深圳市瑞鴻化工材料有限公司
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傳統(tǒng)工藝流程
聚合物喂入一→熔融擠出一→纖維形成一→纖維冷卻一→成網(wǎng)一→粘合(固網(wǎng)切邊卷繞一→后整理或特殊整理。
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聚合物喂入
聚合物一般制成小球狀、顆粒狀的切片,倒入料桶或料斗,輸入螺桿擠出機(jī)。
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熔融擠出
在螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料端,聚合物切片要與穩(wěn)定劑、增白劑等添加劑及色母粒等必需的原料,經(jīng)過充分?jǐn)嚢杌旌虾筮M(jìn)入螺桿擠出機(jī),加熱成為熔體,最后由計(jì)量泵經(jīng)過濾器將熔體送入噴絲板。
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纖維形成
經(jīng)過濾的清潔熔體要經(jīng)過分配系統(tǒng),再均勻送入每組噴絲板,使每個(gè)噴絲孔的擠出量一致。熔噴纖維的噴絲板與其它紡絲成網(wǎng)法不同,噴絲孔必須排成一直線,上下兩側(cè)開有高速氣流的噴出孔。
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纖維冷卻
在噴絲板的兩側(cè)有大量的室溫空氣同時(shí)被吸入,與含有超細(xì)纖維的熱空氣流相混,使其降溫,熔融的超細(xì)纖維冷卻固化。
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成網(wǎng)
在熔噴法纖維非織造布生產(chǎn)中,噴絲板可以水平放置,也可以垂直放置。如果水平放置,那么超細(xì)纖維噴在圓形收集滾筒上成網(wǎng);如果垂直放置,那么纖維落到一頂水平移動(dòng)的成網(wǎng)簾上凝集成網(wǎng)。
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粘合(固網(wǎng))
上面談到的自身粘合加固,對(duì)于某些用途的熔噴布來說已經(jīng)足夠了,如:要求纖網(wǎng)有較蓬松的結(jié)構(gòu)、良好的空氣保有率或空隙率等。而對(duì)于很多其它用途來說,單有自身粘合加固還不夠,還需要熱軋粘合、超聲波粘合或其它加固手段。
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熔噴法纖維非織造布工藝特點(diǎn)
(1)工藝流程短,生產(chǎn)效率高;
(2纖維極細(xì),纖網(wǎng)均勻度好,手感柔軟,在過濾、抗菌、吸附方面有突出的優(yōu)點(diǎn);
(3纖維取向度較差,纖網(wǎng)強(qiáng)度低;
(4)能耗大。
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工藝簡單,為何就是生產(chǎn)不出來?
雖然熔噴非織造布的原理是清楚的,設(shè)備主要結(jié)構(gòu)也是明確的,但很多關(guān)鍵技術(shù)及生產(chǎn)工藝控制基本不被設(shè)備制造商所掌握。
熔噴工藝也是具有較高技術(shù)含量的領(lǐng)域,涉及高分子學(xué)、流體力學(xué)、氣流學(xué)、紡絲學(xué)、熱力學(xué)和電化學(xué)等多門學(xué)科。
以涂布復(fù)合類技術(shù)為例,每名技術(shù)服務(wù)工程師通常需要多年的技術(shù)積累,才能掌握設(shè)備運(yùn)營中的技術(shù)難點(diǎn)從而向客戶提供高品質(zhì)的技術(shù)服務(wù)支持??鐚I(yè)、多領(lǐng)域技術(shù)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)有效組合及正確的市場(chǎng)方向指引,才能滿足業(yè)內(nèi)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與服務(wù)支持的要求,客觀上形成了較高的專業(yè)人才壁壘。
看完熔噴布生產(chǎn)工藝,咱再來看熔噴布駐極處理工藝,因?yàn)橐肷a(chǎn)出合格的復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)的口罩,這兩者同樣重要。
