（纺织材料与纺织品设计专业论文）薄型聚酯纺粘非织造工艺与性能的研究.pdf

l _ j 1 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，崇尚严谨学风。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：锦炙x 日期：夕口年f 月罗d 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。 保密吖在霍：年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：彩兰 日期：耐年2 月弘日 指导教师签 日年2 ，月3 一。日 硼参 1 zl一 薄型聚酯纺粘非织造工艺与性能的研究 摘要 本论文研究的是薄型聚酯( p e t ) 纺粘非织造宽幅式整体狭缝气流 正压拉伸工艺对非织造布性能的影响，并首次提出了对超薄型聚酯纺 粘非织造工艺的研究。本课题采用熔融纺丝( 纺粘法) 工艺，是将高 分子聚合物加热熔融，经挤出机后，熔体从纺丝孔挤出进入空气中，熔 体细流在空气中冷却的同时，以一定速度拉伸变细变长( 气流或机械作 用) ，在该阶段高分子熔体细化同时凝固，而形成纤维后成网。 本课题实验用的原料为聚酯，是熔融纺丝工艺常用的一种聚合物， 其主要性能参数有特性粘度、端羧基含量、二氧化钛含量、水分和灰 分等，在熔融纺丝工艺中，要求聚酯中水分的含量的在一定范围内才 能顺利纺丝，因此，聚酯在纺丝之前要先经过干燥工序。 熔融纺丝( 纺粘法) 工艺采用的是高速气流拉伸，其拉伸丝条的 介质是高速气流。本课题选用的宽幅式整体狭缝气流正压拉伸工艺， 其拉伸原理：气流拉伸丝条的介质是采用高压压缩的空气，利用气体 质量小易于扩散的特性。拉伸气流本身对长丝没有直接的握持作用， 通过高压气流对长丝产生的粘性摩擦力和在狭逢下方区域由于气流作 用丝条强烈波动或摆动而产生的压推力，这两个力的共同作用使长丝 得到有效的拉伸。拉伸装置可以上下移动，其移动距离对拉伸装置下 方丝条的摆动幅度有很大的影响，对成网的均匀度影响很大。 在薄型聚酯纺粘非织造宽幅式整体狭缝气流正压拉伸工艺中，主 要的工艺参数有：干燥温度、计量泵转速、纺丝温度、冷却风温度和 风速、纺丝速度、a c d 高度( 拉伸装置底端到成网帘的距离) 、成网速 度、热轧辊压力和温度等，这些参数决定了聚酯纺粘非织造布的性能， 主要包括：长丝线密度、结晶度；纺粘非织造布的纵横向断裂强力、 断裂伸长率、厚度和成网均匀度等指标。比较不同工艺参数与测试不 同聚酯纺粘非织造布的性能参数，得出其不同的工艺对纺粘非织造布 的性能的影响，同时并分析原凶。 关键词：聚酯，纺粘，气流拉伸，工艺，性能 r e s e a r e c ho fp r o c e s sa n dp e r f o r m a n c eo f p o l y e s t e rs p u n b o n d e dn o n w o v e n s a b s t r a c t ，t h e r e s e a r c ho nt h el i g h tp e ts p u n b o n d e dn o n w o v e nw i d e r a n g ei n t e g r a l s l i tp o s i t i v ea i rs t r e t c h i n gp r o c e s st ot h ee f f e c to fn o n w o v e np e r f o r m a n c e ，t h e s t u d yo fs u p e r - l i g h tp e ts p u n b o n d e dn o n w o v e np r o c e s si sc o n c e r n e df i r s t l y t h em e l ts p i n n i n gp r o c e s si sa d o p t e di nt h ep a p e r ，t h a ti s ，p o l y m e ri sh e a t e da t f i r s t ，a n dt h e nt r a n s f e r r e dt ot h es p i n n i n gp a c k si n c l u d i n gs p i n n e r e tw i t hal o t o fh o l e sb ye x t r u d e r , p r o d u c i n gh i g hn u m b e ro ff i l a m e n t sc o o l e do f f b yc o o l i n g a