皮芯型聚酯 2f聚烯烃纺粘熔喷复合成型及产品性能的的分析研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。结果由本人承担。学位论文作者签名：学位论文作者签名：日期：日期：年年 月月 日日 东华大学学位论文版权使用授权书东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。制手段保存和汇编本学位论文。保密保密，在，在 年解密后适用本版权书。年解密后适用本版权书。本学位论文属于本学位论文属于 不保密不保密。学位论文作者签名：学位论文作者签名：指导教师签名：指导教师签名：日期：日期：年年 月月 日日 日期：日期：年年 月月 日日 东华大学硕士学位论文 摘要 I 皮芯型聚酯皮芯型聚酯/聚烯烃聚烯烃纺粘熔喷复合成型及产品性能的研究纺粘熔喷复合成型及产品性能的研究 摘要摘要 纺熔复合材料由于其“强度高，耐磨性好，屏蔽性能优异”的特点，一直是用即弃卫生用品和过滤领域的热点。在目前的非织造市场上，对卫生及医用方面的纺熔复合非织造布需求越来越大，企业之间的竞争也愈来愈激烈。不断提高产品的质量，降低生产成本，以扩大市场，获得最大的利润，这是市场的推动力，也是企业竞争的基本原则。本论文就如何提高用于卫生及医用方面纺熔复合产品的主要性能（力学性能、柔软度和阻隔性能）以及节约生产中的成本成为相关研究的主要课题。首先，基于国内外纺熔复合成型的相关研究，提出了采用皮芯型双组分聚酯/聚烯烃纺粘熔喷复合的方案。一方面是利用低熔点皮层热粘合纺熔复合的原理来提高产品柔软度和强度；另一方面皮层和芯层原料的价格及熔点差异可以节约成本和能耗。要实现这一目标，生产设备的效率和稳定性，工艺技术的先进和灵活性则是不容低估的关键因素。通过生产设备对纤网成型影响的研究，确定了用于 PE 挤出的单螺杆挤出机、用于 PP 和 PET 挤出的同向双螺杆挤出机、管道分配熔体形式的纺丝箱体、长径比为 4:1 的 3.5m 矩形喷丝板、双侧吹风的冷却、正压宽幅狭缝气流牵伸及烘房结构的热风粘合生产系统。东华大学硕士学位论文 摘要 II 其次，为了增强产品的阻隔性能和节约能耗，采用创新型的在线翻网复合技术。选取了直线成网和翻网成网三种不同面密度（13g/m2、18g/m2、24g/m2）的试样，对它们的透气性、力学性能以及孔径进行性能测试。结果显示，通过采用翻网成网技术，试样的平均孔径减小，透气性下降，阻隔性增强，断裂强力增大；通过网帘下风机的抽吸规律研究，得出经过翻网工艺后，生产能耗降低了 30%左右，极大的节约了能耗。最后，将面密度为 60g/m2的 PE/PP 皮芯双组分 SMS 复合材料和单组分 SMS 复合材料的性能（拉伸性能、柔软性能、孔径、透气性、耐静水压）进行了对比分析。结果显示，PE/PP 皮芯双组分 SMS 非织造复合材料的柔软性、耐静水压性能、过滤性能均优于单组分 SMS非织造复合材料；透气性和过滤阻力比单组分 SMS 非织造复合材料稍差；两种试样的纺粘纤维和熔喷纤维细度相差不大。因此皮芯双组分 SMS 复合材料在医疗卫生、室外防护、过滤等应用领域更有竞争优势。本文结合产品性能和生产能耗的分析，对皮芯型聚酯/聚烯烃纺粘熔喷复合生产线的设备系统特点、核心部件结构及机理进行详尽的介绍，对于皮芯双组分纺粘技术以及自主研发双组分 SMS 生产线具有一定的借鉴意义。关键词关键词：皮芯型，双组分 SMS，PE/PP，纺粘，性能 东华大学硕士学位论文 摘要 III STUDIES ON THE COMPOSITE MOLDING AND PROPERTIES OF SHEATH-CORE POLYESTER/POLYOLEFIN SPUNBOND MELTBLOWN COMPOSITE ABSTRACT Composite melt spinning because of its high-strength,wear resistance,excellent shielding performance characteristics,has been a hot disposable hygiene products and filtration area.In the current nonwoven market,the health and medical aspects of the