論寬幅連續(xù)熔噴非織造布生產(chǎn)線的機械研制

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

關(guān)鍵詞：寬幅連續(xù)熔噴非織造布生產(chǎn)線；機械研制

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

1.關(guān)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(guī)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(chǎn)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(jié)密度這兩個主要因子來間接實現(xiàn)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(zhì)因素主要還是來源于兩方面，即：自由體積因素和鏈纏結(jié)密度因素。在熔噴工業(yè)生產(chǎn)過程中，纖維制取的質(zhì)量及產(chǎn)量主要取決于熔體粘度的變化情況。因此，生產(chǎn)實踐過程中，對熔體溫度、流動性、靜壓的控制至關(guān)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(cè)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(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響。

2.關(guān)于寬幅熔噴非織造布生產(chǎn)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(tǒng)、熔體過濾器及計量系統(tǒng)、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(jié)構(gòu)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(wěn)定性方面達到預期目標?！翱諝饧訜嵯到y(tǒng)”通常會占用熔噴生產(chǎn)過程三成以上能耗，在此環(huán)節(jié)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(tǒng)，通過提高熱量交換效率，降低能量消耗?！叭垠w過濾器及計量系統(tǒng)”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(zhì)在進入噴絲模頭前被徹底過濾清除。此外，通過新型過濾網(wǎng)狀的過濾器實現(xiàn)短時間換網(wǎng)，進一步提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)成品的一致性?！跋盗袊娊z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(chǎn)品的產(chǎn)成率。因此，要提高熔噴技術(shù)水平，首先要設計高品質(zhì)寬體噴絲模頭，以實現(xiàn)寬體噴絲模頭根據(jù)工業(yè)流水線實際生產(chǎn)需求自動配置合乎規(guī)格的單體模頭?！捌矫娲怪蓖鶑徒邮昭b置”是通過液壓傳動實現(xiàn)設備的平穩(wěn)運行，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)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(fā)的技術(shù)環(huán)節(jié)。要設計制造優(yōu)質(zhì)的寬體噴絲模頭需要解決如下問題：

2.2.1.熔體在模腔內(nèi)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(jié)構(gòu)便于安裝調(diào)試及清洗?！盵2]實現(xiàn)寬體噴絲模頭制成絲徑均勻的工業(yè)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(xiàn)這一目標的機械研發(fā)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(zhì)點大致具有相同的平均流道內(nèi)停留時間，具有相同的流徑阻力。經(jīng)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(huán)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(huán)節(jié)：第一，在入口區(qū)域的流動狀

況。入口區(qū)域的處于熔融狀態(tài)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(fā)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(guī)模的拉伸延展。第二，在微孔區(qū)的流動狀況。在入口區(qū)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(chǎn)生徑向速度梯度。此時，孔徑是保障纖維拉伸均勻的關(guān)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(wěn)定性和一致性。第三，在出口區(qū)的流動狀況。熔體在該區(qū)將出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。細小的熔體產(chǎn)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(qū)升高溫度或加長出口孔徑是有效減弱膨脹發(fā)生的良策。第四，在變形區(qū)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(jié)語

目前，國內(nèi)熔噴生產(chǎn)線的部分性能已經(jīng)接近甚至超過國外同類產(chǎn)品水平。

“路漫漫其修遠兮”！盡管我們已經(jīng)取得了階段性成果，在該領(lǐng)域仍有許多方面亟待深入研發(fā)的問題。我們堅信：通過不懈努力，寬幅連續(xù)熔噴法非織造布在我國一定能夠得到全面發(fā)展和廣泛推廣，并進一步取得喜人的工業(yè)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(xù)熔噴非織造布生產(chǎn)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(yè)出版社，1981年第2版。