紀(jì)發(fā)達(dá) 王敬偉

(山東龍港硅業(yè)科技有限公司，山東 濰坊 261300)

非織造布是一種不經(jīng)紡紗和織造而成的織物，僅由定向或隨機(jī)排列的紡織短纖維或長絲形成纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過機(jī)械或化學(xué)方法進(jìn)行加固而成[1]。它直接使用高聚物切片、短纖維或長絲，通過各種纖維網(wǎng)成型方法和固化技術(shù)，形成柔軟、透氣、平面結(jié)構(gòu)的新型紡織產(chǎn)品。非織造布突破了傳統(tǒng)的紡織原理，具有工藝流程短、生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量高、成本低、應(yīng)用范圍廣、原料來源多等特點(diǎn)。但普通非織造布不具有阻燃性，遇明火容易燃燒，隨著人們安全意識(shí)的提高和國家相關(guān)法律法規(guī)的健全，用于汽車內(nèi)飾、家居裝飾、電子電器等領(lǐng)域的非織造布要求具有一定的阻燃性能。目前，阻燃非織造布主要是通過對成品織物進(jìn)行阻燃整理或在成網(wǎng)加固過程中加入阻燃纖維和阻燃黏合劑來完成，存在工藝繁瑣、阻燃效果差、織物手感差、成本高等缺點(diǎn)。

閃蒸紡絲是將高分子溶液處于溶劑的沸點(diǎn)以上，在高壓下經(jīng)噴絲板擠出而達(dá)到常壓的紡絲方法。紡絲時(shí)由于壓力突然降低，溶劑急劇蒸發(fā)，噴出極細(xì)的絲條，用此法可制備超細(xì)纖維?，F(xiàn)有的閃蒸紡絲方法大多采用螺桿擠壓加熱熔融后加入溶劑，混合后采用噴射的方法進(jìn)行生產(chǎn)。發(fā)展至今，雖然工藝日趨完善,產(chǎn)品性能更加優(yōu)越,品種更加多樣化，但此法對螺桿的要求較高，需要防止高壓熔融液倒流；高壓加入溶劑對計(jì)量泵要求較高，微小誤差或泄漏都會(huì)導(dǎo)致溶劑量出現(xiàn)偏差，影響產(chǎn)品質(zhì)量；溶劑加入后混合不均勻，閃蒸后絲未完全拉伸，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差，因此該工藝技術(shù)還有進(jìn)一步的發(fā)展空間[2]。

1 閃蒸紡絲技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

1.1 閃蒸紡絲技術(shù)現(xiàn)狀

閃蒸法非織造布工藝是美國杜邦公司于20世紀(jì)90年代初期開發(fā)出的一種新型非織造布生產(chǎn)方法，后廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。閃蒸法與傳統(tǒng)的干法紡絲不同的是：閃蒸工藝采用較低的紡絲液濃度，而以極高的壓力和速度從噴絲孔中噴出。由于溶液黏度低、流動(dòng)性好，液態(tài)絲條在高速運(yùn)動(dòng)中固化形成極細(xì)的纖維絲條，被吸附在成網(wǎng)簾上直接形成纖網(wǎng)。這種特殊工藝形成的纖維非常細(xì)，產(chǎn)品具有良好的外觀和手感，并具有防水和透濕的特性。

熔噴技術(shù)和紡黏技術(shù)的融合在非織造布行業(yè)的發(fā)展中得到了廣泛認(rèn)可，這兩種技術(shù)的結(jié)合極大地促進(jìn)了熔噴技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí)，熔噴設(shè)備也有了很大的發(fā)展，采用多噴嘴技術(shù)和特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴，不僅使單一聚合物原料和圓截面紡絲發(fā)展為多原料復(fù)合熔噴和異性截面纖維紡絲，同時(shí)提高了熔噴產(chǎn)量[3]。

1.2 閃蒸紡絲應(yīng)用前景

閃蒸法紡絲工藝是非織造技術(shù)的“頂級工藝”，具有紡絲速度高、紡絲溶劑量少(與干、濕法比)等優(yōu)點(diǎn)，由該工藝制造的纖維具有高強(qiáng)、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，直徑為400～1 000 nm。目前，美國杜邦公司是全球唯一掌握該技術(shù)和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化能力的公司。閃蒸紡絲技術(shù)是目前發(fā)展前景良好的納米和微米纖維非織造布制備技術(shù)，閃蒸非織造布可作為一種理想的防護(hù)服面料。發(fā)展該技術(shù)對提高我國非織造行業(yè)技術(shù)水平，保護(hù)人民生命健康具有重要意義[4]。

