Produkcja włóknin polipropylenowych metodą melt blown
Tkanina włókninowa typu melt blown
Przegląd
Do różnych zastosowań lub poziomów masek ochronnych i odzieży stosuje się różne materiały i metody przygotowania, gdyż najwyższy poziom medycznych masek ochronnych (takich jak N95) i odzieży ochronnej składa się z trzech do pięciu warstw kompozytu tkaniny włókninowej, mianowicie kombinacji SMS lub SMMMS.
Najważniejszym elementem tego wyposażenia ochronnego jest warstwa barierowa, czyli warstwa włókniny typu melt-blown M. Średnica włókien tej warstwy jest stosunkowo drobna, 2–3 μm, co odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu infiltracji bakterii i krwi. Tkanina z mikrofibry charakteryzuje się dobrym filtrowaniem, przepuszczalnością powietrza i adsorpcją, dlatego jest szeroko stosowana w materiałach filtracyjnych, materiałach termicznych, higienie medycznej i innych dziedzinach.
Technologia i proces produkcji włóknin polipropylenowych metodą melt blown
Proces produkcji włókniny metodą melt blown obejmuje na ogół następujące etapy: podawanie żywicy polimerowej w plastrach → wytłaczanie stopu → filtrowanie zanieczyszczeń stopu → dokładne dozowanie za pomocą pompy dozującej → spinet → siatka → nawijanie krawędzi → przetwarzanie produktu.
Zasada procesu melt blowingu polega na wytłaczaniu stopu polimeru z otworu dyszy przędzalniczej w głowicy, tworząc cienki strumień stopu. Jednocześnie, strumień powietrza o wysokiej prędkości i temperaturze, natryskiwany z obu stron otworu spinelu, rozprowadza i rozciąga strumień stopu, który jest następnie rafinowany do postaci włókien o grubości zaledwie 1–5 μm. Włókna te są następnie rozciągane do krótkich włókien o długości około 45 mm pod wpływem przepływu ciepła.
Aby zapobiec rozerwaniu krótkich włókien przez gorące powietrze, pod sitem koagulacyjnym umieszczono urządzenie ssące, które równomiernie zbiera mikrowłókna uformowane w wyniku rozciągania gorącym powietrzem z dużą prędkością. Na koniec zastosowano samoprzylepne urządzenie, aby uzyskać włókninę typu melt blown.
Główne parametry procesu:
Właściwości surowców polimerowych: w tym właściwości reologiczne surowców żywicznych, zawartość popiołu, względny rozkład masy cząsteczkowej itp. Spośród nich, właściwości reologiczne surowców są najważniejszym wskaźnikiem, powszechnie wyrażanym wskaźnikiem płynięcia (MFI). Im wyższy MFI, tym lepsza płynność stopu i odwrotnie. Im niższa masa cząsteczkowa materiału żywicznego, tym wyższy MFI i niższa lepkość stopu, tym bardziej nadaje się on do procesu wydmuchu ze stopu o słabym ciągnieniu. W przypadku polipropylenu wymagany MFI powinien mieścić się w zakresie 400–1800 g/10 mIN.
W procesie produkcji metodą melt blowout parametry dostosowywane do zapotrzebowania surowców i produktów obejmują głównie:
(1) Ilość wytłaczanego materiału w stanie stopionym rośnie. Przy stałej temperaturze ilość wytłaczanego materiału wzrasta, ilość włókniny rozdmuchiwanej w stanie stopionym wzrasta, a wytrzymałość rośnie (spada po osiągnięciu wartości szczytowej). Jej zależność od średnicy włókna rośnie liniowo, a w miarę jak ilość wytłaczanego materiału jest zbyt duża, średnica włókna rośnie, liczba rdzeni maleje, a wytrzymałość maleje. Zmniejsza się również siła wiązania, co prowadzi do powstania jedwabiu, a tym samym do spadku względnej wytrzymałości włókniny.
(2) Temperatura w każdym obszarze ślimaka ma wpływ nie tylko na płynność procesu wirowania, ale także na wygląd, dotyk i wydajność produktu. Zbyt wysoka temperatura spowoduje powstanie „wystrzału” polimeru blokowego, wzrost liczby defektów tkaniny, wzrost liczby pękniętych włókien, a także pojawienie się „latających” włókien. Niewłaściwe ustawienia temperatury mogą spowodować zablokowanie głowicy zraszacza, zużycie otworu dyszy przędzalniczej i uszkodzenie urządzenia.
(3) Temperatura rozciągniętego gorącego powietrza Temperatura rozciągniętego gorącego powietrza jest zazwyczaj wyrażana przez prędkość (ciśnienie) gorącego powietrza i ma bezpośredni wpływ na grubość włókna. W przypadku tych samych parametrów, wzrost prędkości gorącego powietrza powoduje przerzedzenie włókien, wzrost węzłów włókien, równomierną siłę, wzrost wytrzymałości, a włóknina staje się miękka i gładka w dotyku. Jednak zbyt duża prędkość sprawia, że łatwo jest uzyskać wrażenie „latania”, co wpływa na wygląd włókniny; wraz ze spadkiem prędkości wzrasta porowatość, maleje opór filtracji, ale wydajność filtracji maleje. Należy pamiętać, że temperatura gorącego powietrza powinna być zbliżona do temperatury topnienia, w przeciwnym razie powstanie przepływ powietrza i pudełko ulegnie uszkodzeniu.
(4) Temperatura topnienia. Temperatura topnienia, znana również jako temperatura głowicy stopu, jest ściśle związana z płynnością stopu. Wraz ze wzrostem temperatury płynność stopu poprawia się, lepkość maleje, włókna stają się cieńsze, a jednorodność lepsza. Jednak im niższa lepkość, tym lepiej. Zbyt niska lepkość powoduje nadmierne rozciąganie, włókna łatwo pękają, a formujące się ultrakrótkie mikrowłókna unoszące się w powietrzu nie mogą być zbierane.
(5) Odległość odbioru Odległość odbioru (DCD) odnosi się do odległości między dyszą przędzalniczą a zasłoną siatkową. Ten parametr ma szczególnie istotny wpływ na wytrzymałość siatki włókien. Wraz ze wzrostem DCD maleje wytrzymałość i sztywność zginania, średnica włókna maleje, a punkt wiązania maleje. Dlatego włóknina jest miękka i puszysta, przepuszczalność wzrasta, a opór filtracji i wydajność filtracji maleją. Gdy odległość jest zbyt duża, przeciąg włókna jest zmniejszony przez przepływ gorącego powietrza, a w procesie przeciągania nastąpi splątanie między włóknami, co skutkuje powstaniem włókien. Gdy odległość odbioru jest zbyt mała, włókna nie można całkowicie schłodzić, co skutkuje drutem, wytrzymałość włókniny maleje, a kruchość wzrasta.
