（纺织材料与纺织品设计专业论文）低熔点多元共聚酰胺非织造纺丝成网及机理研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 本文重点研制了新型低熔点多元共聚酰胺熔喷非织造材料。 研究了低熔点多元共聚酰胺熔喷纺丝成网机理、熔喷工艺及其 网膜的粘合性能。针对低熔点多元共聚酰胺的特点建立了熔喷 数学模型，分析了影响熔喷实验的各种因素。根据其应用要求， 对网膜的热熔粘合机理、压烫条件对剥离强度的影响作了分析。 本研究采用低熔点聚合物是委托上海阿托菲纳高远化工有 限公司配制的低熔点多元共聚酰胺原料( 样品1 和样品2 ) ，其 熔点分别为1 0 4 和12 0 。首先，对样品进行基本性能的测定， 对实验的结果综合分析得出，低熔点多元麸聚酰胺适合热熔喷 丝成网实验，但是工艺温度对聚合物熔体的性质影响较大。其 次，根据本材料的性质对现有的熔喷实验设备系统提出了改进 方案，经改进后实验所得的网膜质量有明显提高。 经过研究得出实验参数对网膜性能的影响关系如下： 网膜中纤维的平均直径随着模头温度的升高、随着接收距 离的增大、随着空气压力的加大逐渐减小；随着螺杆挤出量加 大逐渐增大。纤网面密度c v 值随着接收距离加大、空气压力 的增高均呈现先增大而后减小的趋势；随着挤出量的增大逐渐 增大。纤网的纵向断裂强度随着挤出量的增加而逐渐增大；随 着空气压力的增大，呈现先增大后减小的现象；随着接收距离 的增大而逐渐递减。 本研究根据聚合物性质和具体工艺条件，建立了熔喷数学 模型，将实验所测得的纤维直径和理论计算进行比较，得出本 数学模型对熔喷低熔点多元共聚酰胺纤维直径有较好的预测 性。 本文同时对低熔点多元共聚酰胺网膜的粘含机理和对不同 摘要 面料的粘合性能进行了相关应用研究，得出本网膜热熔胶的最 佳压烫工艺条件为：压烫温度1 4 0 、压烫压力1 2 5 k g f c m 2 、压 烫时间2 0s 。压烫条件对剥离强度的影响关系为：剥离强度随着 压烫温度的上升，先增加达到一个峰值后迅速下降；剥离强度随着压 烫压力、时间的增加，逐渐增大。 通过对不同材质的粘合面进行粘合实验得出：低熔点多元 共聚酰胺网膜热熔胶对纤维素材质的表面粘合良好；对聚酯材 质的粘合有选择性，纤维状的粗糙表面粘合较好，而光滑膜状 表面粘合较差。因此使用本网膜热熔胶完全可以取代纤维素材 质粘合所使用的粘合剂。 1 本文还对低熔点多元共聚酰胺的热稳定性进行了研究，得 出本实验的低熔点多元共聚酰胺适合在高于其熔点5 0 的条 件下加工，同时对低熔点共聚涤纶的熔喷成网工艺进行了相关 探索性的研究。 关键词：低熔点共聚酰胺共聚涤纶成网粘合机理 2 a b s t r a c t s t u d yo nt h em e l t b l o w nn o n w o v e n s p r o c e s sa n dm e c h a n i s mo f t h ei o wm e l tp o i n te o p o l y a m i d e a bs t r a c t t h en e wn o n w o v e n sm a t e r i a l s0 ft h el o w m e l t - p o i n t c o p o l y a m i d e a r em a d ea n d m a i n l ys t u d i e d i nt h is p a p e r t h e m e l t b l o w npr o c es sa n dt e c h n o l o g y0 f1 0 wm e l tp o i n tc o p o l y a m i d e a n dw e bf i l mt h e r m a lb o n d e dp r o p e r t yo fn o n w o v e na r ed is c u ss e d t h em e l t b l o w nm o d e lo fm a t h e m a t i c sism a d ei nt e r m so ft h e c h a r a c t e r is t i co fl o wm e l tp o i n tc o p o l y a m i d ea n dm a n yk i n d s0 f i n f l u e n c ef a c t o r so fe x p e r i m e n ti sa ls oa n a l y z e d c o n s i d e r e di t s a p p l i c a t i o n ，t h e r m a l b o n d e d p r o c e ssa n d i n f l u e n c ef a c t o r so f p r e s sc o n d i t i o nt o p e e l i n g i n t e n s i t y a r e a n a l y z e d t h el o wm e l t p o i n tp o l y m e rw a sm a d eb ys h a n