劉金南　程壽國　沙印　周宏雷　劉夙偉

摘 要：國內(nèi)外對(duì)熔噴非織造技術(shù)的研究已經(jīng)較為成熟，國外代表公司有日本卡森和德國Biax，國內(nèi)公司主要有精誠、精岳和華多等。在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中由于工藝的特殊性，熔噴模頭對(duì)材料和加工都有一定要求。為了保證熔噴模頭的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，本文介紹了模頭工作原理，分析影響產(chǎn)品質(zhì)量的核心部件，再對(duì)模頭材料和加工方法進(jìn)行了分析，以不同的方式對(duì)模頭進(jìn)行裝配，裝配的好壞對(duì)整體性能具有較大的影響，下一步的重點(diǎn)是在發(fā)展中去尋求技術(shù)的突破。

關(guān)鍵詞：熔噴模頭 加工 突破

Research on Processing and Assembly Methods of Small Meltblown Die

Liu Jinnan，Cheng Shouguo，Sha Yin，Zhou Honglei，Liu Suwei

Abstract：The research on meltblown nonwoven technology at home and abroad has been relatively mature. Foreign representative companies include Kasen from Japan and Biax from Germany， and domestic companies mainly include Jingcheng， Jingyue and Huaduo. Due to the particularity of the process in the entire production process， meltblown die heads have certain requirements for materials and processing. To ensure the stable and reliable operation of the meltblown die， this article introduces the working principle of the die head， analyzes the core components that affect product quality， and then analyzes the materials and processing methods of the die head， and assembles the die head in different ways. The quality of the product has a greater impact on the overall performance， and the next step is to seek technological breakthroughs in development.

Key words：meltblown die head， processing， breakthrough

1 熔噴技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在19世紀(jì)中期美國海軍研究所對(duì)熔噴法進(jìn)行研究，成功制取超細(xì)纖維，在這一方面取得了顯著成果。隨后熔噴非織造技術(shù)在20世紀(jì)70年代被廣泛采用，目前，日本卡森公司和德國Biax公司的熔噴模頭代表了世界上兩種典型的技術(shù)類型。2020年，美國貝瑞全球集團(tuán)在英國投資了一條新的熔噴生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用了新專利技術(shù)。

在20世紀(jì)50年代末我國才開始研究熔噴技術(shù)。20世紀(jì)80年代，中國坊織大學(xué)研制出了間歇式熔賁法生產(chǎn)線。研究得出不同熔噴模頭噴絲孔的孔型、尺寸和加工精度對(duì)紡絲成型有很大的影響，而熔噴模頭的材質(zhì)對(duì)其機(jī)械性能和使用壽命影響很大。通常情況下材質(zhì)的硬度越高，熔噴模頭的使用壽命就越高，但是其加工難度也越大。到2020年為止，精誠、精岳和華多等國產(chǎn)模頭被用于熔噴設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量得到市場認(rèn)可。

2 熔噴生產(chǎn)分析

熔噴生產(chǎn)過程相對(duì)來講是比較復(fù)雜的，通過不同設(shè)備之間的配合完成產(chǎn)品的加工，整個(gè)流程可以簡化為：先通過喂料裝置吸入聚合物，通過螺桿擠出機(jī)擠壓，經(jīng)過多段加熱區(qū)使原料融化成液態(tài)溶體，隨后經(jīng)過濾網(wǎng)過濾掉熔體中的雜質(zhì)，再由計(jì)量泵把熔體精確計(jì)量送入熔噴模頭內(nèi)，經(jīng)過模頭噴出最終形成產(chǎn)品。整條熔噴生產(chǎn)線主要包括喂料裝置、螺桿擠出機(jī)、計(jì)量泵、空氣加熱器、熔噴模頭、抽吸裝置、成網(wǎng)簾、駐極機(jī)、切邊卷繞裝置等，如圖1所示。

