探讨聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备及工艺

王璟钰

摘要：文章首先对聚丙烯熔喷无纺布的制作用途与制作原理进行了简要阐述;其后，围绕助剂加入系统与料丝挤出系统两个部分，研究了聚丙烯熔喷无纺布挤出设备的主要构成;最后，从工艺温度与螺杆长径比两个角度入手，分析了聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出工艺的运用要求。

关键词：聚丙烯;无纺布;熔喷法

引言

无纺布亦称“不织布”，是一种新型、环保的纤维制品，且具备良好的透气、过滤、阻燃、防潮等性能，因此被广泛运用于化工、医疗、农业生产等多个领域。在新冠疫情的背景下，医用口罩这一无纺布制品得到了社会各界的极大重视，相关制作设备、制作工艺也随之受到充分关注。在此背景下，我们有必要对丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备及其工艺展开探究讨论。

一、聚丙烯熔喷无纺布的用途原理

聚丙烯材料具备无毒、无害、无臭的清洁性特点，且具有良好的热塑性，因此在医疗领域有着很高的应用价值。现阶段，聚丙烯熔喷无纺布常作为医用口罩的过滤层出现，承担着过滤空气、阻隔细菌的重要任务。现阶段，以聚丙烯为原料、以熔喷法为手段的无纺布制作原理为：利用高温使聚丙烯转化为熔融状态，再通过高温度、高速度的气流，把聚丙烯吹成极细的纤维丝，并使其沿随机方向飞至凝网帘、凝网滚筒等构件处，从而将纤维丝编织成网状结构。这样一来，在构件高温粘合或聚丙烯自粘合的作用下，纤维丝便可固结为无纺布。结合生产实际来看，当前口罩过滤层所用聚丙烯熔喷无纺布的纤维直径多在0.5μm至10μm之间，约为正常人发丝直径的1/30。在此基础上，随机交叠的纤维网络可同时形成物理过滤与静电过滤作用，从而将飞沫、细菌阻隔在聚丙烯熔喷无纺布以外，达到防尘、防病菌的效果。但需要注意的是，水洗会较严重地破坏纤维网络的静电吸附能力，继而降低口罩的过滤质量。所以，以聚丙烯熔喷无纺布为材料的口罩通常为一次性防护用具。

二、聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备的主要构成

在聚丙烯喷熔无纺布专用料挤出设备的结构体系中，主要包含固体加料系统、助剂添加系统、双螺杆挤出系统、切粒机、振动筛等构成部分，整体机组的常规参数为：（1）螺杆直径：φ90mm;（2）螺杆长径比：44∶1;

（3）     螺杆最大转速：330r/min;（4）物料挤出流速：120g/min～150g/min。

在挤出设备结构的设计与运行当中，关键点主要有两个方面：第一，要保证液体助剂进入设备内部后的压力、流速处于稳定状态，并使双螺杆构件可在转动作用下实现液体助剂与聚丙烯原料的完全混合与充分反应;第二，要保证聚丙烯材料的挤出质量，避免出现料丝粘连的情况，以防止对聚丙烯熔喷无纺布的成品效果产生负面影响。结合实践经验来看，尽量减小材料挤出后进入冷却水槽的距离，可有效降低料丝粘连的故障发生几率。基于此，可对聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备的系统结构进行如下设计：

（一）助剂加入系统的设计

在目前，业内主要使用的聚丙烯助剂为EnoxDTBP溶液，其与聚丙烯原料的比例通常为1∶19。由于助剂的用量较少，所以必须要将其与原料进行均匀、充分的混合，才能达到最佳的熔喷料生产效果。在设计实践中，助剂加入系统应包含进料装置、助剂注入阀与电气控制系统三个部分。设备运行时，主要通过往复式计量泵产生压力，促使料流完成由进入到挤出的整体过程，其泵压通常在0.2MPa左右。在此基础上，为了保证EnoxDTBP溶液可顺畅、高效地进入机筒内部，并与聚丙烯实现充分混合，应将助剂进料口设置在操作侧远端螺杆的上部。究其原因，主要是在聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备运行时，双螺杆结构中远端螺杆的原料充盈程度比较低，其腔体内的压力值也处于较低状态，所以不会对助剂进入产生较大阻碍[1]。

