聚丙烯熔噴專用料的結(jié)構(gòu)與性能研究

聚丙烯熔噴專用料的結(jié)構(gòu)與性能研究

熔噴法非織布生產(chǎn)工藝是直接從熔鉛中干燥的工藝。通常，固碳法的非織布被稱為固碳法。因熔噴纖網(wǎng)為超細(xì)纖維，提供了大的表面積，因此，被廣泛地用作過濾通過市場調(diào)研了解到，熔噴法PP原料的制備方法主要有兩種：(1)裝置直接聚合法生產(chǎn)高流動PP,通過控制聚合反應(yīng)工藝以控制PP的分子量及分子量分布。采用提高阻聚劑如氫氣濃度的方法降低聚合物的分子量，從而提高熔體質(zhì)量流動速率。這種方法受催化劑、反應(yīng)條件等因素的限制。本工作主要研究了熔噴專用PP樹脂的分子量及分子量分布、熔體流動速率、灰分及揮發(fā)分性能，并建立原料、設(shè)備、工藝之間的影響關(guān)系，通過研究熔噴工藝，來更好地指導(dǎo)PP原料在熔噴布中的應(yīng)用。1實驗部分1.1主要原材料PP:氫調(diào)法熔噴料PP1、降解法熔噴料PP2,中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司。1.2儀器、試藥和儀器熔體流動速率儀：MP600,美國TO公司；差示掃描量熱儀：TA-6200,日本精工株式會社；凝膠色譜分析儀：GPC-IR,西班牙POLYMERCHAR公司；揮發(fā)分測試儀：HX204,梅特勒公司；微波灰化馬弗爐：美國CEM公司；萬能試驗機(jī)：INSTRON5566,英國Instron公司；偏光顯微鏡：BH-2,日本OLYMPUS;掃描電子顯微鏡：S-3400A,日本日立公司；自動濾料測試儀：SC-FT-1802D,青島世塵公司。熔噴生產(chǎn)線：模頭幅寬3.2m,國產(chǎn)。熔噴試驗機(jī)：模頭幅寬0.6m,孔徑0.25mm,長徑比10∶1,國產(chǎn)。1.3熔噴布的制備將駐極母粒與PP按照一定比例加入喂料機(jī)，制備25g和40g重熔噴布。其中，螺桿溫度設(shè)定180～255℃,熱罐出口設(shè)定255℃,噴絲板溫度設(shè)定245～265℃,接收距離DCD設(shè)定22cm。1.4度2、負(fù)荷2.16kg按照GB/T3682.1—2018測試，溫度230℃、負(fù)荷2.16kg;差示掃描量熱法(DSC)分析按照GB/T19466.3—2004測試，將約5mg的試樣，在N2結(jié)果與討論2.1原材料對造浮設(shè)備和造浮設(shè)備性能的影響2.1.1原料流動性和凝結(jié)溫度原料PP1是燕山石化生產(chǎn)的氫調(diào)法熔噴料，原料PP2是降解法生產(chǎn)熔噴料，分析兩種原料的結(jié)構(gòu)與性能，研究分子量和分子量分布、高效過濾熔噴布具有2～5μm的超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)特點，在進(jìn)行熔噴紡絲時對PP原料的流動性有一定要求，一般需要原料具有非常高的其中PP1原料具有更低的灰分和揮發(fā)分，雜質(zhì)含量少，可以滿足噴絲板的長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，非常適合于高端醫(yī)療衛(wèi)生用品。PP2原料的結(jié)晶溫度略高，這有利于纖維絲的冷卻定型，對絲徑的均一性更加可控，可以降低并絲的比例。熔噴料的分子量分布越寬，會造成熔體切變速率下降，增加熔體彈性，會影響熱空氣對熔體細(xì)絲的牽伸，從而影響纖維細(xì)度和產(chǎn)品的手感。從表1可以看出，兩種原料的分子量分布指數(shù)均小于4,PP1原料的分子量分布略寬，說明小分子和大分子都相對偏多，與表中0～1萬和50萬～100萬分子量的比例相對應(yīng)，這將會對紡絲工藝產(chǎn)生影響。2.1.2材料的過濾機(jī)理和性能測試使用PP1和PP2原料生產(chǎn)熔噴布，其中PP2原料生產(chǎn)的熔噴布在32L/min下鹽性顆粒過濾效率99.2%,而PP1生產(chǎn)的熔噴布手感偏硬，在32L/min下鹽性顆粒過濾效率95.3%,并且飛花現(xiàn)象明顯，這主要由于PP1原料中小分子和大分子含量偏多，熱風(fēng)溫度過高會造成斷絲飛花，螺桿擠出溫度和噴絲板溫度過低會造成熔體黏度過高，不利于牽伸，同時熱風(fēng)風(fēng)速過低也不利纖維牽伸，制備的纖維細(xì)度就易較粗，布面手感就會偏硬。所以對PP1原料的紡絲工藝進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高噴絲板溫度10～20℃,改善可紡性和加工流動性，這與其分子量和分子量分布的數(shù)據(jù)可對應(yīng)上。對兩種原料制備的25g重熔噴布進(jìn)行性能測試，數(shù)據(jù)如表2所示。在熔噴過濾材料的過濾機(jī)理中，普遍認(rèn)為的機(jī)理主要有布朗擴(kuò)散、截留、慣性碰撞、重力沉降和靜電吸附5種過濾機(jī)理。