composite nonwovens demand more and more and the competition between enterprises is more and more fierce.Continuously improve product quality,reduce production cost,expand the market,obtain the maximum profit,which is the driving force of the market,but also the basic principle of enterprise competition.This paper is mainly on how to improve the performance for health and medical aspects of melt spinning composite products(mechanical properties,softness and barrier properties)and save the costs of production have become the main subject of related research.First of all,the core-sheath bicomponent polyester/polyolefin meltblown and spunbond composite solutions has been proposed based on the domestic and foreign relevant researches melt spinning composite molding.On the one hand,it is to use the low-melting heat-bonding of sheath melt spun complex principles to improve the product softness and strength;on the other hand,the difference between the price and the melting point of sheath and core raw material can save cost and energy consumption.To achieve this goal,the efficiency and stability of production equipment,advanced technology and flexibility is the key factor that should not be underestimated.By studying the influence of equipment on the web forming,single 东华大学硕士学位论文 摘要 IV screw extruder for PE extrusion,twin-screw extruder for PP and PET extrusion,melt spinning piping distribution box body,ratio of length to diameter 4 and 3.5m rectangular spinneret,bilateral blowing cooling,positive pressure wide slit air draft and room structure of hot air bonding production system are determined.Secondly,it is to use innovative online turnover net composite technology for enhancing the barrier properties of products and saving energy,Select the straight into the net and turnover into a network of networks of three different surface