CN111455559B - 一种短流程熔喷无纺布加工工艺和装置及无纺布 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短流程熔喷无纺布加工工艺和装置及无纺布，属于无纺布技术领域，解决了现有技术中熔喷无纺布加工装置复杂，无纺布制备工艺流程长，无纺布制备工艺过程中易产生有毒物质的问题。无纺布的原料以质量百分比计包括：聚丙烯树脂：94.5％～98.8％、过氧化物：0.3％～3.5％、硅酮母粒：0.5％～1.2％、成核剂：0.1％～0.3％、抗氧剂1010：0.3％～0.5％。短流程熔喷无纺布加工装置包括双螺杆挤出机、过滤器、树脂计量泵体、喷丝组件、空气供给器、网带接收机和切边卷绕机。该短流程熔喷无纺布加工装置成本低、采用该装置生产无纺布工艺流程短效率高、能耗低、有害物质产生少。
Description
技术领域
本发明涉及无纺布技术领域，尤其涉及一种短流程熔喷无纺布加工工艺和装置及无纺布。
背景技术
熔喷无纺布具有高效的过滤性、屏蔽性和透气性等特点，是作为生产口罩及防护服的主要原材料，广泛用于医疗卫生、日常防护及过滤材料等领域。随着新冠肺炎疫情的不断加剧，国内外对熔喷无纺布的需求及用量不断提升，这也是造成目前熔喷无纺布原料(即高流动性聚丙烯树脂)供不应求，价格快速增长的主要原因。
目前，高流动性聚丙烯树脂在国内比较难以直接获得，直接聚合生产的专用熔喷聚丙烯基本主要依赖进口。因此，国内经常采用降解、断链、增流等方法对低熔融指数的聚丙烯改造为高熔融指数的聚丙烯熔喷料。国内生产熔喷无纺布的工艺方法及其设备分成了两部分：一是熔喷聚丙烯原料颗粒的制备的工艺及设备；二是采用熔喷聚丙烯原料生产熔喷无纺布的工艺及设备。然而，将熔喷无纺布的生产分为两个工艺过程，工艺流程长，生产效率低，产量低，能耗高，同时造成了一定程度运输成本的增加，也造成熔喷无纺布的设备成本的提高。
因此，需要提供一种新型的熔喷聚丙烯原料及熔喷无纺布于一体的工艺方法，解决现有熔喷无纺布生产存在的工艺流程长，生产效率低，产量低，能耗高及设备成本的浪费情况，有助于提升熔喷无纺布的生产效率，并降低生产成本。
另外，目前的熔喷聚丙烯原料颗粒的制备过程中一般采用降解法生产，生产过程中一般需要加入降解剂，容易在生产过程中不稳定的产生有毒、杂环等小分子物质，对人体有害，影响身体健康；并且目前的降解法生产的产品质量不稳定，导致生产无纺布的过程中易断裂，无纺布的性能不稳定，影响其应用。
发明内容
鉴于以上分析，针对现有技术中的不足，本发明旨在提供一种短流程熔喷无纺布加工工艺和装置及无纺布，至少能解决以下技术问题之一：(1)现有的熔喷无纺布加工装置复杂，加工装置成本高；(2)现有的熔喷无纺布制备工艺流程长，生产效率低，产量低，能耗高；(3)现有的熔喷无纺布制备工艺过程中产生有毒物质，对人体健康有害；(4)现有的熔喷无纺布制备过程中易断裂；(5)现有的熔喷无纺布性能不稳定。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种无纺布，无纺布的原料以质量百分比计包括：聚丙烯树脂：94.5％～98.8％、过氧化物：0.3％～3.5％、硅酮母粒：0.5％～1.2％、成核剂：0.1％～0.3％、抗氧剂1010：0.3％～0.5％。
进一步的，聚丙烯树脂的熔融指数为20～60。
进一步的，过氧化物为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
进一步的，硅酮母粒包括聚硅氧烷和聚丙烯树脂。
另一方面，本发明还提供了一种短流程熔喷无纺布加工装置，短流程熔喷无纺布加工装置包括双螺杆挤出机、过滤器、树脂计量泵体、喷丝组件、空气供给器、网带接收机和切边卷绕机；双螺杆挤出机包括做功电机、第一进料装置、第二进料装置和螺杆系统；螺杆系统设置于双螺杆挤出机的腔体内，螺杆系统包括螺杆前段、螺杆中段和螺杆后段，第一进料装置设置于螺杆前段的上方，第二进料装置设置于螺杆中段的上方。
进一步的，螺杆中段的螺纹密度高于螺杆前段和螺杆后段。
