第八章 熔喷法 （Melt Blowing）

第一节 概述 第二节 熔喷的工艺原理与设备 第三节 熔喷用原料 第四节 熔喷产品性能和应用 第五节 熔喷的技术进展

第一节 概 述 熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪50年代初。 第一节 概 述 熔喷法工艺是聚合物挤压法非织造工艺中的一种，起源于20世纪50年代初。 20世纪50年代初，美国海军实验室为收集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，1954年发表研究成果。 20世纪60年代中期，美国埃克森（Exxon）公司进一步对这一工艺进行研究，与精确（Accurate）公司合作制造出了第一台熔喷设备原型机，并申请了专利。目前，除了埃克森公司拥有熔喷技术的专有技术外，其它一些公司（如美国3M公司，德国Freudenberg公司等）也成功开发出了自己的熔喷非织造技术。 核武器试验的沉降物(在大气层进行核试验的情况下，核弹爆炸的瞬间，由炽热蒸汽和气体形成大球(即蘑菇云)携带着弹壳、碎片、地面物和放射性烟云上升，随着与空气的混合，辐射热逐渐损失，温度渐趋降低，于是气态物凝聚成微粒或附着在其它的尘粒上，最后沉降到地面（美国超过1030次，苏联超过715次）。 1951 年，美国海军研究所提出要研究开发纤维直径小于 1 µ 的有机纤维制造非织造布的办法

我国，熔喷非织造布研究大约在50年代末、60年代初，所研究的设备是间歇式的。到 60 年代末、 70 年代初中国间歇式熔喷设备的台数已达到 200 台以上。大约在 92-94 年间从美国、德国引进连续式生产线。到目前为止，估计全国仍有 300 台以上的间歇式熔喷设备在运转。2006 年全国熔喷非织造布的产量已超过 2万 吨，其中 70% 左右都是连续式熔喷设备生产的。由于连续熔喷设备单线产量高、用人少、管理方便，今后发展熔喷非织造布生产，主要指发展连续式熔喷设备。 从20世纪80年代开始，熔喷法非织造布增长迅速，保持了10％～12％的年增长率。

第二节 熔喷工艺原理与设备 一、熔喷的工艺原理 第二节 熔喷工艺原理与设备 一、熔喷的工艺原理 熔喷非织造工艺是利用高速热空气对模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并凝聚在凝网帘或滚筒上，并依靠自身粘合而成为非织造布。 热空气 聚合物熔体 冷却气流 接收装置 熔喷工艺原理示意图

熔喷纤维和纺粘纤维比较： 纤维长度： 纺粘为长丝，熔喷为短纤维。 纤维强力： 纺粘纤维强力>熔喷纤维强力。 纤维细度： 熔喷纤维比纺粘纤维细。

熔喷装置按放置方式分有水平式和垂直式。 垂直式 热空气 聚合物熔体 冷却气流 接收装置 水平式

熔喷过程 纺粘法

聚合物准备→熔融挤压→计量泵→熔喷模头组合件→熔体细流拉伸→冷却→接收装置 （二）熔喷设备 二、工艺流程与设备 （一）熔喷的工艺流程 聚合物准备→熔融挤压→计量泵→熔喷模头组合件→熔体细流拉伸→冷却→接收装置 （二）熔喷设备 主要设备：上料机、螺杆挤出机、计量泵、熔喷模头组合件、空压机、空气加热器、接收装置、卷绕装置。 生产聚酯等原料，还需要切片干燥装置。生产辅助设备主要有模头清洁炉、静电施加装置和喷雾装置等。 1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。 2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。 3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。 4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。 熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。 5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。

安装于挤出机料斗之上。上料机的功能是将聚合物切片抽吸至螺杆挤出机料斗，通常具有自动功能，可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。 1.上料机 安装于挤出机料斗之上。上料机的功能是将聚合物切片抽吸至螺杆挤出机料斗，通常具有自动功能，可按整个生产线的产量来设定单位时间的送料量。 1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。 2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。 3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。 4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。 熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。 5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。

模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，其中最重要的部分包括： (1)聚合物熔体分配系统 (2)模头系统 2.螺杆挤出机 参见第六章相关内容。 3.计量泵 4.熔喷模头组合件 模头组合件是熔喷设备中最关键的部分，其中最重要的部分包括： (1)聚合物熔体分配系统 (2)模头系统 1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。 2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。 3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。 4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。 熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。 5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。