熔噴設(shè)備的出絲質(zhì)量與熔噴模頭的主要幾何參數(shù)、螺桿擠壓機(jī)的推進(jìn)速度與加熱溫度區(qū)間、空氣壓縮機(jī)的壓力調(diào)節(jié)、計(jì)量泵設(shè)定轉(zhuǎn)速和加熱器的溫度、氣流速度等都有密切聯(lián)系。在保證出絲質(zhì)量前提下，降低熔噴模頭生產(chǎn)成本和設(shè)備調(diào)試周期也非常重要。而在整條熔噴生產(chǎn)線中，上料機(jī)構(gòu)和加熱裝置是基礎(chǔ)，這些可以被其他設(shè)備替代，計(jì)量泵主要用于提升壓力及準(zhǔn)確定量，但在有些情況下可以除去，成網(wǎng)簾和切邊裝置是輔助裝置，而熔噴模頭是最核心也是最關(guān)鍵的部件，設(shè)計(jì)和精度直接影響拉絲的長度、韌性、均勻度等方面，從而對(duì)形成的布料具有決定性的影響。國內(nèi)熔噴模頭大都由模具企業(yè)加工制造，在生產(chǎn)上有一定經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)小型模頭常常采用T字形流道結(jié)構(gòu)，大型模頭則采用衣架式流道結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求也不一樣。

3 熔噴模頭材料選用分析

國內(nèi)在熔噴設(shè)備的生產(chǎn)上具有一定的水平，大部分的設(shè)備能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的符合醫(yī)用要求的產(chǎn)品。相比從國外進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，采用國產(chǎn)設(shè)備可節(jié)省一半的成本。經(jīng)過對(duì)市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)生產(chǎn)的熔噴模頭主要分為300mm、450mm、600mm、800mm、1200mm、1600mm、2400mm和3200mm這幾種。其中300mm、600mm和1600mm的熔噴模頭使用最為廣泛。本文列出了3種不同的材料進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)于幾種不同寬幅的模頭。

3.1 45鋼

熔噴模頭采用45鋼材料，其成本較低，而且硬度相對(duì)小加工較為方便，但在進(jìn)行微孔加工時(shí)，由于其材料中含有較多雜質(zhì)，鉆頭切削不順暢，而且在機(jī)器上使用時(shí)熱變形量相對(duì)較大，故只適用于短期使用，用于寬度小于300mm寬幅的熔噴機(jī)上使用。

3.2 4Cr13

4Cr13是高硬度及高耐磨性的一種不銹鋼材料，硬度要比45鋼高，在進(jìn)行微孔加工時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)鉆頭斷裂現(xiàn)象，而且該鋼抗氧化性好，熔噴機(jī)使用過程中溫度基本在300℃左右，熱變形量相對(duì)較小，可長期使用，適合用于寬幅在600mm至1200mm的模頭生產(chǎn)。

3.3 SUS630

SUS630是馬氏體沉淀硬化不銹鋼，其具有高強(qiáng)度，高硬度，較好的焊接性能和耐腐蝕性能。選用此材料做的熔噴模頭，成本較高，同時(shí)由于硬度較高，在進(jìn)行微孔加工時(shí)不方便，很容易造成鉆頭斷裂的現(xiàn)象，但在機(jī)器上使用時(shí)熱變形量相對(duì)較小，能長期使用，尤其適合用于寬幅在1200mm以上的模頭生產(chǎn)。

4 熔噴模頭加工方法分析

熔噴模頭在加工過程中主要的難點(diǎn)在于中間噴絲板的微孔及其內(nèi)部流道的加工，對(duì)于小型模頭常采用T字形流道，中間部分深度大，厚度小，采用銑床加工比較困難，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的多次嘗試，發(fā)現(xiàn)采用銑床+線切割的方式也能完成T字形流道的加工，中間部分可直接用線切割一次成型加工，加工后需要將兩邊封住，主要是通過焊接技術(shù)將其焊實(shí)。

在焊接過程中，如果是用切割下來的材料將其作為兩側(cè)的密封板，在焊接完成后經(jīng)過高溫作用會(huì)使焊接裂開，內(nèi)部熔融物質(zhì)則會(huì)在壓力下流出，導(dǎo)致內(nèi)部壓力不足，產(chǎn)品質(zhì)量急劇下降。原因在于切割下來的材料重新封填進(jìn)去會(huì)有間隙，即便經(jīng)過焊接也會(huì)存在裂縫，因此必須重新切割，才能保證無縫對(duì)接，再經(jīng)過焊接技術(shù)焊實(shí)，如此才能避免內(nèi)部的熔融物質(zhì)在高溫高壓下泄露。

熔噴模頭微孔加工完成后還需要對(duì)其進(jìn)行拋光處理，常見的有流體拋光方式，所使用的磨料，有兩種形態(tài)，一種是半固體形態(tài)，另一種是液體磨料，通過拋光后的微孔孔壁比較光滑，能夠提高出絲效率和質(zhì)量。

