一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料及生产系统的制作方法

1.本发明涉及非织造布生产的技术领域，尤其是指一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料及生产系统。


背景技术：

2.在纺粘无纺布或熔喷无纺布生产中，主要是通过提高成网速度来尽量提高纤维取向度，而成网速度可提升程度相对有限，因此通过这种方法提高纤维取向度的程度亦有限。此外，提高成网速度后无纺布的克重亦会随之降低，因此这种通过提高成网速度来提高纤维取向度的方法只能应用于一些低克重的薄型无纺布产品，极大地限制了高纤维取向度无纺布地推广应用。
3.目前制备取向纤维的研究主要有两个方向：一是改进原有装置来改变纺丝环境制备取向纤维：另一个是利用静电纺丝射流运动过程中的稳定的直线运动阶段，通过一定措施减少射流下落过程中的不稳定运动，从而制备取向纤维。目前有关静电纺丝制备取向纤维的研究已经不少，但其中大多数都是针对溶液静电纺丝的，而且主要都是利用装置的改进来制备取向纤维。而工业化前景良好的熔体静电纺丝的相关研究几乎没有，更没有利用稳定的射流阶段制备取向纤维的研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料及生产系统，所制备的无纺布产品可在材料的复合、过滤、分离以及生物医学方面的创伤包扎和防护服等领域具有一定的应用。
5.为了实现上述的目的，本发明所提供的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，包括有如下按百分比的材料：纺丝用聚合物90%~96%、含氟聚合物1%~5%、纳米氯化盐1%~5%、纳米二氧化硅0.05%~1%、纳米电气石粉0.05%~2%、脂肪酸盐 0.5%~1.5%、相容剂 0.05%~1.5%。
6.进一步，所述纺丝用聚合物包括聚丙烯、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌共聚物一种或多种。
7.进一步，所述纳米氯化盐包括氯化钠、氯化镁、氯化钙的一种或多种组合。
8.进一步，所述含氟聚合物包含聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物的一种或多种组合。
9.进一步，所述脂肪酸盐包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁中一种或多种。
10.进一步，所述相容剂包括马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、季戊四醇硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯中一种或多种。
11.一种非织造布的生产系统，包括喷丝机构、成网机和静电纺丝机构，其中，所述喷丝机构采用上述的非织造布材料用于制备喷出纤维，所述成网机用于接收纤维并积聚成网，所述静电纺丝机构用于在喷丝机构和成网机之间构建高压静电场以对喷出的纤维施加
静电场力。
12.进一步，所述静电纺丝机构包括两块电极板和高压电源，所述高压电源的正极与喷丝机构相连接，所述高压电源的负极与两块电极板相连接。
13.进一步，所述两块所述电极板沿成网方向水平间隔布置在成网机的成网面下方。
14.进一步，所述两块所述电极板位于喷丝机构和成网机之间且两块所述电极板呈水平间隔布置在喷丝机构下方的两侧位置。
15.本发明采用上述的方案，其有益效果在于：1）通过添加改性物质进行共混，从而改变传统物料的粘度、极性和导向性，改善熔体的流动性，以便于适用于静电方式工艺；2）通过采用静电纺丝机构配合纺丝机构和成网机从而制备出高取向度无纺布产品，具备有纤维直径小、纵向取向度高、纵向强度大等特点，可产业化、批量化、连续化生产。
附图说明
16.图1为实施方式一的结构示意图。
17.图2为实施方式二的结构示意图。
18.图3为实施方式三的结构示意图。
19.其中，101-纺粘组件，11-侧吹风通道，12-牵伸通道，13-预压辊，14-热轧辊组，102-熔喷组件，20-成网机，31-高压电源，32-电极板，40-抽吸单元，21-热风气流通道。
