羅廣恒 李志宏 尹志宏 翁繼聰

摘要：生產(chǎn)口罩的關(guān)鍵材料為聚丙烯熔噴布，熔噴法是生產(chǎn)該材料最主流的生產(chǎn)工藝。受新冠肺炎疫情影響，2020年初口罩需求量激增，導(dǎo)致其關(guān)鍵材料—聚丙烯熔噴布供不應(yīng)求，價格波動劇烈，不少商家轉(zhuǎn)行生產(chǎn)聚丙烯熔噴布。同時，不少機械廠也轉(zhuǎn)行生產(chǎn)熔噴布生產(chǎn)設(shè)備。然而，由于該類機械廠經(jīng)驗及質(zhì)量水平不足，導(dǎo)致這些企業(yè)所生產(chǎn)的熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量普遍較差。而使用方缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗，對于一些常見問題無法解決。因此，針對聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量糾紛層出不窮，大量不達標聚丙烯熔噴布的出現(xiàn)也會造成社會資源浪費和資金流失。為解決上述矛盾，從設(shè)備安全和性能兩個角度出發(fā)，分析聚丙烯熔噴布生產(chǎn)線的常見質(zhì)量問題，并試探性地給出一些解決問題的建議。

關(guān)鍵詞：口罩;聚丙烯熔噴布;質(zhì)量問題

中圖分類號：TS103文獻標志碼：A文章編號：1009-9492（2021）12-0301-03

Analysis of Common Quality Problems of Polypropylene Melt-blown Cloth Production Equipment for Face Mask

Luo Guangheng ，Li Zhihong ，Yin Zhihong ，Weng Jicong（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan， Guangdong 528300， China）

Abstract： The key material in the production of masks is polypropylene melt-blown cloth， and melt-blown method is the most mainstream production process. Affected by Covid-19， the demand for masks increased rapidly in early 2020， resulting in a shortage of key material polypropylene melt blown fabric and price volatility. Many businesses switched to polypropylene melt spray cloth. At the same time， many machinery factories have also switched to the production of melt blown cloth production equipment. However， due to the lack of experience and quality level of such machinery plants， the quality of melt blown cloth production equipment produced by these enterprises is generally poor. The user lacks production experience and cannot solve some common problems. Therefore， the quality disputes of polypropylene melt blown cloth production equipment emerge one after another. The emergence of a large number of substandard polypropylene melt blown cloth will also cause a waste of social resources and loss of funds. In order to solve the above contradiction，the common quality problems of polypropylene melt blown cloth production line from the perspective of equipment safety and performance were analyzed， and some suggestions to solve the problems were tentatively given.

Key words： mask; polypropylene melt blown cloth; quality problem

0 引言

聚丙烯熔噴布是制造口罩的核心材料，由專用的生產(chǎn)設(shè)備使用熔噴工藝制成。受新冠疫情影響，2020年初口罩需求量急劇增加，導(dǎo)致聚丙烯熔噴布供不應(yīng)求，價格飛漲，需求激增也直接影響生產(chǎn)設(shè)備的價格。2020年2—5月，聚丙烯熔噴布的生產(chǎn)設(shè)備供不應(yīng)求，售價暴漲，從原來的十多萬漲至數(shù)十萬甚至數(shù)百萬，甚至出現(xiàn)有價無市、一機難求的局面。在高額利潤的刺激下，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的制造企業(yè)數(shù)量也大量增加，很多企業(yè)根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，直接采購其配件進行簡單組裝直接出售。然而，由于設(shè)備生產(chǎn)方經(jīng)驗及水平不足，沒有足夠的能力調(diào)試機器，導(dǎo)致這些熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)質(zhì)量水平普遍較低，許多廠家銷售后不能提供正常的設(shè)備調(diào)試服務(wù)，同時使用方也因經(jīng)驗不足，設(shè)備運行異常的問題無法得到解決，激發(fā)了供需雙方的矛盾。因此，2020年下半年起圍繞生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的質(zhì)量糾紛層出不窮，因設(shè)備問題生產(chǎn)出來的不達標熔噴布也大量出現(xiàn)，造成社會資源浪費和資金流失。質(zhì)量低熔噴布生產(chǎn)設(shè)備會直接影響到熔噴布的生產(chǎn)效率及其成品質(zhì)量，甚至?xí)嬖诎踩[患。因此，有必要對聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備常見的質(zhì)量問題進行綜合分析。本文將從設(shè)備的安全、性能及成品質(zhì)量等角度分析聚丙烯熔噴非織造布生產(chǎn)設(shè)備的常見質(zhì)量問題，并且試探性給出部分解決方案。