i rc o m i n gf r o mq u e n c hb o x ，t h ef i l a m e n t sa r et r a n s f e r r e dt ot h ea i rs t r e t c h i n g s y s t e mt h a to p e r a t e db yc o m p r e s s e da i ra tac e r t a i np r e s s u r ea n da r es o l i d i f i e d a tt h es a m et i m e ，t h e nd e p o s i t e do nt h ef o r m i n gb e l tw i t hh i g hu n i f o r m i t y p o l y e s t e ri su s e di nt h ep a p e r i ti su s e df r e q u e n t l yb yt h em e l ts p i n n i n g p r o c e s s 。t h ep e r f o r m a n c e ：i n t r i n s i cv i s c o s i t y ，c o o hg r o u p s ，t i 0 2c o n t e n t ， a s hc o n t e n t 、w a t e rc o n t e n ta n ds oo n d u r i n gt h em e l ts p i n n i n gp r o c e s s ，w a t e r c o n t e n ti sd e f i n e da tac e r t a i nr a n g e ，t h e r e f o r e ，p o l y e s t e rs h o u l db ed r i e db e f o r e s p i n n i n g h i g h s p e e da i rs t r e t c h i n gi sa d o p t e di n t h em e l ts p i n n i n gp r o c e s s ，t h e m e d i u mi sh i g h - s p e e da i r t h ew i d e - r a n g ei n t e g r a ls l i tp o s i t i v ea i rs t r e t c h i n g p r o c e s si su s e d ，i t sp r i n c i p l e ：t h ef i l a m e n t sa r es t r e t c h e db yc o m p r e s s e da i r w i t hs m a l lq u a n t i t ya n de a s yt od i f f u s e t h ef i l a m e n t sh a v en o ts e i z e dd i r e c t l y b ys t r e t c h i n ga i r ，t h e ya r ed r a w na d h e s i v ef r i c t i o n a lf o r c ep r o d u c e db yh i g h p r e s s u r ea i rt of i l a m e n t sa n dp u s hf o r c eo c c u r r e db yf l u c t u a t i o na n ds w i n go f f il a m e n t su n d e rs t r e t c h i n ge q u i p m e n t ，t h et w of o r c e st o g e t h e ra r et om a k et h e f il a m e n t ss t r e t c h s t r e t c h i n ge q u i p m e n tc a nb em o v e du pa n dd o w n ，t h e d i s t a n c eb e i n gm o v e da f f e c t st h es w i n go ff i l a m e n t sa n dw e bu n i f o r m i t yu n d e r i t d u r i n gt h el i g h tp e ts p u n b o n d e dn o n w o v e nw i d e - r a n g ei n t e g r a l s l i t p o s i t i v