具体实施方式
20.为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面地描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
21.参见附图1和3所示，在本实施例中，一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，包括有如下按百分比的材料：纺丝用聚合物90%~96%、含氟聚合物1%~5%、纳米氯化盐1%~5%、纳米二氧化硅0.05%~1%、纳米电气石粉0.05%~2%、脂肪酸盐 0.5%~1.5%、相容剂 0.05%~1.5%。
22.在本实施例中，纺丝用聚合物包括聚丙烯、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌共聚物一种或多种。可根据纺丝用聚合物应用在纺粘或熔喷工艺下对应设置熔融指数，其中，当应用在纺粘工艺时，熔融指数为20~100 g/10min；当应用在熔喷工艺时，熔融指数为800~1500 g/10min。
23.在本实施例中，纳米氯化盐包括氯化钠、氯化镁、氯化钙的一种或多种组合。
24.在本实施例中，含氟聚合物包含聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物的一种或多种组合。
25.在本实施例中，脂肪酸盐包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁中一种或多种，用于起到分散剂的作用。
26.在本实施例中，相容剂包括马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、季戊四醇硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯中一种或多种。
27.通过采用上述的材料进行共混，从而改变物料的粘度、极性和导向性，改善熔体流动性，以便适用于静电纺丝工艺。
28.为了便于对上述材料的理解，以下结合具体生产系统作进一步解释说明。
29.一种非织造布的生产系统，包括喷丝机构、成网机20和静电纺丝机构，其中，所述喷丝机构采用上述的非织造布材料用于制备喷出纤维，成网机20用于接收纤维并积聚成网，静电纺丝机构用于在喷丝机构和成网机20之间构建高压静电场以对喷出的纤维施加静电场力。
30.在本实施例中，静电纺丝机构包括两块电极板32和高压电源31，所述高压电源31的正极与喷丝机构相连接，所述高压电源31的负极与两块电极板32相连接。
31.为了便于理解，以下结合三种具体实施方式对上述的生产系统作进一步解释说明。
32.参见附图1所述，实施方式一：此处的喷丝机构为纺粘组件101且两块所述电极板32沿成网方向水平间隔布置在成网机的成网面20下方。具体地，喷丝机构为纺粘组件101时，纺粘组件101主要由过滤板、分配板和喷丝板组成，其中，过滤板用于过滤熔体的杂质，防止堵塞喷丝孔；分配板是将熔体分配到喷丝板上的每个喷丝孔；喷丝板上有喷丝孔，是聚合物熔体流出的出口。上述部件的工作原理及结构特征对于本领域技术人员而言属于公知常识，此处不再展开赘述。此时的纺粘组件101用于喷出纺粘纤维。
33.进一步，实施方式一的纺粘组件101下方配置有侧吹风通道11和牵伸通道12，其中，侧吹风通道11位于喷丝板下方位置的两侧，从而提供高速冷风气流，使聚合物熔体在牵伸通道12中得到牵伸、细化、冷却、定向。冷却风常用的温度范围在10～20℃。
34.进一步，实施方式一还包括设于成网机20的成网面上方的预压辊13以及设于成网机20下游的热轧辊组14，其中，通过预压辊13配合成网面共同对服贴在成网面上的纺粘纤维网进行预压。热轧辊组14由一对上下布置的热轧辊构成，用于将预压后的纺粘纤维网进行热轧压花，从而得到所需的纺粘无纺布。上述的预压辊13和热轧辊的结构原理属常规技术手段，此处不再展开赘述。
35.参见附图2所述，实施方式二：此处的喷丝机构为熔喷组件102且两块所述电极板32沿成网方向水平间隔布置在成网机20的成网面下方。具体地，喷丝机构为熔喷组件102时，熔喷组件102主要由熔喷模头组成，上述部件的工作原理及结构特征对于本领域技术人员而言属于公知常识，此处不再展开赘述。此时的纺粘组件101用于喷出熔喷纤维。
