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紡粘和熔噴非織造布生產常用的原料

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樓主
發表于 2014-5-3 22:24:21 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式
紡粘和熔噴非織造布生產常用的原料之一聚丙烯(PP)
0 M# \% A8 ~% n. R2 Q3 \( Q4 n
聚丙烯是目前最常用的原料,也是最重要的聚合物纖維原料,我國有近94%的紡粘布和熔噴布所用的原料都是聚丙烯。根據美國統計,聚丙烯纖維在非織造布方面的應用越來越廣泛,已大量取代聚酯和粘膠纖維。在醫療、衛生、保健等領域,聚丙烯非織造布的應用量占非織布造總量的50%。
聚丙烯纖維與其他合成纖維有兩大不同:第一是其吸濕性很低,這就使聚丙烯纖維具有極好的耐污性與幾乎相同的干、濕態特性;第二是它擁有所有纖維中最小的密度,這使它在相同重量條件下有更好的覆蓋性。
. J; p  S7 v# S8 o) z. \聚丙烯纖維基本性能如下:極低的密度(0.91g/cm);低的含水率(小于0.1%,);良好的耐化學性(耐酸、堿、溶劑);防霉、防腐、防蛀、抗菌;良好的隔熱、保溫、絕緣性能;高剛度、良好的抗拉強度(4.5~7.5cN/dtex);良好的耐疲勞性、耐磨性;良好的水解穩定性;原液染色性好(可染色譜廣);耐溫性為120℃、熔點為165℃;易再生使用。
: r* N5 k+ A, Y" N) M" s' t聚丙烯纖維的碳氫結構(即缺少任何極性)使其具有高的拒水性,因而可防止極性材料引起的沾染。對非織造布來說,這一特性也可通過適當的后整理來加以改變,使PP非織造布具有親水性或其他特殊的性能。
1 D. W$ ^- n9 x" _4 G. ]- P3 R聚丙烯熔點很低(165℃),因此纖網適合采用熱軋黏合固結加工,產品已被廣泛用于衛生巾與尿片的包覆材料。: R: L9 O% O( v- i0 e
由于聚丙烯纖維的非離子型化學特性,采用普通的工藝難以染色。因此PP非織造布都是采用熔體染色工藝,即在聚合物切片原料中混入色母粒,進行熔體共混紡絲染色。除了產品染色外,還可以在熔體中添加功能母粒,使產品具有特定的功能。一般情況下由光線誘發(紫外線UV)的降解現象會導致PP非織造布褪色、發脆、機械強力下降等弊病?,F在可以采用添加抗老化劑的方法來減少紫外線對產品的影響,延長產品的有效使用時間。
5 o+ F. x$ G* Y0 x' d4 z但要指出,PP非織造布在伽馬射線照射下(這是生產衛生材料時所采取的一種消毒方法)會分解,釋放出一股氣味,改變顏色,并且發脆。這是PP非織造布用于醫療衛生領域時要注意的問題。
% b. D$ i, ], o
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2 #
 樓主| 發表于 2014-5-3 22:32:51 | 只看該作者
聚酯(PET)

, e+ y: M* W- D- x) N: a# j9 Q聚酯的學名為聚對苯二甲酸乙二酯(PET),商品名為滌綸。聚酯是熱塑性聚合物,由于其具有優良的物理機械性能和加工性能,已成為紡粘法非織造布的重要原料之一,我國的紡粘法聚酯非織造布產量約占紡粘法非織造布總產量的6%。" V8 |+ W' w) d; s9 B
1.PET的分子結構: \! a* b2 z" H. G