ea i rs t r e t c h i n gp r o c e s s ，t h ep r o c e s sp a r a m e t e r ：d r y i n gt e m p e r a t u r e 、 r e v o l u t i o no fm e t e r i n gp u m p 、s p i n n i n gt e m p e r a t u r e 、c o o l i n ga l rt e m p e r a t u r e a n ds p e e d 、 s p i n n i n gs p e e d 、 a c dh e i g h t ( t h ed i s t a n c ef r o mt h eb o n o m o t s t r e t c h i n ge q u i p m e n t t ot h es u r f a c eo ft h ef o r m i n g t a b l e ) 、t h ef o r m i n gs p e e d 、 t h ec a l e n d a rp r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r ea n ds oo n t h ep a r a m e t e ra f f e c t e dp e l s p u n b o n d e dn o n w o v e np e r f o r m a n c e si n c l u d i n g ：f i l a m e n t s i z e 、 c r y s t a l l i z a t l o n 、 t e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g m i o nm d a n dc d 、t h i c k n e s s 、w e bu n i v e r s i t ya n ds o o n c o m p a r i n gt o d i f f e r e n tp r o c e s sp a r a m e t e r st ot h ee f f e c to fs p u n b o n d e d n o n w o v e n sa n da n a l y z e w f i r e nb yh a nw e n s h e n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y p r o fj i nx i a n g y u k e y w o r d s ：p o l y e s t e r , s p u n b o n d e d ，a i rs t r e t c h i n g ，p r o c e s s ，p e 而m a n c e 目录 第一章 前言1 第一节纺粘法( s p u n b o n d ) _ = f ：艺的发展背景l 第二节纺粘法工艺的特点及应用2 2 1 纺粘j 【艺的特点2 2 2 纺粘非织造布应用3 第三节研究的目的及意义3 第二章薄型聚酯纺粘非织造工艺与装备5 第一节工艺技术路线：5 1 1 工艺流程。5 第二节薄型聚酯纺粘非织造装备介绍7 2 1 干燥装置7 2 2 吸料装置8 2 3 螺杆挤出机9 2 4 熔体过滤器1 0 2 5 熔体管道1 0 2 6 熔体计量泵1 0 2 7 矩形纺丝箱体及纺丝组件1 1 2 8 侧吹箱体。1 2 2 9 拉伸装置1 3 2 1 0 成网、加固装置1 4 第三节原料的性能与结构1 5 第四章纺粘非织造实验方案设计1 7 第三章试样性能的测试与分析2 0 第一竹纺粘非织造布的力学性能测试j 分析2 0 第一诲纺粘非织造布j 孕度指标的测试2 2 2 1 纨粘非织造布厚度的测定原理2 2 第二1 ，纨粘非织造布轧点面积2 3 第四竹纺粘1 f 织造布均匀性的测试2 5 4 1 试样面密度( g m 2 ) 的测试2 5 4 2 纳粘1 仁织造布均匀性的测试指标2 5 第无1 ，纺粘非织造布k 丝线密度的测龋2 7 第八1 y 纺粘： 卜纵造布结品皮测试3 0 第七节吲结系数的计算1 3 2 第四章纺粘工艺参数和非织造布性能的关系3 4 第一节纺丝过程中拉伸狭缝：l j 口处气流速度一3 4 第二节纺丝速度3 5 2 1 由计量泵的泵供量来计算纺丝速度3 5 2 2 由成网速度来计算纺丝速度3 6 2 3 比较两种不同算法求出的纺丝速度的差异3 7 第三节狭缝处拉伸气流速度与纺丝速度的关系。