36.进一步，在熔喷组件102的熔喷模头出口两侧配置有热风气流通道21，用于喷出高速的热空气气流与熔喷模头流出的聚合物溶体接触，高速的气流能够使熔体得到牵伸、分丝，最后形成细纤维。
37.在上述实施方式一和二中，静电纺丝机构均适用于上述的两种实施方式，两块电极板32沿成网方向水平间隔布置在成网机20的成网面下方，电极板32的长度大于所制备的无纺布的幅宽。高压电源31的正极与喷丝机构相连接，从而使喷丝机构所喷出的熔体带有适量的正电荷，高压电源31的负极与两块电极板32相连接，从而配合喷丝机构形成高压静电场，由此，对带有正电荷的聚合物溶体施加电场力，使聚合物熔体在高速流量、电场力和成网的牵引力三者作用下，在两平行电极上呈现纵向排列。
38.具体地，对于实施方式一中的纺粘组件101，聚合物溶体由喷丝板刚挤出时，带有适量的正电荷，此时主要受到竖直向下的重力以及高速气流的牵引力，令熔体被牵伸、分丝、细化成更细的熔体细流。而在进入下方的牵伸通道12时，由于离两电极板32距离缩短了，聚合物熔体细流所受的电场力强度逐渐增大，熔体细流会在两电极板32间偏移。最后结
合电场力、高速气流牵伸力及成网移动的牵引力相互作用，使熔体细流冷却固化并在两电极板32之间呈现纵向排列成网。因为两电极板32是在成网面下方，所以纤维网并不会接触到两电极板32，而是随着成网运转不断移动。
39.对于实施方式二中的熔喷组件102，聚合物溶体由熔喷模头喷出时，带有适量的正电荷，此时的熔体流出后同时受到电场力、高速气流牵伸力及成网移动的牵引力作用，形成高纤维取向度的熔喷纤维网。
40.参见附图3所述，实施方式三：此处的喷丝机构为纺粘组件101且两块所述电极板32呈水平间隔布置在喷丝机构下方的两侧位置。具体地，两块电极板32位于纺粘组件10和成网机20之间，并且两块电极板32呈水平间隔布置在纺粘组件10下方的两侧位置。高压电源31的正极与纺粘组件10的喷丝板相连接，从而使纺粘组件10所喷出的熔体带有适量的正电荷，高压电源31的负极与两块电极板32相连接，从而配合纺粘组件10形成高压静电场。
41.进一步，在实施方式三中，纺粘组件10下方配置有侧吹风通道11和牵伸通道12，其中，侧吹风通道11位于喷丝板下方位置的两侧，从而提供高速冷风气流，使聚合物熔体在牵伸通道12中得到牵伸、细化、冷却、定向。冷却风常用的温度范围在10～20℃。
42.进一步，实施方式三的电极板32呈竖向延伸布置，其中，两块所述电极板32位于侧吹风通道11和牵伸通道12的外围。
43.进一步，实施方式三还包括设于成网机20的成网面上方的预压辊13以及设于成网机20下游的热轧辊组14，其中，通过预压辊13配合成网面共同对服贴在成网面上的纺粘纤维网进行预压。热轧辊组14由一对上下布置的热轧辊构成，用于将预压后的纺粘纤维网进行热轧压花，从而得到所需的纺粘无纺布。上述的预压辊13和热轧辊的结构原理属常规技术手段，此处不再展开赘述。
44.由此，纺粘组件10所喷出的熔体带有适量的正电荷，熔体在经过侧吹风通道11和牵伸通道12期间进行牵伸、分丝、细化时还会受到两块电极板32在两侧对其的电场力，使之发生劈裂形成多个细小的分支。此时的纤维具体表现为除了直径较粗的主干纺粘纤维外，还存在较多直径细小的树枝状纺粘纤维；最终树枝状纺粘纤维由成网机20接收并积聚成网，得到所需的树枝状纺粘网，并经预压辊13的预压作用及热轧辊组14的热压作用，从而制备出所需的树枝状纺粘非织造布。所制备出的树枝状纺粘非织造布具有孔隙率高，比表面积大等特点，在保持纺粘非织造布拉伸强力的情况下，有效提高了纺粘非织造布的机械过滤效率和降低了过滤阻力。此外，树枝状纺粘纤维在经过牵伸通道12时受到高压静电场处理，有效提高纤维的荷电量，使其成网后不需要二次静电驻极处理也具有较好的静电吸附能力，简化了设备工艺，提高了静电吸附过滤效率。
45.在实施方式一、二和三中，还包括布置在成网面下方且介于两块电极板32之间的抽吸单元40，其中，对于实施方式一和二，其抽吸单元40介于两块电极板32之间；而对于实施方式三，其抽吸单元40竖向对齐牵伸通道12。利用抽吸单元40的负压作用以将纤维吸附在成网面上，更便于成网。本实施例的抽吸单元40外接有负压发生器（图中未示）。