进一步的，双螺杆挤出机、过滤器、树脂计量泵体和喷丝组件依次连接。
进一步的，双螺杆挤出机的长径比为40～60。
另一方面，本发明还提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，加工工艺包括以下步骤：
步骤1：将过氧化物、硅酮母粒和抗氧剂1010均匀混合得到助剂；
步骤2：将聚丙烯树脂通过第一进料装置加入双螺杆挤出机，同时将助剂通过第二进料装置加入双螺杆挤出机，各组分在双螺杆挤出机内部充分反应后得到熔体；
步骤3：将熔体通过过滤器过滤，除去杂质后的熔体进入树脂计量泵体，实现定量的熔体状态的树脂进入喷丝组件中，同时，空气供给器同步将具有高温高速的热空气流输送到喷丝组件中，随后形成的纤维丝束快速分布在网带接收机上成为无纺布；
进一步的，还包括：步骤4：将无纺布通过切边卷绕机进行整理及收卷。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明提供的短流程熔喷无纺布加工装置包括双螺杆挤出机、过滤器、树脂计量泵体、喷丝组件、空气供给器、网带接收机和切边卷绕机，能够一步实现由低熔融指数的普通聚丙烯原材料直接变成高熔融指数聚丙烯，并直接进行熔喷无纺布成形，这样加工装置成本低、采用该装置生产无纺布工艺流程短效率高、能耗低。
(2)并且本发明的双螺杆挤出机包括两个进料装置，能够将聚丙烯树脂和助剂的进料分开，由于生产熔喷无纺布的普通聚丙烯树脂(低熔融指数，即流动性差)为颗粒状，助剂一般添加量少，且一些助剂为粉体；若粉体与颗粒状的树脂颗粒在同一个料斗中进入螺杆挤出机时，树脂颗粒的进入速度会高于粉体材料，粉体易出现堆积，添加量降低等现象；当粉体积聚到一定大小时，会集中塌落进入螺杆挤出机中，对粉体的均匀分散产生很大影响。因此将进料分开能够防止同时进料由于原料形态、尺寸不同造成的混合不均等问题。
(3)本发明的螺杆中段的螺杆剪切能力和螺纹密度均高于螺杆前段和螺杆后段，这样能够保证实施时能够提高助剂的分散性。
(4)本发明的无纺布的原料中采用过氧化物作为聚丙烯树脂的断链剂，能够显著降低聚丙烯分子量，并大幅提高其流动性，采用硅酮母粒能够提高分子间润滑性和分子流动性，同时对聚丙烯分子链降解时起到稳定作用，明显降低降解产生的小分子及其他有毒化合物，确保无纺布丝束的光滑、稳定；成核剂能够赋予聚丙烯树脂良好的成核效率和优异的增透改性效果，同时与硅酮母粒使用时，具有改善聚丙烯树脂热稳定性、增加透明性和消除异味的作用。无纺布的断裂强力不低于36.3N，断裂伸长率不低于49.5％，顶破强力不低于41.6N；短流程熔喷无纺布加工过程中断裂率小于0.6％；尺寸稳定性高，无异味。
(5)本发明提供的短流程熔喷无纺布加工工艺能够一步实现由低熔融指数的普通聚丙烯原材料直接变成高熔融指数聚丙烯，并直接进行熔喷无纺布成形，该工艺流程短、效率高、能耗低(例如，本发明的效率提高40％～80％，能耗节省30％～60％，成本降低30％～50％)。并且本发明的加工工艺中将聚丙烯树脂和助剂的进料分开，防止同时进料由于原料形态、尺寸不同造成的混合不均等问题；由于本发明的原料中综合采用硅酮母粒和成核剂，工艺生产过程中异味大大减少，生产过程中有毒、杂环等小分子物质大大减少，对工人身体健康基本无影响。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的短流程熔喷无纺布加工装置的结构示意图；
图2为本发明的双螺杆挤出机的结构示意图。
附图标记：
1-双螺杆挤出机；1-1-做功电机；1-2-第一进料装置；1-3-第二进料装置；1-4-螺杆系统；2-过滤器；3-树脂计量泵体；4-喷丝组件；5-空气供给器；6-网带接收机；7-切边卷绕机。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种短流程熔喷无纺布加工装置，如图1至图2所示，短流程熔喷无纺布加工装置包括双螺杆挤出机1、过滤器2、树脂计量泵体3、喷丝组件4、空气供给器5、网带接收机6和切边卷绕机7；双螺杆挤出机1包括第一进料装置1-2、第二进料装置1-3和螺杆系统1-4；螺杆系统1-4设置于双螺杆挤出机1的腔体内，螺杆系统1-4包括螺杆前段、螺杆中段和螺杆后段三部分，其中，前段的功能为树脂的熔化区域，中段为主反应区域，后段为熔合均散区域，第一进料装置1-2设置于螺杆前段的上方，用于作为聚丙烯树脂的进料装置，第二进料装置1-3设置于螺杆中段的上方，用于作为其他助剂或填料的进料装置。