3 8 第四节纺粘法工艺参数与非织造布性能的关系3 9 4 1 纺丝速度与长丝线密度的关系3 9 4 2 纺丝速度与断裂强力的关系4 0 4 3 侧吹风机转速与长丝线密度的关系4 1 4 4 冷却风温对长丝结晶度的影响4 2 4 5 成网速度与非织造布面密度之间的关系4 3 4 6 成网速度与非织造布的纵横向强力比的关系4 4 4 7 热轧辊压力对非织造布物理机械性能的影响4 5 4 8 热轧辊压力与非织造布渗透性的关系4 7 4 9 纺丝速度与非织造布的固结系数的关系4 8 4 1 0 狭缝出口处的气流速度和冷却风温对长丝线密度的影响。4 9 第五章课题研究总结与展望5 5 第一节研究总结5 5 第二节研究展望5 7 攻读硕士期间发表文章5 8 致i 射5 9 参考文献6 0 j _ ，一 第一章前言 第一章前言弟一早日l j苗 第一节纺粘法( s p u n b o n d ) 工艺的发展背景 非织造材料生产融合了纺织、造纸、塑料、化工、皮革等工业技术，充分 利用了现代物理、化学等学科的有关知识和成果，而且是纺织工业中最年轻而 最有发展前途的一个新兴领域，目前主要有干法成网( a irl a id ) 、湿法成网 ( w e tl a id ) 、聚合物直接成网，其中纺粘法非织造布属于聚合物直接成网。 应该说，纺粘法非织造布技术是受桑蚕吐丝和蜘蛛织网的启发而发明的一步法 成布技术。但它的发展却是建立在现代化学纤维工业发展基础上的心1 。所以纺 粘技术被认为是化学纤维生产技术的一种延伸，是化纤技术和非织造技术紧密 结合的成功典范。 2 0 世纪4 0 年代初，美国粘胶纤维公司的研究人员就曾经试验过将纤维直 接铺到网帘上形成纤维网并已经建成了实验工厂；5 0 年代初美国海军研究实 验室研制成的一种小型熔融挤出机，可将聚合物熔融后从很细的喷丝孔中挤压 成很细的长丝纤维，再用热空气吹到网帘上，使纤维自己粘结成网，这已是现 代纺丝成网技术的雏形。由于当时的相关技术水平还比较低，这些研究都未能 继续下去。随着化学纤维生产技术的成熟和发展，5 0 年代末d u p o n t 公司开始 对纺粘法工艺进行工业化的研究，到6 0 年代中期，生产出了现代意义上的纺 粘法非织造布。但由于当时这项技术还不完善，生产成本高、投资大且市场小 等原因而未能迅速推广应用。直到6 0 年代末至7 0 年代初，由于妇女卫生巾包 覆材料、地毯基布及土工布等方面的大量应用，才推动了纺粘法技术的发展。 但是在7 0 年代生产的纺粘非织造布，纤维单丝较粗，铺网不均匀，到9 0 年代随 着纺粘法工艺的进步和相关装备技术的突破，使得纤维纤度大幅度下降，加上 一些其它措施，使纺粘法非织造布的均匀度差、手感粗糙等缺点都有很大改善， 纺粘法非织造布得到了广泛应用阳】。我国从1 9 8 6 年引进第一条生产线，截止到 2 0 0 5 年底，我国纺粘法非织造布生产线达到3 0 0 多条，生产量达到3 6 万吨哺“引。 其中涤纶纺粘生产线达到l5 条，生产能力达到5 4 4 万吨1 。近几年，随着纺 粘技术的发展和市场的需求，全球对薄型聚酯( p e t ) 纺粘非织造布的研发同 益增加，特别是对长丝拉伸工艺和成网工艺等关键技术的研究国内一些研究 第一章前言 机构在引进先进设备的基础上，也开始自主创新开发自己的产品。纺粘非织造 技术的不断发展，并在应用领域显示出的优越性，并且生产成本低，产品性能 好，因此其发展前景十分广阔。 第二节纺粘法工艺的特点及应用 2 1 纺粘法工艺的特点 纺粘法成网技术是利用化学纤维纺丝原理，在聚合物纺丝成形过程中使纤 维直接铺置成网，然后经机械、化学或热粘合等方法加固而成的非织造布陆1 。 一般地说，纺粘法生产技术有纺丝、拉伸、成网、加固四大主要工艺过程，这 四个工艺过程都在一条生产线上，而且纺丝、拉伸和成网是在极短时间里一次 性连续完成的。在这四大工艺过程中，纺丝过程是从化学纤维生产方法中移植 过来的；拉伸和成网过程是纺粘法工艺的核心技术，是工艺特征和技术水平的 体现。拉伸装置的原理是基于引射器理论，其结构是最重要和最深奥的，是 纺粘工艺的心脏部件，对纺丝整个过程都有决定性意义。 纺粘法非织造布生产有许多优点：( 1 ) 生产效率高，能提高纺丝速度、增 加喷丝板孔数和多纺丝箱体配置。如：r e ic o f ili v 生产线，加大了正压牵 伸的力度哺 ，同时喷丝板孔数由原来的5 0 0 0 孔m 提高到7 0 0 0 孔m ，纺丝速 度最高可达到8 0 0 0 m m i n 。与此同时，一些纺粘设备制造厂致力于发展多纺丝 头设备，一般每条生产线配置3 - 5 个纺丝箱体，甚至也有多达7 个的，单线生 产能力最多的已经超过2 万t a 。( 2 ) 提高产品性能，纺粘非织造布不仅可以 降低纤维细度，还可以提高它的柔性和撕裂强力，使相同面密度非织造产品中 单位面积的纤维根数增加，提高覆盖率，改善外观。