PET分子鏈通過酯基相連,其化學性質多與酯鍵有關,如在高溫和水存在下,或在強堿性介質中容易發生酯鍵的水解,使分子鏈斷裂,聚合度下降,所以在PET紡絲成形過程中必須嚴格控制水分含量。在紡粘法非制造布生產中,一般要求滌綸切片的含水率要小于50mg/kg。5 l; g# S8 U: @* g; b: j
2.PET的物理性能0 I( E7 l7 u% B$ Z6 @
3.化學性能
  s! T4 l2 T) h1 L
PET除耐堿性差以外,耐其他化學試劑性能均較優良。
* p; e3 M6 H: G6 x(1)耐酸性:PET對酸(尤其是有機酸)很穩定,在100℃下于5%鹽酸溶液內浸泡24h,或在40℃下于70%硫酸溶液內浸泡72h,其強度均無損失,但在室溫下不能抵抗濃硫酸或濃硝酸的長時間作用。- W! V* K  i" ?' d% k+ m
(2)耐堿性:由于PET大分子上的酯基受堿作用容易水解。在常溫下與濃堿、在高溫下與稀堿作用,能使纖維破壞,只有在低溫下對稀堿或弱堿才比較穩定。
8 m' z1 u% W$ w, E1 z) X+ r(3)耐溶劑性:PET對一般非極性有機溶劑有極強的抵抗力,即使對極性有機溶劑在室溫下也有相當強的抵抗力。
6 k) p7 N% x. _8 t例如在室溫下于丙酮、氯仿、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳中浸泡24h,纖維強度不降低。在加熱狀態下,可溶于苯酚、二甲酚、鄰二氯苯酚、苯甲醇、硝基苯和苯酚—四氯化碳、苯酚—氯仿、苯酚—甲苯等混合溶劑中。, s, V: W' O; m  H8 x
(4)耐微生物性:PET耐微生物作用,耐蟲蛀,不受霉菌等作用。因此,常用來制造土工布和環境保護用產品,如垃圾填埋場就使用大量的PET非織造布。% k: k) {3 ^, @% e' W
4.熱性能* a# g) j4 B+ d- R
纖維的性能與高聚物的熱性能有密切的關系。聚酯具有良好的耐熱性,軟化點為238~240℃,一般工業產品用PET的熔點在255~260℃。PET可在較寬的溫度范圍內保持其良好的物理—機械性能,在20~80℃的溫度范圍內受溫度影響較小,長期使用溫度可到120℃,能在150℃使用一段時間。
% X. z4 L, ^' Y, {$ ^結晶高聚物的熔融過程也是一個相變過程,但它與低分子物質不同,從開始熔融到完全熔融有一個相當寬的溫度范圍,一般將最后完全熔融時的溫度稱為熔點;熔點的高低與晶片的厚度、結晶溫度、分子量等有關。結晶溫度高,分子量大,熔點也越高。3 f8 S: C# E- D1 h) A
高聚物的玻璃化溫度是指非晶態高聚物從玻璃態到高彈態的轉變溫度,對晶態高聚物來說,是指其中非晶部分的這種轉變。玻璃化溫度與熔點的高低相關,但不宜過低,否則熔點會接近使用溫度,使產品失去使用價值。2 U8 J/ L6 `7 L: G# p
5.PET的成形加工
% `3 g/ u. h5 a: S
PET的成形加工性能與相對分子質量及其分布、大分子的聚集態結構及聚合物中的雜質含量有關。紡絲用PET樹脂的相對分子質量通常為15000~22000。相對分子質量低,則熔體黏度下降,紡絲易斷頭,絲條亦經不起較高速度的拉伸,纖維的強力下降,斷裂伸長率上升,耐熱性、耐光性、耐化學穩定性差。4 N" M% X1 h7 a) V
當相對分子質量小于8000~10000時,幾乎不具有可紡性。相對分子質量分布對于PET紡絲加工性能及非織造布纖網中的纖維結構、性能的影響也很大。
: A  Z* c8 P6 D; W3 D: g實踐證明,平均相對分子質量相同而分布寬的PET,紡絲時容易產生斷頭、毛絲和疵點,且經不起拉伸,所得纖維及非織造布的強度低、延伸度高、彈性回復率低、布面粗糙。