保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流动并具有均一的滞留时间，从而保证熔喷法非织造布在整个宽度上具有较均匀的性质。 （1）聚合物熔体分配系统 保证聚合物熔体在整个熔喷模头长度方向上均匀流动并具有均一的滞留时间，从而保证熔喷法非织造布在整个宽度上具有较均匀的性质。 目前熔喷工艺中主要采用衣架型聚合物熔体分配系统（T型分配系统不能均匀分配流体）。 1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。 2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。 3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。 4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。 熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。 5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。

衣架型熔体分配系统示意图 歧管

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。α增加，聚合物熔体在分配系统中央处的流速减小，而两边的流速增加。 另外熔体本身的性质对熔体流速的均匀性也有影响，因此分配系统的几何形状一旦确定，必定要求聚合物原料具有相应的性能，故熔喷必需开发专用原料。 α 歧管

熔喷产品的均匀度与模头密切关系。通常，熔喷模头的加工精度要求高，故模头制造成本昂贵。 喷丝孔常呈单排排列，长径比大于10。 （2）模头系统（模头－die） 喷丝板、气板、加热保温元件等组成。 熔喷产品的均匀度与模头密切关系。通常，熔喷模头的加工精度要求高，故模头制造成本昂贵。 喷丝孔常呈单排排列，长径比大于10。 熔喷模头系统是整个组合件中另一重要部分。

Exxon公司早期研制的熔喷模头，上下模体结合面上各自加工出微细的凹槽，然后上下模体贴合即可形成一排喷丝孔。 该种结构可得到较大的喷丝孔长径比，模头清洁较方便，但加工精度和装配精度要求高，目前应用较少。

Kasen公司熔喷模头

5.空气加热器 熔喷工艺需用大量的热空气。空压机输出的压缩空气经除湿过滤后输送到空气加热器加热，然后再送至熔喷模头组合件。空气加热器是压力容器，同时要抵抗高温空气的氧化作用，因此材料必须选用不锈钢。 U形发热元件 折流板 测温点 接线端

6.接收装置 熔喷工艺接收装置的类型主要有： 滚筒式 平网式 立体成型(芯轴) ：生产滤芯用装置

美国Accurate公司熔喷生产线的专利接收滚筒，其内部吸风通道分多层，以保证滚筒延轴线方向吸风量的一致。

美国J & M公司熔喷设备

滤芯 滤芯的结构为外层纤维粗，内层纤维细，外层疏松，内层紧密的渐变径渐紧结构。独特的梯度深层过滤形成了立体滤渣效果，具有高孔隙率、高截留率、大纳污量、大流量、低压降的特点。

采用立体接收装置，分间歇式接收和连续式接收。 (1) 间歇式接收装置 接收装置来回移动，纤维多层缠绕在芯轴上； 立体成型(芯轴)： 采用立体接收装置，分间歇式接收和连续式接收。 (1) 间歇式接收装置 接收装置来回移动，纤维多层缠绕在芯轴上； 改变接收距离，生产具有密度梯度的滤芯； 改变芯轴尺寸，生产不同内径的滤芯。 每根滤芯制成后需更换芯轴，因此生产效率较低。 熔喷模头 接收芯轴 管状滤芯 往复移动 活顶针

接收芯轴呈悬臂梁形式，内有输出管状滤芯的传动轴，传动轴头端有螺纹，将管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送至切割系统。 （2）连续式接收装置 接收芯轴呈悬臂梁形式，内有输出管状滤芯的传动轴，传动轴头端有螺纹，将管状滤芯从接收芯轴上拔出并输送至切割系统。 生产有密度梯度的滤芯时，应配多个不同接收距离的模头。 管状滤芯输出螺纹头 熔喷模头1 熔喷模头2 管状滤芯 接收芯轴 螺纹头传动轴

熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，这时需要更换熔喷模头。 7. 辅助设备 熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，这时需要更换熔喷模头。 替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙烧的方法来除去残留聚合物及杂质。 熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，影响产品均匀性和外观，这时需要更换熔喷模头。替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙烧的方法来除去残留聚合物及杂质。 较小的熔喷模头可采用一般的电阻炉加热保温，保温温度420～450℃，保温时间4～8小时，并随炉冷却至常温。大型的熔喷模头通常不采用电阻炉，因为尺寸较大的电阻炉温度控制不精确，而且缺乏温度过高的保护机制。