1 熔噴布生產(chǎn)設(shè)備

聚丙烯熔噴布是將聚丙烯粒料使用熔噴工藝經(jīng)熔噴布生產(chǎn)設(shè)備制成的片材。熔噴法是目前熔噴布的主流生產(chǎn)工藝，其工藝原理是將聚合物熔體從熔噴模頭噴絲孔擠出，形成熔體細流，同時，噴絲孔兩側(cè)的高速高溫氣流對熔體細流進行噴吹與拉伸，從而細化成細度只有1～5μm的細絲[1]，而后細絲被熱氣流拉斷成長約45mm 的短纖維，通過真空抽吸裝置，以均勻收集，纖維依靠自黏特性形成熔噴布[2]。生產(chǎn)過程主要有：聚合物的喂入-熔融后擠出-原料過濾-原料計量-噴絲-成網(wǎng)-靜電駐極-后加工（裁切）-卷取-成品。為了完成熔噴布的生產(chǎn)流程，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備主要由上料機、塑料擠出機、換網(wǎng)裝置、熔體計量泵、熱風(fēng)系統(tǒng)（熱風(fēng)機與加熱器）、熔噴模頭、成網(wǎng)機、吸風(fēng)機、駐極裝置、收卷分切裝置和電氣控制系統(tǒng)等組成[3]。

2 口罩用熔噴布生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量問題

疫情初期，由于熔噴布需求量大，導(dǎo)致價格暴漲，高利潤導(dǎo)致不少商家轉(zhuǎn)行生產(chǎn)熔噴布，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備供不應(yīng)求，甚至出現(xiàn)一機難求的局面，促使大量的設(shè)備制造廠轉(zhuǎn)型生產(chǎn)口罩用熔噴布的生產(chǎn)設(shè)備。然而，新入行的設(shè)備生產(chǎn)和使用雙方缺乏對其使用及調(diào)試均經(jīng)驗，雙方糾紛伴隨著設(shè)備質(zhì)量問題頻頻出現(xiàn)而產(chǎn)生。此外，由于原料或設(shè)備問題使得一大批質(zhì)量不達標的熔噴布出現(xiàn)，造成原料的浪費以及生產(chǎn)者財產(chǎn)損失，影響熔噴布行業(yè)的健康發(fā)展。對于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備，常見的質(zhì)量問題可分為安全問題及性能問題。

安全問題是指熔噴布生產(chǎn)設(shè)備存在安全隱患，如機械安全隱患，電氣安全隱患，熱安全隱患等。性能問題則是指在生產(chǎn)過程中設(shè)備出現(xiàn)一些影響正常生產(chǎn)的問題，如物料外溢，產(chǎn)品厚度不均勻，產(chǎn)品過濾率不達標等。

2. 1 設(shè)備安全問題

安全問題是絕大部分聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備或多或少都會出現(xiàn)的質(zhì)量問題，盡管這個問題一般不是設(shè)備的使用方和生產(chǎn)方產(chǎn)生糾紛的內(nèi)容，監(jiān)管部門在處理時均以設(shè)備安全問題為首。在實際生產(chǎn)中，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備常見的安全隱患主要有機械安全隱患、電氣安全隱患、熱安全隱患等。