如：纽马格开发了一项称 为纺喷的专利技术，该技术是将熔喷技术融合到纺粘技术中，其主要特点是 8 0 0 0 m m in 的高速、短程和压推牵伸技术，纺丝线密度可达0 7 8 d t e x 以下1 。 非织造布的手感、柔软性和强力有了明显的提高。( 3 ) 发展双组分纺粘非织造 产品旧1 ，它是将复合纺丝的成纤技术和纺粘法的成网、成布技术相结合的一种最新的 非织造布工艺技术。目前国外一些公司经过积极研究、实验，拥有了双组分纺丝 的纺粘技术的和产品。双组分产品是通过纺丝组件的不同设计，可以获得不同 形式的复合纤维，其复合形式主要有皮芯型、并列型和剥离型等，从而使制得 2 第一章前言 的非织造布各具有特色。其产品有p p p e 和p e p e t ，主要适用于医疗卫生用 品，包装和过滤材料等。 2 2 纺粘法非织造布应用 2 2 1 医疗卫生上的应用 目前该领域主要使用热轧或热风非织造布，产品主要应用在外科手术服， 手术盖布，手术用具包布，蒸汽消毒包布，伤口护理用布，帽子、口罩、鞋套 等n 叫1 ，以聚乙烯为皮，聚丙烯或聚酯为芯的双组分复合纺粘非织造布，可用 较低的温度，产品宜用做尿布和卫生巾面料。而且保留了单组分纺粘布作为一 次性医保用品的一切优点，增强了撕破强力，服用性能更佳n 引。 2 2 2 清洁卫生用 擦布可以用于吸收许多种液体，包括：个人用擦试巾，婴儿用擦试巾，成 人擦试巾，太阳油巾，多孔擦布，多功能双面擦布，重型溶剂液体擦布等n 3 1 。 除上述日常用品外，还有一次性餐桌用布、一次性内裤、一次性床单枕巾等用 品。 2 2 3 建筑、过滤材料的应用 非织造产品在建筑上有着广泛的应用，如：屋顶基布材料、屋顶衬垫材料、 沥青浇灌基材，垃圾填埋场、吸音密封材料，管道包扎材料，公路和铁路固定 地基的土工布n 们，过滤材料等。 本课题设计的聚酯纺粘非织造布克重小、强力高、透气和透水性能好，且 具有良好的抗老化性，其产品主要应用于各种气体、液体、固体过滤材料和排 水板滤膜、堤坝防护和人工草坪等。 第三节研究的目的及意义 近年来，聚酯纺粘非织造工艺有了较大的发展，产品被应用到许多领域， 但主要以厚型产品为主，对薄型聚酯纺粘工艺的研究还处在起步阶段，其工艺 技术有着广阔的发展空间。在国内，也只有少数厂家能生产薄型聚酯纺粘非织 造布，并未见有详细的理论研究报导。这些生产线采用的拉伸方式基本是狭缝 负压气流拉伸工艺和管式拉伸工艺。采用管式拉伸工艺时，对纺粘非织造布的 第一章前言 均匀度有一定的影响。 本课题是东华大学与绍兴耀龙纺粘科技有限公司合作的浙江省的一个重 点项目，此项目的研究有利于提高我国薄型聚酯纺粘非织造工艺和装备的技术 进步，有利于企业在非织造领域对薄型聚酯纺粘非织造工艺和装备进行改进， 尤其是成网和加固技术，走自主创新的道路。 本课题研究的是宽幅式整体狭缝气流正压牵伸工艺对聚酯纺粘非织造工 艺的影响，本课题首次提出了对超薄型聚酯纺粘非织造工艺的研究，此研究有 利于提高宽幅式整体狭缝气流正压拉伸工艺技术水平和工艺理论的结合，改进 相关技术设备，正确的指导生产，对生产高均匀度的薄型聚酯纺粘非织造布具 有重要的意义；宽幅式整体狭缝气流正压拉伸工艺结合薄型聚酯纺粘非织造技 术必将会在市场占有较大的份额，通过本课题的研究，能迸一步优化工艺参数， 提高生产效率，降低生产成本，必将推动薄型聚酯纺粘非织造技术在国内的发 展。 4 第二章薄型聚酯纺粘非织造。1 ：艺与装备 第二章薄型聚酯纺粘非织造工艺与装备 第一节工艺技术路线 非织造纺丝方法主要包括熔融纺丝、溶液纺丝中的干法纺丝和湿法纺丝。 干法纺丝是高分子聚合物溶液从纺丝孔挤入加热空气中，使溶剂蒸发凝固形成 纤维的工艺过程，当然在该过程中聚合物是以一定的速度拉伸而细化纤维。非 织造中的闪蒸溶剂纺丝成网法，也成闪蒸法( f l a s hs p i n n i n gp r o c e s s ) 与传 统干法纺丝部分工艺相似。湿法纺丝是将所选用的高分子聚合物或高分子变性 体的溶液从喷丝孔挤出进入凝固浴中，然后进行脱溶剂或伴有化学反应的脱溶 剂而凝固成纤的工艺过程。为提高纤维的力学等性能，可采用进一步热拉伸 工艺。纤维素纤维纺丝成网就是采用了传统湿法纺丝方法，然后经特殊的成网 和加固制成非织造材料。 熔融纺丝是将高分子聚合物加热熔融，经挤出机熔体从纺丝孔挤出进入空 气中，熔体细流在空气中冷却的同时，以一定的速度拉伸变细变长，拉伸过程 有气流拉伸和机械拉伸两种。且在拉伸阶段，高分子熔体细化同时凝固，而形 成纤维后成网。本课题研究是聚酯高分子熔融纺丝工艺。 1 1 工艺流程 聚酯切片经过预结晶和干燥塔后，由吸料系统喂入到螺杆挤出机，通过螺 杆挤压，然后经熔体过滤器后，由计量泵将熔体送入矩形纺丝箱体，且通过喷 丝板纺丝，经单体抽吸和侧吹风冷却后，进入拉伸装置在高速气流的作用下， 逐渐将聚合物长丝拉伸变细，最后铺设成网，纤网经成网帘送至双辊热轧机加 固，其工艺流程如下所示： 聚酯( p e t ) 切肛滤网振动筛_ 脉动床结晶器一干燥器_ 吸料装置 。