閃蒸紡絲法生產(chǎn)的非織造布因具有纖維直徑小、質(zhì)地均勻以及強(qiáng)度高等獨(dú)特的性能而廣受消費(fèi)者的青睞[5]。纖維網(wǎng)的纖維細(xì)，有利于產(chǎn)品非織造布的過濾、防水；纖維強(qiáng)度高，則有利于纖維網(wǎng)直接成網(wǎng)，不需要與其他紡織品復(fù)合，因而大大拓展了非織造布的用途。閃蒸紡絲產(chǎn)品具有特殊的物理特性，如輕盈韌性、防水透氣、耐磨抗老化、無黏合劑、不掉屑、可印刷性等，通過建筑節(jié)能、包裝輕量化、回收利用等產(chǎn)生顯著的綠色可持續(xù)效應(yīng)，在建筑、防護(hù)、醫(yī)療、包裝等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。我國已經(jīng)成為世界紡黏法非織造布生產(chǎn)大國，產(chǎn)能、產(chǎn)量均居世界第一。然而，我國非織造布產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)的紡黏非織造布大多是中低檔產(chǎn)品，技術(shù)含量高的產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口。目前，德國和法國擁有最先進(jìn)的非織造布生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備價(jià)格也遠(yuǎn)高于國內(nèi)。同時(shí)，由于研發(fā)時(shí)間早、重視程度高，國外非織造布在某些性能上顯著優(yōu)于國內(nèi)，價(jià)格也相對較高。雖然國內(nèi)有很多非織造設(shè)備制造廠家，但它們在功能上不能滿足一些企業(yè)的需求。因此，紡黏行業(yè)在高端非織造布技術(shù)方面取得實(shí)質(zhì)性突破，才能使我國逐步邁入世界紡黏非織造布強(qiáng)國之列。

現(xiàn)有的非織造布生產(chǎn)用阻燃閃蒸紡絲裝置保溫能力較弱，容易導(dǎo)致物料提前冷卻，影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此研制出了一種非織造布生產(chǎn)用阻燃閃蒸紡絲裝置。為了解決阻燃閃蒸非織造布生產(chǎn)技術(shù)要求高、生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)困難、加工工藝復(fù)雜等問題，新開發(fā)的阻燃非織造布的制備采用熔融共混紡絲技術(shù)。以該設(shè)備生產(chǎn)的阻燃非織造布具有良好的力學(xué)性能和透氣性，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的綠色化、生產(chǎn)設(shè)備的智能化、生產(chǎn)工藝的復(fù)合化。此外，由于熔融混合液經(jīng)噴絲頭噴出，溶劑迅速氣化，經(jīng)分絲部件不規(guī)則分散，通過靜電發(fā)射器區(qū)域后，因帶同種電荷相互排斥而進(jìn)一步分散。整個(gè)紡絲過程溶劑、聚烯烴、阻燃劑混合度好，可以得到纖維直徑較小的非織造布，產(chǎn)品質(zhì)量及阻燃效果明顯提升。

2 新型阻燃非織造布用閃蒸紡絲裝置

2.1 阻燃非織造布生產(chǎn)用閃蒸紡絲裝置

新型阻燃非織造布用閃蒸紡絲裝置如圖1所示，其分絲部件結(jié)構(gòu)如圖2所示。該裝置包括第一計(jì)量罐、第二計(jì)量罐、熔融釜、熔融液儲(chǔ)罐、溶劑罐和紡絲設(shè)備，其中第一計(jì)量罐和第二計(jì)量罐分別與熔融釜的第一進(jìn)料口和第二進(jìn)料口相連通，熔融釜的出料口與熔融液儲(chǔ)罐相連通，熔融液儲(chǔ)罐(設(shè)有夾套)的出料口以及溶劑罐的出料口通過噴射泵與紡絲設(shè)備的噴絲頭相連通。

