Úvod do výroby a aplikace nanovláken z taveného netkaného textilu

Výrobní proces tavených netkaných látek spočívá v použití rychlého horkého vzduchu k vytahování tenkého proudu polymerového roztoku vytlačovaného z otvoru formy, čímž se vytvářejí ultratenká vlákna, která kondenzují na síťovém závěsu nebo válci a díky vlastním vazbám se stávají netkanou látkou.

Srovnání tavených vláken a vláken vyrobených metodou spunbond:

• Délka vláken: Spunbond je filament, tavené vlákno je krátké vlákno.
• Pevnost vláken: Pevnost vláken spunbond > pevnost vláken tavených.
• Jemnost vláken: Tavené vlákno je tenčí než vlákno spunbond.

Tavené fúzní zařízení se dělí podle způsobu umístění na horizontální a vertikální typy.

1. Průběh procesu a zařízení

Tavený fúzní proces

 Příprava polymeru → extruze v rozpuštěném stavu → dávkovací čerpadlo → sestava tavené fúzní formy → protékání a natáhnutí roztoku → ochlazení → přijímací zařízení

Zařízení obsažené v linka pro výrobu pp tavených netkaných látek

Hlavní zařízení: přívodní zařízení, šroubový extruder, dávkovací čerpadlo, sestava tavené fúzní formy, kompresor vzduchu, ohřívač vzduchu, přijímací zařízení, navíjecí zařízení. Pro výrobu polyesteru a jiných surovin je také potřeba zařízení na sušení chipsů.

Pomocné zařízení: pec na čištění forem, elektrostatické aplikátory a postřikové zařízení atd.

1. Přívodní zařízení

Instalováno na násypce extrudéru. Funkce přívodního zařízení je nasávání polymerových plátků do násypky šroubového extrudéru. Obvykle má automatickou funkci. Dávkování za jednotku času lze nastavit podle výkonu celé výrobní linky.

2. Šroubový extruder

3. Dávkovací čerpadlo

4. Sestava tavené fúzní formy

Sestava formy je nejkritičtější částí tavené fúzní technologie, zahrnuje zejména:

1. Systém distribuce polymerového roztoku
2. Systém formy

Systém distribuce polymerového roztoku

Systém distribuce polymerového roztoku zajistí, aby polymerový roztok proudil rovnoměrně po délce tavené fúzní formy a měl stejný pobytový čas, čímž se zaručí, že tavená netkaná látka bude mít rovnoměrnější vlastnosti napříč šířkou.

Systém formy

Systém formy je složen ze spinetky, plochy pro plyny, topných a tepelně izolačních prvků atd.

Rovnoměrnost tavených fúzních produktů úzce souvisí s formou. Obecně platí, že přesnost zpracování tavené fúzní formy je vysoká, takže náklady na výrobu formy jsou vysoké.

5. Ohřívač vzduchu

Tavený fúzní proces vyžaduje velké množství horkého vzduchu. Stlačený vzduch vytlačovaný kompresorem je odvlhčen a filtrován a pak poslán do ohřívače vzduchu k ohřevu a následně do sestavy tavené fúzní formy. Ohřívač vzduchu je tlaková nádoba a zároveň musí odolávat oxidaci vysokoteplotního vzduchu, proto musí být materiál z nerezové oceli.

6. Přijímací zařízení

Hlavní typy přijímacích zařízení taveného fúzního procesu jsou: válcové, ploché sítové

Trojrozměrné tvarování (mandel): zařízení pro výrobu filtračních prvků

Přijímací zařízení trojrozměrné, rozdělené na přerušované a kontinuální přijímání.

Přerušované přijímací zařízení

Přijímací zařízení se pohybuje sem a tam a vlákna jsou navíjená na mandel ve více vrstvách; změna přijímací vzdálenosti umožňuje výrobu filtračního prvku s gradientem hustoty;

Změna velikosti mandlu umožňuje výrobu filtračních prvků s různými vnitřními průměry. Po výrobě každého filtračního prvku je nutné vyměnit mandel, což snižuje efektivitu výroby.

Kontinuální přijímací zařízení

Přijímací mandel je ve formě volně uloženého nosníku a existuje přenosový hřídel pro výstup trubkovitého filtračního prvku. Hlavový konec přenosového hřídele je závitový a trubkovitý filtrační prvek je vytahován z přijímacího mandlu a transportován do systému řezání.