g h a ia t o f i n a g a o y u a nc h e m i c a lc o ，l t d t h em e l tp o i n t0 fs a m p l e 1a n d2is 10 4 a n d12 0 ，r e s p e c t i v e l y f i r s t ，t h eb a s i cp r o p e r t yo fs a m p l e w a st e s t e d ，t h ec o n c l u s i o nw a sr e a c h e db yt h ea n a l y s i so ft h e r es u i tt h a tt h el o wm e l tp o i n tc o p o l y a m i d eis f i tt om e l t b l o w n e x p e r i m e n tr e g a r d l e sso ft h e t e m p e r a t u r e sg r e a te f f e c t o nt h e c h a r a c t e r is t i co fp o l y m e r s e c o n d ，t h e b i gi m p r o v e m e n t s u p o n t h ep r e s e n tm e l t b l o w ne q u i p m e n ts y s t e mi sm a d eo nb a s is0 ft h e c h a r a c t e r i s t i co f p o l y m e r a n di ti sf o u n dt h a tt h e q u a l i t y o f n o n w o v e n sw e bf i i mm a d ei nt h el a t e rm e l t b l o w n e q u i p m e n t s y s t e mi n c r e as e sm a r k e d l y a f t e rl o n gt i m e sr e s e a r c h ，t h ee x p e r i m e n tp a r a m e t e re f f e c ts o nt h ec h a r a c t e r i s t i co fw e bf i l ma r es h o w na sf o l l o w t h em e a nf i b e rd i a m e t e ri nt h ef i l m d e c r e a s e sw i t h i n c r e a s i n g o ft h ed i e t e m p e r a t u r e ，t h e d i et oc 0 1 1 e c t or d i s t a n c e ( d c d ) a n d t h e a t t e n u a t i n g a i r p r e ss u r e ，a n dw i t h 1 a b s t r a c t d e c r e a s i n g o f p o l y m e rt h r o u g h p u t t h e f i b e r w e b d e n s i t y c 0 e f f i c i e n to fm e a nd e v i a t i o ni n c r e a s es g r a d u a l l yw h e np o l y m e r t h r o u g h p u t i n c r e a s e s g r a d u a l l y ，y e t f i r s ti n c r e a s e sa n dt h e n d e e r e a s ；e sw h e nt h ed i et oc 0 1 1 e c t o r d i s t a n c e ( d c d ) a n dt h e a t t e n u a t i n g a i r p r e s s u r e i n c r e a s e t h ef i b e r w e b l o n g i t u d i n a l s t r e n g t hi n c r e a s e s a st h ep o l y m e rt h r o u g h p u ti n c r e as esa n dt h e d i et oc 0 1 1 e c t o rd i s t a n c e ( d c d ) d e e r e a s e s ，a n df i r s ti n e r e a s e sa n d t h e nd e c r e as esa st h ea t t e n u a t i n ga i rpr e s s u r ei n c r e a s es t h em a t h e m a t i c a lm o d e lises t a b l i s