聚丙烯纺黏针刺土工布的制造方法是由聚丙烯切片经过熔融挤出、冷却牵伸而形成连续长丝，然后经过分丝铺网，最后经针刺机机械加固使纤网变成非织造土工布[31，32]。
聚丙烯纺黏针刺土工布制造工艺过程由以下工序组成：
a.上料以及原辅料混合；b.熔融挤出（纺丝）；c.冷却；d.牵伸；e.摆丝成网；f.针刺加固；g.卷绕成卷。
与聚酯纺黏针刺土工布的制造工艺相比，因聚丙烯切片回潮率趋近于0，在熔融挤出工序之前没有结晶、干燥工序；因聚丙烯原料的特性，其在冷却工序中所需风量要比聚酯纺黏针刺土工布要大得多，而且聚丙烯的碳氢长链结构，通过气流牵伸很难使得聚丙烯纺黏长丝得到足够的牵伸而获得土工布应用所需的强度，因此聚丙烯纺黏针刺土工布的牵伸工序多采用机械牵伸的方式。
（二）聚丙烯纺黏针刺土工布的制造设备及工艺
1.聚丙烯纺黏针刺土工布的制造设备
聚丙烯纺黏针刺土工布的制造设备如图2-5-1所示，一般构成如下：
a.上料及混料系统（包括上料装置和混料装置）；b.螺杆挤出机；c.熔体过滤器；d.计量泵；e.纺丝箱体；f.冷却装置；g.牵伸装置；h.分丝成网装置；i.针刺加固装置；j.分切收卷装置；k.其他电子辅助装置。
下面逐一对以上设备进行介绍。
图2-5-1 聚丙烯纺黏针刺土工布生产线
（1）上料及混料系统（包括上料装置和混料装置）
上料系统由料仓、真空吸料泵和输料管道等组成，因为聚丙烯具有抗老化性差的特点及土工布的一些特殊应用要求，一般在生产过程中除了添加聚丙烯切片外还会添加一些色母粒、抗老化母粒以及阻燃母粒等功能性原料，因此上料系统的料仓往往具有多个料斗用于分别提供生产中需要的聚丙烯原料和其他辅助原料，每个料斗都连有一个真空吸料泵和输料管道，将各种原料输送至混料系统。
混料系统的功能就是将上料系统输送的多种原料进行精准按比例均匀混合，然后将混合好的原料输送至螺杆挤压机。
图2-5-2 双螺杆螺杆挤出机示意图
1—连接器 2—过滤器 3—料筒 4—螺杆 5—加热器 6—加料器 7—支座 8—上推轴承 9—减速器 10—电动机
（2）螺杆挤出机
螺杆挤出机的作用是把固体高聚物进行熔融，然后以恒定的温度和稳定的压力输出高聚物溶体，主要由螺杆、套筒、传动系统、加料装置、过滤器、加热和冷却装置等构成，螺杆的长径比L/D以25为宜。因为聚丙烯的熔点较低只有160～180℃，在高温和压力下特别容易发生相对分子质量降解影响纺丝性能，因此聚丙烯熔融纺丝一般采用双螺杆挤出机。切片从料斗进到螺杆的螺槽中，由于螺杆的转动，把切片向前推进，切片不断吸收加热装置供给的热能；切片在前进过程中受到的作用温度升高，逐渐融化成溶体。熔化过程中聚合物在温度、黏度和形态等方面发生变化，由玻璃态转变为高弹态，随着温度的进一步上升，成为黏流态。黏流态的熔体经螺杆的推进和螺杆出口以一定的压力输出。通常螺杆挤压机的温度设置范围为200～250℃，且从加料器至过滤器加热区温度设置呈增高的趋势。
（3）熔体过滤器
熔融聚合物内，一定会存在一定数量的各种杂质，例如凝聚粒子、金属粉尘、灰尘、碳化物等。在纺丝过程中，熔体存在的杂质一方面会对计量泵造成损伤，另一方面必然会影响产品质量，甚至无法正常生产，因此在熔体进入纺丝工序前进行多重过滤是完全必要的，因聚丙烯纺黏针刺土工布生产过程中熔体压力较低，可以实现滤网的在线切换。
（4）计量泵
计量泵（图2-5-3）为外啮合齿轮泵，齿轮啮合运转时，齿轮啮合脱开使吸入腔容积增大，形成负压，聚合物熔体被吸入泵内并填满两个齿轮的齿谷，齿谷间的熔体在齿轮的带动下紧贴着“8”字形孔的内壁回转近一周后送至出口腔，由于出口腔的容积不断变化，聚合物熔体得以顺利排出。因为熔体每转的泵出量基本是定值，因此根据每转泵出量、转速、熔体密度、计量泵对应纺丝位个数大致能算出生产线产量 Q，可用公式（2-21）计算：