需要说明的是，为了在实施时能够提高助剂的分散性，螺杆中段的螺杆剪切能力和螺纹密度均高于螺杆前段和螺杆后段。
与现有技术相比，本发明提供的短流程熔喷无纺布加工装置包括双螺杆挤出机、过滤器、树脂计量泵体、喷丝组件、空气供给器、网带接收机和切边卷绕机，能够一步实现由低熔融指数的普通聚丙烯原材料直接变成高熔融指数聚丙烯，并直接进行熔喷无纺布成形，这样加工装置成本低、采用该装置生产无纺布工艺流程短效率高、能耗低；并且本发明的双螺杆挤出机包括两个进料装置，能够将聚丙烯树脂和助剂的进料分开，防止同时进料由于原料形态、尺寸不同造成的混合不均等问题，如生产熔喷无纺布的普通聚丙烯树脂(低熔融指数，即流动性差)为颗粒状，助剂一般添加量少，且由一些助剂为粉体；若粉体与颗粒状的树脂颗粒在同一个料斗中进入螺杆挤出机时，树脂颗粒的进入速度会高于粉体材料，粉体易出现堆积，添加量降低等现象；当粉体积聚到一定大小时，会集中塌落进入螺杆挤出机中，对粉体的均匀分散产生很大影响。因此，同时进料存在缺陷。同时，本发明的螺杆中段的螺杆剪切能力和螺纹密度均高于螺杆前段和螺杆后段，这样能够保证实施时能够提高助剂的分散性。
具体的，双螺杆挤出机1、过滤器2、树脂计量泵体3和喷丝组件4依次连接，为了提高熔喷无纺布的接受效率，降低设备结构的复杂性，将喷丝组件4设置于树脂计量泵体3的下方。
具体的，空气供给器5设置于喷丝组件4的一侧，并与喷丝组件4相连，空气供给器5用于将具有高温高速的热空气流输送到喷丝组件4中。
需要说明的是，网带接收机6设置于喷丝组件4的下方，这样提高熔喷无纺布的接受效率，降低设备结构的复杂性。
具体的，切边卷绕机7设置于网带接收机6的后方。
考虑到双螺杆挤出机1的长径比过大，普通聚丙烯树脂的降解时间增加，生成较多的有毒物质；长径比过小，普通聚丙烯树脂的降解时间不足，无法达到熔喷无纺布加工需要的树脂流动性。因此，控制双螺杆挤出机1的长径比为40～60；示例性的，双螺杆挤出机1的长径比为50～60。
具体的，双螺杆挤出机1还包括做功电机1-1，做功电机1-1用于为双螺杆挤出机内部的螺杆转动提供动力。
具体的，喷丝组件4的内熔体流道为衣架式。
本发明还提供了一种无纺布，无纺布的原料以质量百分比计包括：聚丙烯树脂(PP)：94.5％～98.8％、过氧化物：0.3％～3.5％、硅酮母粒：0.5％～1.2％、成核剂：0.1～0.3％、抗氧剂1010：0.3％～0.5％。
其中，聚丙烯树脂的熔融指数为20～60。
具体的，过氧化物为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷，过氧化物的作用为聚丙烯树脂的断链剂，显著降低聚丙烯分子量，并大幅提高其流动性。
具体的，硅酮母粒为高分子量(分子量不低于100万)聚硅氧烷均匀分散于聚丙烯树脂制成，其中硅氧烷含量过高会降低聚丙烯树脂的降解效率；过低不能足够起到润滑、稳定的作用。因此，控制硅氧烷含量为48％～52％。
具体的，硅酮母粒中的硅氧烷能够提高分子间润滑性和分子流动性，确保熔喷无纺布丝束的光滑、稳定；同时硅氧烷的高温稳定性较高，不产生分解，能够稳定聚丙烯树脂降解过程中小分子及其他有毒化合物的产生。
具体的，所述成核剂为二苯亚甲基山梨醇。成核剂能够赋予聚丙烯树脂良好的成核效率和优异的增透改性效果，同时与硅酮母粒使用时，具有改善聚丙烯树脂热稳定性、增加透明性和消除异味的作用。
与现有技术相比，本发明提供的无纺布的原料中采用过氧化物作为聚丙烯树脂的断链剂，能够显著降低聚丙烯分子量，并大幅提高其流动性，采用硅酮母粒能够提高分子间润滑性和分子流动性，同时对聚丙烯分子链降解时起到稳定作用，明显降低降解产生的小分子及其他有毒化合物，确保无纺布丝束的光滑、稳定；成核剂能够赋予聚丙烯树脂良好的成核效率和优异的增透改性效果，同时与硅酮母粒使用时，具有改善聚丙烯树脂热稳定性、增加透明性和消除异味的作用。