h e di nt e r m so fp o l y m e r p e r f o r m a n t ea n ds p e e i f i ct e c h n i c a lc o n d i t i o n b yc o m p a r i n gt h e t h e o r e t i c a ld i a m e t e ra n dp r a c t i c a lo n e ，t h ec o n c l u s i o ni sr e a c h e d t h a tt h em o d e lh a sg o o dp r e d i c t i o no nf i b e rd i a m e t e r t h e l o wm e l t p o i n tc o p o l y a m i d e w e bf i l mt h e r m a lb o n d e d p r o c e s s a n dt h e a d h e s i v i t y r e l a t e dt o m a n y f a b r i c sa r ea ls o s t u d i e di nt h e p a p e r t h ef 0 1 1 o w i n g a ret h ec o n c lu s io ns r e a c h e da f te rt h e e x p e r i m e n t sa n d a 1 3 a 1 yz ir l g ：t h eb e t t e r p r e s s i n gc o n d i t i o n p r e s st e m p e r a t u r e1 4 0 ，p r e s s f o r e 1 2 5 k g f c m 2 ，p r e s st i m e2 0s ，t h ep e e l i n gs t r e n g t hf i rs tr is i n ga n d t h e n d r o p p i n g w i t h r i s i n g o ft h e p r e s st e m p e r a t u r e ，a n d t h e p e e l i n gs t r e n g t hr i s i n gw i t hr i s i n go ft h ep r e s sf o r c ea n dt i m e t h ec o n c l u s i o n sa r er e a c h e da f t e rt h e r m a lb o n d e d e x p e r i m e n t s t od i f f e r e n tm a t e r i a l s ：t h el o wm e i t p o i n t c o p o l y a m i d ew e bf i l ma d h e s i v eh a sg o o dc o h e s i v ea c t i o na g a i n s t c e l l u t 0s ef i b e rm a t e r i a l ，a n dh a s s e l e c t i v i t y t o p o l y e s t e r m a t e r i a l g o o d c o h es i r ea c t i o nt of i b e rc o a r s e n e s ss u r f a ceb u t b a da c t i o nt os l i p p e r ys u r f a c e h e n c e ，t h ew e bf i l ma d h e s i v ec a n r e p l a c ea d h e s i v ei nt h em a r k e ti nc e l l u l o s ef i b e rm a t e r i a l ， f i n a l l y ，t h e1 0 wm e l tp o i n tc o p o l y a m i d et h e r m a ls t a b i l i t yis r es e ar c h e da n dt h ec o n c l u s i o nist h a tt h e1 0 wm e l t p o i n t 2 一一 垒! ! 坚! ! c o p o l y a m i d e isf i tt om e l t b l o wu n d e rt h e t e m p e r a t u r e 5 0 a b o v ei t sm e l t p o i n t c o h e r e n c e r e s e a r c ha b o u tm e l t b l o w n p r o c e s su p o n1 0 wm e l tp o i n tc o p o l y e s t e ris m a d ei nt h ee n d k e y w o r d s ：l o wm e l tp o i n t ，c o p o l y a m i d e ，c o p o l y e s t e r ，w e b ， a d h e s i v e ，p r o e e ss ，m e e h a n i s m 3 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，祟尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 日期：工o 舛年2 月日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密时。 