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熔噴布駐極處理工藝
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熔噴布纖維過濾原理
N95標(biāo)準(zhǔn)口罩使用的熔噴布主要是通過機(jī)械阻擋和靜電吸附雙重作用來捕獲粒子。機(jī)械阻擋作用與材料的結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)密切相關(guān):當(dāng)熔噴布經(jīng)過電暈充電后帶有幾百到幾千伏電壓,由于靜電的排斥作用使纖維擴(kuò)散成網(wǎng)狀孔洞,纖維間的尺寸遠(yuǎn)大于粉塵的尺寸,從而形成一種開放式結(jié)構(gòu)。
當(dāng)粉塵經(jīng)過熔噴過濾材料時(shí),靜電作用不僅能有效吸引帶電粉塵粒子,而且以靜電感應(yīng)效應(yīng)捕獲極化的中性粒子。材料靜電勢(shì)越高,材料的電荷密度越大,帶點(diǎn)電荷越多,靜電作用越強(qiáng)。電暈放電能大大提高聚丙烯熔噴布的過濾性能。加入電氣石微粒能有效改善駐極效益,過濾效率增加,過濾阻力降低,纖維表面電荷密度增加,纖網(wǎng)貯存電荷能力也增強(qiáng)。
加入6%的電氣石駐極綜合效果較好。太多駐極材料反而會(huì)增加載流子的移動(dòng)中和現(xiàn)象。駐極母粒要有納米或微納米級(jí)別尺寸和均勻性。好的駐極母??梢愿纳萍徑z性能,不影響噴嘴,提高過濾效率,抗靜電衰退,降低空氣阻力,增加電荷捕集的密度和深度,讓更多的電荷有更大的幾率存在纖維中聚集體中,并使得捕獲的電荷處于更低能量狀態(tài),不易脫離電荷載體陷阱或被中和,減緩衰退。
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熔噴靜電駐極工藝
熔噴靜電駐極的工藝是事先在PP聚丙烯聚合物中加入電氣石、二氧化硅、磷酸鋯等無機(jī)材料,然后在卷布前通過靜電發(fā)生器針狀電極電壓35-50KV一組或多組電暈放電的方式對(duì)熔噴材料帶上電荷,施加高壓時(shí)針尖下方的空氣產(chǎn)生電暈電離,產(chǎn)生局部擊穿放電,載流子通過電場(chǎng)的作用,而沉積到熔噴布表面,一部分載流子會(huì)深入表層被駐極母粒的陷阱捕獲,從而使熔噴布成為駐極體過濾材料。此電暈過程的電壓和相比高壓200Kv左右的放電是小了一點(diǎn),相比沒那么多臭氧產(chǎn)生。充電距離和充電電壓的作用使反效的。隨著充電距離越遠(yuǎn),材料俘獲的電荷越少。駐極熔噴布主要需要:熔噴設(shè)備一套、駐極母粒、高壓靜電放電裝置四套、分切設(shè)備。
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何為熔噴駐極?
我們先來看一段視頻!
隨著充電電壓的增加,熔噴駐極體材料表面靜電勢(shì)增大,這是因?yàn)殡S著充電電壓的增大,主機(jī)材料的極化電場(chǎng)增強(qiáng),到樣品表面的電荷增多,所以靜電勢(shì)增大。
隨著存放時(shí)間的增大,在駐極材料表面的靜電勢(shì)有所衰減,在不同的充電電壓下材料表面點(diǎn)時(shí)靜電衰減的趨勢(shì)相同,保留率相差不大,并且在30天左右趨于穩(wěn)定。這說明聚丙烯熔噴布有良好的靜電性能,充電電壓越大,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,材料表面的靜電勢(shì)就越大,但是不能超過一定限度,如果充電電壓超過10Kv時(shí),就會(huì)出現(xiàn)火花放電仙此昂,導(dǎo)致材料被擊穿,所以應(yīng)謹(jǐn)慎選擇充電電壓。
駐極體空氣過濾材料要求材料的儲(chǔ)存電荷密度大,其電荷密度的儲(chǔ)存壽命長及儲(chǔ)存電荷穩(wěn)定性強(qiáng)等等。而儲(chǔ)存電荷的穩(wěn)定性主要取決于材料性質(zhì)、充電方法、電荷分布狀態(tài)、儲(chǔ)存的環(huán)境條件等。
根據(jù)上述要求,就靜電駐極體的性質(zhì)而言,電暈放電法是目前最佳的靜電駐極方法;熱極化法在環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定時(shí)也是一種較好的靜電駐極方法;摩擦起電法要在試驗(yàn)中進(jìn)一步完善;靜電紡絲法需要科技的進(jìn)一步發(fā)展;低能電子束轟擊法需要改進(jìn)和簡化靜電駐極的工藝。
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為何熔噴布需要靜電駐極設(shè)備?