图2-5-3 计量泵工作原理示意图
式中 V——每转泵出量，cm3/r；
n——计量泵转速，r/min；
ρ——熔体密度，g/cm3，聚丙烯熔体的密度为0.91g/cm3；
N——计量泵个数；
Q——生产线产量，g/min
（5）纺丝箱体
纺丝箱体（图2-5-4）是纺丝系统的重要部件，由熔体分配板、喷丝板、熔体过滤材料等组成。通常采用导热油加热或者直接电加热的方式进行加热保温，箱外包覆绝热材料。经计量泵精确计量后的纺丝熔体经熔体分配管同步均匀输送至各纺丝组件，其中由计量泵连接纺丝组件的熔体分配管长度一致，避免了因长度不同而导致的输送时间的差异性。
图2-5-4 纺丝箱体
（6）冷却装置
从喷丝孔内喷出的熔体细流，由于仍然处于黏流状态，因此必然放出大量的凝固热。需要利用冷却风来与之进行热交换，但需在熔体离开喷丝板一定距离后才能开始吹送冷却风，这样使熔体在成形过程中凝固成丝条。冷却装置（图2-5-5）的一个非常重要的作用是在特定长度内，每根单丝都能够得到均匀特定一致的冷却。相对聚酯纺黏针刺土工布的侧吹风冷却装置而言，聚丙烯纺黏针刺土工布的冷却装置需要更大的风量，其距喷丝板的距离和侧吹风装置的冷程也有很大不同。
图2-5-5 冷却装置
（7）牵伸装置
对于聚丙烯纺黏牵伸过程来讲，气流牵伸很难使得碳氢长链结构得到充分的牵伸，气流牵伸获得的聚丙烯长丝因结晶度和取向度不够强度较低，进而由此加工而成的非织造布产品机械强度较低，很难满足土工领域应用需求。目前世界上主流生产聚丙烯纺黏土工布的企业的牵伸技术多以机械牵伸为主，如美国的杜邦和荷兰的POLYFELT，下面以杜邦的牵伸装置为例进行聚丙烯纺黏牵伸装置的介绍[29，32，33]。(www.xing528.com)
如图2-5-6所示，由侧吹风冷却后的聚丙烯纺黏丝束经过喂入辊提取后进入到牵伸辊，牵伸辊由4个表面镀有氧化铝的圆辊组成，这四个圆辊之间具有独立的速度控制装置，转动的速度范围在900～2400r/min，且这四个圆辊之间具有速度差异，以实现聚丙烯长丝的牵伸[30]。
图2-5-6 聚丙烯机械牵伸装置
1—喂入辊 2—牵伸辊 3—铺网喷嘴a，b—加热辊
（8）分丝成网装置
在纺丝成网工艺中，牵伸之后的长丝丝束需要在极其短暂的时间内铺置成均匀的纤维网，长丝的运动速度达到每分钟几千米。为将丝束分散并在网帘上形成均匀的纤维网，目前已有许多类型的分丝技术应用，这些类型的分丝技术大致可以分为气流分丝法、静电分丝法和机械分丝法。目前，天鼎丰控股有限公司采用的为机械分丝法，即通过摆片地来回摆动尽可能均匀的铺在成网帘上，摆频为200～1400r/min，位距为30～70cm左右。
（9）针刺加固装置
针刺加固装置（图2-5-7）的作用是：通过刺针的反复穿刺，使纤网中的纤维相互勾连缠结，赋予纤网一定的物理机械性能，形成长丝土工布。
天鼎丰控股有限公司针刺加固装置有三台Dilo针刺机组成，包括一台预刺和两台主刺，植针密度5036～10072p/m，针刺深度（预针刺：8～12mm；主针刺：6～12mm），网板隔距10～18mm，针刺密度30～120p/cm2，针刺频率能稳定运行至1900，可生产80～1000g/m2，产品幅宽≤6m。在针刺加固生产过程中，最主要的是合理分配针刺密度、严格控制针刺深度及适当的针刺机速比等。
图2-5-7 针刺加固装置
（10）分切收卷装置
分切收卷装置的作用：按照客户的要求，整齐的切割布边和定长并自动收卷成圆筒布。
（11）其他电子辅助装置