学位论文作者签名彳 日期：l 0 0 4 年上月j 日 签易 日期咖c 加l 月) 日 谚 第一章前言 第一章前言 第一节熔喷非织造网膜的研究意义 粘合( a d h e s i o n ) 是两个表面依靠化学力、物理力或两者兼有的 力使之结合在一起的状态【l l 。粘合具体的形式有刚性材料对刚性材料 的牯合，如木板材之间、铁板材之间、或木板铁板之间等的粘合；挠 性材料对挠性材料的粘合，如纺织品、皮革、纸张等之间的粘合；刚 性材料对挠性材料的粘合，如上述两种材料之间的粘合。胶粘剂一般 有液态胶粘剂、糊状胶粘剂和固态胶粘剂等。在固态胶粘剂中使用非 织造网膜作胶粘剂是一种较新的概念，它是目前国际纺织品市场上崛 起的多层复合织物的理想的非织造网膜型粘合剂，由于其网状结构特 点，除了在服装应用领域外，它还可作为特殊的过滤材料、包装材料 和卫生材料。特别地，随着这种非织造网膜作为胶粘剂的使用日益广 泛，它愈来愈显示出较液态胶粘剂和糊状胶粘剂的优越性。 下面就本课题研究的共聚酰胺非织造网膜材料作为服装粘合衬的 粘合剂为例说明网膜粘胶剂的优点。 粘合衬是一种在基布( 机织、针织布或非织造布) 上以点状粉状 均匀涂布一层热熔胶粘剂而成的基衬材料。使用时将粘合衬裁剪成需 要的形状，然后，将其涂有热熔胶的一面与其它纺织材料( 面料) 或 其它塑料、纸和皮革等材料的背面相粘合，具有定的粘合强度。在 服装、鞋帽、以及以后发展家具、包装材料等的面料内层粘合( 通过 压烫) 粘合衬后，面料变得挺括，有弹性，不走型，适合具体的应用 要求。 用共聚酰胺热熔胶作为服装粘合剂，其优点有1 2 1 3 】1 4 1 1 5 】【6 】： ( 1 ) 低温挠曲性好； ( 2 ) 弹性、悬垂性、耐磨性优良； 第一章前言 ( 3 ) 不溶于氯烃系列有机溶剂，特别耐干洗溶剂； ( 4 ) 粘合性耐久； ( 5 ) 粘接性、柔韧性良好； ( 6 ) 可快速作业： ( 7 ) 卫生、方便、不霉、不蛀： ( 8 ) 以粘代缝、简化服装制作工艺； ( 9 ) 粘合后的织物具有透气、挺括、手感柔软； ( 1 0 ) 降低面料造价，提高面料档次，简化生产工艺，提高生产效率。 f u s t g 认为，用作粘合衬的新一代纤维是共聚酰胺纤维 1 。 由此可见，研究和开发共聚酰胺粘合材料优于其他聚合物，具有 较好的研究价值。 但在具体研究中仍存在问题陋1 ：由于涂层设备和现有操作水平的 限制，热熔胶很难保证被均匀地涂布，且涂布量的增加不但会影响织 物的手感，还会产生渗料现象；又由于底布的纤维种类、组织规格不 同，使我们需要选择不同物化性能的热熔胶，同时为了尺寸的稳定性 还需对底布进行预处理，并考虑与面料的配伍；在加之不论是干态加 工即粉状或膜状涂布，还是湿态加工即浆状、熔融状涂布，均需经过 底布预处理一一热熔胶涂布一一后整理等两步以上的工序制成，其加 工工序多、生产周期长，无形中加大了生产成本和费用。 针对上述的许多问题，本课题提出研制共聚酰胺非织造热熔网膜， 可以有效地解决上述加工难度和生产费用成本。共聚酰胺非织造熔喷 网膜是包括至少一层均匀基重的喷丝成网非织造纤维网，此材料关键 技术是采用聚合物喷丝成网工艺将低熔点多元共聚酰胺颗粒料( 或称 多元共聚酰胺高聚物树脂) 熔融挤压喷丝，直接形成纤维直径较细， 基重较均的自粘合喷丝成网非织造热熔网膜及其复合形式。 有关资料及市场调查显示，低分子聚酰胺热熔粘合剂能广泛用于 制鞋、服装、电子、电器、机械及交通运输等行业。如家用彩电偏转 线圈热熔胶、汽车滤芯器用热熔粘合剂等都使用这种热熔胶。国内到 目前为止还没有这种热熔粘合剂的正式生产厂家，这些粘合剂都是由 2 第一章前言 日本、德国、韩国进口的，每吨单价3 6 万元。为此，不仅要花费 大量外汇，还在某种程度上制约了电器、汽车等行业的快速发展凹3 。 因此，研究熔喷非织造网膜材料课题无论是理论还是实践都具有 重要的意义。 第二节熔喷非织造工艺的技术进步和发展趋势情况简 介 2 0 世纪5 0 年代初期，美国海军实验室为收集美国和苏联核试验产 生的放射性微粒，开始研制具有超细过滤效果的过滤材料，几年后， v a w e n t e 领导的研究小组发明了“早期”的熔喷非织造布技术1 0 】， 但该技术并未得到实际使用。直到6 0 年代中期，e x x o n 公司对w e n t e 的成果继续进行研究，与a c c u r a t e 公司合作制造出了第一台熔喷设备 原型机，并申请了专利。然而8 0 年代，熔喷技术才实现了商业化。 