density(13g/m2,18g/m2,24g/m2)of the sample to test the performance of their permeability,mechanical properties and pore size.The results show that the average pore sizes and the permeability decreased,permeability enhanced,fracture strength increased by turning into a network of network technology;through the study of suction fan of net curtain,drawn that the energy consumption is reduced by about 30%and greatly saves energy consumption after turning over the net technology.Finally,the surface density of PE/PP 60g/m2 sheath core bicomponent SMS composite and single component SMS composite material properties(tensile strength,softness,pore size,permeability,hydrostatic pressure)are compared and analyzed.The results show that,PE/PP sheath core bicomponent SMS nonwoven composite softness,hydrostatic pressure,the performance of filtration performance are better than the single component SMS nonwoven composite materials;the air permeability and filtration resistance than single component SMS nonwoven composites are slightly worse;two samples of spunbond and meltblown fiber fineness are not much.Therefore,the sheath-core bicomponent SMS composite materials are more competitive in medical and health,outdoor protection,filtering applications.In this paper,the sheath-core type polyester spunbond meltblown/polyolefin composite production line equipment system characteristics,structure and mechanism are detailed introduced combining the analysis of product performance and the production of energy consumption.The sheath core bicomponent spunbond technology and self-developed two-component SMS production line has a certain significance.Li Yabing(Textile engineering)Supervised by .Key words:sheath-core,bicomponent SMS,PE/PP,spunbond,properties.