螺杆挤出机_ 熔体过滤器- 熔体管道- 计量泵_ 矩形纺丝箱体 - 双侧吹箱整体窄缝正压拉伸装p 分丝器_ 成网帘_ 双辊热轧机 为了更好的了解工艺流程，其聚酯纺丝成网工艺示意图和实验现场( 图2 一1 ) 和( 图2 - 2 ) 所示： 一一一笙三兰翌型鍪塑堑塾斐堡堡三茎皇茎鱼 一 - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ - 。- 。_ _ _ _ _ _ - 。_ _ l _ _ _ 。一一 图2 一l 聚酯切片纺丝和成网工艺示意图 图2 2 聚酯纺粘非织造布实验现场 6 第二章薄型聚酯纺粘1 f 织造i ：艺与装备 第二节薄型聚哺纺粘非织造装备介绍 2 1 干燥装置 干燥工序是聚酯进行纺丝成网的第一道工序，也是非常重要的一道工序。 干燥是为了除去切片中的水分，聚酯湿切片水分包括两部分：一是沾附在物料 表面的非结合水：另一是与聚酯大分子上极少量的端羟基及羧基等以氢键结合 的结合水。聚酯切片在进入干燥塔前，要先进行预结晶，目的是为了提高切片 的结晶度、软化点和切片的硬度。这是因为未干燥的切片是无定形结构，软化 点较低，在螺杆挤压纺丝进料区很快软化粘结，从而造成环结阻料，影响正常 生产1 。 其聚酯切片干燥工艺示意图( 图2 - 3 ) 所示： 除湿机 图2 - 3 聚酯切片干燥1 ：艺示意图 聚酯切片干燥机理：一是加热介质传热给切片，使水分吸热并从切片表面 蒸发：二是水分从切片内部迁移至切片表面，再进入干燥介质中。这两个过程 同时进行，因此切片干燥实质是一个同时进行的传质和传热过程。 本课题选用的干燥装置是切片结晶干燥联合机。切片在进入干燥机之前， 第二章薄型聚酯纺粘非织造丁艺与装备 还应先进行筛料，除掉粉末和粘连的大切片( 图2 - 4 ) 所示。该干燥机主要由 预结晶热风循环系统和干燥热风系统两部分组成( 图2 - 5 ) 所示。 图2 4 上料系统流程图 图2 - 5 预结晶和干燥系统流程图 预结晶热风循环系统是一个闭路循环系统，气流由不锈钢结晶风机供给， 此气流经电加热器加热到工艺温度后进入脉动床结晶器，在结晶器的进风口 处，气流经脉动阀板和两相互隔开的通道后，以脉冲的方式进入切片料层，两 通道的气流重新进入不锈钢风机循环使用，从切片料层中带出的粉尘通过粉尘 分离器后落入粉尘料桶内。在粉尘分离器的出口处装有旁通管路，将浓度较高 的含湿空气排出该系统。 干燥热风循环系统是一个开式系统，干燥切片所用的空气由工厂提供的 压缩空气过滤器后，通过空气除湿机使空气的含湿量降低到露点一8 0 度以下， 经压力调节阀、拉阀尔喷嘴后，由电加热器加热到工艺温度，然后从主干燥器 底部进入：干燥的气流与切片逆向接触，对切片进行干燥，已通过切片料层的 气流通过主干燥器进料口进入预结晶循环系统，以补充结晶系统排出的空气。 2 2 吸料装置 本课题采用的是真空负压式供料系统，由真空泵、中央集尘器和吸料机组 成( 图2 6 ) 所示。各吸料机均装有需求感应设备，当该需求感应设备感应到 此吸料机有吸料需求时，将自动检查系统中是否有其他吸料机正在运转中而排 队等待吸料：否则便启动真空泵以提供真空源，将原料由原料管吸入吸料机中， 并经金属滤网将原料中的粉尘吸入中央集尘器中，防止粉尘进入主机而影响产 品性能。 8 第二章薄型聚酯纺粘非织造t = 艺与装备 图2 - 6 真空负压式供料系统示意图 色母或添加物百分比输入，电脑可自动混料，具有自动送料和混料功能。 其主要技术参数( 表2 一1 ) 所示。 表2 一l 吸料装置主要技术参数表 2 3 螺杆挤出机 干燥过的聚酯切片通过吸料装置进到螺杆的螺槽中，由于螺杆的转动，把 切片向前推进，切片不断吸收加热装置供给的热能；另一方面因切片与切片、 切片与螺杆及套筒的摩擦以及液层之间的剪切作用，使一部分机械能转化为热 能，切片在前进过程中温度升高而逐渐熔化成熔体，并伴随着聚合物在温度、 压力、粘度和形态等方面发生变化，随温度的进一步提高，出现塑性流动，成 为粘流体。 本课题研究是一个纺丝箱体连接有两台挤出机a 和b ，螺杆结构( 图2 7 ) 所示，且挤出机带有制冷机，目的是防止高速运转时产生高温对机器造成损坏 和从吸料斗下来的的原料由于摩擦生热而产生粘结。挤出机共分六个加热区， 每个加热区装有一台风扇，当每个区温度高于设定值时，风扇自动启动起到保 温的作用，销槽随螺杆一块运转，对熔体起搅拌作用，使其混合均匀。