  a" ?; Y& l; _" ^* `4 d9 kPET的紡絲成形溫度必須控制在其熔點和分解溫度之間。熔點是聚酯切片的一項重要指標,但是由于紡絲過程中,聚合物熔體是在一定壓力下被壓出噴絲孔,成為熔體細流并冷卻成形,因此,熔體黏度與紡絲成形密切相關。一定特性黏數的PET在不同溫度下與切變速率的存在依賴關系,溫度升高,黏度呈指數函數下降;切變速率增大,黏度下降。
; m9 N0 w( p( V2 p# e3 R4 ^影響熔體黏度的因素一般包括溫度、壓力、高分子聚合度及切變速率等。. E) A6 I. @+ U9 p4 E7 Q
6.聚酯切片的可紡性
1 Z, H; f; L4 [) n$ b$ j: s( [4 j切片的可紡性一般通過以下方面加以判斷。/ Z* r# |- Q1 t$ }5 p" s! i
(1)篩料的難易:混在切片中的粗大粒子和粉末少,易被過濾而除去,可避免切片在干燥或紡絲時產生堵料、粘壁、熔融不勻等現象,切片的可紡性好。
4 i2 P8 n  X0 ~6 |(2)螺桿的紡絲壓力:切片可紡性好,紡絲壓力穩定,泵的供應量均衡穩定。正常情況下,螺桿壓力波動應小于0.3MPa。/ G# n1 H+ J7 B6 Q% d; h
(3)紡絲組件或濾前熔體的壓力上升速度:由于切片中的凝聚粒子或其他雜質成分較多時,容易堵塞濾網,致使組件內熔體壓力上升速度加快,縮短了紡絲組件的使用周期。熔體過濾器更換周期縮短,熔體壓力波動,影響質量。
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3 #
 樓主| 發表于 2014-5-3 22:37:19 | 只看該作者
聚酰胺(PA)
1.聚酰胺的分子結構) H4 c6 O5 @% [3 e% n2 ^) S
聚酰胺纖維又稱尼龍(Nylon),我國商品名為錦綸。聚酰胺纖維是世界上最早投入工業化生產的合成纖維。根據聚酰胺的分子單元結構所含有碳原子數目不同,可以得到不同品種的聚酰胺,如聚酰胺6(尼龍6);根據二元胺和二元酸的碳原子數可以用于不同品種的命名,如尼龍66,其中前一個數字是二元胺的碳原子數,后一個數字是二元酸的碳原子個數。
$ ~; p' a/ \( D8 M8 x6 r7 G一般適合紡絲用的聚己內酰胺的數均分子量在14000~20000之間,聚己二酰己二胺的相對分子質量一般控制在20000~30000之間,過高和過低都會給高聚物的加工性能和產品性質帶來不利影響。而對于相對分子質量分布的要求,一般聚酰胺6的分散指數在2左右,聚己二酰己二胺在1.85左右。
8 ^7 Y2 u; f. Z  l2.聚酰胺的性能
5 n  s; V8 v( T0 u. l1 Q( j
(1)密度:聚酰胺的密度隨著內部結構和制造條件的不同而有差異,不同晶型的晶態密度、不同的測試方法,其結果都不同。常見的聚酰胺6、聚酰胺66的密度為1.12~1.16g/cm(25℃)。8 C: o9 A; [: D" {
(2)熔點:結晶固體有鮮明的熔點,而無定形固體只有熔融溫度范圍或軟化溫度范圍,部分結晶的聚合物根據其結晶度,有或寬或窄的熔融范圍。聚酰胺是一種部分結晶高聚物,具有較窄的熔融范圍。使用的測定方法不同,所得的熔點數值也不同。
) d8 w, T; {$ S& N) S用ASTMD789—66方法測試時,常見的聚酰胺6熔點為220℃,聚酰胺66的熔點為260℃。
( c! N0 r3 L- T1 x- g; D(3)吸濕性:由于聚酰胺具有酰胺鍵結構,因此比其他的成纖高聚物有較高的吸濕性,其吸濕性與環境溫度、相對濕度等因素有關。相對濕度越高、吸濕率越大。如聚酰胺6在相對濕度65%時,吸濕率為(3.5~5.0)%;在相對濕度95%時,吸濕率為(8.0~9.3)%。聚酰胺66在相對濕度65%時,吸濕率為(3.4~3.8)%;在相對濕度95%時,吸濕率為(5.8~6.1)%。