焙烧除去残留聚合物及杂质 熔喷生产线最主要的辅助设备就是模头清洁炉。熔喷模头生产一段时间后会发生堵孔现象，影响产品均匀性和外观，这时需要更换熔喷模头。替换下来的熔喷模头需要用焙烧的方式除去残留在模头内的聚合物和杂质。螺杆和喷丝板等通常均采用焙烧的方法来除去残留聚合物及杂质。 较小的熔喷模头可采用一般的电阻炉加热保温，保温温度420～450℃，保温时间4～8小时，并随炉冷却至常温。大型的熔喷模头通常不采用电阻炉，因为尺寸较大的电阻炉温度控制不精确，而且缺乏温度过高的保护机制。

SCTR清洁炉

熔喷

第四节 熔喷产品性能和应用 本节主要内容： 一、熔喷非织造布的结构与性能 二、影响熔喷产品性能的因素 三、熔喷产品的应用

熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小，通常小于10μm，大多数纤维细度在1～4μm。 一、熔喷非织造布的结构与性能 熔喷法非织造布的特点之一是纤维细度较小，通常小于10μm，大多数纤维细度在1～4μm。 从熔喷模头喷丝孔到接收装置的整条纺丝线上各种作用力无法保持平衡（高温高速气流的拉伸力波动、冷却空气的速度和温度等的影响），使熔喷纤维细度大小不一。 纺粘法非织造布纤网中纤维直径的均匀度明显好于熔喷纤维，因纺粘工艺中，纺丝工艺条件是稳态的，牵伸和冷却条件变化波动较小。

熔喷非织造纤网的扫描电镜

PP短纤维 纺粘PP纤维 熔喷PP纤维 纤维单强（cN/dtex） 3.9~6.4 2.9~4.9 1.5~2.0 因熔喷成形的纤维强度较差，熔喷法非织造布实际应用时，主要是应用其超细纤维的特点。 熔喷法较高的熔体挤出温度和冷却速率使纤维的结晶度减小。

二、影响熔喷产品性能的因素 熔喷产品的性能主要指物理机械性能，如产品的强力、透气性、纤维直径等，因熔喷工艺复杂故影响因素较多。

在线参数：在熔喷生产过程中可按需要调节的参数，如熔体挤出量、熔体温度、拉伸热空气的温度和初始速度、接收距离等。 离线参数：只能在设备不运转时才能调节的参数，如喷丝孔的形状、拉伸热空气通道尺寸和夹角等。 熔喷工艺的复杂性，决定了影响熔喷法非织造布产品性能的因素较多。聚合物原料性能以及熔喷工艺条件直接影响产品的性能。影响熔喷法非织造布性能的工艺参数分在线参数和离线参数。在线参数是指在熔喷生产过程中可按需调节的变量，主要有聚合物熔体挤出量与温度、牵伸热空气速度和温度以及熔喷接收距离等。离线参数是指只能在设备不运转时才能调节的变量，如熔喷模头喷丝孔形状、牵伸热空气通道尺寸及导入角度等等。 研究表明，聚丙烯熔指越高，熔喷成形单纤维的强力越低。

聚合物分子量越低，熔融流动指数(MFI)越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。 （一）聚合物 聚合物分子量越低，熔融流动指数(MFI)越高，熔体粘度越低，越能适合于熔喷工艺较弱的牵伸作用。 熔融指数越高，熔喷形成单纤维的强力越低，纤网的强力也低。 熔融指数(MFI)与熔喷非织造布拉伸强力和顶破强力的关系

熔融指数(MFI)与熔喷非织造布断裂伸长的关系

实际生产中，应选用MFI大的聚丙烯还是小呢？ MFI大：产量高、能耗低。因此当前趋势是采用较高的MFI原料。 最早应用的聚丙烯，其分子量高，MFI较低（12g/10min）。 随科技的进步，MFI为12的聚丙烯很快就为MFI35的所取代，同时出现了专为熔喷工艺所用的聚丙烯，其MFI高达1500（进口）。

孔径小有利于纺制造超细纤维。但小的孔径加工较为困难。 （二）离线参数 1、喷孔直径 孔径小有利于纺制造超细纤维。但小的孔径加工较为困难。 2、热空气喷射角度 气流与模头底面的夹角θ。 熔喷法非织造布的强度与纤网单位面积质量以及密度相关。通常，随着纤网单位面积质量的增加，熔喷法非织造布的纵横向强度均有所增加。 但纤网密度对熔喷法非织造布强力的影响很大，对于一定单位面积质量的熔喷法非织造布，纤网密度越小，拉伸断裂强力越低，而拉伸断裂伸长越大。如纤网密度增加，则对提高纤网的断裂强力有利，但拉伸断裂伸长减小。熔喷纤网中的纤维呈杂乱排列，对纤网强力的贡献除了纤维本身强力外还取决于纤维之间的热粘合程度。根据研究，熔喷纤网中纤维之间的热粘合程度与熔喷工艺条件相关，其中熔喷接收距离(DCD)的影响尤为显著。 熔喷接收距离(DCD)影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的热粘合程度。 通常情况下，减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，熔喷纤维之间的热粘合得到改善，但产品的蓬松度下降，密度增加，此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列。当接收距离增大时，纺丝线上纤维丝条和牵伸热空气的温度均迅速下降，造成熔喷纤网中纤维之间热粘合效率降低，纤维之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有较高的蓬松度，纤网强力仅取决于纤维之间的缠结和抱合，同时可观察到多数纤维呈伸直状态，并出现较严重的并丝现象。随着熔喷接收距离的增大，熔喷法非织造布的断裂强力、顶破强力、撕破强力以及弯曲刚度均呈下降趋势，而透气率呈增长趋势。