Při výrobě filtračních prvků s gradientem hustoty by mělo být osazeno více formových hlav s různými přijímacími vzdálenostmi.

7. Pomocné zařízení

Hlavním pomocným zařízením linky pro tavené fúzní výrobu je pec na čištění forem. Po určité době provozu tavené fúzní formy dochází k ucpávání otvorů. V této chvíli je nutné vyměnit tavenou fúzní formu.

Vyměněná tavená fúzní forma musí být vypálena, aby se odstranily zbytky polymeru a nečistot v formě. Šrouby a spinetky se obvykle opékají, aby se odstranily zbytky polymeru a nečistot.

2. Suroviny používané v taveném fúzním procesu

Teoreticky lze ve tvarovém fúzním procesu použít všechny termoplastické (rozpouštění při vysoké teplotě, tuhnutí při nízké teplotě) polymerové suroviny v podobě chipsů. Polypropylen je jednou z nejpoužívanějších surovin pro tavené fúzní technologii. Kromě toho mezi běžně používané polymerové suroviny pro tavené fúzní technologii patří polyester, polyamid, polyethylen, polytetrafluoretylen, polystyren, PBT, EMA, EVA atd.

Typ polymeru určuje jeho bod tavení a reologické vlastnosti. Pro každý polymerový surovinu existuje odpovídající tavený fúzní proces, jako je teplota ohřevu, poměr délky a průměru šroubu, tvar šroubu, proces sušení surovin atd., které mají určité rozdíly.

Olefinové polymerové suroviny (například polypropylen) mají vysoký stupeň polymerizace, takže teplota ohřevu je vyšší než bod tavení – 100 ℃ a více – a lze je bez problémů tavit fúzně, zatímco teplota ohřevu polyesteru je jen o něco vyšší než bod tavení a lze ho tavit fúzně. Olefinové suroviny obecně není třeba sušit. Polyester musí být sušen v podobě chipsů.

Molekulová hmotnost a distribuce molekulové hmotnosti polymerových surovin jsou nejdůležitějšími faktory, které ovlivňují tavený fúzní proces a vlastnosti tavených netkaných látek.

Pro tavený fúzní proces se obecně považuje, že nízká molekulová hmotnost a úzká distribuce molekulové hmotnosti polymerových surovin jsou prospěšné pro rovnoměrnost taveného webu. Čím nižší je molekulová hmotnost polymeru, tím vyšší je index toku taveniny (MFI, index toku taveniny, označuje hmotnost taveniny, která vyteče za 10 minut při určitém tlaku a teplotě), a čím nižší je viskozita taveniny, tím vhodnější je tavený fúzní proces s menším účinkem natáhnutí.

3. Struktura a vlastnosti tavených netkaných látek

Jednou z charakteristik tavených netkaných látek je malá jemnost vláken, obvykle menší než 10 μm, a většina vláken má jemnost od 1 do 4 μm.

Různé síly na celé přepravovací lince od tavené fúzní formy až po přijímací zařízení nelze vyvážit (vliv kolísání tahové síly vysokoteplotního a vysokorychlostního proudění vzduchu, rychlosti a teploty chladícího vzduchu atd.), což způsobuje různé velikosti jemnosti tavených vláken.

Rovnoměrnost průměru vláken v webu spunbond netkaných látek je výrazně lepší než u tavených vláken, protože v procesu spunbond jsou podmínky předení stabilní a podmínky natáhnutí a chlazení jsou neměnné.

Krystalizace a orientace tavených vláken jsou menší než u metody spunbond. Proto je pevnost tavených vláken slabá a pevnost webu vláken je také slabá. Pevnost několika PP vláken je následující:

Vzhledem k slabé pevnosti tavených vláken je praktické použití tavených netkaných látek zejména kvůli charakteristikám jejich ultratenkých vláken.

4. Aplikace tavených netkaných látek

V současnosti se tavené netkané látky používají zejména na:

1 filtrační materiál

Filtrace je oddělení částic rozptýlených v plynu nebo kapalině.

Mechanismus filtrace: sítové usazování, elektrostatické usazování, difuzní usazování atd.

Jsou částice větší než velikost póru filtračního materiálu, který se má prosít?

Studie ukázaly, že filtrační materiály s velikostí póru mezi deseti a desítkami mikronů dokážou zachytit prach o velikosti až 1 µm. Pro zlepšení sedimentačního účinku síta je nutné snížit velikost póru filtračního materiálu, tedy zmenšit jemnost vláken a zvýšit hustotu materiálu.