5 熔噴模頭裝配分析

在模頭裝配過程中，最重要的是導(dǎo)風(fēng)板與噴絲板的安裝，由于從噴絲板中擠出的熔融材料經(jīng)過高溫高壓的氣體拉伸成纖維狀，對(duì)氣體的方向和流速要求都較高，在安裝時(shí)必須保證導(dǎo)風(fēng)板上下留出的間隙一致均勻，為保證這一要求，裝配時(shí)必須按照一定方法進(jìn)行，在多次嘗試裝配后本文總結(jié)了以下幾種方式：

5.1 定位片

第一種方法是在對(duì)單個(gè)導(dǎo)風(fēng)風(fēng)板進(jìn)行裝配時(shí)，可以選擇2塊厚度在0.25mm的銅片或鋁片作為定位片，將其分別置于噴絲板兩端，然后將導(dǎo)風(fēng)板靠緊，此時(shí)靠緊的力不能過大，否則容易造成導(dǎo)風(fēng)板滑動(dòng)，其次在擰緊固定螺母的時(shí)候需要分批次進(jìn)行，此種方法調(diào)節(jié)時(shí)間較短，但是間隙有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。

5.2 定位片+塞尺

第二種方法與第一種稍微不同，主要先選擇2塊厚度在0.2mm的銅片或鋁片作為定位片，將其分別置于噴絲板兩端，然后將導(dǎo)風(fēng)板靠緊，先用0.2mm的塞尺來回刮動(dòng)，當(dāng)刮動(dòng)力度一致時(shí)，換用0.25mm的塞尺來回刮動(dòng)，當(dāng)刮動(dòng)力度一致時(shí)，將導(dǎo)風(fēng)板上一端的螺釘擰緊，繼續(xù)用塞尺來回刮動(dòng)并用橡膠錘進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到刮動(dòng)力度一致時(shí)將另一端螺釘擰緊，此種方法調(diào)節(jié)時(shí)間較長，對(duì)操作人員要求較高，但是間隙比較均勻。

5.3 調(diào)節(jié)螺母+塞尺

第三種方法主要基于螺釘?shù)淖孕哂形?dòng)的特性來進(jìn)行調(diào)節(jié)，該方法不需要定位片進(jìn)行前期調(diào)整，只需要將導(dǎo)風(fēng)板靠在噴絲板上，然后選用2片0.25mm的塞尺來回進(jìn)行刮動(dòng)，在刮動(dòng)的時(shí)候調(diào)節(jié)螺釘?shù)男?，?dāng)刮動(dòng)力度一致時(shí)即可將導(dǎo)風(fēng)板上的螺釘擰緊，此種方法調(diào)節(jié)時(shí)間較短，而且在生產(chǎn)中的時(shí)候當(dāng)導(dǎo)風(fēng)板出現(xiàn)松動(dòng)的時(shí)，可不用停機(jī)直接進(jìn)行調(diào)節(jié)。

6 結(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，熔噴新工藝必將不斷涌現(xiàn)，其形成的產(chǎn)品應(yīng)用范圍也越來越廣，目前在工業(yè)中主要用于過濾及隔離材料，在農(nóng)業(yè)上也可以考慮用于保暖、污水分離等。但是熔噴的核心部件制約著整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，尤其是熔噴模頭的加工與裝配的好壞對(duì)整體性能具有較大的影響，如何在今后的發(fā)展中去尋求技術(shù)的突破是重中之重。

基金資助：江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20KJB530008）;江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題（項(xiàng)目編號(hào)：XJ2020LG001 ）;江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202013137022Y）。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭寧來.新型熔噴布生產(chǎn)線研制成功[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2020，35（02）：18.

[2]徐娙梅，彭輝麗，陳鋼進(jìn).“熔噴法非織造駐極體材料的制備”綜合型應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].教育教學(xué)論壇，2020（45）：261-263.

[3]黃景瑩，章輝.熔噴布應(yīng)用領(lǐng)域與標(biāo)準(zhǔn)解析[J].紡織科學(xué)研究，2020（06）：66-68.

[4]孫鏡姍，張爽，霍雨心，宋思慧.熔噴法非織造布的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].遼寧絲綢，2020（02）：32-33.

[5]孟慶興.熔噴非織造技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].聚酯工業(yè)，2020，33（03）：16-19.

[6]劉冰.丙綸噴絲板微孔加工關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].東華大學(xué)，2014.