具体的，无纺布的断裂强力不低于36.3N，断裂伸长率不低于49.5％，顶破强力不低于41.6N。尺寸稳定性高，无异味。
本发明还提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，包括以下步骤：
步骤1：将过氧化物、成核剂、硅酮母粒和抗氧剂1010均匀混合得到助剂；
步骤2：将聚丙烯树脂通过第一进料装置加入双螺杆挤出机，同时将助剂通过第二进料装置加入双螺杆挤出机，各组分在双螺杆挤出机内部充分反应(包含过氧化物的降解、自由基的形成和自由基对聚丙烯树脂分子链的攻击等)后得到熔体；
步骤3：熔体通过过滤器过滤，除去杂质后的熔体进入树脂计量泵体，实现定量的熔体状态的树脂进入喷丝组件中，同时，空气供给器同步将具有高温高速(温度180℃-220℃，速度不低于15m/s)的热空气流输送到喷丝组件中，随后形成的纤维丝束快速分布在网带接收机上成为无纺布；
具体的，短流程熔喷无纺布加工工艺还包括步骤4：将无纺布通过切边卷绕机进行整理及收卷。
具体的，步骤2中，聚丙烯树脂的熔融指数为20～60。
具体的，步骤2中，双螺杆挤出机的螺杆前段为聚丙烯树脂的熔化阶段，温度为180-210℃；螺杆中段加入助剂，温度略高，220-240℃；螺杆后段为熔合阶段，温度控制为210-230℃。
现有技术中，一般需要将低熔融指数的普通聚丙烯原材料变成高熔融指数聚丙烯，然后做成高熔融指数聚丙烯粒子，塑封，然后无纺布制作者需要重新将聚丙烯粒子熔融进行制作无纺布。与现有技术相比，本发明提供的短流程熔喷无纺布加工工艺能够一步实现由低熔融指数的普通聚丙烯原材料直接变成高熔融指数聚丙烯，并直接进行熔喷无纺布成形，该工艺流程短、效率高、能耗低(例如，本发明的效率提高40％～80％，能耗节省30％～60％，成本降低30％～50％)；并且本发明的加工工艺中将聚丙烯树脂和助剂的进料分开，防止同时进料由于原料形态、尺寸不同造成的混合不均等问题；由于本发明的原料中采用硅酮母粒，工艺生产过程中异味大大减少，生产过程中有毒、杂环等小分子物质大大减少，对工人身体健康基本无影响。
实施例1
本实施例提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，包括以下步骤：
步骤1：将过氧化物、硅酮母粒和抗氧剂1010均匀混合得到助剂；
步骤2：将聚丙烯树脂通过第一进料装置加入双螺杆挤出机，同时将助剂通过第二进料装置加入双螺杆挤出机，各组分在双螺杆挤出机内部充分反应后得到熔体；其中，螺杆前段温度为180℃，螺杆中段温度为220℃，螺杆后段温度为210℃。
步骤3：将熔体通过过滤器过滤，除去杂质后的熔体进入树脂计量泵体，实现定量(定量的树脂是通过树脂计量泵体实现的，该泵体具有计量作用，由于无纺布生产时，不同大小尺寸的设备宽度不同，因此，不同宽幅的无纺布对应不同的用量的树脂熔体)的熔体状态的树脂进入喷丝组件中，同时，空气供给器同步将具有高温高速(温度200℃，速度30m/s)的热空气流输送到喷丝组件中，随后形成的纤维丝束快速分布在网带接收机上成为无纺布；
步骤4：将无纺布通过切边卷绕机进行整理及收卷。
其中，原料组分及质量百分比为：
聚丙烯树脂的熔融指数为60。
本实施例得到的无纺布的断裂强力为37.3N，断裂伸长率为51.5％，顶破强力为43.1N；无异味；本实施例的短流程熔喷无纺布加工过程中断裂率小于0.5％。
实施例2
本实施例提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，步骤与实施例1相同，在此不一一赘述，区别在于：
其中，原料组分及质量百分比为：
所述的聚丙烯树脂的熔融指数为20。
其中，螺杆前段温度为200℃，螺杆中段温度为230℃，螺杆后段温度为220℃。
本实施例得到的无纺布的断裂强力为36.3N，断裂伸长率为49.5％，顶破强力为41.6N；无异味；本实施例的短流程熔喷无纺布加工过程中断裂率小于0.6％。
