熔喷技术与复合非织造材料应用

1.3.5.1　熔喷非织造材料

采用高速热空气流对纺丝模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成的超细纤维被收集在凝网帘或滚筒上，通过其自身预热黏合而成的非织造材料，称为熔喷非织造材料。熔喷非织造材料中的纤维很细，其直径在0.5～10μm（平均直径1～4μm），具有大的比表面积，材料的孔径小、孔隙率大，因而具有优良的过滤性能、屏蔽性能、绝热性能和吸附性能，广泛用作口罩、血液过滤材料、保暖材料、防护阻隔材料、吸油材料、吸声隔声材料和电池隔膜等。常规熔喷非织造材料的电镜照片如图1-29所示，熔喷非织造材料卷材如图1-30所示（彩图见插页）。

有人将纺粘非织造层中的纤维、熔喷非织造层中的纤维和头发做了细度对比，其结构如图1-31所示。可以看出纺粘层纤维的细度大概为头发直径的1/3，而熔喷层纤维的细度仅为头发直径的1/30。

图1-29　常规熔喷非织造材料的电镜照片

图1-30　熔喷非织造卷材

图1-31　头发、纺粘非织造纤维和熔喷非织造纤维对比图

熔喷非织造材料存在拉伸强力小、耐磨性差、回弹性差等不足，常和其他材料复合使用。其中，纺粘/熔喷/纺粘（SMS）复合非织造材料是最常用的复合方式，它一方面可以发挥纺粘非织造材料的力学性能，同时可以发挥熔喷非织造材料的阻隔屏蔽性能，并可以在线复合，不会对熔喷非织造材料自身结构造成破坏。为了克服熔喷非织造材料抗压缩回弹较差的缺点，最早由美国3M公司开发成功的短纤维插层熔喷非织造材料成形工艺技术，通过在熔喷非织造成形过程中吹入涤纶等短纤维，使其与尚未冷却固化的熔喷超细纤维一起凝聚于成网装置上而成形。这种复合材料提高了纯熔喷非织造材料的弹性回复性，能更长久地保持其优良的吸声保暖等性能。

1.3.5.2　SMS非织造复合材料

薄型纺丝成网法非织造材料（S）具有良好的力学性能，但孔隙尺寸较大，抗渗透性较差。而熔喷法非织造材料（M）具有超细纤维的纤网结构，其过滤和屏蔽性能极好，但由于特殊工艺条件的限制，其抗拉强度较低。由此，熔喷和纺粘工艺技术的组合产生了SMS复合非织造材料，则兼具了两者的优点。SMS复合非织造材料的表面和截面电镜照片如图1-32所示。

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图1-32　SMS复合非织造材料的表面和截面电镜照片

SMS复合材料在拥有高阻隔性的同时兼具良好的透气性，可用于制作手术洞巾、手术衣、防护服、手术室帷幕等阻隔防护材料，中间的熔喷非织造材料可有效地阻隔血液、体液、酒精及细菌的穿透，同时超细纤维的结构又可保证汗液蒸汽顺利透过。而处于面层的聚丙烯纺粘非织造材料则具有较高的强度和耐磨性，并且其长丝结构保证无纤维绒头产生，有利于外科手术要求的洁净环境。

根据设备配置情况，SMS复合非织造材料可以分为在线复合、离线复合以及一步半法复合三种。下面分别进行简单介绍。

（1）在线复合工艺

在线复合工艺是指SMS复合可以通过在同一条生产线上的纺粘和熔喷设备来实现，即所谓的一步法SMS。在同一条生产线上，同时具有两个纺粘喷丝头及一个熔喷模头，先由第一个纺粘喷丝头喷出长丝形成第一层纤网，再经过熔喷模头在上面形成第二层纤网，然后经第二个纺粘喷丝头形成第三层纤网。这三层纤网经过热轧机黏合，最后经过卷绕机切边卷绕形成SMS非织造布。目前规模较大的纺熔企业都是采用在线复合工艺，常规设备配置如图1-33所示。

在线复合SMS生产线结合了两种不同的成网技术，可以根据产品性能要求，随意调整纺粘层和熔喷层的比例。但是在线复合生产线存在投资成本大、建设周期长、生产技术难度大、开机损耗大等缺点，因此不适应小订单生产。从生产效率上来说，因为熔喷生产速度低，所以要保证SMS产品的质量和性能就必须牺牲纺粘线速度，目前许多企业有SMMS等设备配置方式。

图1-33　在线复合SMS生产线示意图

（2）离线复合工艺

离线复合工艺是指先由纺粘和熔喷两种工艺分别制得纺粘非织造材料和熔喷非织造材料，再经过热轧等复合设备将两种非织造材料复合在一起形成SMS复合型非织造材料，即所谓的二步法SMS。

离线复合生产SMS产品的优点是投资小、见效快、灵活性高，适于小订单生产。离线复合生产SMS产品的缺点在于其所用纺粘和熔喷材料性能不能自控，所用熔喷非织造材料的克重较大，很难保证产品性能的稳定性

（3）一步半法

鉴于一步法SMS设备投资大、二步法SMS产品克重大的缺点，国内一些企业已经开发出了一步半法SMS，即外购纺粘非织造材料，使用时退卷随网帘送到熔喷区，和在线熔喷非织造材料复合后，再退卷叠加一层纺粘非织造材料，最后再热轧复合。这种设备投资较一步法SMS少，工艺比一步法SMS灵活，而且由于熔喷非织造材料是在线生产，无收卷、退卷工序，即使是低克重的熔喷非织造材料，其结构也不会破坏，有效解决了二步法SMS产品克重大的缺点。