东华大学硕士学位论文 目录 I 目录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 双组分 SMS 非织造复合材料简介.1 1.2 双组分 SMS 的国内外研究现状.4 1.3 本课题研究的意义及内容.6 第二章第二章 双组分双组分 SMSSMS 非织造复非织造复合材料的成型研究合材料的成型研究.8 2.1 双组分纺粘设备系统对成型的影响.8 2.2 熔喷系统对成型的影响.22 2.3 在线加固方式对成型的影响.24 2.4 本章小结.26 第三章第三章 纺丝成网系统接收复合成网的方式和影响纺丝成网系统接收复合成网的方式和影响.27 3.1 在线直线成网复合方式.27 3.2 在线翻网成网复合方式.28 3.3 直线成网与翻网成网复合的对比.30 3.4 本章小结.36 第四章第四章 原料及试样各项基本性能测试原料及试样各项基本性能测试.37 4.1 原料性能.37 4.2 PP/PE 纺粘试样横截面形态观察.38 4.3 PP/PE 纺粘试样力学性能测试.39 4.4 PP/PE 纺粘试样的柔软度测试.40 4.5 PP/PE 纺粘试样的耐静水压测试.41 4.6 PP/PE 纺粘试样的透气性测试.42 4.7 PP/PE 纺粘试样的孔径分布测试.43 4.8 本章小结.43 第五章第五章 双组分双组分 SMSSMS 和单组分和单组分 SMSSMS 产品性能对比产品性能对比.45 5.1 双组分和单组分 SMS 非织造布性能测试.45 5.2 实验结果与分析.47 5.3 本章小结.50 第六章第六章 结论与展望结论与展望.52 东华大学硕士学位论文 目录 II 6.1 结论.52 6.2 展望.53 参考文献参考文献.54 附录附录.57 论文发表情况论文发表情况.61 致谢致谢.62 东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 双组分双组分 SMSSMS 非织造复合材料简介非织造复合材料简介 双组分 SMS 非织造复合材料是近些年刚刚出现的新型复合材料。SMS 是“Spunbond/Meltblown/Spunbond”的简称1。双组分 SMS 可以是由双组分纺粘工艺与熔喷工艺或者纺粘工艺与双组分熔喷工艺通过热熔复合而成。在本文中是双组分纺粘和熔喷复合，其中双组分纺粘非织造技术在近年来得到较大发展。本文研究的双组分 SMS 是由“双组分纺粘工艺+熔喷工艺+双组分纺粘工艺”的形式复合而成的非织造材料2，见图 1-1。图图 1 1-1 1 双组分双组分 SMS 材料截面示意图材料截面示意图 双组分纤维在非织造领域的应用，使得非织造布的性能和价格等方面取得很好的效果3。双组分 SMS 是将纺粘技术、熔喷技术以及复合纺丝技术这三者结合，从而更好的取长补短，使得非织造产品的性能更佳，应用更广。1.1.11.1.1 双组分纺粘工艺双组分纺粘工艺 双组分纺粘法是在传统纺粘法基础上，用双组分复合纤维代替单组分纤维，生产出的非织造布结合了复合纤维和纺粘非织造布的优势45。双组分复合纺丝组件根据喷丝孔结构的不同设计，双组分复合纤维的截面结构可以是皮芯型、剥离型和并列型三种形式6，如表 1-1 所示。东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 2 表表 1 1-1 1 双组分复合纤维复合形式双组分复合纤维复合形式66 复合形式 皮芯型 并列型 剥离型 示 意 图 （1）皮芯型 皮芯型双组分纤维是复合纤维的典型结构形式。其特点是纤维中的一种组分被另一种组分所完全包覆，截面形状通常有同心圆和偏心圆。其可以根据产品性能要求来选择皮芯类型和比例，如果产品要求强度要高，选择同心型皮芯纤维；如果产品要求蓬松度好，选择偏心型皮芯纤维，而且可以根据调整皮芯的比例，控制产品的柔软性7。在热轧或者热风加固时，皮芯型复合纤维皮层通常为熔点较低的组分，其作为粘合剂来使用8。在需要加入昂贵的添加剂时，可以仅在皮层或者芯层里添加，既可以达到改性效果延长的目的，又可以节约成本。在大多数情况下，皮层需要具有一些疏水性、耐化学性等，而芯层加入一些具有挥发性的添加剂。或者用废料或者再生料做芯层，外层用纯净的聚合物包覆起来生产普通产品8。（2）并列型 利用热湿收缩性能不同的两种聚合物或者具有不同粘度、结构的同一种聚合物，可以生产出并列型双组分纤维 9。我国的纺粘设备可以通过更换纺丝箱体和组件制备这样的产品。（3）剥离型 剥离型双组分纤维有海岛型和橘瓣型两种，通常用来生产超细纤维10。