目前，除了e x x o n 公司拥有熔喷的专有技术外，其它一些公司( 如美 国3 m 公司，德国f r e u d e n b e r g 公司等) 也成功开发出了自己的熔喷 非织造技术。 。 熔喷( m e l t - b l o w i n g ) 非织造技术近年来发展较快，该技术的主要工 艺环节是：将熔融的高聚物从喷丝头挤出后，经高速热空气拉伸细化 成微细短纤维，牵伸细化的微细纤维凝聚在成网帘或滚筒上同时依靠 热粘合或自身粘合固结成网的一种步法非织造技术，其工艺原理如 图1 所示。纺丝成网法非织造布的纤维细度一般为1 5pm 4 0 i xm ，而 熔喷法仅为1um 5 t xm ，要比纺丝成网非织造布细得多。因此，熔喷 法非织造布具有良好的覆盖性，纤网可加工成很蓬松，也可很密实， 纤维的排列无定向性好，这些结构上的特性，使熔喷法非织造布很适 宜用作超细过滤、吸附、保暖、清洁等用途川。熔喷技术是制造超细 纤维非织造布的一种方法，其与另一种一步法成布非织造技术( 纺粘 法) 的主要区别是，后者需通过骤冷的空气对挤出的熔体细丝进行冷 第一章前言 却，使细丝在冷却过程中受到拉伸气流的拉伸作用，形成连续长丝， 铺放到成网帘上。 目前，熔喷法非织造布在过滤材料、医用材料、卫生材料、吸油 材料、服装材料等领域得到了广泛的应用，同时在电子电气产品、揩 布等领域不断开拓着新的用途。这些成绩的取得和熔喷非织造的技术 进步是分不开的。近五十年的历程，熔喷非织造技术无论从设备、原 料、产品还是理论等方面都有了很大发展。 热空气 亲告物始骺 热空气 图1 1 熔喷非织造生产的基本工艺 1 2 1 熔喷j e 织造布设备的发展 1 2 1 1 模头 熔喷设备的模头对熔喷产品的幅宽、产品质量的优劣有很大影响， 下面主要介绍其在宽度、数目及安装形式等方面的技术进步情况。 ( 1 ) 模头宽度、个数的增加及其从整体式到组合式工艺的发展 1 9 6 7 年，精确公司根据埃克森的要求制造了世界上第一个具有 2 5 4 m m ( 1 0 英寸) 宽模头的熔喷设备，该设备仅用于实验室研究，开发 最初的熔喷产品”。1 9 6 9 年，a c c u r a t e 公司制造了1 0 16 m m 宽的模头， 1 9 7 0 年至1 9 7 9 年，该公司制造的模头有效尺寸在2 5 4 m m 至1 7 2 7 2 m m 之间：后来还供给k i m b e r ty - c l a r k 公司2 6 9 2 m m ( 1 0 6 英寸) 的模头。 随着熔喷技术的发展，模头的尺寸越来越宽，1 9 9 2 年a c c u r a t e 公司 为c o r o v i n 公司提供了3 5 5 6 m m 宽的模头。现在，a c c u r a t e 公司可为 用户设计从2 5 4 4 3 1 8 m m 的任何宽度的模头“”。 不仅熔喷设备模头的宽度增加了，有的设备喷头的数目也增加了。 k i m b e r l y c 1 a r k 公司申请专利的一种熔喷非织造布设备具有多个挤 出机、多个喷丝头，模头与纤网垂直且沿纤网方向平行排列。因各个 第一章前言 模头的可以设置不同的工艺参数，所以每个模头生产的纤维层中纤维 的直径不同，故非织造布具有深度方向的纤维直径梯度，产品具有很 高的过滤效率，。 不仅模头在纤网的纵向发生了数量方面的变化，其本身在横向也 发生了变化。通常熔喷模头在览度方向上是一个整体，它决定了纤网 的宽度，当模头损坏或喷丝孔堵塞时，要换掉整个模头。1 9 9 7 年的美 国专利中有一种“标准化模头”，用户可根据需要将几个这种标准化 的模头在宽度方向上连接起来，并且可随时增减模头的数量。模头异 常时，只要更换相应的那部分即可“。 ( 2 ) 安装形式由固定安装到活动安装 过去，熔喷设备的模头是固定的，模头的宽度决定了产品的宽度， 要生产不同宽度的熔喷产品必须更换模头，这不仅有碍于生产效率的 提高而且限制了产品的发展及设备的利用。德国的r e i f e n h a u s e r 公 司曾在熔喷技术方面作过许多革新，可旋转模头即是其中之。这种 设备能使产品的幅宽可调，同时最终产品的质量也得到了提高“。 目前，a c c u r a t e 公司和j & m 公司也提供这种模头的熔喷设备，实现了 熔喷模头能与纤网输出方向垂直安装或倾斜安装。另外，j m 公司的 熔喷设备还可快速更换模头“7 ”1 。 ( 3 ) 发展了三角形、方形、环形等形状的纺丝孔牵伸装置 最初的熔喷设备，其模头为狭缝式双槽形，即长而窄的热空气喷 出口分布在一排圆形喷丝孔的两侧，如图1 2 中( a ) 所示。19 8 3 年， s c h w a r z 设计了方形和三角形喷丝气流牵伸装置，并申请了专利“”， 如图卜2 中( b ) 、( c ) 所示。据该专利介绍，这种形式纺丝孔和喷丝气 流牵伸装置的模头不仅可以减少熔喷过程中聚合物的降解还可以节 约能量，因此在提高最终纤维强力的同时降低了成本。另外该工艺还 可以使纤维的直径达到2 微米以下。