Скорость экструзии в зависимости от характеристик волокна в нетканом материале, полученном методом экструзии с раздувом из расплава

Что означает «скорость экструзии» на машине для производства нетканых материалов, выдуваемых из расплава

На Машина для выдувания нетканых материалов из расплава Скорость экструзии представляет собой пропускную способность расплава полимера, доставленного в головку. В повседневном производстве наиболее полезно выразить это следующим образом:

• Пропускная способность на отверстие (г/мин/отверстие): лучше всего подходит для сравнения матриц с разным количеством отверстий.
• Пропускная способность на ширину матрицы (кг/ч/м): удобно для планирования на уровне линии и контроля основного веса.
• Общая производительность экструдера (кг/ч): удобно, но скрывает эффекты геометрии штампа.

Ключевое слово «намерение» Как скорость экструзии влияет на характеристики волокна По сути, это вопрос баланса массы: когда вы проталкиваете больше полимерной массы через ту же систему ослабления (геометрия матрицы горячего воздуха DCD), физика формирования волокон должна измениться, если вы пропорционально не увеличите энергию вытягивания.

Почему скорость экструзии влияет на образование волокон

1) Массовый расход в зависимости от доступной энергии вытягивания

Волокна мелтблауна ослабляются высокоскоростным горячим воздухом. Если скорость/температура воздуха не изменилась и вы увеличиваете скорость экструзии, воздух должен растягиваться. больше массы в единицу времени. Типичный результат больший средний диаметр волокна и более широкое распределение диаметров если вы также не увеличите энергию воздуха (температуру, давление/поток) или не измените настройки матрицы/воздушного ножа.

2) Время пребывания и стабильность температуры плавления.

При более высоких скоростях расплав проводит меньше времени в экструдере и насосе для расплава. Это может привести к нарушению теплового равновесия и повышению температурных градиентов. Если температура расплава варьируется по всей головке, диаметр волокна и однородность полотна будут различаться по ширине.

3) Эффекты вязкости и эластичности

Для обычных марок ПП, выдутых из расплава (высокая текучесть расплава), небольшие изменения вязкости приводят к заметным изменениям диаметра. Более высокая скорость экструзии может увеличить сдвиговый нагрев в матрице и изменить кажущуюся вязкость, что может помочь или помешать затуханию в зависимости от того, насколько стабилен контроль температуры. Практически: если контроль температуры на линии жесткий, более высокий сдвиг может немного способствовать потоку; в противном случае это усиливает изменчивость.

Характеристики волокна наиболее чувствительны к скорости экструзии

Диаметр и распределение волокон

В большинстве установок для выдувания из расплава увеличение скорости экструзии при постоянных условиях воздуха увеличивает диаметр волокна. Практический пример, часто встречающийся в линиях из ПП для фильтрации:

• В «сбалансированном» состоянии волокна могут в среднем ~2–4 мкм .
• После увеличения пропускной способности без увеличения забора воздуха средние значения могут снизиться до ~4–7 мкм , с более грубыми волокнами и меньшим количеством ультратонких волокон.

Точный сдвиг зависит от реологии полимера, диаметра/расстояния отверстий матрицы, воздушного щелевого зазора, давления/потока воздуха и расстояния от матрицы до коллектора (DCD), но направление постоянное: большая масса при одинаковой вытяжке приводит к образованию более толстых волокон.

Дробь, бусины и «веревочные» волокна

Когда скорость экструзии превышает способность ослабления, поток расплава может не полностью фибриллироваться. Симптомы включают шарики/дропы (капли полимера), лентообразные волокна и локальное скопление волокон. Полезное оперативное правило заключается в том, что начало выстрела обычно совпадает с:

• Недостаточная скорость воздуха для нового массового расхода (давление воздуха/поток слишком низкое для данного расхода), или
• Слишком низкая температура плавления при более высокой мощности (расплав слишком вязкий для плавного выпаривания).

Равномерность полотна и профиль базового веса

Более высокая производительность повышает риск появления поперечных полос базовой массы (CD), если перепад давления в головке и распределение температуры неравномерны. На практике, если температура штампа изменяется всего на несколько градусов, условия более высокой скорости часто делают дефекты профиля более заметными, поскольку технологическое окно сужается.

Размер пор и площадь поверхности

Более грубые волокна уменьшают удельную площадь поверхности и обычно увеличивают эффективный размер пор. Это может быть полезно для воздушной среды, но может ухудшить эффективность барьера, если продукт зависит от тонких волокон для перехвата частиц.

Влияние на фильтрацию и барьерные характеристики

Для фильтрации (масочные материалы, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, промышленные фильтры) распределение диаметров волокон является основным фактором эффективности улавливания и падения давления. Когда скорость экструзии увеличивается и диаметр волокна становится больше (без компенсации расхода воздуха), типичными изменениями являются:

• Более низкая эффективность при том же базовом весе (меньше ультратонких фракций, меньшая площадь поверхности).
• Меньшее падение давления может произойти (увеличение пор), но это не всегда выигрыш, если эффективность падает слишком сильно.
• Больше вариативности от партии к партии если контроль температуры/давления незначителен, поскольку работа с более высокой скоростью часто сужает окно стабильности.

