多頭紡黏熔噴復(fù)合非織造布關(guān)鍵技術(shù)研究

張金秋 劉玉軍 鄧連華 王海英

(1.宏大研究院有限公司，北京，100176;2.恒天嘉華非織造有限公司，仙桃，433000)

紡熔復(fù)合非織造布工藝始于20世紀(jì)80年代初，是目前世界上應(yīng)用范圍最廣的非織造工藝。多頭紡熔復(fù)合非織造布一直是非織造領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)，也是紡織工業(yè)中最有發(fā)展前途的一類產(chǎn)品。世界上提供在線復(fù)合紡黏/熔噴/紡黏(SMS)技術(shù)的設(shè)備制造公司主要有德國(guó)Reifenhauser公司、美國(guó)Nordson公司和意大利STP公司等，國(guó)內(nèi)主要有宏大研究院有限公司、邵陽(yáng)紡織機(jī)械有限公司和溫州昌隆機(jī)械制造有限公司等。我國(guó)非織造布雖然從產(chǎn)能及產(chǎn)量上都已成為全球的大國(guó)，但在技術(shù)與裝備方面與國(guó)際先進(jìn)水平仍有很大的差距，技術(shù)創(chuàng)新能力不足，產(chǎn)品檔次較低，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不夠，在很多方面均有待進(jìn)一步提高［1-3］。

為提高國(guó)產(chǎn)非織造裝備的產(chǎn)品質(zhì)量水平和設(shè)備的穩(wěn)定性，減少國(guó)內(nèi)非織造布企業(yè)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)高檔非織造設(shè)備及醫(yī)用衛(wèi)生材料的發(fā)展，本文針對(duì)國(guó)內(nèi)首條紡黏/紡黏/熔噴/熔噴/紡黏(SSMMS)紡熔復(fù)合非織造布生產(chǎn)線在投產(chǎn)試車過(guò)程中的主要工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能的影響進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了優(yōu)化。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)原料是聚丙烯(PP)，其中紡黏原料牌號(hào)為S2040、熔噴原料牌號(hào)為PF1500。本文對(duì)熔噴工藝參數(shù)不作討論，主要參數(shù)設(shè)定為狹縫距離0.8 mm、螺桿擠出量175 kg/h、側(cè)風(fēng)溫度270℃、網(wǎng)帶速度176 m/min 和接收距離 11 cm［4］。

影響紡熔復(fù)合非織造布性能的工藝參數(shù)有很多，本文只選取關(guān)鍵的紡黏工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，包括螺桿擠出量、冷卻風(fēng)溫、冷卻風(fēng)量、成網(wǎng)速度、熱軋輥壓力和熱軋輥溫度等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試，選取一定范圍，分析不同工藝參數(shù)對(duì)22 g/m2紡熔復(fù)合非織造布性能的影響，其紡絲、牽伸、成網(wǎng)及熱軋的主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

2 工藝參數(shù)對(duì)非織造布性能的影響［5-9］

本文進(jìn)行了單一工藝參數(shù)變化對(duì)產(chǎn)品性能影響的研究，包括螺桿擠出量對(duì)長(zhǎng)絲線密度和非織造布斷裂強(qiáng)力的影響、冷卻風(fēng)量對(duì)長(zhǎng)絲線密度的影響、冷卻風(fēng)溫對(duì)纖維結(jié)晶度的影響、成網(wǎng)速度對(duì)產(chǎn)品縱橫向強(qiáng)力比和面密度的影響、熱軋輥壓力對(duì)非織造布物理性能和滲透性的影響以及熱軋輥溫度對(duì)非織造布斷裂強(qiáng)力的影響。

2.1 螺桿擠出量

由圖1和圖2可知，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，螺桿擠出量對(duì)纖維線密度及非織造布斷裂強(qiáng)力的影響很明顯。主要是因?yàn)槁輻U擠出量增大，單位面積纖網(wǎng)內(nèi)的纖維根數(shù)增加，相同的風(fēng)量對(duì)纖維的拉伸不夠充分，使得纖維線密度變大，反映在產(chǎn)品上是非織造布的斷裂強(qiáng)力有所提高。

圖1 螺桿擠出量與長(zhǎng)絲線密度的關(guān)系曲線

圖2 螺桿擠出量與斷裂強(qiáng)力的關(guān)系曲線

2.2 冷卻風(fēng)量和風(fēng)溫

由圖3可知，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，冷卻風(fēng)量越大，纖維越細(xì)。這是因?yàn)槔鋮s風(fēng)量越大，纖維被拉伸的時(shí)間越長(zhǎng)，所以纖維越細(xì)。因此，在生產(chǎn)中可適當(dāng)加大冷卻風(fēng)量，以減少并絲現(xiàn)象。

圖3 冷卻風(fēng)量與長(zhǎng)絲線密度的關(guān)系

由圖4可知：在風(fēng)量一定的情況下，冷卻風(fēng)溫越低，冷卻速率越高，但溫度過(guò)低易使纖維冷卻過(guò)分，使絲條不易拉伸，不利于纖維結(jié)晶;反之，冷卻溫度升高，使得纖維的結(jié)晶度變大。因此，選擇合適的冷卻風(fēng)溫對(duì)提高纖維的可紡性能具有重要的意義。

