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纺粘和熔喷非织造布生产用PP原料介绍

64 人参与  2022年06月17日 01:29  分类 : caiji  评论
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聚丙烯是目前最常用的原料,也是最重要的聚合物纤维原料,我国有近94%的纺粘布和熔喷布所用的原料都是聚丙烯。根据美国统计,聚丙烯纤维在非织造布方面的应用越来越广泛,己大量取代聚酯和粘胶纤维。在医疗、卫生、保健等领域,聚丙烯非织造布的应用量占非织布造总量的50%。

本文来自《纺粘和熔喷非织造布手册整理》,刘玉军 主编。转载请注明来源

聚丙烯纤维与其他合成纤维有两大不同:

第一是其吸湿性很低,这就使聚丙烯纤维具有极好的耐污性与几乎相同的干、湿态特性;

第二是它拥有所有纤维中最小的密度,这使它在相同重量条件下有更好的覆盖性。

聚丙烯纤维基本性能如下:

极低的密度(0.91g/cm3);

低的含水率(小于0.1%,);

良好的耐化学性(耐酸、碱、溶剂);

防霉、防腐、防蛀、抗菌;

良好的隔热、保温、绝缘性能;

高刚度、良好的抗拉强度(4.5~7.5 cN/dtex);

良好的耐疲劳性、耐磨性;

良好的水解稳定性;

原液染色性好(可染色谱广);

耐温性为120℃、熔点为165℃;

易再生使用。

聚丙烯纤维的碳氢结构(即缺少任何极性)使其具有高的拒水性,因而可防止极性材料引起的沾染。对非织造布来说,这一特性也可通过适当的后整理来加以改变,使PP非织造布具有亲水性或其他特殊的性能。绿化布

聚丙烯熔点很低(165℃),因此纤网适合采用热轧黏合固结加工,产品已被广泛用于卫生巾与尿片的包覆材料。

由于聚丙烯纤维的非离子型化学特性,采用普通的工艺难以染色。因此PP非织造布都是采用熔体染色工艺,即在聚合物切片原料中混入色母粒,进行熔体共混纺丝染色。除了产品染色外,还可以在熔体中添加功能母粒,使产品具有特定的功能。一般情况下由光线诱发(紫外线UV)的降解现象会导致PP非织造布褪色、发脆、机械强力下降等弊病。现在可以采用添加抗老化剂的方法来减少紫外线对产品的影响,延长产品的有效使用时间。

但要指出,PP非织造布在伽马射线照射下(这是生产卫生材料时所采取的一种消毒方法)会分解,释放出一股气味,改变颜色,并且发脆。这是PP非织造布用于医疗卫生领域时要注意的问题。

1:聚丙烯的流变性能

聚丙烯成形加工中,熔体流动性能是一个重要指标,一般采用熔体流动指数(MFI)来表征,MFI值越大,熔体的流动性越好。它是指在230℃的熔融状态下,在10min时间内,标准负荷(2160g)下,流经标准(直径2.095mm,长8mm)毛细管的熔体重量,其单位为g/10min。这是目前企业常用的测试方法,通常以此表征原料切片的流动特性。熔体流动指数也称为熔融指数。绿化布

熔融指数(MFI)的大小与聚丙烯的相对分子质量有关,一般等规聚丙烯的平均相对分子质量在180000、300000之间。相对分子质量越大,MFI值越小。由于树脂品种及成形方法的不同,所选用树脂的熔融指数差别较大。

在纺粘法非织造布生产中,由于要连续进行纺丝、牵伸、铺网,而且要用高速纺丝来生产细旦纤维,故所需要的熔融指数一般要在30、40g/10min。

其他用途或工艺用树脂的MFI值与纺粘法纺丝用树脂略有差异,如膜裂纤维用树脂的MFl值一般要在4~7g/10min;长、短纤维用树脂的MFI值一般要在14~20g/min;细旦长丝、高速纺长丝、烟用过滤嘴用树脂的MFI值一般要在30~40g/10min。

生产熔喷法非织造布要用流动特性更好的树脂,熔融指数一般要在400~1500g/10min。一般熔体流动速率越高,熔体的黏度越低,就更易于牵伸成更细的纤维,单纤维的强度会较小。如果需要强度较高的纤维,就要选使用熔体流动速率较低的树脂。

由于影响非织造布强度的主要因素是纤维的粗细、纤网的均匀度及固结条件等。所以,树脂的流动速率对非织造布的强度有一定的影响,但影响并不是太大。绿化布

熔体在毛细孔流动时产生的法向应力差使取向的分子在出口处产生一种胀大的倾向。这种胀大效应依赖于毛细孔的尺寸,尤其是细孔的长径比(L/D),它随着(L/D)值的增加以及毛细孔平均剪切速率梯度的降低而降低;而随着熔体温度的降低,使松弛效应减慢和黏性阻尼增加,致使挤出胀大效应变得显著。聚丙烯柔软的分子链结构,使其在加工成形过程中对这种出口胀大行为不能忽视。这是设计喷丝板的孔间距离、喷丝孔的长径比时要考虑的因素。

2: 聚丙烯的可纺性

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可纺性是衡量高聚物原料纺制成细纤维的难易程度的一个重要应用特性,是指其熔体在喷丝孔喷出以后,熔体细流形成具有一定物理机械性能的连续纤维的特性。高聚物原料与可纺性相关的特性主要分为物理特性与化学特性两大类。

原料的物理特性主要是指熔点、软化点、玻璃化温度,剪切黏度、拉伸黏度,结晶度,水分含量、杂质含量等。

原料的化学特性主要是指分子结构、分子量、分子量分布、稳定性等。聚合物原料的物理特性及化学特性对熔体的可纺性有重要影响,以PP为例,要求其分子结构为等规型,分子量较小、有合适的熔融指数(纺粘法与熔喷法各不相同),分子量分布宽度小于4,聚合物的相对分子质量分布取决于催化剂种类及聚合工艺条件。水分含量小于500mkg、杂质含量小于250m/kg等。绿化布