该挤出 机技术参数( 表2 - 2 ) 所示： 9 第二章薄犁聚酯纺粘非织造上艺与装备 图2 - 7 螺杆结构示意图 表2 - 2 挤出机技术参数表 2 4 熔体过滤器 熔体过滤器的作用是过滤掉尺寸较大的杂质，保护 计量泵防止杂质损坏齿轮和泵体，增加挤出机的背压 和熔体压缩时的排气和塑化作用。 本课题选用是液压式熔体过滤器，其截面图( 图 2 - 8 ) 所示。内部带有六个加热器和两个传感器，过滤 能力为9 5 - 4 5 0 k g h r ，最大操作压力为5 0 0 b a r ，滤网 直径为1 1 6 3 m m 。 2 5 熔体管道 图2 - 8 熔体过滤器截面图 熔体管道的主要作用是连接滤网更换器和纺丝箱体之间的管道，用来输送 熔体，并为防止熔体在输送过程中热量损失，外部装有加热器，内部装有温度 传感器，保证温度恒定。从工程角度上讲，对管道密封要求比较高，尽可能的 减少弯头。 2 6 熔体计量泵 熔体计量泵是为了确保纺丝箱体具有足够高且稳定的压力，实现纺丝稳 定。本课题选用的计量泵( 图2 9 ) 所示为外齿合二齿轮泵( 图2 10 ) 所示， 泵运转时，齿轮齿合脱开处的自由空间形成负压，构成泵的进料侧进入的熔体 被齿轮强制带入泵体的齿合区间，然后挤入出料区，此区的高压熔体只能压入 l o 第二章薄型聚酯纺粘： 卜织造一i i 艺与装备 出料管，不会带入进料区。 图2 9 计量泵外观图图2 一1 0 齿轮泵工作图 熔体由熔体管道流出后，由计量泵来精确控制其当前压力下的挤出量。 由于此处熔体压力不仅与泵的转速有关，还与挤出机的压力和转速有关，所以 由计量泵和挤出机同时控制标准状态下熔体的挤出量，一个模头配有六个计量 泵。计量泵每转一圈，挤出量为7 0 c m 3 转，设定计量泵最小转速9 r p m ，最大 转速9 5 r p m 。计量泵转速大小根据系统设定的压力和非织造布克重由人工设定。 2 7 矩形纺丝箱体及纺丝组件 本课题选用的是复合纺丝箱体， 兼顾生产双组分非织造布。纺丝 箱体的结构( 图2 一1 1 ) 所示，管 道a 通过熔体管道与螺杆挤出机 a 相连接，管道b 通过熔体管道与 螺杆挤出机b 相连接。纺丝箱体 的作用是保持由挤出机送至箱体 的熔体经各部件到每个纺丝位都 有相同的温度和压力降，保证熔 体均匀的分配到每个纺丝部位上。 纺丝组件由扩散板、过滤网、 所示。其作用是将计量泵送来的 图2 一1 1 纺丝箱体结构示意图 密封圈、分配板、喷丝板等组成( 图2 一l2 ) 熔体经过滤和均匀混合，在一定的压力下从喷丝板的喷丝孔中均匀地喷成细 流，形成初生丝。纺丝组件的基本要求是： ( 1 ) 能使熔体均匀地分配到喷丝板各个纺丝孔中，保证熔体流量和阻力相等。 第二章薄型聚酯纺粘非织造t 艺与装备 ( 2 ) 组件各部件密封效果好，耐高压 ( 7 9 m p a ) ，无漏浆现象。 ( 3 ) 组件内不宜有死角，以免熔体 图2 1 1 纺丝组件结构示意图 滞留时间过长而热降解。 ( 4 ) 过滤效果好，使用周期长。 ( 5 ) 与熔体直接接触的部分材料应耐高 温，和耐腐蚀。 喷丝板是纺丝组件的核心部件，图2 一1 2 纺丝组件构造图 用来使高聚物变成连续的特定截面形状的细流，经测吹风冷却而形成长丝。喷 丝板材质要能耐热、抗氧化、耐腐蚀，并具有一定的强度n 剐。喷丝孔主要由导 孔和微孔( 毛细孔) 组成。导孔的作用是引导熔体连续平滑地进入微孔，避免 在入口处产生死角和出现漩涡状的熔体，保证熔体流动的连续稳定。本课题选 用的喷丝板长度为：3 7 3 0 m m ，宽度：3 0 0 m m ，喷丝板孔数：1 8 0 2 0 。喷丝孔直径 为0 3 5 m m ，长度1 4 m m ，喷丝板的长径比为4 ：l 。 2 8 侧吹箱体 冷却成形是熔体纺丝的重要环节，该过程与熔体细流的拉伸变形同时进 行。冷却风温度低，影响喷丝板板面温度，缩短喷丝板使用周期：冷却风温度 过高丝束冷却不足，牵伸丝不均匀，易产生毛丝、断头n 。为了更好的使丝束 冷却，本课题采用双面侧吹冷却的形式，冷却箱体的内部结构( 图2 13 ) 所 示，冷却介质为洁净空调风，风量保证流动方式为稳定的层流状态，从而避免 丝条振动，影响丝条的均匀性。为了更有效的冷却长丝，产生均匀流动的冷却 风，箱体内迸风口为上下两层，每一层又分为4 个小进风口，由活动风门控制， 用于调节风量的大小。 1 2 第二章薄型聚酯纺粘1 f 织造r 艺与装备 图2 1 3 冷却箱体内部结构示意图 冷却风风量过大，导致丝束牵伸点不稳定，为保持纺丝稳定，风温偏差应 小。风的湿度高，热含量高，冷却效果好，但是容易发生结露。风速高，能保 证风均匀地吹到所有丝条上，有利于丝束冷却，丝束牵伸点稳定，有利于丝束 的牵伸。特别是对于单向吹风的工艺，风速度大可减弱外部气流的干扰，保持 丝束稳定。但是过大的风速则可能造成丝束摇晃，不能保证牵伸正常进行，而 且过大的风速将增加喷丝板板面冷却程度。