2. 1. 1 機械安全隱患

機械安全隱患指聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中，人體進入危險區(qū)或觸及危險運動部件時造成物理傷害的安全隱患。產(chǎn)生該隱患主要原因是防護不到位，生產(chǎn)廠家常因成本控制、操作便利等原因忽視對危險部件的防護。如圖1所示，擠出機部分的主電機、減速器及傳動皮帶等運動部件屬于危險部件，但缺乏防護，存在傷人的可能。

因此，對于危險運動部件，生產(chǎn)廠家在制造設(shè)備時，應(yīng)給予足夠的防護，配置適當?shù)姆雷o罩或其他安全措施，減少人與部件接觸的可能性。例如，位于電機和減速器之間的驅(qū)動軸和連接器以及傳動帶應(yīng)使用固定式防護裝置進行防護[4]，如圖2所示。

此外，生產(chǎn)廠家在設(shè)計安全防護裝置時，應(yīng)考慮該裝置在設(shè)計、維護和使用過程中存在的潛在危險，如擠壓、剪切、緊固件松動等[5]。

對于一些可能造成壓力過高的部件如熔體/齒輪泵、熔體連接體、擠出機頭等，需要提供過壓保護防止超過標示的最大允許內(nèi)壓。

2. 1. 2 電氣安全隱患

電氣安全隱患在熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)和使用中較容易出現(xiàn)。由于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備電路接線不規(guī)范或部件質(zhì)量不足等原因，設(shè)備可能存在觸電以及損壞的隱患。例如，設(shè)備接地不規(guī)范，設(shè)備在通電時，可能會使外殼帶電，觸碰外殼可使人觸電。沒有配置過載、過流等電路保護器件，在設(shè)備運行時出現(xiàn)過載、過流、短路等情況時可能會損壞設(shè)備電機等部件。

為消除電氣安全隱患，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計電路時應(yīng)參照國家標準。例如，外露可導(dǎo)電部件均應(yīng)接地，接地線色標應(yīng)統(tǒng)一且保證絕對專用，并使用端子連接。動力電路、控制電路均應(yīng)設(shè)置過電流保護;額定功率大于0. 5 kW的電機應(yīng)配備過載保護[6]。

此外，原料及制品在生產(chǎn)過程中與設(shè)備摩擦產(chǎn)生靜電電荷儲存在設(shè)備中，累積到一定程度，人體接觸設(shè)備會觸電。因此，這些區(qū)域也需進行接地或通過接地的導(dǎo)體表面進行放電。

2. 1. 3 熱安全隱患

熱安全隱患體現(xiàn)發(fā)熱部件無絕熱措施，造成表面接觸溫度過高，易燙傷。熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的人體可接觸熱表面基本為金屬表面。如圖3所示，人體對金屬熱表面可接觸溫度的極限值為70℃，同時人體皮膚接觸表面時的燒傷閾 Ts 會隨著時間 t 的增大而降低[7]。

然而，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的高溫部件如料筒、熔噴模頭、換網(wǎng)裝置等發(fā)熱表面常常會高于人體可接觸的極限溫度。設(shè)備的工作溫度一般在200℃以上，而這些發(fā)熱部件的表面均在70℃以上，甚至達到150℃以上（如熔噴模頭）。對于這些發(fā)熱部件，應(yīng)在其表面包覆絕熱材料或阻擋裝置防止人員燙傷。而因操作原因無法進行防護的熱表面，應(yīng)加上警告標示，并在交付使用時告知相關(guān)操作人員，以免造成燙傷。

2. 2 設(shè)備性能問題

設(shè)備性能問題是熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的使用方和生產(chǎn)方產(chǎn)生質(zhì)量糾紛的內(nèi)容。對于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備，主要的性能問題有物料外溢，產(chǎn)品過濾率不達標等。

