CN111809308A - 一种新型熔喷非织造布及其制造方法与生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型熔喷非织造布及其制造方法与生产设备，所述新型熔喷非织造布的原料按质量百分比包括树脂颗粒94~99%、改性功能型颗粒1~6%；所述改性功能型颗粒按质量分数由100份功能型颗粒、1~4%的分散剂、1~6%的偶联剂组成；将改性功能颗粒与树脂颗粒充分干燥后混合，经过熔融、过滤后分流挤出，在高速空气流下拉伸喷射，在负压存在下黏附在接收装置的表面，随后冷却成型；本发明新型熔喷非织造布断裂强度高，杀菌效果好，制造方法具有工艺简单、熔体流动速率佳、流速分布均匀、熔喷压力大等特点。
Description
技术领域
本发明涉及纺织的非织造技术领域，尤其涉及一种新型熔喷非织造布及其制造方法与生产设备。
背景技术
熔喷非织造布是聚合物纺丝成网非织造布中的一种，它起源于世纪年代初。当时美国海军实验室在政府的资助下，为了收集上层大气中的放射性微粒而开发的一种具有超细过滤效果的过滤材料。该方法是现代熔喷非织造工艺技术的雏形。世纪年代中期，公司也开始对熔喷非织造布技术进行研究，并取得一系列专利。
熔喷工艺原理是将聚合物熔体从模头喷丝孔中挤出,形成熔体细流,加热的拉伸空气从模头喷丝孔两侧风道亦称气缝中高速吹出，对聚合物熔体细流进行拉伸。冷却空气在模头下方一定位置从两侧补入,使纤维冷却结晶,另外在冷却空气装置下方也可设置喷雾装置,进一步对纤维进行快速冷却。在接受装置的成网帘下方设真空抽吸装置，使经过高速气流拉伸形成的超细纤维均匀地收集在接受装置的成网帘或滚筒上，依靠自身粘合或其它加固方法成为熔喷非织造材料。
目前，熔喷法采用的原料大部分是聚丙烯。采用聚丙烯为原料时，为使熔体细流能在热气流喷吹过程中得到较好的牵伸，要求原料的熔融指数要尽可能高一些。除了广泛使用的聚丙稀之外，聚酞胺、聚乳酸、聚乙烯、PBT、乙烯共聚物及一些热塑性的弹性体原料也己在熔喷非织造布生产中应用，以开发制造满足不同性能需要的产品。
国产设备多为借鉴国外早期使用过的技术和设备制造，但在现有的设备（包括辅助设备）制造队伍中，能真正接触国外设备原型并真正熟悉它们的技术人员极少，由于在工艺原理方面没有创新，对原创技术缺乏深入了解，因此，国产设备在工艺原理、设备设计、产品水平等主要经济和技术指标方面均与国外设备存在巨大差距。
中国专利CN 201710648132.9公开了一种改性聚丙烯母粒、熔喷布及其制备方法和应用，改性聚丙烯母粒，主要由以下成分制成：按重量百分比计，聚丙烯77～90％、石墨烯材料5～20%和助剂1～5%；所述石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯及和石墨烯衍生物中的任意一种或多种的组合；所述助剂包括偶联剂、分散剂和抗氧化剂中的任意一种或多种的组合，优选包括偶联剂、分散剂和抗氧化剂。本发明的改性聚丙烯母粒用于制作熔喷布时，不仅能增加抗菌性和带电性，而且能提高熔喷布的过滤效率和容尘量。
中国专利CN 201210544735.1公开了一种电气石驻极聚乳酸熔喷非织造布及制备方法，由电气石改性聚乳酸熔喷超细纤维，纤维直径的范围为1~10μm，包括聚乳酸、电气石（类似于本申请的功能型颗粒）和助剂，所述的电气石质量为聚乳酸质量的1~3%，助剂包括偶联剂、分散剂和稀释剂，偶联剂占电气石质量的2~3%，分散剂占电气石质量的1~3%，稀释剂质量为偶联剂的3倍。本发明过滤效果良好、无毒无害、对环境友好，但是二者均存在制作工艺复杂、熔体流动速率慢、流速分布不均匀等不足。
发明内容
技术目的：针对现有熔喷非织造布存在的不足，本发明公开了一种制作工艺简单、熔体流动速率佳、流速分布均匀、熔喷压力大的新型熔喷非织造布及其制造方法与生产设备。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型熔喷非织造布，其原料包括质量分数分别为94%~99%的树脂颗粒和1%~6%改性功能型颗粒。
优选地，所述树脂颗粒为聚丙烯颗粒或聚乳酸颗粒。
优选地，所述改性功能型颗粒由100份功能型颗粒、质量分数1-4%的分散剂和质量分数1-6%的偶联剂组成；将三者加入到超声频率为25khz超声反应器中，进行超声波改性30min~50min，然后在80℃下烘干6~10 h，得到所述改性功能型颗粒。
优选地，所述功能型颗粒是指无机颗粒，具体包括二氧化硅、沸石、氧化钛、活性炭、滑石粉、蒙脱土、凹凸棒土或氧化铝中的一种。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570或SI-69中的一种，所述钛酸酯偶联剂为CS-101、CS-102或CS-311中的一种。
优选地，所述分散剂为聚乙烯蜡、OP-10或聚乙二醇200。