双组分纺粘工艺流程为：切片 A 筛料、干燥、预结晶 熔融 过滤 计量挤出 切片 B 筛料、干燥、预结晶 熔融 过滤 计量挤出 复合纺丝组件 冷却拉伸 分丝铺网 加固、卷绕 从双组分纺粘工艺流程可以看出，双组分纺粘在纺丝前是两套独立的系统，两种组分最终进入同一只纺丝复合箱体11。对于双组分纺粘工艺，一方面要考虑单组分纺丝成网工艺的因素12；另一方面，由于两种组分的物理和化学性质有较大差异，如温度、粘度等，因此加工工艺也会不同。东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 3 图图 1 1-2 2 双组分纺粘工艺流程图双组分纺粘工艺流程图1515 为了使两种组分间的界面不易分离，受外界条件影响小，通常使用同极性材料，如 PP/PE 可以很容易复合；PE/PET 两者物理化学性能相差较大，界面黏结较弱，成型后产品外观较松散，因此 PE/PET 相互结合性较差13 14。1.1.2 1.1.2 熔喷工艺熔喷工艺 熔喷非织造材料的特点之一就是纤维细度小，这跟熔喷材料的生产工艺有关。图 1-3 为熔喷工艺示意图。1 1-3 3 熔喷工艺示意图熔喷工艺示意图1515 东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 4 熔喷工艺是在螺杆挤出机中将聚合物切片加热熔融后，熔体细流从喷丝孔挤出，并被模头喷丝孔两侧风道高速吹出的热空气拉伸。冷却空气从模头下方两侧补入，纤维从而结晶。也可以在冷却装置下方设置喷雾装置，进一步对纤维进行快速冷却 15，最终利用真空抽吸装置将纤网收集在接收装置上。1.1.3 1.1.3 双组分双组分 SMSSMS 加固和复合方式加固和复合方式 热轧、热风、针刺为双组分 SMS 的主要加固方式。热轧粘合是用一对或者两对加热钢辊或包有其他材料的钢辊使纤网中部分纤维熔融、流动、扩散而产生粘结，冷却后纤网得到加固。热风粘合工艺可以分为两种，一种称为滚筒式热风粘合，一种称为传送送入帘式热风粘合。一般来讲，在实际生产中，需要根据产品的密度来选择不同的热风工艺。针刺加固工艺是通过运动刺针上的钩刺将纤网里层和表层的一些纤维相互缠结，同时由于摩擦力的作用和和纤维上下位移对纤网产生一定的挤压，使纤网受到压缩。双组分 SMS 复合工艺分为在线和离线复合 16。在本课题中采用的是在线复合工艺，S、M、S 均匀铺在一条运动的网帘上依次形成纺粘、熔喷、纺粘的复合纤维层，然后通过热风机进行粘合加固。在线复合工艺生产双组分 SMS 具有以下几个优点：（1）速度高，产量大，适合大订单；（2）产品均匀性好，外观整体感觉好；（3）可以生产低克重的产品；（4）产品手感好16。缺点：（1）前期投资大，建设周期长；（2）对于小的生产订单很难适应；（3）因纺粘和熔喷所用的原料不同，喷丝孔的直径和长径比不一样，这样在生产中，熔喷头容易堵塞而更换频率高于纺粘工艺，生产色布时更易堵塞，会造成S 和 M 不能同时更换，对正常生产造成很大的影响；（4）熔喷模头与成网机之间的距离可以调整，但是成网机的网帘和熔喷模头的角度不能进行调节，影响到SMS 产品的透气性及均匀性的调节16。1.21.2 双组分双组分 SMSSMS 的国内外研究现状的国内外研究现状 1.2.11.2.1 国外研究现状国外研究现状 目前，国外双组分复合纺粘法非织造布工艺和设备已经起步。美国艾松公司（Ason Engineering Inc.）在第八届上海国际非织造布研讨会上发表了“双组分东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 5 纤维技术对纺丝性能与纺粘法非织造布结构及特性的影响”的研究报告，提出双组分复合纤维用于纺粘法工艺中会产生许多创新或改造产品性能的机会。目前已知的研发厂家有：（1）德国 Reifenhauser(莱芬豪斯)公司 Reifenhauser 公司是世界上最大的纺粘设备供应商，美国 Hills(希尔)公司与其协作可以提供双组分纺粘生产技术18，包括皮芯型和并列型，在实际生产中的效果较好，可以满足医疗卫生和过滤领域的需求。（2）美国 DuPont(杜邦)公司 美国杜邦公司先后申请了“多组分纺粘纤维网19”、“多组分纺粘型非纺织织物网及层压材料20”、“由多组分单纤维制造纺粘型非织造织物的方法21”等多项专利。