实施例3
本实施例提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，步骤与实施例1相同，在此不一一赘述，区别在于：
其中，原料组分及质量百分比为：
所述的聚丙烯树脂的熔融指数为35。
其中，螺杆前段温度为210℃，螺杆中段温度为230℃，螺杆后段温度为210℃。
本实施例得到的无纺布的断裂强力为36.8N，断裂伸长率为51.7％，顶破强力为42.7N；无异味；本实施例的短流程熔喷无纺布加工过程中断裂率小于0.5％。
实施例4
本实施例提供了一种短流程熔喷无纺布加工工艺，步骤与实施例1相同，在此不一一赘述，区别在于：
其中，原料组分及质量百分比为：
所述的聚丙烯树脂的熔融指数为35。
其中，螺杆前段温度为210℃，螺杆中段温度为240℃，螺杆后段温度为230℃。
本实施例得到的无纺布的断裂强力为36.5N，断裂伸长率为52.4％，顶破强力为43.5N；异味；无纺布对甲型流感病毒(H1N1)经过4h的测试后，病毒灭活率大于99.99％。本实施例的短流程熔喷无纺布加工过程中断裂率小于0.5％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种短流程熔喷无纺布加工工艺，其特征在于，一步实现由低熔融指数的普通聚丙烯原材料直接变成高熔融指数聚丙烯，并直接进行熔喷无纺布成形，加工工艺的步骤为：
步骤1：将过氧化物、成核剂、硅酮母粒和抗氧剂1010均匀混合得到助剂；
步骤2：将聚丙烯树脂通过第一进料装置加入双螺杆挤出机，同时将助剂通过第二进料装置加入双螺杆挤出机，各组分在双螺杆挤出机内部充分反应后得到熔体；
所述双螺杆挤出机包括两个进料装置，能够将聚丙烯树脂和助剂的进料分开；
所述双螺杆挤出机（1）包括做功电机（1-1）、第一进料装置（1-2）、第二进料装置（1-3）和螺杆系统（1-4）；螺杆系统（1-4）设置于双螺杆挤出机（1）的腔体内，螺杆系统（1-4）包括螺杆前段、螺杆中段和螺杆后段，第一进料装置（1-2）设置于螺杆前段的上方，第二进料装置（1-3）设置于螺杆中段的上方，螺杆前段的功能为树脂的熔化区域，螺杆中段为主反应区域，螺杆后段为熔合均散区域；所述双螺杆挤出机（1）的长径比为40~60；
螺杆中段的螺杆剪切能力和螺纹密度均高于螺杆前段和螺杆后段，实施时能够提高助剂的分散性；
步骤3：将熔体通过过滤器过滤，除去杂质后的熔体进入树脂计量泵体，实现定量的熔体状态的树脂进入喷丝组件中，喷丝组件的内熔体流道为衣架式，同时，空气供给器同步将具有高温高速的热空气流输送到喷丝组件中，随后形成的纤维丝束快速分布在网带接收机上成为无纺布；其中，高温高速的热空气流的温度为180℃-220℃，速度不低于15m/s；
原料以质量百分比计为：聚丙烯树脂：94.5%~96.05%、过氧化物：2.5%~3.5%、硅酮母粒：0.5%~0.9%、成核剂：0.1%~0.3%、抗氧剂1010：0.4%~0.5%；所述硅酮母粒包括聚硅氧烷和聚丙烯树脂，其中，硅氧烷含量为48%~52%；所述成核剂为二苯亚甲基山梨醇；所述聚丙烯树脂为低熔融指数的普通聚丙烯树脂，熔融指数为20~60；得到的无纺布的断裂强力不低于36.3N，断裂伸长率不低于49.5%，顶破强力不低于41.6N；无纺布加工过程中断裂率小于0.5%。
2.根据权利要求1所述的短流程熔喷无纺布加工工艺，其特征在于，还包括：步骤4：将无纺布通过切边卷绕机进行整理及收卷。
3.根据权利要求1所述的短流程熔喷无纺布加工工艺，其特征在于，所述过氧化物为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
4.根 据权利要求1所述的短流程熔喷无纺布加工工艺，其特征在于，所述双螺杆挤出机（1）、过滤器（2）、树脂计量泵体（3）和喷丝组件（4）依次连接；喷丝组件设置于树脂计量泵体的下方，网带接收机设置于喷丝组件的下方。
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