2. 2. 1 物料外溢

當熔噴布生產(chǎn)設(shè)備沒有配備換網(wǎng)裝置和過壓保護裝置時，就存在物料外溢的可能性。設(shè)備沒有配備換網(wǎng)裝置，雜質(zhì)會堵塞熔噴模頭的?？?，使熔體壓力升高，當熔體壓力超過料腔承壓限值且沒有過壓保護時，熔融的物料會從部件連接處的縫隙溢出，影響設(shè)備性能，嚴重時會損壞部件。

為解決上述問題，需要配置換網(wǎng)裝置和壓力保護裝置。換網(wǎng)裝置一般安裝在般位于機筒和熔體泵之間，主要用于濾除前系統(tǒng)設(shè)備脫落的異物、未熔融物料和熔融物料中的雜質(zhì)等[8]。換網(wǎng)裝置在設(shè)備運行時需定期更換濾網(wǎng)，以保證過濾效果。過壓保護裝置一般使用高溫熔體壓力傳感器，分別安裝在該裝置通過把熔體壓力變量轉(zhuǎn)換成電阻變量，通過換算得出熔體壓力值，實現(xiàn)監(jiān)控熔體壓力的功能[9]。

2. 2. 2 產(chǎn)品過濾率不達標

過濾率是口罩的關(guān)鍵指標?？谡肿鳛橐咔槠陂g不可或缺的個人防護用品，在疫情防控中發(fā)揮了重要作用。保持社交距離和佩戴口罩也是中國在多次出現(xiàn)疫情時能在短時間內(nèi)取得抗疫勝利的重要經(jīng)驗[10]。疫情期間人們一般佩戴的是醫(yī)用防護口罩，該類口罩要求過濾率在95%以上[11]?？谡诌^濾率是否達標，取決于其關(guān)鍵材料聚丙烯熔噴布的過濾率。

作為口罩的關(guān)鍵材料，聚丙烯熔噴布的作用是過濾細菌、病毒等細小顆粒物[12]。目前市場上常見的醫(yī)用防護口罩一般分為3層和5層，表層用無紡布（S層）作為支撐保護層，芯層用熔噴層（M層）增強口罩的過濾效果[13]?？梢?，口罩的熔噴層過濾率決定口罩產(chǎn)品整體的過濾效果。然而，由于多方面原因，許多新入行生產(chǎn)熔噴布的企業(yè)所造的產(chǎn)品過濾率不達標，造成資源浪費及財產(chǎn)損失。從生產(chǎn)工藝流程來看，熔噴布過濾率不達標主要原因：生產(chǎn)熔噴布的原料不達標;熔噴布的參數(shù)不合理。解決上述問題，應(yīng)從原料配方和熔噴模頭入手。

（1） 原料配方

生產(chǎn)熔噴布的主要原料是以聚丙烯為主要原料，以二叔丁基過氧化物（ DTBP ）為降解劑，經(jīng)改性制得的聚丙烯熔噴專用料，其特性為較高的熔體質(zhì)量流動速率。聚丙烯熔噴專用料的流動速率通常分為450 g/10min、1000 g/10 min、1200 g/10 min、1300 g/10 min、1500 g/10 min[14]。作為生產(chǎn)口罩熔噴層的聚丙烯熔噴專用料，需要較高的流動性，其流動速率應(yīng)不小于1200 g/10min。

然而，僅使用上述聚丙烯熔噴專用料生產(chǎn)并不足以使熔噴布過濾率達標，還需對其進行靜電駐極處理。熔噴布的過濾機理有兩種：機械過濾和靜電吸附[15]。僅憑機械過濾的話過濾率一般不到50%，不足以達到口罩使用的要求。因此，在生產(chǎn)過程中還需對其進行靜電駐極處理。