當(dāng)微塵直徑小于3μm,由于熔噴布中的超細(xì)纖維隨機(jī)和隔層交叉排列成型，構(gòu)成多彎曲通道的纖維過濾層，當(dāng)微粒經(jīng)過各種類型的彎曲通道或路徑時，微塵便被機(jī)械過濾式的范德華力吸附在纖維表面。在熔噴紡絲過程中會加入一定量的駐極母粒，實現(xiàn)過濾材料的纖維帶電勢，可達(dá)到靜電吸附作用，當(dāng)粉塵、細(xì)菌、病毒等粒徑經(jīng)過過濾材料時，靜電力不僅能有效地吸引帶電微粒，而且以靜電感應(yīng)捕獲應(yīng)計劃的中性粒子，隨著靜電勢提高，靜電吸附作用增強(qiáng)。可以看出，采用PP1和PP2原料生產(chǎn)的熔噴布微生物和過濾效率等指標(biāo)，均滿足相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求；25g重熔噴布，在32L/min流量下的鹽性顆粒過濾效率均在99%以上，氣體阻力30Pa左右，在85L/min流量下的鹽性顆粒過濾效率均在95%以上，氣體阻力90Pa左右，可滿足KN95高等級防護(hù)口罩的要求。力學(xué)性能方面，降解法PP2性能相對更好，這是由于降解料熔體彈性更小，利于熱空氣對熔體細(xì)絲的牽伸，可提高纖維細(xì)度，進(jìn)而提高纖維質(zhì)檢的黏結(jié)點，從而增加了力學(xué)性能。同時使用PP1制備了40g重熔噴布，采用EN149:2001+A1:20098.11標(biāo)準(zhǔn)測試鹽性和油性顆粒過濾效率；進(jìn)行老化評價，將熔噴布在(38±2.5)℃和(85±5)%相對濕度環(huán)境放置(24±1)h,在(70±3)℃干燥環(huán)境放置(24±1)h,在(-25±3)℃的環(huán)境放置(24±1)h,性能測試數(shù)據(jù)如表3所示。對上述的40g重熔噴布進(jìn)行口罩生產(chǎn)，測試口罩的關(guān)鍵性能。其中，在95L/min流量下測試，鹽性過濾效率是99.74%,油性過濾效率是96.79%,滿足FFP2等級≥94%的標(biāo)準(zhǔn)。在30L/min流量下測試，吸氣阻力是40Pa,滿足FFP2等級≤70Pa標(biāo)準(zhǔn)；在95L/min流量下測試，吸氣阻力是138Pa,滿足FFP2等級≤240Pa標(biāo)準(zhǔn)。在160L/min流量條件下測試，呼氣阻力是227Pa,滿足FFP2等級≤300Pa標(biāo)準(zhǔn)，說明用該熔噴布制備生產(chǎn)的口罩符合歐盟FFP2級要求，各項性能良好且穩(wěn)定。2.2該工藝對焊接性能的影響2.2.1熔噴布鹽性過濾效率性能的模糊設(shè)計采用PP1原料在熔噴試驗機(jī)上進(jìn)行紡絲試驗，通過調(diào)整螺桿的擠出量，考察對熔噴布鹽性過濾效率的性能影響，如圖1所示。隨著擠出量增加，過濾效率2.2.2熔噴布sem測試通過調(diào)整噴絲板的溫度，考察對熔噴布鹽性過濾效率的性能影響，如圖2所示。并對制備的熔噴布進(jìn)行SEM測試，如圖3所示。隨著噴絲板溫度升高，過濾效率呈現(xiàn)先增加后下降趨勢。從SEM圖可以看出，噴絲板溫度高于220℃后，絲徑的不均勻度增加，粗的纖維有可能是并絲導(dǎo)致。這是由于對于小機(jī)器及高2.2.3聚合物熔體的拉伸通過調(diào)整熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)速度，考察對熔噴布鹽性過濾效率的性能影響隨著熱風(fēng)溫度的升高，整體過濾效率呈升高趨勢。這是由于在熔噴過程中，熱空氣的主要作用是在聚合物保持熔融狀態(tài)下拉伸聚合物熔體，使其牽伸拉細(xì)形成超細(xì)纖維。熱空氣溫度升高，可延緩纖維的冷卻固化，有利于對纖維的拉伸，從而使纖維直徑減小，過濾效率增加。但是熱風(fēng)溫度高于240℃后，過濾效率反而下降，這是由于溫度過高，纖維太細(xì)，纖維之間黏結(jié)性下降。隨著熱風(fēng)速度的增加，過濾效率逐漸提高，并且手感逐漸變得特別柔軟。這是因為熱風(fēng)速度增大，對噴絲孔噴出的纖維牽伸力增大，因此纖維纖度變小，手感由硬變軟，纖維纏結(jié)增多，并且熱黏合效果增大，布面由粗糙到密實、光滑；但是當(dāng)熱風(fēng)速度過大時(大于30r/min),就會出現(xiàn)“飛花”疵點。2.2.4纖維網(wǎng)孔隙率通過調(diào)整接收距離和駐極電壓，考察對熔噴布鹽性過濾效率的性能影響，如圖6、圖7所示。接收距離DCD增加時，過濾效率略微降低，幅度不大?？赡苁怯捎诮邮芫嚯x增加，纖維飛向成網(wǎng)簾的速率降低，纖維網(wǎng)的蓬松度增加，厚度增加，平均孔隙率增加，厚度增加可提高過濾效率，孔隙率增加則降低過濾效率，兩者的共同作用使過濾效率變化不大。駐極電壓增大，過濾效率提高。這是因為隨著充電電壓的增大，駐極材料的極化電場增強(qiáng)，在樣品表面俘獲的電荷越多，靜電吸附的效果越強(qiáng)，過濾效率越高。3重熔噴布的過濾效果1)通過對PP熔噴專用料的結(jié)構(gòu)與性能研究，考察熔噴料的分子量及分子量分布、2)所制備的25g重熔噴布，在32L/min流量下的鹽性過濾效率可達(dá)