46.在实施方式一、二和三中，均还配置有螺杆挤出机、过滤器和计量泵，其中，螺杆挤出机用于加热熔融塑化聚合物原料、辅料，使其形成均匀的熔体；过滤器用于过滤熔体中的杂质；计量泵用于准确计量、调节聚合物熔体挤出量。上述的各个螺杆挤出机、过滤器和计量泵的结构原理属公知常识，此处不再展开赘述。
47.以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：包括有如下按百分比的材料：纺丝用聚合物90%~96%、含氟聚合物1%~5%、纳米氯化盐1%~5%、纳米二氧化硅0.05%~1%、纳米电气石粉0.05%~2%、脂肪酸盐 0.5%~1.5%、相容剂 0.05%~1.5%。2.根据权利要求1所述的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：所述纺丝用聚合物包括聚丙烯、聚乳酸、聚氨酯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌共聚物一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：所述纳米氯化盐包括氯化钠、氯化镁、氯化钙的一种或多种组合。4.根据权利要求1所述的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：所述含氟聚合物包含聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物的一种或多种组合。5.根据权利要求1所述的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：所述脂肪酸盐包括硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁中一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料，其特征在于：所述相容剂包括马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、季戊四醇硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯中一种或多种。7.一种非织造布的生产系统，其特征在于：包括喷丝机构、成网机（20）和静电纺丝机构，其中，所述喷丝机构采用权利要求1-6任意一项所述的非织造布材料用于制备喷出纤维，所述成网机（20）用于接收纤维并积聚成网，所述静电纺丝机构用于在喷丝机构和成网机（20）之间构建高压静电场以对喷出的纤维施加静电场力。8.根据权利要求7所述的一种非织造布的生产系统，其特征在于：所述静电纺丝机构包括两块电极板（32）和高压电源（31），所述高压电源（31）的正极与喷丝机构相连接，所述高压电源（31）的负极与两块电极板（32）相连接。9.根据权利要求8所述的一种非织造布的生产系统，其特征在于：所述两块所述电极板（32）沿成网方向水平间隔布置在成网机（20）的成网面下方。10.根据权利要求8所述的一种非织造布的生产系统，其特征在于：所述两块所述电极板（32）位于喷丝机构和成网机（20）之间且两块所述电极板（32）呈水平间隔布置在喷丝机构下方的两侧位置。

技术总结
本发明所提供的一种适用于静电纺丝工艺的非织造布材料及生产系统，包括有如下按百分比的材料：纺丝用聚合物90%~96%、含氟聚合物1%~5%、纳米氯化盐1%~5%、纳米二氧化硅0.05%~1%、纳米电气石粉0.05%~2%、脂肪酸盐0.5%~1.5%、相容剂0.05%~1.5%，通过添加改性物质进行共混，从而改变传统物料的粘度、极性和导向性，改善熔体的流动性，以便于适用于静电方式工艺。以便于适用于静电方式工艺。以便于适用于静电方式工艺。


技术研发人员：陈文杰 李孙辉 邓伟雄 黄恒芳 李健华
受保护的技术使用者：广东必得福医卫科技股份有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8