) I7 y6 T+ j) G(4)耐化學藥品性:聚酰胺的耐堿性能很好,但是耐酸性能較差,通??扇苡谟袡C酸和無機酸,也可溶于苯酚和某些醇中,特別是在高溫時更易溶解。由于聚酰胺在高溫下,在有水分存在的條件下容易產生降解,大分子斷裂,使制品的物理機械性能下降。因此,用于制造紡粘法非織造布的聚酰胺樹脂切片在使用前一定要進行干燥處理,以保證紡絲的順利進行。' y- u" o( w1 d$ n& r2 }
3.聚酰胺6切片的質量對紡絲過程的影響
& o3 ~' @* C; m5 W3 M: T! g8 W
切片的質量對紡絲、牽伸過程和產品的質量影響主要表現在以下幾個方面。9 O/ G# p- W; {1 u
(1)相對分子質量及其分布:用于紡制纖維的聚酰胺6,其平均相對分子質量要有一定的范圍。當相對分子質量低于10000時,紡絲困難,不能獲得強韌的纖維和非織造布;但當相對分子質量過高時,熔體黏度太高,流動性差,也會給紡絲和牽伸帶來困難。所以要根據產品的不同用途,選用合適相對分子質量的聚酰胺6切片。用于紡制長絲的聚酰胺6的平均相對分子質量一般控制在14000左右,相當于相對黏度為2.4~2.6。
1 D, p. x2 r, T; p, [$ C聚合物的相對分子質量分布對紡絲和牽伸也有一定的影響,分布太寬時,紡絲成形工藝難以控制,纖維質量下降。一般分子量分布窄,可制得強度高的纖維;相反,則只能得到強度低的纖維。一般用于制造非織造布的聚酰胺6的分散指數在2左右。. T, D. i% Y( F5 i4 }- x- q
(2)相對分子質量的穩定性:分子量的穩定性是指聚酰胺6切片在熔融紡絲等過程中分子量的變化程度。變化越大,表示分子量越不穩定,這將給紡粘法生產中的紡絲、牽伸等工序帶來困難。/ C- v+ l) M( q% s2 V  U% m
(3)低分子物含量(可萃取物含量):由己內酰胺單體開環聚合生成聚酰胺6聚合體是一個可逆的平衡反應過程,即在生成聚合物的同時也存在著一定量的單體與其相平衡。聚合體中單體含量的多少與聚合反應溫度有關,聚合反應溫度的溫度提高,單體含量也增多。/ n9 W+ r( S( B
使用這種原料紡絲時,單體揮發量大,產生的煙霧多,容易沾污噴絲板表面,而且易使纖維中的雜質增多和單體在絲條的表面析出,造成在牽伸時產生毛絲或斷頭增多,紡粘布強度下降。不過纖維中含有少量單體時卻能起增塑作用,有利于牽伸的進行。一般要求控制切片中的可萃取物含量≤0.6%。; s' g" W7 X! T9 E2 [6 O
(4)含水量:聚合物的含水量超過一定范圍,在熔融紡絲過程中會產生水解,使分子量下降,并產生氣泡、注頭等現象,嚴重妨礙紡絲的順利進行,因此,必須對聚酰胺6切片進行干燥處理,除去切片中過多的水分。一般應將聚酰胺6的含水率控制在0.05%以下。
) b$ g) L" {" U" Z8 }聚酰胺常用作雙組分纖維中的一個組分原料。
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4 #
 樓主| 發表于 2014-5-3 22:40:57 | 只看該作者
聚氨酯(PU)
聚氨酯彈性纖維又稱氨綸。是一種可用于熔噴法非織造布、紡粘非織造布生產的熱塑性聚& {' m) C% \: a4 X! G' K
合物原料。聚氨酯纖維具有彈性,在受力變形后有足夠的回彈性能。2 O& g" f( d; A$ u. M/ o6 {' v6 L# [
一般而言,聚氨酯的相對分子質量越大,纖維的伸長彈性和回彈率就越高?;瘜W交聯型聚氨
( ~3 _& Y' O( }4 g# j酯彈性纖維的回彈能力較物理交聯型的更好。聚醚型氨綸比聚酯型氨綸彈性伸長、回彈率高。