气流喷射角度的大小对拉伸效果有很大影响。 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，然后进行数值求解，最后用实验结果进行验证。 1、熔体准备 熔喷非织造工艺使用聚酯、聚酰胺等切片原料时，必须对切片进行干燥预结晶。聚丙烯切片通常不需要干燥。熔喷工艺主要采用螺杆挤出机对聚合物切片进行熔融并压送熔体。 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送到计量泵。 2、过滤 熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。常用过滤介质有细孔烧结金属、多层细目金属筛网、石英砂等。 3、计量 熔喷工艺中采用齿轮计量泵进行熔体计量，高聚物熔体经准确计量后才送至熔喷模头，以精确控制纤维细度和熔喷法非织造布的均匀度。 4、 熔体从喷丝孔挤出 熔喷工艺与传统纺丝具有相似原理，聚合物熔体从模头喷丝孔挤出的历程可分为入口区、孔流区和膨化区。 熔体形成超细纤维首先要通过入口区和孔流区。在入口区，聚合物熔体由锲状导入口缩紧进入喷丝毛细孔之前，在入口处熔体流速加快，散失的部分能量以弹性能贮存在熔体内。其后，熔体细流进入喷丝孔孔流区，在该区域，剪切速率增大，大分子构象发生改变，排列比较规整。 5、熔体细流牵伸与冷却 熔喷工艺中，从模头喷丝孔挤出的熔体细流发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细纤维。

流场计算结果的速度矢量图 气流 气流喷射角度为60°

喷丝孔轴线上和邻近区域，气流速度高，且沿喷丝孔轴线平行，对熔体细流牵伸的有利条件； 数值模拟的结果表明： 喷丝孔轴线上和邻近区域，气流速度高，且沿喷丝孔轴线平行，对熔体细流牵伸的有利条件； 远离喷丝孔，速度减小； 夹角越大，气流在喷丝孔轴线方向的分量越大。 但是，80°夹角和60°夹角流场产生的效果相差不大，同时，80°夹角在机械结构上较难实现。 因此生产上常采用60 °的夹角。 改变牵伸气流通道的宽度，其它条件保持不变，数值模拟表明，宽度越大，气流在喷丝孔轴线方向的分量越大，在模头中心线两侧的分布梯度也越大，有利于对聚合物熔体细流进行牵伸，但气流流量增加引起能耗增加。

直接影响熔喷纤维细度。生产中用气流的压力来表示气流的速度，压力大则速度大。 （三）在线参数 1、热空气的速度（压力） 直接影响熔喷纤维细度。生产中用气流的压力来表示气流的速度，压力大则速度大。 热空气速度↑： 纤维直径↓； 单纤维相对强力↑ ； 纤网中纤维间的粘合效果↑，非织造布强度↑。 牵伸热空气速度是熔喷工艺中重要的工艺参数，直接影响到熔喷纤维细度。对于一定的聚合物熔体挤出量及一定的熔体粘度，牵伸热空气速度越大，则纺丝线上聚合物熔体细丝受到的牵伸作用越大，纤维越易变细。采用MFI为300的聚丙烯切片原料，在5种气阀开孔率 (牵伸热空气速度)与3种螺杆转速 (熔体挤出量)条件下进行熔喷试验，可得到纤维直径、气阀开孔率和螺杆转速之间的关系。 熔喷工艺中，牵伸热空气速度除了影响纤维细度之外，还影响到产品的强度。通常，提高牵伸热空气速度，有利于提高纤维单强并改善纤网中纤维之间的热粘合程度，从而提高熔喷法非织造布的拉伸强度和顶破强度。熔喷工艺中，在高聚合物熔体挤出量的条件下，需适当提高牵伸热空气速度来补偿高挤出量引起的产品强力下降的不良影响。