Nevyplétané materiály vyrobené metodou meltblown mají výhody jemných vláken, mnoha pórů a malé velikosti pórů.

použití:

Filtrace plynu: lékařské masky, filtrační materiály pro vnitřní klimatizace.

Filtrace kapalin: filtrace nápojů, filtrace vody.

Pro zlepšení filtračního účinku lze snížit jemnost vláken a zvýšit hustotu filtračního materiálu, což však způsobí výrazné zvýšení filtračního odporu.

Proto nechte nevyplétaný materiál vyrobený metodou meltblown nabít elektrostaticky a jeho filtrační účinek se dá zlepšit pomocí elektrostatického efektu, tedy elektretováním.

Elektretovaná nevyplétaná tkanina vyrobená metodou meltblown má dlouhotrvající statický elektrický náboj a může se spolehnout na elektrostatický efekt k zachycování jemného prachu, takže má výhody vysoké filtrační účinnosti a nízkého filtračního odporu.

Polypropylen má vysoký elektrický odpor (7×1010Ω·cm) a velkou schopnost injekce náboje. Je to ideální materiál pro výrobu elektretových vláken. Experimenty ukazují, že po 1440 hodinách skladování elektretované polypropylenové nevyplétané tkaniny vyrobené metodou meltblown v přirozeném stavu zůstává filtrační účinnost beze změny.

Vliv elektretování na filtrační účinnost a odpor nevyplétaných tkanin vyrobených metodou meltblown

Je vidět, že filtrační odpor nevyplétané tkaniny vyrobené metodou meltblown se po elektretování nezměnil, ale filtrační účinnost se výrazně zlepšila, což není možné dosáhnout u jiných nevyplétaných tkanin.

2. Lékařské a zdravotnické materiály

Lékařská maska: kompozitní materiál (SMS) tvořený spunbondovým materiálem na vnějších a vnitřních vrstvách a materiálem vyrobeným metodou meltblown uprostřed.

3. Materiály pro ochranu životního prostředí (materiály na absorpci oleje)

Nevyplétaná tkanina vyrobená metodou meltblown z polypropylenu je dobrým absorbentem oleje díky svým materiálovým vlastnostem a mikrovláknové struktuře. Je hojně používána v rozvinutých zemích jako jsou Evropa, Amerika, Japonsko atd., například při ropných únikech na moři, únicích oleje ze zařízení v továrnách a při čištění odpadních vod.

Nevyplétaná tkanina vyrobená metodou meltblown z polypropylenu má hydrofobní a lipofilní vlastnosti, je odolná vůči silným kyselinám a alkálům a má menší hustotu než voda. Po absorpci oleje může dlouho plavat na hladině bez deformace a lze ji recyklovat a dlouho skladovat. Nevyplétané tkaniny vyrobené metodou meltblown z polypropylenu se používají na výrobu lan na absorpci oleje, řetězů na absorpci oleje, polštářů na absorpci oleje atd. Absorpce oleje může dosáhnout 10–50krát své hmotnosti.

4. Oblečení (materiály na udržení tepla)

Termoizolační materiály by měly mít dobré tepelně izolační vlastnosti a mohly by být používány dlouho bez změny termoizolačních vlastností.

Experimenty ukazují, že struktura vláknitého síta je jedním z hlavních faktorů ovlivňujících tepelně izolační vlastnosti termoizolačních materiálů.

U termoizolačního materiálu kompozitního vyrobeného metodou meltblown má jeho tloušťka jen malý vliv na vzduchopropustnost, zatímco vzduchopropustnost polyesterových vláken se rychle zvyšuje s poklesnutím tloušťky. Proto má termoizolační materiál kompozitní vyrobený metodou meltblown silnou odolnost proti větru.

5. Separátor pro baterie

Materiál diaphragmy je důležitou součástí baterie a bývá umístěn mezi kladnou a zápornou deskou. Hlavní funkce je izolace kladné a záporné desky, aby se zajistil tok dielektrika.

Materiál polypropylen má vynikající odolnost vůči kyselinám a alkálům. Diaphragmový materiál vyrobený metodou meltblown z polypropylenu má charakteristiky malé velikosti pórů, velké porozity, malého odporu a různých produktových variant.