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5#
 樓主| 發表于 2014-5-3 22:42:53 | 只看該作者
聚乙烯(PE)
聚乙烯是熱塑性聚合物,也可用于生產紡粘法和熔噴法非織造布。聚乙烯按其密度可分為低密度聚乙烯(LDPE)(0.910~0.925g/cm),和高密度聚乙烯(HDPE)(0.941~0.965g/cm),密度介于兩者之間的稱為中密度聚乙烯(MDPE),高密度聚乙烯常用作熔體紡絲成網非織造布的原料。% M! X7 j7 S$ C4 ~; U9 A+ N
用高壓法工藝制造的聚乙烯相對分子質量較低,為4萬~12萬,具有支鏈結構,強度低,耐熱性差,質地柔軟,適合于做薄膜等制品;用低壓法制造的聚乙烯沒有支鏈結構,相對分子質量較高,為2.5萬~100萬,強度及耐熱性均較好,適合于制作纖維和非織造布。* V- t9 n9 p' u+ M% j
聚乙烯的物態與結晶度及相對分子質量有關。一般線型高分子量聚乙烯的平衡熔點為137℃,常用的加工熔點范圍為132~135℃,而支化聚乙烯熔點為112℃且范圍寬。聚乙烯具有優良的耐低溫性能,最低使用溫度可達-100~-70℃。聚乙烯一般以-125℃作為玻璃化轉變點。
0 m5 a' K0 y% k- n2 h( ]" b與所有已知的介電材料相比,聚乙烯的介電常數和介電強度與密度的關系較小,但是與相對分子質量大小有關。濃硫酸、濃硝酸及其他氧化劑會慢慢腐蝕聚乙烯,不能在脂肪烴、芳烴和氯代烴中溶脹,但能夠耐60℃以下的大多數溶劑。
) U. ]7 d+ ~5 g) M$ V+ i聚乙烯容易光氧化、熱氧化,遇臭氧分解和進行鹵化反應,在紫外線的作用下會發生光降解,導致聚乙烯變脆,介電性變差。炭黑對聚乙烯具有光屏蔽作用。聚乙烯受到輻射時會發生許多反應,中等劑量輻照對聚乙烯的低溫柔性沒有影響;高劑量作用會導致其結晶性消失,損害其低溫性能;在更高劑量作用下,聚合物在室溫也會發脆。
  M3 s; D* d; n  X6 d聚乙烯熔體同樣表現出非牛頓假塑性行為,且有彈性材料的特性,當所受應力去除后,表現出一定的彈性回復,在高剪切速率下,熔體會產生熔體破裂的不穩定流動,其表現與不同聚乙烯樹脂的物性相關。因此,每種牌號樹脂均存在一臨界的剪切速率及應力,超過該臨界值便會產生不規則流動,同時該現象隨擠出速率、壓力的增加而加劇。# q% k. |9 g' X# H0 b
由于聚乙烯熔融黏度比聚酯、聚酰胺高,彈性大,因而紡絲較困難,纖維線密度不易均勻。
, }, r% k7 B; |( x- X- r為解決此問題,可考慮通過提高紡絲溫度來克服。根據其相對分子質量的不同,一般紡絲溫度控制在200~250℃。# V% t# p4 S9 G. o
紡粘法聚乙烯非織造布一般可用作濾布、家具用布、防護服、手術衣、戶外用品、電絕緣材料等。
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6#
 樓主| 發表于 2014-5-3 22:45:39 | 只看該作者
可生物降解聚乳酸(PLA)
; k; f; ~8 r7 f2 i
聚乳酸是以玉米淀粉為原料,經細菌發酵和化學合成而得到的新型高分子纖維原料,用可生物降解纖維原料制造的非織造布置于自然環境中,會在在酶、微生物及酸、堿和水等介質的作用下,會逐漸緩慢分解成為二氧化碳和水,而最終消失。
; h8 b9 J1 H) ]' X% g2 f由于聚乳酸是一種生物可再生原料,其制造過程所產生的溫室氣體比其他聚合物更少。因此聚乳酸是一種新型的環保型料,對環境無污染。  o! [3 Z0 ^3 A' A% F# F