1 9 9 5 年s c h w a r z 又申请了圆形纺 丝孔的熔喷设备专利即”，此种纺丝孔的纺丝板与特殊的空气盖板组合 形成一级和二级两个空气腔，因此保证了各个熔体孔周围气流的均匀 分配，故纺丝孔的排数可更多( 至少4 排) ，这不仅提高了聚合物的 第一章前言 吐出量还能保证熔喷纤维的质量，而且“s h o t ”现象也消除了。各种 形式的纺丝孔如图卜2 中( a ) ( d ) 所示。k i m b e r l y - c l a r k 公司的狭缝 式喷丝孔模头的专利介绍心“，即喷丝孔不再是一个个单独的孔，而像 喷出热空气的气隙那样，是一条连续的缝隙。因从狭缝中挤出的熔体 会形成薄膜，狭缝的一侧壁上刻有沟槽，另一侧壁则低于刻槽的这侧， 经牵伸能生产出单根纤维。这种模头最明显的优点是可以大大降低喷 丝孔的堵塞现象，减少维修费用、提高设备的生产效率。 鎏耍耍签 = 一章1 9 气藏 ( a ) 喷畦于l 牵伸气豌 一黧琬= 一 图1 - 2 各种形状的喷丝孔牵伸结构图 簦霍 勺 图1 3相邻孔相互偏 随着学科的发展，熔喷工艺中孔的排数也由单排向多排发展，因 此模头上孔的数量也逐渐增多。据资料介绍”，b i a x f i b e r f i i m 公 司展出的单组分熔喷设备有8 排喷丝孔，最多的排数可超过2 0 排。 孔数由过去7 9 1 l o m m ( 2 0 孔i n c h ) 到目前的1 3 0 7 孔i o m m ( 3 3 2 孔 6 第一章前言 i n c h ) 。另外，孔的排列也由直线规则排列向随机不规则排列发展。 2 0 0 0 年，美国田纳西大学称作“o f f s e t h o l e ”熔喷模头的专利介绍 ”，这种模头中喷丝孔不在同一条直线上，而是一个孑l 向上方倾斜， 相邻的另一个孔向下倾斜( 如图卜3 ) 。研究表明，用普通模头进行熔 喷，生产中纤维在喷头前3 8 m m ( i n c h e s ) 左右发生纠缠，纤网中亮点的 形成的部分原因就是纤维的这种相互作用。因此这种新的模头可更好 的防止纤维的集结，避免亮点的产生。 1 2 1 2 自动化、机电一体化水平不断提高 1 9 8 4 年，a c c u r a t e 成功地开发出一条5 0 8 m m ( 2 0 英寸) 的有微机 处理器控制的全套熔喷生产线。此后，熔喷设备越来越为自动化，美 国的j m 公司、r e i f e n h a u s e r 公司、a c c u r a t e 公司、意大利的f i t s 公司相继推出了自动化程度很高的熔喷生产线，有效地保证了产品的 质量”“。现在精确公司提供的熔喷设备在很大程度上能控制影响产品 质量的机器参数，同时还能记录、监视、控制全部生产线上的主要组 件，并在紧急情况下报警和停机1 。 1 2 1 3 由单组分向组分纤维熔赜工艺拓展 通常熔喷工艺生产的是单组分纤维熔喷产品。与单组分熔喷产品 相比，双组分产品显示出了更高的蓬松性、弹性和抗渗性，还有着制 造更细纤维的可行性，因而有着很大的_ 匝用潜力陋”。最近几年，人们 对双组分熔喷技术越来越为关注。双组分熔喷技术早在8 0 年代就有 报道。现在基础研究工作己借助于1 9 9 9 年安装的r e ic o f i l 工艺设备 双组分熔喷生产线上进行。双组分熔喷生产线上制成的双组分聚合物 原料熔喷法非织造布的电镜照片中可观察到，双组分熔喷纤维呈卷曲 或扭曲的形状，这是因为在纤维成形过程中，双组分中的每一种聚合 物熔体的热性能和流变性能是不同的，同时在冷却过程中具有不同的 收缩率。研究表明，与单组分熔喷法非织造布相比，双组分熔喷法非 织造布具有更好的蓬松性、弹性以及较好的抗渗性，而且，通过纤维 分裂的方式可以得到更细的纤维。b i a x f i b e r f i l m 公司生产的双组分 熔喷设备”，其双组分熔喷设备的喷丝孔最多可采用1 2 排，产量是 第一章前言 一般熔喷设备的1 0 倍，最大幅宽可达3 m ，细度接近一般熔喷纤维。 1 2 1 4 单一设备到纺粘熔赜工艺复合 熔喷与纺粘非织造布叠层( s m s ，即纺粘熔喷纺粘) 复合材料是 k i m b e r l y c 1 a r k 公司十多年前为增强熔喷纤网而研究开发的。现在， 纺粘熔喷复合材料除s m s 外，还有s m 、s m m s 、s m s m s 等复合材料。 纺粘熔喷复合材料可以由纺粘产品与熔喷产品异地复合制得，也可 以在纺粘熔喷生产线上直接制成。目前，许多非织造设备制造商可 以提供纺粘熔喷复合生产线。以德国r e i f e n h a u s e r 公司的设备为例 ”，该公司提供的双r e ic o f i l 纺粘法工艺可在两条纺粘生产线之间 增加一条或两条熔喷法生产线，因此可生产s m 或s m m s 产品。应用s m s 工艺，生产速度可达4 0 0 m m i r l 。 1 2 2 熔喷用原料及熔喷非织造材料 聚丙烯是熔喷生产应用最普遍的一种热塑性成纤聚合物，除此之 外，聚酯、聚酰胺、聚乙烯、乙烯共聚物、聚四氟乙烯、沥青、有机 硅、聚氨基甲酸酯等也用于熔喷工艺以开拓产品市场。随着熔喷技术 的发展，共混原料也被用来进行无纺布的熔喷法制造，如聚丙烯尼 龙、聚丙烯聚乙烯、聚丙烯聚苯乙烯等。