所述新型熔喷非织造布的生产设备包括熔喷单元和接收单元，所述熔喷单元包括双螺杆挤出机、过滤装置、分流器、熔喷口模、空气供给装置和空气加热器，所述过滤装置用于过滤双螺杆挤出机出口熔融材料的过滤，分流器用于将熔融材料分流至熔喷口模内；空气加热器连接空气供给装置与熔融口模。
优选地，所述双螺杆挤出机设置有6个顺序连通的用于熔融原料的机筒，机筒的长径比为15~20；按照熔体流动的方向机筒温度依次为210℃、230℃、240℃、245℃、250℃和245℃，双螺杆挤出机上方设置加料口，螺杆转速为100 r/min，保证原料充分熔融，调高生产质量。
优选地，所述空气供给装置空气压力为70~90kpa，空气加热器将空气加热至350~450 ℃；空气加热器旁还设置有喷雾装置，喷雾装置所喷出的纳米Ag+、Cu2+在空气加热器内与空气混合，提升新型熔融熔喷非织造布的抗菌处理，提高了制品的抗菌效果，杀菌率达到99.8%。
优选地，所述接收装置内部还设置有静电处理装置，所述静电处理装置电压为10~60万伏，提高静电吸附性能。
优选地，所述分流器设置有两个流道孔，分别连接一个熔融口模，流道孔的长径比为20，既保证熔料流动的均匀性，又保证熔体流出具有一定的压力；所述熔融口模的端部开设有200个直径为0.3~0.5mm的喷丝孔。
所述新型熔喷非织造布的制造方法，包括以下步骤：
S01、将树脂颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，然后将质量分数94~99%的树脂颗粒，1~6%改性功能型颗粒加入到转速为1500~2000r/min混合机中混合均匀，将该混合料装入双螺杆挤出机的料斗中，在螺杆挤出机中熔融后，经过滤器过滤掉大颗粒结构。
S02、原料熔融过滤后，通过分流器的流道孔分别流入两个熔融口模内，由空气供给装置提供的空气经空气加热器加热，并与喷雾装置喷出的纳米Ag+、Cu2+混合后，将熔融材料从熔融口模喷丝孔吹出。
S03、接收装置接收从熔融口模喷出的熔融材料，内置的静电处理装置对材料进行静电处理，经空气冷却10-30min后，制成所述的新型熔喷非织造布，卷绕装置将冷却完毕的新型熔喷非织造布卷起。
有益效果：本发明所提供的一种新型熔喷非织造布及其制造方法与生产设备具有以下有益效果：
1、制造工艺简单、熔体流动速率佳、流速分布均匀、熔喷压力大；
2、分流器分流为两组熔喷生产线，大大提高熔喷生产效率，且每个流道孔的长径比L/D为20，既可以保证熔料流动的均匀性，又保证熔体流出具有一定的压力；
3、空气加热器旁边分别增加一个喷雾装置，可以添加纳米Ag+、Cu2+等材料，作为熔喷非织造布抗菌处理，提高了制品的抗菌效果；
4、卷绕装置下面设置高压静电处理装置，通入10万伏的电压，用于静电处理，大大提高了材料的静电吸附性能；
5、利用该设备与方法生产的熔喷非织造布制品幅宽偏差控制在±2mm以内，横向断裂强度为12.5N，纵向断裂强度为18.6N，纵横向断裂伸长率为36.4%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明新型熔喷非织造布的制造设备结构示意图；
图2为本发明实施例制造的新型熔喷非织造布性能测试对比图；
其中，1-双螺杆挤出机、2-过滤装置、3-分流器、4-熔喷口模、5-空气供给装置、6-空气加热器、7-喷雾装置、8-接收装置、9-卷绕装置、10-静电处理装置。
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种新型熔喷非织造布，其原料按质量百分比如下：树脂颗粒94-99%，改性功能型颗粒1-6%；所述树脂颗粒为聚丙烯颗粒或聚乳酸颗粒，所述改性功能型颗粒按质量分数由100份功能型颗粒、1-4%的分散剂、1-6%的偶联剂组成，所述功能型颗粒是指无机颗粒，具体为二氧化硅、沸石、氧化钛、活性炭、滑石粉、蒙脱土、凹凸棒土或氧化铝中的一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570或SI-69中的一种，所述钛酸酯偶联剂为CS-101、CS-102或CS-311中的一种；所述分散剂为聚乙烯蜡、OP-10或聚乙二醇200。
如图1所示，新型熔喷非织造布的生产设备包括熔喷单元和接收单元，熔喷单元包括双螺杆挤出机1,、固定在双螺杆挤出机1出口的过滤装置2、分流器3和连接在分流器3后方的熔喷口模4，接收单元包括接收装置8，固定在接收装置上方的卷绕装置9，接收装置8内设置静电处理装置10。
双螺杆挤出机1设置有六个顺序连通、长径比为15~20的用于熔融的机筒，按照原料熔融流向，机筒的温度依次为210℃、230℃、240℃、245℃、250℃、245℃，螺杆转速为100r/min；分流器3设置两个长径比为20的流道孔，保证熔体流动的均匀性，又保证熔体流出具有一定的压力，流道孔端部分别连接一个熔喷口模4，每个熔喷口模4喷射端面设置有200个直径为0.3~0.5mm的喷丝孔。