駐極處理靜電吸附就是通過荷電纖維的庫侖力實(shí)現(xiàn)對(duì)新冠病毒飛沫的捕獲。原理就是讓過濾材料表面更開闊,對(duì)微粒的捕獲能力更強(qiáng),所以,過濾層的熔噴無紡布過濾材料,必須要經(jīng)過駐極處理,才能在不改變呼吸阻力的前提下,實(shí)現(xiàn)95%的過濾性,才能有效防止病毒,口罩要在達(dá)到阻隔效果的同時(shí)保證舒適通氣性,醫(yī)用口罩吸氣阻力一般不超過343.2帕斯卡(Pa),民用口罩吸氣阻力小于135帕斯卡(Pa)。駐極處理能夠大幅提高過濾效率,不改變呼吸阻力,而且駐極電壓越高,材料過濾效率越高。一般需要駐極電壓在30KV-50KV。
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熔噴布未來發(fā)展路在何方?
2020年,新投產(chǎn)的熔噴生產(chǎn)線只瞄準(zhǔn)了一個(gè)市場(chǎng):口罩。疫情后,新投產(chǎn)的熔噴市場(chǎng)將何去何從呢?
01
經(jīng)此疫情,國人對(duì)口罩的認(rèn)識(shí)提高了很多,未來口罩將會(huì)作為國人家庭用生活必備品,口罩的市場(chǎng)規(guī)模會(huì)不可避免得到擴(kuò)大,但疫情后同質(zhì)化也必然會(huì)給熔噴濾材生產(chǎn)市場(chǎng)帶來慘烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。
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中石化、中石油等大型國有企業(yè)的進(jìn)入,疫情后此生產(chǎn)能力將會(huì)作為國家的戰(zhàn)略物資儲(chǔ)備,但其將也不可避免會(huì)進(jìn)入市場(chǎng),尤其是中石化現(xiàn)通過旗下加油站的便利店銷售口罩,是更直接和變現(xiàn)的渠道。
03
新投產(chǎn)的熔噴生產(chǎn)線,達(dá)不到相應(yīng)口罩標(biāo)準(zhǔn)的熔噴布,疫情后除了變賣設(shè)備外,也可進(jìn)入吸油棉領(lǐng)域,其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也不高,但價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)不可避免。
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疫情對(duì)口罩領(lǐng)域的積極作用是,口罩生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)?huì)更規(guī)范化生產(chǎn),對(duì)熔噴濾材的品質(zhì)要求,將會(huì)大大提升。此后熔噴口罩濾材,將不會(huì)再有普通熔噴布的概念,BFE99級(jí)別的熔噴將是口罩領(lǐng)域?qū)θ蹏姙V材的最低要求。
05
疫情后,整個(gè)熔噴行業(yè)的格局將會(huì)發(fā)生更大的變化。在熔噴領(lǐng)域深耕的企業(yè),將會(huì)投入更多的資金到研發(fā),開發(fā)更環(huán)保,成本更低的產(chǎn)品和新的應(yīng)用領(lǐng)域,這都將提升整個(gè)中國熔噴在全球的競(jìng)爭(zhēng)力。