这些专利中不仅介绍了多组分纺粘的生产工艺，而且还介绍了双组分SMS 复合的生产工艺，为双组分纺熔复合做了巨大的贡献。（3）Oerlikon Neumag(欧瑞康扭马格)公司 Oerlikon Neumag 公司也可以生产双组分纤维，其产品包括皮芯型、并列型和海岛型。所生产的皮芯型双组分纺粘产品中，芯的含量占到 95%。其产品的手感柔软，生产的废丝中主要是芯的成分，因此可以将废料直接加入芯的聚合物中进行废物的回收再利用，从而降低废品率。（4）Hills 公司 美国的 Hills 公司主宰着北美、欧洲的双组分纺粘非织造布和双组分纤维的设备及技术，其关键技术是纺丝头的设计。目前，Hills 公司开发的双组分纤维生产线有纺丝速度达到 7000m/min 的双组分全拉伸丝纺丝系统22。除上述公司外，荷兰的 Akzo（阿克苏）公司、丹麦的 Fibertex 公司、德国的 Inventa-Fisher 公司以及日本的一些公司（如 Unitika 公司，Kasen 公司，NKK公司）等都有生产双组分 SMS 设备或者工艺的能力2223。1.2.21.2.2 国内研究现状国内研究现状 发展双组分复合纺粘法非织造布在行业内已经达成共识。聚乙烯/聚丙烯双组分复合纤维曾列入国家“七五”攻关项目，1990 年研制成功并通过鉴定,生产工艺与设备已完全国产化。纺粘法工艺与设备也好似国家“七五”攻关项目，上海市合成纤维研究所和沈阳的纺织工业非织造布技术开发中心在完成项目鉴定后,致力于国产化生产线的研制工作,已成功地设计、制造了十余条生产线,投入正常运行。上述情况说明了国内完全有能力和条件进行双组分复合纺粘法非织造布工艺的开发与研制。就目前为止，国内已知可以提供双组分纺粘法设备和工艺的厂家有：东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 6 (1)上海市合成纤维研究所 上海市合成纤维研究所目前拥有年产 2500t 的生产线，门幅 3m，成网机纤网克重 16160g/m2，可生产 PE/PP 皮芯型复合产品。采用矩形板、管式、热轧技术的双组分纺粘设备已经申请发明专利。（2）耀龙纺粘科技有限公司 2005年浙江绍兴市耀龙纺粘科技有限公司进行了3.5m整体狭缝式正压牵伸的双组份纺粘生产技术开发，目前双组分纺粘己经产业化，其产品有 PE/PET、PE/PP 等双组分纺粘产品。（3）温州昌隆纺织科技有限公司 该公司在双组分纺粘设备和生产以及纺熔复合方面填补了国内空白，达到国际先进水平。先后申请的“用于生产双组分纺粘非织造布的设备及制造方法24”、“双组分粗旦纺粘长丝无纺布25”、“双组分纺粘法纺丝箱体26”以及“用于生产双组分纺粘非织造布的设备27”等专利中，不仅介绍了生产双组分纺粘的设备和工艺，也为连续式生产双组分纺熔复合做了很好的基础。1.31.3 本课题研究的意义及内容本课题研究的意义及内容 1.3.11.3.1 本课题研究的意义本课题研究的意义 目前，在国内还未有皮芯型双组分纺熔复合的设备及工艺的文献以及相关研究。双组分 SMS 非织造设备在国内才刚刚起步，其产品应用市场潜力巨大。复合纤维与纺粘技术的结合，多组分纺粘技术与多头纺熔技术的结合，是未来纺熔复合的发展方向。目前的非织造市场上，卫生以及医用方面的用即弃 SMS 复合非织造布主要以普通型产品为主，而企业之间的竞争愈来愈激烈。不断提高产品的质量，降低生产成本，以扩大市场，获得最大的利润，这是市场的推动力，也是企业竞争的基本原则。要实现这一目标，生产设备的效率和稳定性，工艺技术的先进和灵活性则是不容低估的关键因素。本课题研究的目的及意义在于：在皮芯型双组分纤维和纺粘设备和工艺研究的基础上，本着节约成本和能耗的目的，和企业合作设计安装一条皮芯型双组分纺粘-熔喷-皮芯型双组分纺粘的生产线，并对复合成型和产品进行研究，通过分析其结构和性能，探讨该材料在卫生材料、过滤以及包装等领域的应用可能性。东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 7 1.3.21.3.2 本课题研究的内容本课题研究的内容 （1）与企业合作设计皮芯双组分 SMS 生产线；（2）研究双组分纺粘设备、熔喷设备、热风粘合对成型的影响；（3）传统一次成网与新型翻网工艺翻网的特点及差异；（4）调试生产的 PP/PE 双组分纺粘材料的性能分析；（5）将同面密度的皮芯双组分 SMS 非织造复合材料与单组分 SMS 进行性能比较，探讨皮芯双组分 SMS 复合材料在医疗卫生以及过滤领域的优势与不足。