气流速度对纤维细度的影响 气流压力(MPa) 纤维直径(μm)

指熔喷模头的温度。温度越高，熔体粘度越低，纤维越细。 2、熔喷温度（熔体温度） 指熔喷模头的温度。温度越高，熔体粘度越低，纤维越细。 但熔体粘度过小会造成熔体细丝的过度牵伸，形成的超短超细的纤维会飞散到空中而无法收集，因此熔喷工艺中聚合物熔体粘度并不是越小越好。 熔喷温度是指熔喷模头的工作温度，可用以调节聚合物熔体的粘度。在其它工艺条件不变时，聚合物熔体粘度越低，熔体细丝可牵伸得越细。因此熔喷工艺中采用较高MFI的聚合物切片原料，较易得到超细纤维。但是，熔体粘度过小会造成熔体细丝的过度牵伸，形成的超短超细的纤维会飞散到空中而无法收集，因此熔喷工艺中聚合物熔体粘度并不是越小越好，为了防止熔体在剪切力作用下产生破裂，聚合物熔体粘度应保持在一定的范围内。聚丙烯原料熔喷常用的熔体粘度范围为50～300泊(Pa·s)。

3、接收距离（DCD-Distance of Collector to Die） 热空气 聚合物熔体 冷却气流 接收装置 熔喷法非织造布的强度与纤网单位面积质量以及密度相关。通常，随着纤网单位面积质量的增加，熔喷法非织造布的纵横向强度均有所增加。 但纤网密度对熔喷法非织造布强力的影响很大，对于一定单位面积质量的熔喷法非织造布，纤网密度越小，拉伸断裂强力越低，而拉伸断裂伸长越大。如纤网密度增加，则对提高纤网的断裂强力有利，但拉伸断裂伸长减小。熔喷纤网中的纤维呈杂乱排列，对纤网强力的贡献除了纤维本身强力外还取决于纤维之间的热粘合程度。根据研究，熔喷纤网中纤维之间的热粘合程度与熔喷工艺条件相关，其中熔喷接收距离(DCD)的影响尤为显著。 熔喷接收距离(DCD)影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的热粘合程度。 通常情况下，减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，熔喷纤维之间的热粘合得到改善，但产品的蓬松度下降，密度增加，此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列。当接收距离增大时，纺丝线上纤维丝条和牵伸热空气的温度均迅速下降，造成熔喷纤网中纤维之间热粘合效率降低，纤维之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有较高的蓬松度，纤网强力仅取决于纤维之间的缠结和抱合，同时可观察到多数纤维呈伸直状态，并出现较严重的并丝现象。随着熔喷接收距离的增大，熔喷法非织造布的断裂强力、顶破强力、撕破强力以及弯曲刚度均呈下降趋势，而透气率呈增长趋势。

DCD↓，热空气冷却和扩散不充分，粘合效果得到改善，产品蓬松度下降（纤维多呈团聚状）。产品强力提高。 聚合物熔体 冷却气流 接收装置 熔喷接收距离(DCD)影响熔喷纤网的蓬松度和纤维之间的热粘合程度。 通常情况下，减小接收距离，牵伸热空气冷却和扩散不充分，熔喷纤维之间的热粘合得到改善，但产品的蓬松度下降，密度增加，此时纤网中的纤维多数呈团聚状排列。当接收距离增大时，纺丝线上纤维丝条和牵伸热空气的温度均迅速下降，造成熔喷纤网中纤维之间热粘合效率降低，纤维之间粘连频度下降，此时熔喷纤网具有较高的蓬松度，纤网强力仅取决于纤维之间的缠结和抱合，同时可观察到多数纤维呈伸直状态，并出现较严重的并丝现象。随着熔喷接收距离的增大，熔喷法非织造布的断裂强力、顶破强力、撕破强力以及弯曲刚度均呈下降趋势，而透气率呈增长趋势。

团聚状排列的熔喷纤维

挤出量增加，纤维直径增加，熔喷非织造布的相对强度减小。 4、熔体挤出量 单位：g/hole/min 该参数如何调节？如何测试？ 挤出量增加，纤维直径增加，熔喷非织造布的相对强度减小。 聚合物熔体挤出量越大，则整条熔喷生产线的产量也越大。但对于一定的熔喷设备来讲，其产量受到工艺条件的制约，如熔喷模头喷丝孔数量、牵伸热空气速度(流量)等。 对于一定的熔喷设备，其牵伸热空气速度存在极限。在其它工艺参数不变的条件下，增加聚合物熔体挤出量，将导致对每个喷丝孔挤出的熔体细流牵伸作用的削弱，最终纤维平均直径变大，相对强力下降。同时由于纤维直径变大，纤维根数减少，使纤维在接收装置上凝聚时相应的接触面积变小，发生自粘的部位也相应减小，从而最终导致熔喷法非织造布的相对强力减小。