近年来，一些热塑性的弹 性体也用到熔喷中，其中美国的k i m b e r l y 。c l a r k 公司首先研制出了弹 性熔喷材料( 热塑性聚氨基甲酸酯) ，目前应用的弹性材料有聚氨酯、 聚酯、聚酰胺、苯乙烯基、a b a 型嵌段( b 为弹性体) 、聚醚酯、乙 烯和n 一烯烃共聚物弹性材料1 28 1 。为使熔喷非织造技术显示出更强的 优势，符合环保的要求是必要和迫切的。9 0 年代中期，在实验室成功 生产出了可降解的聚乳酸熔喷产品，其均匀性、强度、手感都较好。 同时研究人员还对聚酰胺酯、聚乙烯醇、纤维素二醋酯等可降解聚合 物进行了熔喷试验，结果表明只有聚乳酸、聚酰胺酯原料可顺利进行 熔喷生产，且熔喷产品与普通原料的熔喷声品类似2 9 1 1 30 1 。近年来， k u r a r y 公司还发明了可热水溶解的熔喷用e v a l 【20 1 。另外，东华大学 在国内率先进行聚氨酯、聚酯、聚乳酸和低熔点共聚酰胺的熔喷工艺 和非织造材料结构性能等方面基础应用研究。 8 第一章前言 熔喷产品的性能在很大程度上与原料的性能、工艺等有关，随着 熔喷用原料及熔喷技术的发展，熔喷非织造产品从普通型发展到了高 弹型、生物可降解型、水溶型及粘合剂型，由单一原料发展到了多种 原料复合型。随着新产品的出现，产品的应用范围也在逐渐扩大。 1 2 3 熔喷工艺理论与进展 1 2 3 1 工艺进展 熔喷工艺技术的诞生比纺粘工艺要早，但其商业化却比纺粘法工 艺迟，其原因主要是熔喷法非织造布的强度低、生产成本高。但在产 品特性方面，熔喷法非织造布的超细纤维结构是纺粘法非织造布所难 以相比的，这也使熔喷法非织造布始终受人关注的原因。 熔喷工艺前沿研究主要有工艺自身的拓展及与其他非织造工艺的 组合交叉应用。熔喷工艺与设备已有很大的进展，从单一聚合物原料、 圆截面纺丝发展为多种原料复合熔喷、异形截面纤维纺丝等，出现了 利用高压静电场中的静电力来制造纳米级纤维的静电熔融纺丝工艺 ( e m s 工艺) 等。熔喷工艺与其它非织造工艺的结合可扩大熔喷法非 织造布的产品品种、拓展其应用领域，如干法梳理工艺引入熔喷工艺， 可得到弹性良好的保暖材料。此外，熔喷工艺可与水刺、针刺以及缝 编等非织造工艺交叉组合应用，熔喷法非织造布可与其它材料叠层复 合 1 2 3 2 基础理论研究的进展 在所有的非织造工艺技术中，熔喷技术比较复杂，理论研究对熔 喷新的工艺技术和设备起了积极的支持作用。以下主要介绍聚合物熔 体分配、牵伸气流流场数值模拟及熔喷纤维牵伸时振动等方面的理论 研究进展。 1 2 3 2 1 熔喷组合模头衣架型熔体分配系统的有限元分析 熔喷组合模头衣架型熔体分配系统具有线形渐细并倾斜的歧管， 可采用有限元方法对整个分配系统中的聚合物熔体流动进行三维分 析。采用有限元方法对聚合物加工过程进行数值模拟是今后理论研究 发展的趋势，这是因为有限元方法特别适合求解具有复杂几何边界条 9 笙二苎萱童一一 一 件的非牛顿流体的流动问题。 成型面 羲链摧 图卜4 熔喷组合模头农架型熔体分配系统不惹圜 研究表明，歧管倾斜角度对分配系统出口处的流率分布情况有显 著影响。随着歧管倾斜角度的增加聚合物熔体在分配系统中央处的 流率趋于减小，而两边的流率明显增加，其流率分布曲线由典型的中 间凸、两边凹转变为中间凹、两边凸的形状。 1 2 3 1 2 熔喷牵伸气流流场的数值模拟 熔喷工艺中，高温高速的牵伸热空气从熔喷组合模头的空气通道 中喷射出来，两股气流发生碰撞，形成了复杂的流场。对此流场的数 值模拟，首先是建立理论模型，然后采用有限差分方法对模型进行数 值求解。计算结果与实验结果相当吻合，显示了对熔喷关键设备进行 计算机模拟设计的应用前景。 研究表明，牵伸气流与喷丝孔轴线夹角为3 0 。时，在喷丝孔附近 的气流比较紊乱，在喷丝孔轴线上和邻近区域，气流速度相当高 而 且是沿喷丝孔轴线方向平行分布，从而形成了对聚合物熔体细流牵伸 的有利条件。气流逐渐远离喷丝孔时，其速度逐渐减小，且逐渐偏离 喷丝孔轴线方向。 1 2 , 3 1 3 熔喷纤维牵伸时振动的研究 熔喷工艺中对聚合物熔体细流的牵伸过程通常在5 0 微秒的时间内 完成，研究熔喷数学模型虽然十分困难，但对指导熔喷工艺和熔喷设 各的改进有较积极的意义。 i o 第一章前言 1 9 9 0 年，s h a m b a u g h 等人建立了“非等温性、非牛顿性流体”熔 喷数学模型，但该熔喷数学模型局限于较低的熔喷牵伸速度，即熔喷 纤维不会发生严重的振动情况。熔喷模头下2 c m 处纺丝线2 5 次曝光 的频闪照片，显示熔喷纤维垂直于纺丝线的运动是非常明显的。美国 奥克荷马大学的研究小组研究了新的熔喷数学模型，该熔喷数学模型 基于s h a m b a u g h 等人建立的“非等温性、非牛顿性流体”熔喷数学模 型，但在纤维牵伸、振动和非等温喷丝时的连续性、动量和能量方程 方面的研究取得了各种进展。该熔喷数学模型可以算出沿纺丝线任何 位置的纤维直径、纤维应力和纤维温度，还可算出纤维振动的幅度和 频率。 