаун непромененият материал бъде електростатично зареден, като по този начин филтриращият му ефект може да се подобри чрез електростатичния ефект, тоест чрез обработка с електрет.

Обработеният с електрет мелтблаун непроменен текстил има дълготрайно статично електричество и може да разчита на електростатичния ефект за задържане на фин прах, така че има предимства на висока филтрираща ефективност и ниска филтрираща съпротивление.

Полипропиленът има високо електрическо съпротивление (7×1010Ω·см) и голяма капацитет на зарядно инжектиране. Той е идеален материал за изготвяне на електретни влакна. Експериментите показват, че след 1440 часа съхранение на обработения с електрет полипропиленов мелтблаун непроменен текстил в естествено състояние, филтриращата ефективност остава непроменена.

Влиянието на обработката с електрет върху филтриращата ефективност и съпротивление на мелтблаун непроменените текстили

Може да се види, че филтриращата съпротивление на мелтблаун непроменения текстил не се е променила след обработка с електрет, но филтриращата ефективност е подобрена значително, което не се равнява на другите непроменени текстили.

2. Медицински и здравни материали

Медицинска маска: композитен материал (SMS), направен от спино-бонд материал във вътрешния и външния слой и мелтблаун материал в средата.

3. Материали за опазване на околната среда (маслоабсорбиращи материали)

Полипропиленовият мелтблаун непроменен текстил е добър маслоабсорбиращ материал благодарение на своите материални свойства и микрофибрена структура. Той е широко използван в развитите страни като Европа, Америка, Япония и др., например при морски петролни разливи, разливи на петрол от заводско оборудване и пречистване на отпадъчни води.

Полипропиленовият мелтблаун непроменен текстил има хидрофобни и липофилни свойства, устойчив е на силни киселини и алкали и има по-ниска плътност от водата. След абсорбиране на масло, той може да плава върху водата дълго време без деформация и може да се рециклира и съхранява дълго време. Полипропиленовите мелтблаун непроменени текстили се изработват в маслоабсорбиращи шнурове, маслоабсорбиращи вериги, маслоабсорбиращи възглавници и др. Абсорбирането на масло може да достигне 10-50 пъти теглото му.

4. Дрехи и материали (топлозащитни материали)

Топлоизолационните материали трябва да имат добри топлоизолационни свойства и да могат да се използват дълго време без да променят топлоизолационните си свойства.

Експериментите показват, че структурата на влакнестата мрежа е един от основните фактори, влияещи на топлопроводимостта на топлоизолационните материали.

За мелтблаун композитния топлоизолационен материал дебелината му има малко влияние върху пропускливостта на въздуха, докато пропускливостта на полиестерните влакна расте бързо с намаляването на дебелината. Затова мелтблаун композитният топлоизолационен материал има силна устойчивост на вятър.

5. Сепаратор за батерии

Мембранният материал е важна част от батерията и често се поставя между положителната и отрицателната плоча. Основната му функция е да изолира положителната и отрицателната плоча, за да се осигури протичането на диелектрика.

Полипропиленовият материал има отлична устойчивост на киселини и алкали. Полипропиленовият мелтблаун мембранен материал има характеристики на малка порьозност, голяма пористост, малка съпротивление и разнообразни продуктови вариации.