挤出量与纤维直径的关系 挤出量 (g/hole/min) 纤维直径 (μm)

熔喷纤网中常出现没有牵伸成超细纤维的团块状聚合物，称为“shot”现象。（亮点）

“shot”现象成因主要有： 空气速度太小或熔体粘度太高，部分熔体细丝未完全牵伸； 熔体粘度太小：空气速度高时，喷丝孔对熔体的握持作用减弱，熔体还没有被牵伸成纤维便脱离喷丝孔； 可见，要生产出合格的产品，熔喷工艺应根据不同MFI的聚合物原料，正确设置熔体挤出量、熔喷温度和牵伸热空气速度，并应注意到这些工艺参数之间存在着相互依赖的关系。

三、熔喷产品的应用 目前，熔喷法非织造布主要用于： 过滤材料 医疗卫生材料 环境保护材料 服装材料 电池隔膜材料 其中过滤材料应用最广，其次是医疗卫生材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料以及擦拭材料等。

过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出来。 过滤机理：筛滤沉积、静电沉积、扩散沉积等。 1、过滤材料 过滤就是将分散于气体或液体中的颗粒状物质分离出来。 过滤机理：筛滤沉积、静电沉积、扩散沉积等。 更大的微粒，则可像过筛子一样，被阻留于滤烟层中，这叫做筛滤沉积； 较小的微粒，易受周围分子撞击而经常不规则地运动着(布朗运动)，扩散的距离大，可到达纤维表面而沉积下来，这叫做扩散沉积。 较大的微粒，随气溶胶气流通过弯弯曲曲的孔道时，可因重力和惯性作用，离开气流，到达纤维表面而沉积下来，这叫做沉降和惯性沉积。 此外，微粒与纤维之间的静电吸引也可使微粒沉降下来，这叫做静电沉积。

是否颗粒大于过滤材料的孔径尺寸才能被筛滤？ 研究表明：孔径尺寸在十至几十微米之间的过滤材料，能捕集1µm的尘埃。 提高筛滤沉积效果就要减小滤材孔径，即减小纤维细度、提高材料的密度。 更大的微粒，则可像过筛子一样，被阻留于滤烟层中，这叫做筛滤沉积； 较小的微粒，易受周围分子撞击而经常不规则地运动着(布朗运动)，扩散的距离大，可到达纤维表面而沉积下来，这叫做扩散沉积。 较大的微粒，随气溶胶气流通过弯弯曲曲的孔道时，可因重力和惯性作用，离开气流，到达纤维表面而沉积下来，这叫做沉降和惯性沉积。 此外，微粒与纤维之间的静电吸引也可使微粒沉降下来，这叫做静电沉积。 54 54

熔喷非织造材料具有纤维细、孔隙多而孔隙尺寸小的优点。 应用： 气体过滤：医用口罩、室内空调机过滤材料。 液体过滤：饮料过滤、水过滤。 为提高过滤效果，可减小纤维细度、增加滤材的密度，但会造成过滤阻力的明显增加。 因此让熔喷非织造材料带静电，可通过静电效应提高其过滤效果，即进行驻极处理。 熔喷非织造材料在过滤领域的应用有气体过滤和液体过滤。

驻极处理的熔喷非织造布，因带有持久的静电，可依靠静电效应捕集微细尘埃，因此具有过滤效率高，过滤阻力低等优点。 聚丙烯具有较高的电阻率(7×1010Ω·cm)，注入电荷的容量较大，是一种制造驻极纤维的理想材料。实验表明，经驻极整理的聚丙烯熔喷非织造布在自然状态下存放1440小时后，滤效保持不变。 驻极熔喷法非织造布除对0.005～1mm的固体尘粒有很好的过滤效果外，对大气中的气溶胶、细菌、香烟烟雾、各种花粉等均有很好的阻截效果。

驻极整理对熔喷法非织造布滤效及阻力的影响 接收距离 (mm) 100 150 200 250 驻极 未驻极 螺杆转速(8rpm) 滤效(％) 97.75 53.29 94.88 36.5 94.13 41.25 92.5 43.5 阻力(Pa) 3.68 2.94 2.21 2.15 螺杆转速(12rpm) 94.5 25.75 91.0 23.0 84.5 17.75 83.75 20.0 1.96 0.98 驻极熔喷法非织造布除对0.005～1mm的固体尘粒有很好的过滤效果外，对大气中的气溶胶、细菌、香烟烟雾、各种花粉等均有很好的阻截效果。 可见，驻极整理后熔喷非织造布的过滤阻力并无变化，而滤效却提高很多，这是其它非织造布所无法比拟的。