1.聚乳酸的種類2 o( }( p8 P1 j# j1 \
根據聚乳酸的分子結構,常分為左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、外消旋聚乳酸
; P# T% \( G6 X0 A% ^(PDLLA)、非旋光性聚乳酸(meso—PLA)等幾種,其性能也有差異。由于左旋聚乳酸(PLLA)具有結晶性,熔點較高(175℃左右),一般用來紡制纖維和非織造布。* a" W7 l3 o* q5 o2 I# V+ e4 P
2.聚乳酸的性能
, t1 Q2 a/ B5 }- R7 T
聚乳酸不僅具有較好的強度、化學惰性和易加工性等特點,更重要的是其具有優良的生物相容性和可生物降解性。聚乳酸以水解的方式降解,水解生成的低聚物在微生物的代謝作用下,最終生成水和二氧化碳,不會對環境造成二次污染。1 {) |$ q$ D; I1 N" j( x
聚乳酸為淺黃色或透明的聚合物,是一種熱塑性聚合物材料,其性能與聚苯乙烯(PS)和聚酯(PET)相似,可采用常規的熔體紡絲設備(如紡粘法、熔噴法生產系統)生產聚乳酸非織造布。1 D1 y  P% l/ Z0 x' I3 h
3.聚乳酸非織造布的特點; Q3 c3 }0 S; p7 N: M+ a$ M/ s
(1)聚乳酸非織造布在常溫下具有良好的耐氣候性,強度保持率高;而在土壤、海水或活性污泥中,經歷不同時間后即可完全分解為水和二氧化碳,對環境無污染。
' t7 E2 ^3 e5 U此外,其分解產生的二氧化碳通過植物的光合作用又可再次被利用,生成淀粉,是一種沒有公害的自然循環型材料。1 S  u* D5 `% T3 T2 O, S$ ~
(2)聚乳酸廢棄物除可在自然環境中分解之外,將其焚燒也沒有毒氣產生。此外,還可將其用作堆肥,對環境完全無害。0 ~% k% g# \  W$ ]( _0 X; ?& M
(3)聚乳酸非織造布具有染色性,其力學性能和加工性能好,可加工成各色各樣的制品,應用范圍廣。
5 H/ D. y  B0 {0 B( r  `4.乳酸非織造布產品的應用  t  N" n+ {8 T- {1 o& l( o7 `
聚乳酸非織造布主要用于農業、園藝等方面,可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等;在醫療衛生方面,可用做手術衣、手術覆蓋布、口罩等;也可用作尿布、婦女衛生巾的面料及其他生理衛生用品;在生活用品方面,可用作擦揩布、廚房用濾水袋、濾渣袋或其他包裝材料;用聚乳酸非織造布代替某些不可分解的通用塑料制品,對減少環境污染有重要的作用。
% k4 j6 E* m( V# ~
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 樓主| 發表于 2014-5-3 22:47:14 | 只看該作者
新型原料
目前國內有90%以上的熔噴法、紡粘法非織造布都是使用PP原料制造的,所用的其他原料數量有限。PET是僅次于PP的第二種聚合物,但其產量所占的比重也很小。如在2011年,PET紡粘法非織造布實際產量為10.4萬噸,僅占全部紡粘法非織造布的7.65%。, ^$ }4 A0 I4 i& Z: r
除了以上介紹的PP(聚丙烯),PET(聚酯),PA(聚酰胺),國外已經開始使用聚酯基PBT、聚三氟氯乙烯,PEA(聚酰胺酯)等原料生產熔噴產品或紡粘產品。
3 I0 B+ D2 r5 P% j5 e一些聚合物,如聚苯硫醚(PPS),聚對苯二甲酸丁二醇酯類聚合物(PBT)等在制造高性能的非織造布產品顯示了其良好的特性。
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