东华大学硕士学位论文 第二章 双组分 SMS 非织造复合材料的成型研究 8 第二章第二章 双组分双组分 SMSSMS 非织造非织造复合材料的成型研究复合材料的成型研究 要实现皮芯型双组分聚酯/聚烯烃纺粘熔喷复合这一目标，生产设备的效率和稳定性，工艺技术的先进和灵活性则是不容低估的关键因素。本章主要是研究双组分纺粘设备系统、熔喷设备系统、热粘合系统对纤网成型的影响，最终确定各个系统的设计参数。2.1 2.1 双组分纺粘设备系统对成型的影响双组分纺粘设备系统对成型的影响 双组分纺粘法是将两种聚合物切片分别从各自料桶经管道输送到不同螺杆上方的料斗，经螺杆挤出机加热切片成熔体，然后经滤器、计量泵、熔体通道，两种熔体同时分别进入复合纺丝箱体，再由纺丝组件挤出形成皮芯复合结构的纤维28，喷挤出的丝束通过侧吹风冷却进入喷嘴，在高速气流的作用下进行拉伸，最后分布在成网帘上形成纤网。在这整个过程中，双组分纺粘设备的每个部件都对纤网成型起着重要的作用。2.1.1 2.1.1 螺杆挤出机螺杆挤出机 螺杆挤出机是聚合物加工中被广泛使用的设备。螺杆挤出机的作用是将固态聚合物切片原料熔融、塑化，输送加压和混合均匀，从而向纺丝系统提供压力稳定、塑化均匀的聚合物熔体15。在双组分 SMS 生产线中，皮芯双组分纺粘设备中的两台螺杆挤出机是保证熔体顺利输送至纺丝组件的关键部分，根据原料的物理和化学性质及相关的生产工艺选择合适的螺杆。螺杆挤出机内部切片之间摩擦、被挤压和剪切，产生了一定的转化热能，聚合物切片在熔化区受热熔融成粘流态，并被挤出机压缩而具有了一定的熔体压力而向熔体管道输送。（1）螺杆挤出机的组成及运作 螺杆挤出机主要包括螺杆和套筒，驱动装置，加热和冷却装置，电气控制系统等部分。螺杆和套筒是螺杆挤出机的核心部分，它们构成了螺杆挤出机的挤出东华大学硕士学位论文 第二章 双组分 SMS 非织造复合材料的成型研究 9 系统。依靠装在套筒内的螺杆将聚合物向前输送、挤压熔融机混合均化29。图2.1 是螺杆挤出机的平面正视图。图图 2.1 2.1 螺杆挤出机平面正视图螺杆挤出机平面正视图 挤出系统沿着螺杆长度方向分为三个区段，从入料口到出料端，分别为固体输送区、熔融区和熔体输送区，螺杆也相应于挤出区域设计成进料段、压缩段和计量段，三段长度总和为螺杆的工作段长度16。图 2.2 为螺杆挤出机分区示意图。图图 2.2 螺杆挤出机分区螺杆挤出机分区示意图示意图 对于常规型螺杆，螺距相等，而三段螺槽深度是变化的。进料段和计量混合段各自的螺槽深度不变，但二者之间螺槽深度不同，计量混合段浅，加料段深。挤压熔融段的螺槽深度是由深到浅29。螺杆挤出机的各段长度分配比例主要与物料的特性、挤出机的工作稳定性以及挤出的产量有关。进料段。进料段螺纹的深度是恒定不变的。进料段的作用是输送固态的聚合物原料并将其送往挤压熔融段。物料在这个阶段被预热、升温，并向前输送。东华大学硕士学位论文 第二章 双组分 SMS 非织造复合材料的成型研究 10 压缩段，物料在行进过程中被强烈压缩。在这个阶段物料除了受到螺杆的强烈剪切进而压缩而发热升温外，还会被加热系统传导的热量升温，在升温过程中逐步熔融成粘流态的液体，这些热量足以使物料到了压缩段的后部基本熔融。计量混合段。也称为均化段。计量混合段的作用是将熔融的物料在一定的背压下均匀输出，并使物料进一步均化。由于螺杆的工作速度远远低于驱动电动机的转速，而又需要较大的力矩驱动，因此，利用传动装置来降低转动速度、增大力矩。在非织造布的生产线中，螺杆挤出机的减速机与驱动电动机之间普遍采用的是 V 形传动带降速传动。减速机不仅为螺杆挤岀机提供足够的力矩，而且还要承受螺杆在运行时产生的强大轴向推力，对螺杆挤出机的安全运行具有重要影响。在套筒外侧提供的热量作用下，螺杆挤压机内部的切片原料加热升温，从固态变为熔融粘流态。螺杆挤压机加热装置的作用是向物料提供所需热量，并通过温度控制系统对加热温度进行控制调节。螺杆挤压机的加热装置是指装在套筒上的加热器，要求产生的热量能迅速使被加热的物料升温，并且可以随时调节加热温度。装在螺杆挤压套筒上的加热装置采取的是分区排布的方式，每个加热区装有一套温度传感器，并相应在温度控制系统中配置一套温控回路。加热区的数量和划分与螺杆直径和长径比有关，螺杆直径越大，加热区越多，分区的数量与套筒的长度有关，一般分区数为 57 个。