空气加热器6两端分别与空气供给装置5和熔喷口模4连通，空气供给装置5提供的空气压力为70~90kpa，空气加热器6可将空气加热至350~450 ℃；喷雾装置7用于向空气加热器6内添加纳米Ag+、Cu2+，对新型熔喷非织造布进行抗菌处理。
接收装置8接收由熔喷口模4的喷丝孔被吹出的熔融原料，经空气冷却10~30min，与此同时，静电处理装置10对布料做静电处理，提升静电吸附性能；新型熔喷非织造布生产完成后，由卷绕装置9卷起。
新型熔喷非织造布的制造方法如下：
S01、将功能型颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，将功能型颗粒、分散剂、偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性30min~50min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为6~10 h，得到所述改性功能型颗粒；
S02、将所述树脂颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，然后将树脂颗粒和改性功能型颗粒加入到转速为1500~2000r/min的混合机中混合，将该混合料装入双螺杆挤出机（1）的料斗中，在螺杆挤出机中（1）中熔融；
S03、经过滤装置（2）过滤后，由分流器（3）分流至两个熔喷口模（4）挤出，空气供给装置（5）提供压力70~90kpa的高压空气，经空气加热器加热至350~450 ℃并与喷雾装置（7）喷射的纳米Ag+、Cu2+混合，将熔融材料从熔融口模（4）喷丝孔向接收装置（8）吹出；
S04、在100-200Mpa负压下黏附在接收装置（8）的表面，静电处理装置（10）采用10万伏电压对新型熔喷非织造布进行静电处理，随后经空气冷却10~30min后成型，卷绕装置（9）将冷却后的新型熔喷非织造布卷起。
实施例1：
S01、将功能型颗粒采用二氧化硅，预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，将按照质量分数配比称取100份二氧化硅颗粒、1份聚乙烯蜡分散剂、1份KH550偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性30min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为10 h，得到所述改性二氧化硅颗粒；
S02、将聚丙烯树脂颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，然后按质量分数称取99%聚丙烯树脂颗粒和1%改性二氧化硅功能型颗粒加入到转速为1500~2000r/min的混合机中混合，将该混合料装入双螺杆挤出机（1）的料斗中，在螺杆挤出机中（1）中熔融；
S03、经过滤装置（2）过滤后，由分流器（3）分流至两个熔喷口模（4）挤出，空气供给装置（5）提供压力70~90kpa的高压空气，经空气加热器加热至350~450 ℃并与喷雾装置（7）喷射的纳米Ag+、Cu2+混合，将熔融材料从熔融口模（4）喷丝孔向接收装置（8）吹出；
S04、在100-200Mpa负压下黏附在接收装置（8）的表面，静电处理装置（10）对新型熔喷非织造布进行静电处理，随后经空气冷却10~30min后成型，卷绕装置（9）将冷却后的新型熔喷非织造布卷起。
实施例2：
与实施例1区别在于：
1、改性功能型颗粒按质量分数采用100份活性炭颗粒、4份OP-10分散剂、6份KH560偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性50min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为8 h，得到所述改性活性炭颗粒；
2、树脂颗粒采用聚乳酸颗粒，原料按质量分数使用94%聚乳酸树脂颗粒和6%改性活性炭颗粒。
实施例3：
与实施例1区别在于：
1、改性功能型颗粒按质量分数采用100份沸石颗粒、2份OP-10分散剂、4份KH560偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性50min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为6 h，得到所述改性沸石颗粒；
2、树脂颗粒采用聚乳酸颗粒，原料按质量分数使用96%聚乳酸树脂颗粒和4%改性沸石颗粒。
实施例4：
与实施例1区别在于：
1、改性功能型颗粒按质量分数采用100份蒙脱土颗粒、2份OP-10分散剂、1份KH560偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性50min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为8 h，得到所述改性蒙脱土颗粒；