为了实现生产过程中的自动化控制和智能化生产，提高产品的制成率和质量控制能力，往往还有一些电子辅助装置，如电气控制装置、产品均匀性检测装置和生产线参数监控装置等。
天鼎丰聚丙烯纺黏针刺土工布生产设备如图2-5-8所示。
2.聚丙烯纺黏针刺土工布的生产工艺
（1）原辅料
a.聚丙烯切片；b.UV稳定剂（母粒）；c.色母粒；d.阻燃母粒；e.其他功能性母粒。
（2）生产工艺流程图
聚丙烯纺黏针刺土工布的生产工艺流程图如2-5-9所示。
图2-5-8 天鼎丰聚丙烯纺黏针刺土工布生产设备
图2-5-9 聚丙烯纺黏针刺土工布生产工艺流程图
①上料混合：将聚丙烯切片和其他辅料倒置于料仓后经上料系统输送至混料系统，然后由混料系统将原辅料混合均匀。
②熔融挤出：聚丙烯切片和其他功能性母粒被混合均匀后一起喂入双螺杆挤压机，切片经螺杆挤压机熔融挤压并混合后转变成熔体，经过熔体过滤器滤除微小熔体颗粒。在熔融挤出过程中比较重要的工艺参数是挤压机和过滤器的温度和压力，在此过程中聚丙烯切片既要被熔成熔体并且要带有一定的压力以输送至纺丝箱体挤出纺丝，又要避免因温度和压力过高引起原料的降解，影响纺丝的稳定性和产品的性能。一般挤压机和过滤器的温度设置范围在180～250℃，对双螺杆挤压机系统来说，挤压机机头压力范围在3.0～8.0MPa，过滤器的压力范围在7.0～15.0MPa。
③纺丝：相对聚酯来说，聚丙烯在纺丝过程中会有更严格的工艺要求，图2-5-10为纺丝过程中聚丙烯熔体从单个纺丝孔挤出后各个区域的技术参数。
图2-5-10 聚丙烯熔体从单个纺丝孔挤出后各区域技术参数
1—导孔区 2—入口区（喇叭口）3—孔流区（毛细流动区）4—膨化区（喷丝板到最大膨胀处）5—形变区（最大膨胀处到凝固点的区域）6—稳定区（凝固点到牵伸罗拉） L0—熔体细流从喷丝孔出口到熔体细流直径最大处的距离 Lc—熔体细流直径最大处到拉伸应变速率最大时的距离 L∞—熔体完全凝固时距喷丝孔出口的距离，即凝固长度 L—牵伸罗拉到喷丝孔出口的距离
聚丙烯熔体在进入纺丝组件时剪切应力非常小，但是当进入到喷丝板中时增大了约500倍。当熔体从喷丝板挤出时，熔体的压力由3.0～6.0MPa降低到了0.1MPa左右，而此时挤出长丝的直径比在喷丝板孔中时增大了2～3倍，即发生了模口膨胀现象。在后面经过侧吹风区域后，聚丙烯长丝由外向内迅速冷却并发生固化，此时长丝的直径要比经过牵伸后的长丝直径要大。
模口膨胀系数会随着熔体温度的增加和黏度的降低进一步降低，聚合物的相对分子质量分布也会变窄；随着产量提高或者喷丝板喷丝孔长径比减少，抑或孔的直径增加，模口膨胀系数也会增加。因此在生产过程中要根据生产纤维的直径情况来选择喷丝板孔的直径。
④冷却：熔体细流自喷丝板孔喷出后，在空气介质中冷却凝固是一个单纯的物料过程。丝条冷却条件对纤维结构和性能有决定性的作用。
⑤牵伸：经过冷却固化成形的纤维为初生纤维，强力低，伸长大，结构极不稳定。需要用牵伸工艺使构成纤维的分子链以及结晶沿纤维轴向取向（如图2-5-11所示），可以提高纤维的拉伸性能、耐磨性以及结构稳定性，同时得到所需的纤维细度。
图2-5-11 晶态聚合物拉伸取向时结构变化示意图
（a）形成新的取向态的折叠结构（b）形成完全伸直链的结晶
⑥铺丝成网：经过牵伸后的聚丙烯长丝纤维被牵伸气流带至机械摆丝机构，经过机械摆丝均匀的铺放在网帘上。
⑦针刺固结：纤维由成网帘输送至预针刺机和主针刺机使得聚丙烯纤维网相互机械缠结获得所需要的机械拉伸性能。
⑧分切收卷：经过针刺固结后的聚丙烯纺黏针刺土工布产品根据客户要求进行分切收卷，并进行包装入库。
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