此外，还需对液体注入阀进行细化设计。注入阀通常由阀主体、阀芯、阀帽以及密封件四个部分构成。其中，阀芯与阀主体进行螺纹连接，可通过螺纹转动实现两者连接距离的控制，从而实现助剂进入量的调整。密封件应设置在阀芯与阀主体之间，对阀芯上部进行密封保护，以避免助剂从缝隙处溢出。在该设备结构的生产应用中，相关人员可先旋紧阀主体的连接件，在逐渐拧松。通过这样的方式，可有效释放出液体注入阀内部的压力，使其腔体内部压力与外部大气压力相一致，进一步提高助剂进入的通畅性。

（二）料丝挤出系統的设计

由于聚丙烯的热塑性极高，所以其在设备挤出初期，仍然具备较强的粘性，故而易发生料丝、料条的粘连故障。对此，主要应从两个角度入手进行设备挤出系统的优化：一方面，应将聚丙烯熔喷无纺布专用料的挤出孔间距进行扩大设计，以保证同时挤出的物料不会相互接触。另一方面，应缩短物料挤出后的入水距离，以促进聚丙烯的快速硬化。以此为基础，可设计出机头宽度为700mm的自落式物料挤出装置，将挤出孔的数量、间距分别设置为49个、13.5mm，并使料丝挤出方向设置在下方。经过实践检验，在200kg/h产量的工况下，聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出设备的料丝粘连问题可得到有效解决，且出料均匀，即表明设计思路合理。

三、聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出工艺的运用要求

（一）工艺温度的控制

聚丙烯的热塑性与加工温度通常呈现正比关系。所以，要想降低料丝粘连的故障问题发生，还可对聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出工艺中的出料温度参数进行控制，以便降低聚丙烯的热塑性，使其在入水后最短时间内实现完全冷却。但需要注意的是，若出料温度设置过低，将很难保证聚丙烯处于理想的熔融状态状态中，不利于熔喷专用料的标准化产出。同时，也会导致聚丙烯与EnoxDTBP无法充分反应，进而降低熔喷专用料的阻燃、强韧等性能水平。反之，若温度过高，则无法达到出料故障的控制效果。基于此，有学者将进料至出料的流道整体分成了T1至T16共 16个区段，其最佳控制温度分别为170℃、160℃、225℃、225℃、225℃、225℃、225℃、200℃、180℃、160℃、150℃、145℃、145℃、140℃、170℃、160℃。其中，T2为流道的助剂加入口，T10、T12为流道的真空排气口。通过这样的工艺温度控制方式，可使聚丙烯实现加工温度的先升后降，从而在保证聚丙烯熔融反应与混合反应充分完成的同时，实现熔喷专用料挤出温度的降低，以便最大程度地防止料丝粘连。

（二）长径比的控制

在聚丙烯熔喷无纺布专用料挤出工艺的应用过程中，用于物料混合与挤出的双螺杆系统可对熔喷专用料的最终质量产生影响，因此有必要对其长径比进行合理控制。据相关研究显示，当螺杆长径比处于36∶1时，聚丙烯原料与助剂在设备内部的停留时间比较短，所以聚丙烯并不能完全进入熔融状态，其混合反应也无法充分。此时，熔喷专用料在挤出后的韧性、冲击抗性、助剂特性均处于较低水平;当螺杆长径比处在44∶1时，聚丙烯及助剂均能在挤出设备内实现有效的分散与混合，因此其各项性能也随之处在峰值状态;当螺杆长径比处在48∶1时，由于聚丙烯在高温环境中停留时间过长，所以会发生相应的降解反应。此时，聚丙烯的加工消耗量增大，熔喷专用料的整体性能也有所下滑。所以，应将设备长径比控制为48∶1这一最佳参数[2]。

四、结论

总而言之，基于聚丙烯材料的强热塑性特点，其挤出加工的设备与工艺要求也比较高。在实践中，相关人员应坚持趋优性的设计原则，力求达到最佳的设备质量与工艺参数，以避免料丝粘连、产品低质等负面情况发生。

参考文献：

[1]   陶永亮，陈曦，向科军.聚丙烯材料在医用口罩中的应用[J].橡塑技术与装备，2020，46（08）：33-36.

[2]   蔡智勇，张翼翔，刘俊，陈新泰，刘鹏辉，王国宏，谢凤辉.挤出设备及挤出工艺对膨胀型阻燃聚丙烯的影响[J].广东化工，2019，46（06）：56-58.