医用口罩：里外两层用纺粘材料，中间用熔喷材料制成的复合材料（SMS）。 2、医疗卫生材料 医用口罩：里外两层用纺粘材料，中间用熔喷材料制成的复合材料（SMS）。 气体过滤、液态过滤等。图中是过滤细菌的例子，另外生产和生活中还有其他过滤的例子，如过滤粉尘、过滤液态等。 58 58

H1N1病毒大小：80nm～120nm 。 气体过滤、液态过滤等。图中是过滤细菌的例子，另外生产和生活中还有其他过滤的例子，如过滤粉尘、过滤液态等。 59 59

3、环境保护材料（吸油材料） 聚丙烯熔喷法非织造布因其材料特性和微纤结构而成为良好的吸油材料，在欧美、日本等发达国家已得到广泛应用，如海上溢油事故、工厂设备漏油以及污水处理等。 蓬松率提高，纤网中空气流动加快。

1989年春，美国阿拉斯加附近的威廉王子海峡，埃克森公司的“瓦尔德斯”号油轮触礁事故，造成大面积漏油，原油泄漏导致成千上万只海鸟和海洋生物死亡。当时空运了大约2.6万吨以聚丙烯熔喷非织造布为主的吸油材料到现场，仅用了几天时间就清理了海面，这是熔喷法非织造布成功用于海上溢油事故处理的典范。 溢出5000万升原油，污染2000多公里的海岸线 工作人员在拯救一只被漏油污染的海鸟 蓬松率提高，纤网中空气流动加快。 61 61

聚丙烯熔喷法非织造布具有疏水亲油的特性，耐强酸强碱，密度比水小，吸油后能长期浮于水面上而不变形，可循环使用和长期存放。聚丙烯熔喷法非织造布制成吸油索、吸油链、吸油枕等，吸油量可达到自身重量的10～50倍。 蓬松率提高，纤网中空气流动加快。 吸油索

吸油材料的应用

保暖材料应具有良好的保暖性，并能较长期使用而不改变其保暖性。 4、服装材料（保暖材料） 保暖材料应具有良好的保暖性，并能较长期使用而不改变其保暖性。 蓬松率提高，纤网中空气流动加快。 64 64

实验表明，纤网结构是影响保暖材料传热性能的主要因素之一。 对于熔喷复合保暖材料，其厚度对透气性能影响较小，而聚酯纤维絮片随厚度减小透气性迅速上升。因此熔喷复合保暖材料抗风能力较强。 蓬松率提高，纤网中空气流动加快。 65 65

隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，常置于正负极板之间，主要功能是绝缘正负极板，保证电介质的流动。 5、电池隔膜 隔膜材料是蓄电池的重要组成部件，常置于正负极板之间，主要功能是绝缘正负极板，保证电介质的流动。 聚丙烯材料具有优良的耐酸碱性能，聚丙烯熔喷法隔膜材料具有孔径小、孔率大、电阻小以及产品变化多样的特点。 正极板上是二氧化铅（PbO2），负极板上是绒状铅（Pb）。 每一个正、负极板之间都隔着多孔的超细纤维物质（电池隔膜），其中吸附着硫酸（H2SO4）电解液，这个纤维物质（或硅胶物质）是电化学反应过程中液相传输和气相传输的通道，它和正、负极板群被紧密地装配在一起，形成一个2V的电池单体。图中6个2V的单格串联成12V的电池 蓄电池是电池中的一种，他的工作原理就是把化学能转化为电能。 它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。 放电时,电极反应为:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 负极反应: Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 总反应: PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反应是放电,向左反应是充电) . 在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。 电动车用的阀控式密封铅酸蓄电池从外表看，有外壳、阀盖、接线端子。接线端子周边的密封材料分别用红色和黑色(或者蓝色)来表明正极和负极。 12V的电池内部分为6个独立的相互隔绝的单格，每个单格内有用各自的汇流导体连接的正极板群和负极板群。     铅酸蓄电池的极板犹如钢筋水泥的结构，是在合金丝的筛网状的骨架上涂敷（或者轧制）活性物质形成的：正极板上的物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的物质是绒状铅（Pb）。 每一个正、负极板之间都隔着多孔的超细纤维物质（也有使用二氧化硅胶物质填充的），其中吸附着硫酸（H2SO4）电解液，这个纤维物质（或硅胶物质）是电化学反应过程中液相传输和气相传输的通道，它和正、负极板群被紧密地装配在一起，形成一个2V的电池单体。     由于铅酸蓄电池在充电时极板不可避免的会产生氢气和氧气，当它们产生的过多并且来不及化和成水的时候就会在单格内形成压力。为了保证蓄电池正常安全的工作，每个单格都设有自己的溢气阀，当压力过量时让气体自动逸出。 相对于电池槽里装满电解液体的富液电池而言，阀控式密封铅酸蓄电池内部只蕴含着很少的电解液，属于贫液电池。尽管如此，由于设计时电解液有一定的冗余，并且在溢气阀压力的保护下只要使用合理，由气体逸出造成的水损失极小，以至阀控蓄电池的电解液在寿命过程中基本不用补充，因此阀控式密封铅酸蓄电池也被称为免维护蓄电池。

