Introdução à Produção e Aplicação de Tecidos Não Tecidos Meltblown

O processo de produção de tecidos não tecidos meltblown consiste em utilizar ar quente em alta velocidade para esticar o fluxo fino de polímero fundido extrudado pela abertura da matriz, formando assim fibras ultrafinas que se condensam sobre uma tela ou rolo, e dependendo das próprias ligações para se tornarem um tecido não tecido.

Comparação entre fibra meltblown e fibra spun-bond:

• Comprimento da fibra: Spunbond é um filamento, meltblown é uma fibra curta.
• Resistência da fibra: Resistência da fibra Spunbond > Resistência da fibra Meltblown.
• Finura da fibra: A fibra Meltblown é mais fina do que a fibra Spunbond.

Os dispositivos de meltblowing são divididos em tipos horizontal e vertical conforme seus métodos de colocação.

1. Fluxo do processo e equipamentos

Processo Meltblown

 Preparação do polímero → extrusão por fusão → bomba dosadora → conjunto da matriz de meltblown → estiramento por gotejamento de fusão → resfriamento → dispositivo de recepção

Equipamentos incluídos em Linha de produção de tecidos não tecidos meltblown pp

Equipamentos principais: alimentador, extrusora de parafuso, bomba dosadora, conjunto da matriz de meltblown, compressor de ar, aquecedor de ar, dispositivo de recepção, dispositivo de enrolamento. Para produzir poliéster e outras matérias-primas, também é necessário um dispositivo de secagem de chips.

Equipamentos auxiliares: forno de limpeza da matriz, dispositivo de aplicação eletrostática e dispositivo de pulverização, etc.

1. Alimentador

Instalado no funil da extrusora. A função do alimentador é sugar as fatias de polímero para o funil da extrusora de parafuso. Geralmente possui função automática. A quantidade de alimentação por unidade de tempo pode ser ajustada de acordo com a produção da linha de produção inteira.

2. Extrusora de parafuso

3. Bomba dosadora

4. Conjunto da matriz de meltblown

O conjunto da matriz é a parte mais crítica do equipamento de meltblown, incluindo principalmente:

1. Sistema de distribuição do polímero fundido
2. Sistema da cabeça da matriz

Sistema de distribuição do polímero fundido

O sistema de distribuição do polímero fundido pode garantir que o polímero fundido flua uniformemente ao longo do comprimento da matriz de meltblown e tenha um tempo de residência uniforme, assegurando assim que o tecido não tecido meltblown tenha propriedades mais uniformes ao longo da largura.

Sistema da matriz

O sistema da cabeça da matriz é composto pela placa de fiação, placa de gás, elementos de aquecimento e preservação térmica, etc.

A uniformidade dos produtos meltblown está intimamente relacionada à matriz. Geralmente, a precisão de processamento da cabeça da matriz de meltblown é alta, portanto, o custo de fabricação da cabeça da matriz é elevado.

5. Aquecedor de ar

O processo meltblown requer muito ar quente. O ar comprimido fornecido pelo compressor de ar é desumidificado e filtrado e depois enviado ao aquecedor de ar para aquecimento, sendo então encaminhado ao conjunto da matriz de meltblown. O aquecedor de ar é um recipiente sob pressão e, ao mesmo tempo, deve resistir à oxidação do ar de alta temperatura; portanto, o material deve ser aço inoxidável.

6. Dispositivo de recepção

Os principais tipos de dispositivos de recepção do processo meltblown são: tipo rolo, tipo tela plana

Moldagem tridimensional (mandril): dispositivo para produção de elementos filtrantes

Adota um dispositivo de recepção tridimensional, dividido em recepção intermitente e recepção contínua.

Dispositivo de recepção intermitente

O dispositivo de recepção se move para frente e para trás, e as fibras são enroladas no mandril em várias camadas; a distância de recepção é alterada para produzir um elemento filtrante com gradiente de densidade;

Altera-se o tamanho do mandril para produzir elementos filtrantes com diferentes diâmetros internos. Após a fabricação de cada elemento filtrante, o mandril precisa ser substituído, portanto, a eficiência produtiva é baixa.