2、树脂颗粒采用聚乳酸颗粒，原料按质量分数使用97%聚乳酸树脂颗粒和3%改性蒙脱土颗粒。
如图2所示，实施例1~4制备的新型熔喷非织造布杀菌率、横向断裂强度与纵向断裂强度明显提高，特别是实施例3制备的氨基模塑料抗菌性达到99.6%，横向断裂强度与纵向断裂强度分别为12.5N、18.6N；相对而言实施例1~4制备的新型熔喷非织造布纵横向断裂伸长率变化不大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型熔喷非织造布，其特征在于：所述新型熔喷非织造布的原料包括树脂颗粒和改性功能型颗粒，按照质量占比，所述树脂颗粒占比范围94~99%，相应的改性功能型颗粒占比为1~6%。
2.根据权利要求1所述的一种新型熔喷非织造布，其特征在于：所述树脂颗粒为聚丙烯颗粒或聚乳酸颗粒，所述改性功能型颗粒按质量分数包括100份功能型颗粒、1-4%的分散剂、1-6%的偶联剂。
3.根据权利要求2所述的一种新型熔喷非织造布，其特征在于：所述功能型颗粒为无机颗粒，为二氧化硅、沸石、氧化钛、活性炭、滑石粉、蒙脱土、凹凸棒土或氧化铝中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种新型熔喷非织造布，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯蜡、OP-10或聚乙二醇200中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种新型熔喷非织造布，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570或SI-69，所述钛酸酯偶联剂为CS-101、CS-102或CS-311。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种新型熔喷非织造布的制造方法，其特征在于：包括步骤：
S01、将功能型颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，将功能型颗粒、分散剂、偶联剂加入到超声频率为25khz的超声反应器中，进行超声波改性30min~50min，然后取出烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为6~10 h，得到所述改性功能型颗粒；
S02、将所述树脂颗粒预先在真空干燥箱中以80℃真空干燥12小时，然后将树脂颗粒和改性功能型颗粒加入到转速为1500~2000r/min的混合机中混合，将该混合料装入螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中熔融；
S03、过滤后，进入到熔喷口模中，使用压力加热至350~450 ℃、压力为70~90kpa的高压空气，并加入纳米Ag+、Cu2+混合，将熔融材料从熔喷口模吹出；
S04、在100-200Mpa负压下黏附在接收装置上，并对新型熔喷非织造布进行静电处理，随后经空气冷却10-30min后成型，完成新型熔喷非织造布的制造。
7.根据权利要求1所述的一种新型熔喷非织造布的生产设备，其特征在于：包括熔喷单元和接收单元；
所述熔喷单元包括双螺杆挤出机(1)、过滤装置(2)、分流器(3)、熔喷口模（4）、空气供给装置（5）和空气加热器（6）；所述双螺杆挤出机（1）用于原料的熔融和输送，所述分流器（3）用于将过滤装置（2）过滤后的熔融原料分流后供给至熔喷口模（4）；空气供给装置（5）和空气加热器（6）用于对熔融后的原料进行拉伸喷射，空气加热器（6）连接空气供给装置（5）和熔融口模（4）；
所述接收单元用于对熔喷布进行接收处理；包括接收装置（8）和卷绕装置（9），接收装置（8）位于熔喷口模（4）喷口后方，接收熔融原料并冷却成所述新型熔喷非织造布，卷绕装置（9）位于接收装置上方，用于将冷却成型后的熔喷非织造布卷绕成捆。
8.根据权利要求7所述的一种新型熔喷非织造布的生产设备，其特征在于：所述双螺杆挤出机（1）设置6个顺序连接的机筒，各段温度分别为210℃、230℃、240℃、245℃、250℃和245℃，螺杆转速为100 r/min，机筒长径比为15~20。
9.根据权利要求7所述的一种新型熔喷非织造布的生产设备，其特征在于：所述熔喷单元还设置有喷雾装置（7），用于向空气加热器（6）添加纳米Ag+、Cu2+；所述接收装置（8）内部还设置有静电处理装置（10），所述静电处理装置（10）电压为10~60万伏。
10.根据权利要求7所述的一种新型熔喷非织造布的生产设备，其特征在于：所述分流器（3）的每个流道孔的长径比为20；所述熔喷口模（4）开设有200个直径为0.3~0.5mm的喷丝孔。
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