第五节 熔喷技术的发展趋势

一、模头宽度和个数的增加 1967：精确公司制造世界首个254mm(10’’)宽喷头； 1969：……1016mm的喷头； 1970~1979：……254~1727.2mm之间，后来还供给 Kimberly- Clark公司2692mm (106’’)的喷头； 1992：…… 3556mm宽； 目前，可设计254~4318mm任何宽度的喷头。

金伯利公司的一种熔喷非织造布设备具有多个挤出机、多个模头系统。其工艺各不同，所以每个模头生产的纤维直径不同，故每层的纤维直径不同，产品具有很高的过滤效率。 不仅喷头的宽度增加了，有的设备喷头的数目也增加了。

固定安装的模头：模头宽度决定产品宽度，限制了设备的利用。 可旋转模头：产品的幅宽可调（莱芬公司、精确公司和J&M公司提供熔喷设备） 二、可旋转模头 固定安装的模头：模头宽度决定产品宽度，限制了设备的利用。 可旋转模头：产品的幅宽可调（莱芬公司、精确公司和J&M公司提供熔喷设备） 过去，熔喷设备的喷头是固定的，喷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喷头，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。

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，因而有着很大的应用潜力。 三、双组分设备 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，因而有着很大的应用潜力。 现在，基础研究工作已借助于1999年安装的Reicofil（莱科菲尔）双组分熔喷生产线上完成，技术已获得实际应用。 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，因而有着很大的应用潜力。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80年代就有报道。现在，基础研究工作已借助于1999年安装的Reicofil（莱科菲尔）双组分熔喷生产线上完成，技术已获得实际应用。Biax-fiberfilm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12排，产量是一般熔喷设备的10倍，最大幅宽可达3m，细度接近一般熔喷纤维。

四、纺粘/熔喷复合设备 熔喷非织造工艺的特点： 能耗大 超细纤维纤网结构 过滤、阻菌、吸附方面有突出的优点 纤维取向度较差 纤维强力低 熔喷与纺粘非织造布叠层，复合材料是美国金伯利公司十多年前为增强熔喷纤网而研究开发。现在，纺粘/熔喷复合材料除SMS外，还有SM、SMMS、SMSMS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。

纺粘法与熔喷法的比较 纺粘法 熔喷法 原料MFI 25~35 35~2000 能耗 较少 较多 纤维长度 连续长丝 长短不一的短纤维 纤维细度 15~40μm 粗细不一，平均＜5 μm 覆盖率 较低 较高 产品强度 加固方法 热粘合、针刺、水刺 自身粘合为主 品种变换 困难 容易 设备投资

S —— Spun-bonded non-woven fabrics 纺粘法非织造布 纺粘产品强力高但纤维粗，熔喷产品纤维细但强力低。两者结合和取长补短满足使用性能要求。产品有SMS即纺粘/熔喷/纺粘，SM、SMMS、SMSMS等。 S —— Spun-bonded non-woven fabrics 纺粘法非织造布 M —— Melt-blown non-woven fabrics 熔喷法非织造布 复合（结合）的方法有在线复合和离线复合。 在线复合：利用纺粘/熔喷复合设备进行生产。 离线复合：纺粘、熔喷产品异地复合。 熔喷与纺粘非织造布叠层，复合材料是美国金伯利公司十多年前为增强熔喷纤网而研究开发。现在，纺粘/熔喷复合材料除SMS外，还有SM、SMMS、SMSMS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。

SM复合生产线

S S M SMS复合工艺示意图

离线式SMS复合生产线

SMS复合材料的结构