圖4 冷卻風(fēng)溫與長(zhǎng)絲結(jié)晶度的關(guān)系

2.3 成網(wǎng)速度

由圖5和圖6可知，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，成網(wǎng)速度越快，非織造布的面密度越小，縱橫向強(qiáng)力比(MD/CD)越大。成網(wǎng)速度慢，纖維不能更好地沿著纖網(wǎng)輸出方面排布，造成纖維排列一致性較差;成網(wǎng)速度快，纖維排列整齊，非織造布的縱向強(qiáng)力提高，而橫向強(qiáng)力相對(duì)變小，因此非織造布的縱橫向強(qiáng)力比變大。

圖5 成網(wǎng)速度與面密度的關(guān)系

圖6 成網(wǎng)速度與縱橫向強(qiáng)力比的關(guān)系曲線

2.4 熱軋輥壓力

由圖7可知，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，非織造布的厚度、孔隙率及滲透系數(shù)隨熱軋輥壓力增大而減小，靜水壓隨熱軋輥壓力的升高而增大。這是因?yàn)檐堓亯毫υ酱?，單位體積纖網(wǎng)內(nèi)的纖維排列越緊密，纖維與纖維間的黏結(jié)程度越強(qiáng)，導(dǎo)致厚度、孔隙率、滲透系數(shù)變小，靜水壓變大。由圖7還可知，非織造布的斷裂強(qiáng)力隨熱軋輥壓力的升高先增大后減小。這主要是因?yàn)楫?dāng)軋輥壓力達(dá)到一定值后，再增大壓力，會(huì)導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，部分纖維發(fā)生斷裂，所以斷裂強(qiáng)力有所下降。

2.5 熱軋輥溫度

由圖8可知，在其他工藝參數(shù)不變的情況下，非織造布的斷裂強(qiáng)力隨軋輥溫度的升高先升高后降低。這是因?yàn)樵跍囟容^低時(shí)，升高熱軋溫度對(duì)纖維成網(wǎng)有利;當(dāng)溫度達(dá)到纖維解取向臨界點(diǎn)后，再升高熱軋溫度會(huì)破壞纖維結(jié)構(gòu)，所以非織造布強(qiáng)力呈下降趨勢(shì)。

3 影響SSMMS生產(chǎn)線的關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)正交分析

選擇影響產(chǎn)品質(zhì)量較明顯的螺桿擠出量、冷卻風(fēng)溫、冷卻風(fēng)量和熱軋輥壓力四個(gè)因素，以長(zhǎng)絲線密度、非織造布斷裂強(qiáng)力為變量，采用四因素三水平L9(34)正交表安排試驗(yàn)并分析結(jié)果。正交試驗(yàn)保持成網(wǎng)速度200 m/min和熱軋溫度143℃不變。因素水平表、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果，以及極差分析分別列于表2～表4。

從表4可以看出，影響長(zhǎng)絲線密度和斷裂強(qiáng)力兩項(xiàng)指標(biāo)的主次因素和較優(yōu)水平為：螺桿擠出量(因素A)是影響長(zhǎng)絲線密度最關(guān)鍵的因素，其次是冷卻風(fēng)量(因素B)和冷卻風(fēng)溫(因素C)，而熱軋輥壓力(因素D)對(duì)長(zhǎng)絲線密度的影響最小;但熱軋輥壓力又對(duì)非織造布的強(qiáng)力影響最大，其次是螺桿擠出量。

圖7 熱軋輥壓力對(duì)非織造布性能的影響

圖8 熱軋溫度與斷裂強(qiáng)力的關(guān)系曲線

表2 因素水平表

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表4 正交試驗(yàn)極差分析

對(duì)比兩組較優(yōu)水平，只有因素B對(duì)應(yīng)的水平結(jié)果不同。因?yàn)樵谡辉囼?yàn)所有的方案中未出現(xiàn)過(guò)A1B3C2D2組合，為此安排了一組單因素試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，兩個(gè)組合方案中冷卻風(fēng)量對(duì)長(zhǎng)絲的線密度影響不大，但對(duì)斷裂強(qiáng)力的影響較大。對(duì)比后確定A1B2C2D2組合方案更適合非織造布的生產(chǎn)，即螺桿擠出量500 kg/h、冷卻風(fēng)量15 km3/h、冷卻風(fēng)溫14℃和熱軋輥壓力70 N/mm的組合方案為最優(yōu)工藝。

表5 冷卻風(fēng)量對(duì)非織造布性能的影響

4 結(jié)論

(1)單一工藝參數(shù)變化對(duì)非織造布性能的影響試驗(yàn)表明：螺桿擠出量越大，纖維線密度越大，非織造布斷裂強(qiáng)力越大;冷卻風(fēng)量越大，纖維越細(xì);冷卻風(fēng)溫越高，長(zhǎng)絲結(jié)晶度越大;非織造布的面密度隨著成網(wǎng)速度的升高而降低，縱橫向強(qiáng)力比隨成網(wǎng)速度的升高而變大;隨著熱軋輥壓力增大，非織造布的厚度、孔隙率和滲透系數(shù)變小，靜水壓變大，斷裂強(qiáng)力先增大后逐漸下降;隨著熱軋溫度的升高，非織造布的斷裂強(qiáng)力先升高后降低。

(2)從正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)結(jié)果分析得知，面密度為22 g/m2的SSMMS非織造布的最優(yōu)紡黏生產(chǎn)工藝為：螺桿擠出量500 kg/h、冷卻風(fēng)量15 km3/h、冷卻風(fēng)溫14℃、成網(wǎng)速度200 m/min、熱軋輥壓力70 N/mm和熱軋溫度143℃。

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