1-第一計(jì)量泵；2-第二計(jì)量泵；3-熔融釜；30-夾套；31-攪拌裝置；32-壓縮空氣入口；4-熔融液儲(chǔ)罐；5-溶劑罐；6-紡絲設(shè)備；60-噴絲頭；62-靜電發(fā)射器；63-傳送帶；64-溶劑出口；7-噴射泵；8-溶劑輸送管道；9-熔融液輸送管道；10-溶劑計(jì)量泵；11-回流管道；12-溶劑回收器

溶劑罐的出料口通過溶劑輸送管道與熔融液輸送管道相連通，熔融液輸送管道一端與熔融液儲(chǔ)罐的出料口相連通，另一端與紡絲設(shè)備的噴絲頭相連通。溶劑輸送管道上設(shè)溶劑計(jì)量泵；熔融液輸送管道上設(shè)噴射泵、回流管道，回流管道的一端與靠近紡絲設(shè)備的熔融液輸送管道相連通，另一端與靠近熔融液儲(chǔ)罐的熔融液輸送管道相連通；熔融釜的釜體外部設(shè)夾套，內(nèi)部設(shè)攪拌裝置，頂部設(shè)壓縮空氣入口。

61-分絲部件；610-轉(zhuǎn)軸；611-分絲部；6110-錐形板；6111-錐形板；6112-圓形板

紡絲設(shè)備箱體的上部一側(cè)設(shè)噴絲頭，與噴絲頭相對的一側(cè)箱體內(nèi)壁上設(shè)分絲部件，分絲部件的下方設(shè)靜電發(fā)射器，靜電發(fā)射器的下方設(shè)傳送帶。箱體的頂部一側(cè)設(shè)有溶劑出口，通過溶劑回收器連通溶劑罐。

噴絲頭為錐形，噴絲頭的端部設(shè)噴絲孔。分絲部件包括水平設(shè)置的轉(zhuǎn)軸及設(shè)在轉(zhuǎn)軸上的分絲部，轉(zhuǎn)軸通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中噴絲孔與分絲部相對應(yīng)。分絲部件包括多個(gè)交替設(shè)置且無縫連接的錐形板，錐形板的底部固定在圓形板上，錐形板的頂部及圓形板與轉(zhuǎn)軸焊接連接。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)及其效果

該阻燃非織造布生產(chǎn)用閃蒸紡絲裝置具有如下優(yōu)化設(shè)計(jì)及效果。

(1)在紡絲時(shí)，聚烯烴顆粒和氣相二氧化硅分別通過第一計(jì)量泵和第二計(jì)量泵定量加入熔融釜內(nèi)，導(dǎo)熱油加熱并開啟熔融釜的攪拌裝置對物料進(jìn)行攪拌熔融，熔融混合液從熔融釜的出料口進(jìn)入熔融液儲(chǔ)罐內(nèi)，熔融液和溶劑罐內(nèi)的溶劑一起通過噴射泵定壓噴射經(jīng)噴絲頭噴出，溶劑迅速氣化，聚烯烴熔融液成纖維狀，經(jīng)分絲部件不規(guī)則分散，通過靜電發(fā)射器區(qū)域后，因帶同種電荷相互排斥而進(jìn)一步分散后散落至傳送帶上，經(jīng)傳送帶輸出。整個(gè)紡絲過程溶劑、聚烯烴、阻燃劑混合度好，不易出現(xiàn)泄漏而導(dǎo)致停產(chǎn)現(xiàn)象，且生產(chǎn)出的非織造布各個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度均勻，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(2)通過溶劑計(jì)量泵可以精確地加入所需要的溶劑，溶劑以及熔融液通過噴射泵進(jìn)入箱體，經(jīng)噴絲頭噴出。溶劑計(jì)量泵可以控制所需溶劑量，噴射泵提供壓力使得熔融液和溶劑混合進(jìn)入紡絲設(shè)備內(nèi)部。

(3)設(shè)置了回流管道，當(dāng)熔融混合液和溶劑混合時(shí)有助于維持壓力穩(wěn)定。

(4)聚烯烴顆粒和氣相二氧化硅進(jìn)入熔融釜內(nèi)，向夾套內(nèi)輸送導(dǎo)熱油，啟動(dòng)攪拌裝置，對物料攪拌加熱使其熔融，然后向熔融釜內(nèi)輸入壓縮空氣，將釜內(nèi)的熔融液恒溫壓出。壓縮空氣入口的設(shè)置可以使壓縮空氣將熔融液恒溫壓出。