Dispositivo de recepção contínua

O mandril de recepção tem a forma de uma viga em balanço, e há um eixo de transmissão para a saída do elemento filtrante tubular. A extremidade da cabeça do eixo de transmissão é rosqueada, e o elemento filtrante tubular é retirado do mandril de recepção e transportado para o sistema de corte.

Ao produzir elementos filtrantes com gradientes de densidade, devem ser equipadas múltiplas cabeças de matriz com distâncias de recepção diferentes.

7. Equipamentos auxiliares

O principal equipamento auxiliar da linha de produção meltblown é o forno de limpeza da matriz. Após algum tempo de uso, ocorre obstrução dos furos na cabeça da matriz de meltblown. Nesse momento, a cabeça da matriz de meltblown precisa ser substituída.

A cabeça de matriz de meltblown substituída precisa ser queimada para remover o polímero e impurezas remanescentes na matriz. Parafusos e placas de fiação geralmente são torrados para remover polímeros e impurezas residuais.

2. Matérias-primas utilizadas em meltblown

Em teoria, todas as matérias-primas em forma de chip de polímero termoplástico (fundição a alta temperatura, solidificação a baixa temperatura) podem ser usadas no processo meltblown. O polipropileno é uma das matérias-primas em chip mais amplamente utilizadas na tecnologia meltblown. Além disso, as matérias-primas em chip de polímero comumente usadas na tecnologia meltblown incluem poliéster, poliamida, polietileno, politetrafluoretileno, poliestireno, PBT, EMA, EVA, etc.

O tipo de polímero determina seu ponto de fusão e propriedades reológicas. Para cada matéria-prima polimérica, há um processo correspondente de meltblowing, como temperatura de aquecimento, relação comprimento-diâmetro do parafuso, forma do parafuso, processo de secagem da matéria-prima, etc., que apresentam certas diferenças.

As matérias-primas poliméricas olefínicas (como o polipropileno) têm alto grau de polimerização, portanto, a temperatura de aquecimento é superior ao seu ponto de fusão em 100 ℃ ou mais, podendo ser meltblown suavemente, enquanto a temperatura de aquecimento do poliéster é ligeiramente superior ao seu ponto de fusão e pode ser meltblown. As matérias-primas olefínicas geralmente não precisam ser secas. Já o poliéster deve ser secado em chip.

O peso molecular e a distribuição do peso molecular das matérias-primas poliméricas são os fatores mais importantes que afetam o processo meltblown e o desempenho dos tecidos não tecidos meltblown.

Para o processo meltblown, geralmente acredita-se que o baixo peso molecular e a distribuição estreita do peso molecular das matérias-primas poliméricas são benéficos para a uniformidade da tela meltblown. Quanto menor o peso molecular do polímero, maior o índice de fluidez de fusão (MFI, índice de fluidez de fusão, refere-se ao peso do polímero fundido que flui em 10 minutos sob determinada pressão e temperatura), e quanto menor a viscosidade de fusão, mais adequado é o processo meltblown, pois apresenta um efeito de estiramento mais fraco.

3. Estrutura e propriedades dos tecidos não tecidos meltblown

Uma das características dos tecidos não tecidos meltblown é que a finura das fibras é pequena, geralmente inferior a 10 μm, e a maioria das fibras tem finura entre 1 e 4 μm.

Diversas forças ao longo de toda a linha de fiação, desde o bocal da matriz de meltblown até o dispositivo de recepção, não conseguem ser equilibradas (influência da flutuação da força de estiramento do fluxo de ar de alta temperatura e alta velocidade, da velocidade e temperatura do ar de resfriamento, etc.), o que faz com que as fibras meltblown tenham tamanhos variados de finura.

A uniformidade do diâmetro das fibras na tela de tecido não tecido spun bond é significativamente melhor do que a das fibras meltblown, porque no processo spun bond as condições do processo de fiação são estáveis e as condições de estiramento e resfriamento permanecem inalteradas.