聚合物的可纺性不良时,其表现为:纺丝熔体温度波动,熔体压力偏高,有熔体滴落,无法经受高速牵伸、容易出现断丝,易降解、单体多、烟雾大,过滤网、喷丝板使用周期短,容易产生停机故障等。

聚丙烯的玻璃化转变温度为-35~10℃,根据不同的样品纯度、测试方法和条件而不同。聚丙烯的熔点与等规度有关。一般聚丙烯的熔点为164~170℃,纯净等规聚丙烯熔点为176℃,纺丝温度需控制在熔点以上。具体的熔体温度与原料MFI,纺丝工艺及机型有关,同一种原料,在不同的机型上使用,熔体的温度可相差几十度。在纺丝成形过程中,随聚丙烯MFI值的增大,相对分子质量减小,纺丝温度应相应降低。

需要指出的是:由于聚丙烯有较高的熔体黏度,若在较低的纺丝温度下,很容易导致取向和结晶同时发生,并形成高度有序的单斜晶体结构;相反,在较高的纺丝温度下,由于在结晶发生前具有较大的流动性,初生纤维的预取向度低,且形成不稳定的蝶状液品结构,可实现较高倍数的拉伸,从而获得高强度纤维。

近年来,由于茂金属催化剂的发展,以茂金属催化均相聚合等规聚丙烯的生产及应用,可以制备相对分子质量分布更狭窄、均化性提高的聚合物。茂金属催化聚丙烯有优异的流变性能,可以在正常的纺丝温度下有较大的流动速率,能降低纺丝压力、并挤出更细丝条,可比用普通的原料纺出单丝纤度更小的纤维,及定量值更低的非织造布。茂金属催化聚合物原料在提高产品的均匀度与覆盖能力、改善手感、节约能源等方面有良好的效果,是目前生产细旦纤维的重要原料。下表所示为茂金属聚丙烯与常规聚丙烯性能的比较。绿化布

由于茂金属络合物催化剂可以使聚丙烯的熔点在130~170℃之间调节,比常规聚丙烯大约低15℃,从而在聚合过程中可使聚合物易于同熔点更低的基质如聚丙烯共聚物、聚乙烯等分层。同时可以减少残渣率并提高生产率,在反复挤压过程中显示出极好的抗氧化断裂性。

3:纺粘法及熔喷法聚丙烯切片原料要求

聚丙烯纺丝过程中,常常会用到不同牌号的原料,其可纺性会有较大的差异,如喷丝组件使用周期的长短、断丝的产生率、纤维的均匀性等都不同。这往往是由于树脂中含有杂质等原因所致。

树脂中的杂质可以分为无机杂质和有机杂质两种,其中无机杂质包括外来杂质和树脂内杂质,前者来自树脂切片生产环境、储存、运输和使用时带入的杂质;后者主要来自催化剂和各类助剂,如色母粒、阻燃母粒等。无机杂质含有钛、铝、硅、铁、钠等,有人认为钠是影响过滤性能的主要成分。绿化布

有机杂质可能是一些分子量极高(超过100万)的和支化的齐聚高熔点异物,这同树脂指标上的晶点、鱼眼或凝胶粒子有关。在熔纺过程中,这些杂质中一小部分粒径较大的杂质被过滤介质滤去,而一部分粒径较小的杂质可通过过滤介质的空隙而残留在初生纤维中。

过高的杂质含量容易导致纺丝组件内过滤网堵塞,熔体压力升高过快,尤其是当灰分高、凝胶粒子大而多时,这种情况更为严重。因而常要频繁更换熔体过滤器的滤网,否则易引起熔体压力波动、熔体泄漏、击穿滤网、组件的使用周期缩短。因此,聚丙烯切片中杂质含量应该限制在0.025以内,以保证纺丝过程的连续进行。

由于聚丙烯分子内不含亲水性基团,且水解速度慢,因而对切片水分含量要求不高,只要求它不影响可纺性和在成形中不产生气泡即可。但由于纺粘法工艺的纺丝速度快,故要求切片中水分含量要低一些,一般在0.05%以内。

纺粘法及熔喷法常用聚丙烯切片

熔体纺丝成网生产线使用的聚丙烯切片原料为纺丝级聚丙烯(PP)切片,其具体性能如下。

(1)熔融指数(MFI):纺粘法用25~40g/10min,熔喷法用400~1500g/10min。绿化布

(2)相对分子质量分布宽度(Mw/Mn):< 4 ~ 5。

(3)熔点:164~170℃(纯等规聚丙烯的熔点为176℃)。

(4)密度:0.91g/cm3。

(5)等规度:不低于96%。

(6)灰分:不高于0.025%(重量)。

(7)含湿量:不高于0.05%(重量)。

(8)外观光滑,粒度均匀,无连粒现象。

4:原料的选用

生产线所用的原料与产品的市场定位,产品的用途有关。生产低端市场的产品时,由于产品对原料的要求不高,为了降低生产成本,可选用较次的原料。反之亦然。

大部分纺粘法非织造布生产线所使用的原料形态为粒状的聚丙烯(PP)切片,但也有相当部分的小型生产线使用粉状的PP原料,还有部分生产线使用回收的聚丙烯原料。除了粒状原料外,熔喷法非织造布生产线还可能使用球粒状原料。

切片的价格直接与其MFI值的大小相关,一般是MFl值越大,价格越高。因此要综合考虑所用的生产工艺、设备特性、产品的用途、产品销售价格、生产成本等因素来选择使用的原料。

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