(5)熔融混合液和溶劑混合后進(jìn)入箱體的噴絲頭，經(jīng)噴絲頭噴出后，熔融混合液散布在分絲部件上，然后經(jīng)分絲部件不規(guī)則分散，經(jīng)過靜電發(fā)射器區(qū)域后，因帶同種電荷相互排斥而進(jìn)一步分散后散落至傳送帶上，經(jīng)傳送帶輸出。上述紡絲設(shè)備設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡單，可使熔融混合液經(jīng)過紡絲設(shè)備形成纖維產(chǎn)品。

(6)熔融混合液進(jìn)入箱體后，溶劑會(huì)攜帶熱量揮發(fā)出去，從溶劑出口進(jìn)入溶劑回收器內(nèi)，然后再進(jìn)入溶劑罐，重新作為紡絲溶劑使用，實(shí)現(xiàn)了對揮發(fā)溶劑的回收，避免了溶劑的浪費(fèi)。

(7)熔融混合液經(jīng)過噴絲頭的噴絲孔噴出后，經(jīng)過分絲部件中的分絲部。電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，分絲部隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，熔融液經(jīng)過分絲部不規(guī)則分散，通過靜電發(fā)射器區(qū)域后，因帶同種電荷相互排斥而進(jìn)一步分散后散落至傳送帶上，經(jīng)傳送帶輸出。分絲部件采用這一結(jié)構(gòu)，有助于熔融液的不規(guī)則分散，也有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了纖維疏水性和孔隙率，從而極大地提升了材料的應(yīng)用性能。

(8)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)分絲部轉(zhuǎn)動(dòng)，熔融混合液經(jīng)兩塊交替設(shè)置的錐形板時(shí)不規(guī)則分散開，從而提高絲束網(wǎng)的取向度和斷裂強(qiáng)度。分絲部采用這一設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，有助于熔融混合液不規(guī)則分散開，進(jìn)一步提高了纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 利用新型裝置生產(chǎn)的阻燃紡絲纖維產(chǎn)品的性能

聚合物先在熔融釜熔解混合，熔解時(shí)的溫度為250～280 ℃，壓力為20 MPa，熔解成紡絲用熔融混合液，熔融液和溶劑罐內(nèi)的溶劑一起通過噴射泵定壓噴射經(jīng)噴絲頭噴出，溶劑迅速氣化，聚烯烴熔融液成纖維狀。閃蒸阻燃非織造布纖維網(wǎng)絡(luò)或纖維各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。由表1可以看出：閃蒸阻燃紡絲纖維直徑最小達(dá)0.1 μm；結(jié)晶度高，單纖強(qiáng)度高達(dá)5.3 cN/dtex；纖維取向好，制得的纖維成品具有強(qiáng)度高、抗撕裂、耐穿刺、耐撕裂等性能，是其他普通非織造布的2～3倍；阻燃效果好，極限氧指數(shù)可達(dá)33%。纖維保持單根狀態(tài)、質(zhì)地均勻、表面光滑、尺寸穩(wěn)定性好、透氣性好及生產(chǎn)纖維連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。

表1 閃蒸阻燃紡絲纖維的性能

4 結(jié)語

新研制的阻燃非織造布用閃蒸紡絲裝置可在維持壓力穩(wěn)定、熔融液恒溫的情況下，實(shí)現(xiàn)對揮發(fā)溶劑的回收，避免溶劑的浪費(fèi)，并有助于熔融液不規(guī)則分散，提高纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。該裝置制造的非織造布結(jié)合了材料自身的優(yōu)越性能，制得的纖維直徑可控制在0.1～3.0 μm，有利于非織造布的過濾、防水；結(jié)晶度高，纖維單纖強(qiáng)度高達(dá)5.3 cN/dtex，成品布的強(qiáng)力好，耐撕裂、耐針刺性能極強(qiáng)，有利于纖維網(wǎng)直接成網(wǎng)；質(zhì)輕、硬挺，阻燃效果好，極限氧指數(shù)不低于31%，拓展了非織造布的用途。該閃蒸紡絲裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、回收效率高、操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，既簡化了操作步驟，又降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和設(shè)備維修成本，達(dá)到節(jié)能降耗、減排增效的目的，且閃蒸紡絲效果好，成品均勻性佳，間接降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。目前這項(xiàng)裝置已獲得了市場認(rèn)可，具有良好的應(yīng)用前景。