Если используется электретная зарядка, диаметр волокна по-прежнему имеет значение: даже при зарядке переход от преимущественно волокон размером ~2–4 мкм к волокнам размером ~5–8 мкм может уменьшить вклад механического захвата, вынуждая более высокие уровни заряда или более высокий базовый вес поддерживать ту же степень фильтрации.

Практические технологические окна и чего ожидать при низкой и высокой скорости экструзии

Практический способ определить «безопасное» окно — установить целевое волокно (например, в фильтрующих материалах часто отдается предпочтение высокой доле ультратонких фракций), а затем найти самую высокую скорость экструзии, которая все еще соответствует ограничениям по диаметру/впрыску, когда температура/давление воздуха, DCD и скорость коллектора находятся на устойчивых заданных значениях.

Как настроить скорость экструзии без потери качества волокна

Когда вы увеличиваете скорость экструзии, воспринимайте это как скоординированное изменение во всем «вытяжном пакете» мелтблауна. Цель состоит в том, чтобы сохранить способность затухания пропорционально массовому расходу, чтобы характеристики волокна оставались стабильными.

Пошаговый процесс настройки

1. Сначала зафиксируйте показатели качества: целевой диапазон диаметров волокон, максимально допустимое количество впрысков, допуск по базовому весу и пределы фильтрации/воздухопроницаемости.
2. Увеличивайте скорость экструзии небольшими порциями (например, 2–5% шагов), сохраняя при этом скорость коллектора и настройки подачи воздуха постоянными, чтобы наблюдать естественное направление изменений.
3. Если волокна грубеют, компенсируйте это увеличением энергии вытягивания: увеличьте поток/давление первичного воздуха и/или температуру воздуха в пределах возможностей оборудования, затем повторно проверьте распределение диаметров.
4. Если появился выстрел, немедленно примите меры: либо уменьшите скорость, либо увеличьте скорость/температуру воздуха; также проверьте стабильность температуры расплава в зонах матрицы.
5. Повторно сбалансируйте базовый вес: как только качество волокна восстановится, отрегулируйте скорость собирателя так, чтобы она соответствовала GSM, сохраняя при этом новое стабильное состояние волокна.

Какие настройки машины обычно меняются в зависимости от скорости экструзии?

• Температура первичного воздуха и расход/давление воздуха (добавляет силу тяги).
• Расстояние от матрицы до коллектора (DCD) и всасывание (влияет на охлаждение волокна, укладку и открытость полотна).
• Профиль температуры расплава и стабильность насоса расплава (уменьшает изменение CD при увеличении производительности).

Оперативный вывод: повышение скорости экструзии само по себе редко увеличивает выпуск «бесплатно». В большинстве случаев поддержание тех же характеристик волокна требует дополнительной воздушной/тепловой мощности или принятия более грубой структуры волокна.

Контрольный список устранения неполадок, когда более высокая скорость экструзии приводит к дефектам

Общие симптомы и вероятные причины

• Увеличение дроби/бусинок: мощность шумоподавления превышена; инерция воздуха слишком мала; плавится слишком холодно/вязко на штампе.
• Диаметр волокна смещается вверх: увеличение пропускной способности без пропорционального увеличения энергии воздуха; температурный дрейф, изменяющий вязкость.
• Полосы компакт-диска или тяжелые полосы: неравномерность температуры матрицы усиливается при более высоком расходе; загрязнение/частичное закупоривание; Пульсация насоса расплава.
• Слитые пятна/пленкоподобные участки: слишком горячая укладка, короткий DCD или чрезмерный локальный массовый поток, вызывающий приземление волокон до затвердевания.

Быстрые корректирующие действия (самые эффективные в первую очередь)

1. Уменьшите скорость экструзии до последней стабильной точки и убедитесь, что дефекты исчезли (доказывает ограничение производительности по сравнению со случайным сбоем).
2. Увеличьте приток воздуха (сначала поток/давление, затем температуру), одновременно контролируя диаметр волокна и ворс.
3. Стабилизировать температурный профиль матрицы (проверить управление зонами, изоляцию и точность датчика по ширине).
4. Проверьте фильтрацию расплава, состояние сетчатого пакета и чистоту матрицы, если полосы или прерывистые выстрелы сохраняются.

Что документировать для долгосрочного контроля характеристик волокна

Чтобы последовательно управлять тем, как скорость экструзии влияет на характеристики волокна на машина для выдувания нетканого материала из расплава , получите краткую «отпечаток процесса» для каждого сорта продукта:

• Скорость экструзии, выраженная как г/мин/отверстие (или кг/ч/м) плюс частота вращения насоса расплава и давление в головке.
• Температура первичного воздуха и настройка давления/расхода воздуха.
• DCD, всасывание, скорость коллектора и целевой вес.
• Измеряемые результаты: диаметр волокна (средний и разброс), количество выстрелов (или качественный рейтинг), воздухопроницаемость/перепад давления и (если применимо) эффективность фильтрации.

Когда эти входные данные отслеживаются вместе, изменения скорости экструзии становятся предсказуемыми: если требуется более высокая скорость, вы можете заранее спланировать соответствующие регулировки воздуха / температуры вместо того, чтобы реагировать на потери качества постфактум.