第三节本课题的主要研究内容 l 、研究低熔点多元共聚酰胺树脂的性质( 对比低熔点共聚涤纶) 通过实验研究低熔点多元共聚酰胺树脂的特性，如：低温熔融性 能、流变性、结晶性能等，分柝综合低熔点多元共聚酰胺树脂的性质 特点，确定适当的低熔点多元共聚酰胺熔喷成网工艺参数，指导具体 的熔喷实验操作； 2 、实验设备及接收装置设计技术改造 根据低熔点多元共聚酰胺树腊的性质，将现有的熔喷实验设备系 统进行改进，以便熔喷实验顺利进行、熔喷网膜质量较好； 3 、研究低熔点多元共聚酰胺熔喷工艺参数 通过对低熔点多元共聚酰胺具体的熔喷实验加工难易、加工过程、 成网过程观察，成网质量的评价，以及对网成形的各性能指标的测试， 研究低熔点多元共聚酰胺树脂的不同熔喷工艺参数对成网纤维细度、 网膜均匀度、网膜强度性能等的影响，从而确定适当的熔喷工艺参数： 4 、研究低熔点多元共聚酰胺网膜的压烫粘合性质 研究低熔点多元共聚酰胺网膜热熔粘合机理：通过对低熔点多元 共聚酰胺网膜压烫粘合实验，探索网膜材料面密度、压烫温度、压烫 第一章前言 压力和压烫时间等对粘合强度的影响。从而确定适当的网膜压烫工艺 条件参数； 5 、建立熔喷数学模型 根据本研究低熔点多元共聚酰胺的特点和工艺条件，建立相应的 熔喷数学模型，并用试验数据对模型进行检验和修正； 6 、研究低熔点共聚酰胺的热稳定性 将受热前后的低熔点多元共聚酰胺熔融和结晶性能进行比较，观 察分析热对低熔点多元共聚酰胺的影响； 7 、结论 1 2 第二章低熔点多元共骧酰胺纺丝成网棚理e h 究 第二章低熔点多元共聚酰胺纺丝成网机理研究 第一节低熔点多元共聚酰胺性能简介 2 1 1 聚酰胺性能特点 本实验研究聚合物即低熔点多元共聚酰胺是以三种或三种以上的 聚酰胺以配以适当的比例通过共聚加工而成，是委托上海阿托菲纳高 远化工有限公司研制加工的。所以低熔点多元共聚酰胺的些性能与 它组成单体的性能直接相关。首先，就从宏观和微观方面介绍下聚 酰胺的性质。 2 1 1 1 聚酰胺的性能 聚酰胺是一种性质优良的热熔胶材料，它除具备合成纤维材料共 有的特点，如耐腐蚀、耐霉烂、湿强度高、不怕虫蛀、吸湿率低等性 能外，它还具有耐摩擦性能好、弹性性能好、断裂强度高、纤度细、 比重轻等“。作为用作热熔胶的聚酰胺还有一个重要特点是无味无 害，即聚酰胺的制品完全没有气味，对生理完全无害。显然，这是由 于它的结构与蛋白质结构相似，所以，它们与肉体组织的共容性良好， 而人体的组织并不吸收它们。聚酰胺对霉菌、细菌及霉”“。等的作用 非常稳定。实验证明，聚酰胺制品不怕白蚁的蛀蚀。己二酸和己二胺 的盐与e 一己内酰胺的缩聚物在热带气候下经数月存放后，虽然遭受 了白蚁的猛烈蛀蚀，但是并未被它们所损毁”。 2 1 1 2 聚酰胺分子的结构及特征( 聚酰胺单体的牌号较多，如聚酰 胺6 和聚酰胺6 6 ，聚酰胺6 ，即由6 个碳原子的氨基己酸聚合而成) 聚酰胺纤维是大分子链上具有一c o n h 基的一类纤维的总称。聚 酰胺纤维在我国的商品名称为锦纶，俗称尼龙。其分予结构可用下列 通式表示： - 一n h - ( c h 2 ) x c o 一 n 一 第二章低熔点多元越界蜀哪匆挺红撕毗畦量研究 一 n h 一( c h 2 ) x n h c o 一( c h 2 ) y c o - 1 n 一 前一式表示聚酰胺，仅有一种单体缩聚而成，单基含有一个端氨 和一个端羧基，或是环状的内酰胺。后式表示的聚酰胺，由两种单 体缩聚而成，一种单体含有两个端氨基，另一种单体含有两个端羧基。 在聚酰胺的分子结构里，氢键有着重要的地位和作用。 h b 米哈依洛夫、皿t t 什戈林( i 工ih r o p hh ) 和c 马卡里 也夫( ma xa p t e b ) 研究了聚酰胺纤维和薄膜的红外吸收光谱， 指出在聚酰胺大分子的酰胺基之间存在三神类型的氢键：同一个分子 内部的酰胺基之间的氢键( 分子问键) 、相邻分子闻反式排列的氢键 以及分子间的顺式排列的氢键。 聚酰胺的分子间键、结晶度、比热容及固体聚酰胺树脂的其它物 理性质在熔喷纺丝成网工艺中有很大的作用，并决定着聚酰胺网膜的 性状。科尔沙克及伏龙之( t m 中pyh 3 e ) 指出，混合聚酰胺的 熔点决定于相邻大分子酰胺基间的氢键可能数量。聚酰胺大分子能生 成坚牢的分子间键，当加工处理的条件及外部介质的不同，其大分子 的构型不同”。 在聚酰胺的分子结构里，氢键控制着链的排列堆砌，氢键要比范 德华力强很多倍。在尼龙6 及尼龙6 6 两种结构中，分子都处于伸展 的平面锯齿形，以氢键连接成片。尼龙6 6 作为一个实际例子如图2 1 ( a ) 所示，其中相邻分子的一n h 基与氧原子的氢键用虚线表示。尼龙 6 6n 型及1 3 型两种结构的差异在于氢键片的堆砌方式不同，如图2 一l 所示在a 型中，、氢键片沿c 方向相继有位移；而在b 型中，氢键片 上下交替有位移。尼龙6 与尼龙6 6 稍有不同，尼龙6 的a 与y 两种 结构的差异在于氢键连接片内分子取向不同，n 型内分子反向平行， 而在y 型内分子是相互平行的，这种取向方向的差异导致y 型中链方 向的重复性稍低”。聚酰胺结构发生结晶化，导致熔点升高，上述的 聚酰胺材料熔点在2 0 0 以上。因此，普通聚酰胺不适合作粘合网膜 ( 基衬) 的热熔胶，为了降低熔点，使压烫粘合温度在织物或其它材 料所承受范围之内，需采用多元共聚酰胺聚合物。 1 4