为了更好的冷却丝条，本实验采用 双侧吹风工艺。 2 9 拉伸装置 纺粘法工艺中采用的拉伸工艺技术主要有：机械拉伸，管式气流拉伸，狭缝气 流拉伸等n 引。狭缝气流拉伸又包括狭缝正压和负压拉伸两种，本课题采用的是 宽幅( 3 7 m ) 式整体狭缝气流正压拉伸工艺，其机构示意图( 图2 1 4 ) 所示。 其拉伸原理：气流拉伸丝条的介质是采用高压压缩的空气，利用气体质量小易 于扩散的特性。拉伸气流本身对长丝没有直接的握持作用，通过高压气流对长 丝产生的粘性摩擦力和在狭逢下方区域由于气流作用丝条强烈波动或摆动而 产生的压推力，这两个力的共同作用使长丝得到有效的拉伸n 们乜们，拉伸装置可 以上下移动，其移动距离对拉伸装置下方丝条的摆动幅度有很大的影响，对纤 网的均匀度影响很大心。其原理图( 图2 一l5 ) 所示： 第二章薄型聚酯纺粘非织造工艺与装备 图2 - 1 4 牵伸器结构示意图 图2 - 1 5 气流拉伸原理图 2 10 成网、加固装置 成网是将聚合物经熔融挤出、纺丝、冷却、牵伸后形成的连续长丝均匀的 铺在成网帘上，网下安装有吸风装置，在负压气流的作用下，使纤维牢牢地吸 附在网帘上，形成均匀连续的纤网心2 1 心3 i 。 长丝经成网和铺网后，经过加固工序才能达到非织造布所需的强度和花纹。 本课题选用的加固方式为热轧加固，是利用热塑性合成纤维的特性，纤网在热 轧机中受到压力和加热，发生软化和熔融，在轧点位置被压粘在一起，成为有 一定强度的非织造布心引。热轧机的主要工艺参数如温度和压力对非织造布的性 能如：纵横向强力、断裂伸长、透气性、透水性、柔软性、孔隙率等有决定性 1 4 第二章簿刑聚酯纺粘非织造i ：艺与装备 的影响。在生产过程中，要根据非织造布的面密度大小来合理的设定轧辊温度 和压力的大小。经过热轧机后，纤网变成具有一定强力的非织造布，然后经过 卷绕机，设定合适的卷取张力和卷绕长度，非织造布被均匀的卷绕成所需卷装。 起成网、加固和卷绕装置的结构示意图( 图2 16 ) 所示： 图2 1 6 成网、加固结构示意图 第三节原料的性能与结构 聚酯( p e t ) 纤维是纺粘法非织造布生产的常用原料之一，有切片和粉末 两种形式，聚酯纤维本身具有强度高、弹性好、抗皱性强、尺寸稳定、耐磨性 佳，耐热性能好等性能，其主要性能参数有特性粘度、端羧基含量、二氧化钛 含量、水分和灰分等心引。 特性粘度是衡量切片质量的重要指标，特性粘度的大小不仅与分子量有 关，而且与长丝的机械性能有密切的关系。与普通化合物相比，高聚物具有很 高的相对分子质量，使有可能得到粘度适当的液体或浓度足够高的溶液。相对 分子质量在很大程度上决定了制得纤维的强度，因为分子链的末端仿佛是一个 纤维结构中的薄弱环节，其它许多性质也同样取决于分子链的长度他6 1 。普通低 第二章薄犁聚酯纺粘非织造工艺与装备 相对分子质量有机化合物中较大分子的相对分子质量通常不超过4 0 0 。用作纤 维原料的高分子聚合物，其相对分子质量一般不低于10 0 0 0 15 0 0 0 。目前常 用的几种成纤高聚物，其相对分子质量在1 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 之间，相对分子质量 的高低使聚合物会表现出不相同的性质，分子量在决定聚合物的熔纺特性及纺 出纤维的机械性能方面有极重要的作用堙3 1 。 聚酯切片端羧基含量的多少，对纺丝和拉伸过程的运转状态，对p e t 的质 量并没有显著的影响，仅对高强度p e t 的耐负荷疲劳性能和强力利用率的影响 较大。但是，端羧基含量的多少反映了聚合物降解的程度，所以该值大时降解 反应越剧烈，因此在尽可能见效降解的情况下，端羧基含量越小越好。 二氧化钛含量、其粒子的大小以及分散均匀性对纤维制造都有影响，二氧 化钛含量越高，单丝表面越粗糙，单丝间抱合力越差。而且由于表面的粗糙， 在纺丝和拉伸过程中，丝束与各种装备的摩擦加剧，装备的磨损和纤维的损伤 都随之增加。随着二氧化钛含量的增多，纺丝组件内过滤介质的过滤负荷也会 相应增加，过滤压力上升较快，纺丝组件更换率也会较高。 聚酯切片含有一定量的水分，在纺丝之前，应先进行干燥，使水分含量在 5 0 p p m 以下，否则不利于纺丝，影响生产的顺利进行。灰分的含量对生产也有 一定的影响，如果灰分含量高，过滤负荷过大，纺丝压力高，更换滤网和喷丝 板的频率过高，使生产成本增加。 综合以上各参数对聚酯原料的影响，本课题选用的聚酯原料是切片形式， 其结构分子式： 书c 乏 q o o _ c h ：- - c h z 一咄 各主要性能参数见( 表2 3 ) 所示： 表2 - 3 聚酯切片主要性能参数表 1 6 第二章薄型聚酯纺粘1 卜织造1 ：艺与装备 第四节纺粘非织造实验方