A cristalinidade e a orientação das fibras meltblown são menores do que as do método spun-bond. Portanto, a resistência das fibras meltblown é pobre, e a resistência da tela de fibras também é pobre. A resistência de várias fibras de PP é a seguinte:

Devido à baixa resistência das fibras meltblown, a aplicação prática dos tecidos não tecidos meltblown se deve principalmente às características de suas fibras ultrafinas.

4. Aplicação dos tecidos não tecidos meltblown

Atualmente, os tecidos não tecidos meltblown são usados principalmente para:

1 material filtrante

A filtragem é a separação de partículas dispersas em gases ou líquidos.

Mecanismos de filtragem: deposição por peneiração, deposição eletrostática, deposição por difusão, etc.

As partículas são maiores que o tamanho dos poros do material filtrante a ser peneirado?

Studies have shown that: filter materials with a pore size of between ten and tens of microns can trap dust up to 1 µm. To improve the sedimentation effect of the sieve, it is necessary to reduce the pore size of the filter material, that is, to reduce the fiber fineness and increase the density of the material.

Meltblown non-woven materials have the advantages of fine fibers, many pores, and small pore size.

application:

Gas filtration: medical masks, filter materials for indoor air conditioners.

Liquid filtration: beverage filtration, water filtration.

To improve the filtering effect, the fiber fineness can be reduced and the density of the filter material can be increased, but it will cause a significant increase in the filtering resistance.

Therefore, let the meltblown non-woven material be electrostatically charged, and its filtering effect can be improved through the electrostatic effect, that is, electret treatment.

The electret-treated meltblown non-woven fabric has long-lasting static electricity and can rely on the electrostatic effect to trap fine dust, so it has the advantages of high filtration efficiency and low filtration resistance.

Polypropylene has high electrical resistivity (7×1010Ω·cm) and a large charge injection capacity. It is an ideal material for making electret fibers. Experiments show that after 1440 hours of storage of the electret-finished polypropylene meltblown non-woven fabric in a natural state, the filtration efficiency remains unchanged.

The influence of electret finishing on the filtration efficiency and resistance of meltblown non-woven fabrics

It can be seen that the filtration resistance of the meltblown non-woven fabric has not changed after electret finishing, but the filtration efficiency has been improved a lot, which is unmatched by other non-woven fabrics.

2. Medical and health materials

Medical mask: a composite material (SMS) made of spun-bond material on the inner and outer layers, and meltblown material in the middle.

3. Environmental protection materials (oil-absorbing materials)

Polypropylene meltblown non-woven fabric is a good oil-absorbing material due to its material properties and microfiber structure. It has been widely used in developed countries such as Europe, America, Japan, etc., such as marine oil spills, oil spills from factory equipment, and sewage treatment.

Polypropylene meltblown non-woven fabric has hydrophobic and lipophilic properties, is resistant to strong acids and alkalis, and has a lower density than water. After oil absorption, it can float on the water for a long time without deformation and can be recycled and stored for a long time. Polypropylene meltblown non-woven fabrics are made into oil-absorbing cords, oil-absorbing chains, oil-absorbing pillows, etc. The oil absorption can reach 10-50 times its weight.

4. Clothing materials (warm-keeping materials)

Thermal insulation materials should have good thermal insulation properties and can be used for a long time without changing their thermal insulation properties.

Experiments show that the fiber mesh structure is one of the main factors affecting the heat transfer performance of thermal insulation materials.

For the meltblown composite thermal insulation material, its thickness has little effect on the air permeability, while the air permeability of polyester fiber flakes increases rapidly as the thickness decreases. Therefore, the meltblown composite thermal insulation material has strong wind resistance.

5. Battery separator

The diaphragm material is an important component of the battery and is often placed between the positive and negative plates. The main function is to insulate the positive and negative plates to ensure the flow of the dielectric.

Polypropylene material has excellent acid and alkali resistance. Polypropylene meltblown diaphragm material has the characteristics of small pore size, large porosity, small resistance, and diverse product changes.