經(jīng)靜電駐極處理的熔噴布帶有電荷，可對氣溶膠顆粒產(chǎn)生高效的吸附效果，結(jié)合機械過濾可使熔噴布過濾率大大提高[16]。不過，聚丙烯材料儲存電荷的能力不足，在短時間內(nèi)會電荷量會大量流失造成靜電衰減，嚴重影響材料的過濾效果和使用壽命。

對于這種情況，行業(yè)通常做法是添加一定比例的駐極母粒使原料改性。添加駐極母粒不會改變纖維形態(tài)，但能提高靜電過濾性能的穩(wěn)定性，其原理是：增加熔噴無紡布中電荷捕集能阱的密度和深度，有效釋放負離子和儲存電荷達到提高熔噴布的綜合濾效和抗熱衰減的性能，同時，由于靜電作用會使熔噴布材料結(jié)構(gòu)變蓬松，過濾阻力也會相應(yīng)降低。駐極母粒含量一般為2%～5%，具體由熔噴布生產(chǎn)企業(yè)按實際情況確定。

（2） 熔噴模頭

熔噴模頭是熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件。熔噴模頭的參數(shù)和精度對形成的布料具有決定性的影響。熔噴模頭的設(shè)計和精度直接影響熔噴絲的孔徑、纖維細度和均勻性，這些參數(shù)直接影響熔噴布的過濾性能。在設(shè)計上，模頭的流道結(jié)構(gòu)型式主要有衣架式、T 字型、管路分配式和魚尾式等[17]。

熔噴模頭在加工上的難點在于噴絲孔及內(nèi)部流道的加工，而噴絲孔作為熔噴絲成型的終端，是熔噴模頭最核心，也是加工難度最大的地方。一般熔噴設(shè)備要求噴絲孔直徑在0.50 mm以下，而生產(chǎn)口罩用的熔噴模具噴絲孔要求更高，直徑在 0.20 mm 以下。在加工噴絲孔時，需保證其精度，與噴絲質(zhì)量有關(guān)的精度包括：噴絲孔各孔的直徑偏差、長度偏差、圓度、圓柱度、表面粗糙度、各孔的位置度、孔內(nèi)同軸度等。除此之外，導(dǎo)風(fēng)板及噴絲板在裝配時與模頭間的平行度也對熔噴布的出絲質(zhì)量和效率有重要影響。檢驗相關(guān)精度需要用到高精度的顯微鏡和專用測量工具，一般的模具加工廠不具備相關(guān)檢測能力，在生產(chǎn)的時候憑經(jīng)驗加工，無法判斷精度是否合格。因此，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)在采購熔噴模頭時宜送到具有相關(guān)檢測資質(zhì)的機構(gòu)檢測，作為驗收依據(jù)。

3 結(jié)束語

本文從設(shè)備安全及性能角度分析口罩用聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)過程中常見的質(zhì)量問題，設(shè)備常存在的安全問題包括機械安全隱患、電氣安全隱患、熱安全隱患，常存在的性能問題包括物料外溢、產(chǎn)品過濾率不達標。

對于機械安全隱患，可加上相應(yīng)安全防護裝置;對于電氣安全隱患，可對外露導(dǎo)電部件及可能產(chǎn)生靜電的區(qū)域接地，并配備過電流、過載保護裝置;對于熱安全隱患，在其熱表面包覆絕熱材料隔熱，因操作原因不能隔熱的則應(yīng)加上警告標示;對于物料外溢問題，應(yīng)對設(shè)備配備換網(wǎng)裝置及過壓保護裝置，換網(wǎng)裝置須定期更換濾網(wǎng);對于產(chǎn)品過濾率不達標問題，可根據(jù)生產(chǎn)工藝對原料配方加以調(diào)整，此外，應(yīng)使用設(shè)計及精度符合要求的熔噴模頭。

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第一作者簡介：羅廣恒（1988-），男，大學(xué)本科，工程師，研究領(lǐng)域為機械檢測工作，已發(fā)表論文2篇。

（編輯：刁少華）