各加热区加热器功率匹配应满足物料在螺杆挤压机各区段温度、热量要求。螺杆套筒冷却装置的作用是保证物料在合适的温度范围内，保证挤压熔融过程进行顺利。冷却装置通常有风冷和水冷两种形式，在本课题中采用风冷形式，在机筒下方安装吹风机。由于风冷形式适用于挤出热敏性较强的物料，在以 PP为原料的纺熔非织造布生产线中，配套的螺杆挤压机上一般均配备风冷装置。温度控制系统的作用是控制和调节加热器输出热量，从而控制挤压机的工作温度。熔体压力是螺杆转动而产生的，是螺杆机压机的一个重要性能指标，保证螺杆挤压机输出的熔体压力稳定是压力控制系统的主要任务。螺杆挤压机的压力控制系统就是通过压力转速闭环，动态调节螺杆的转速来使熔体压力保持稳定。（2）螺杆挤出机的分类 将螺杆挤出机中所配置的螺杆数量来分，有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机两种，如图所示。在纺粘法和熔喷法非织造生产线中，基本都是采用的单螺杆挤出机，常用的螺纹线形有普通型和分离型两种。东华大学硕士学位论文 第二章 双组分 SMS 非织造复合材料的成型研究 11 图 2-3 螺杆示意图 图 2-3 螺杆示意图 单螺杆挤出机在聚合物加工中被广泛应用，双螺杆挤出机有不同的回道。双螺杆挤出机在加工 PET 等原料时无需进行干燥处理，其特点和优势可满足不同的聚合物加工。因此，本课题在加工芯层组分时引入了双螺杆挤出机27。在双组分纺丝系统中，本实验每一组分各自配置一套独立的螺杆挤出机。其中一侧采用同向双螺杆挤出机，用于芯层聚酯物料（PP/PET）的挤出；另一侧采用单螺杆化纤挤出机，用于皮层聚烯烃(PE)物料的挤出。本挤出机采用 6 个加热区，1-6 个加热区温度逐渐升高，设计技术参数见表 2-1。表表 2-1 螺杆设计技术参数螺杆设计技术参数 螺杆挤出机 螺杆直径(mm）长径比 压缩比 转速 r/min L1:L2:L3 同向双螺杆挤出机 71 44:1 3.0 20-265 3：4：3 单螺杆挤出机 130 30:1 3.0 75 3：4：3 2.1.2 过滤器 2.1.2 过滤器 将 A 组分和 B 组分的高聚物直接送入各自独立的同向双螺杆挤出机和化纤螺杆挤出机中，将熔融后的高聚物组分在螺杆的挤压作用下分别送入各自独立的A 组分过滤器和 B 组分过滤器进行预过滤处理。过滤器的作用是滤掉熔融聚合物中尺寸较大的杂质，如碳化物、灰尘、凝聚颗粒等。在本实验中综合聚合物特点和生产的要求，采用 PF2T-2.5B 立式双套筒缸过滤器，利用液压油推动油缸动作进行不停机连续换网。其主要优点是过滤面积很大，熔体的压力较小，压力变化平稳，滤网使用周期长，滤芯经清洗处理后可多次、重复使用。除了在 PET 非织造生产线中较多使用这种过滤器，在一些大量使用粉状原料或者再回收料的 PP 纺丝系统中，使用这种过滤器有纳污量大，连续使用时间长的明显优势，这些特点正好适用于本生产线的情况。其技术参数见表 2-2。z k q 20151125东华大学硕士学位论文 第二章 双组分 SMS 非织造复合材料的成型研究 12 表表 2-2 过滤器的技术参数过滤器的技术参数 型号 过滤面积（m2）使用温度()最高工作压力（Mpa）许用压差（Mpa）加热 介质 PF2T 立式双套筒缸过滤器 22.5 310 25 6 导热油 在生产线中使用的PF2T立式双套筒缸过滤器是带有两个过滤装置的不停机型过滤器，正常情况下，只使用其中任意一个就能满足生产要求，并保证纺丝系统的正常运行。与此同时，可将另一个没有投入使用的过滤装置拆下来，进行煅烧清理，在把滤芯清洗干净后，及时装回过滤器内升温备用。这种过滤器一般只使用一个过滤装置投入运行，而另一个处于备用状态，以便替换正在使用的滤芯，过滤熔体保持纺丝系统连续运行。在本生产线中使用的套缸式过滤器，其允许的过滤器前后最大熔体压差小于等于 6Mpa，因此，在压差大于 3Mpa 后，就要准备进行更换滤室的操作。2.1.3 计量泵 2.1.3 计量泵 熔体计量泵是用一种高精度的齿轮计量泵进行熔体计量的，每旋转一周有精确的熔体排出量，作用是精确计量聚合物30。计量泵的排量（或转速）是确定生产线产量高低及产品定量大小的根据，也是进行工艺计算的主要基础参数。计量泵运行时转速的高低直接影响了喷丝板每一个喷丝孔的熔体流量，即就是单孔挤出量。对单根纤维