Herstellung von schmelzgeblasenem Polypropylen-Vliesstoff
Schmelzgeblasener Vliesstoff
Überblick
Für unterschiedliche Verwendungszwecke oder Schutzstufen von Schutzmasken und -kleidung werden unterschiedliche Materialien und Herstellungsmethoden verwendet. Die höchste Stufe medizinischer Schutzmasken (wie N95) und Schutzkleidung besteht beispielsweise aus drei bis fünf Lagen Vliesstoffverbund, nämlich einer SMS- oder SMMMS-Kombination.
Der wichtigste Bestandteil dieser Schutzausrüstung ist die Barriereschicht, die schmelzgeblasene Vliesschicht M. Der Faserdurchmesser dieser Schicht ist relativ fein (2–3 μm) und spielt eine wichtige Rolle bei der Verhinderung des Eindringens von Bakterien und Blut. Das Mikrofasertuch weist gute Filtereigenschaften, Luftdurchlässigkeit und Adsorptionsfähigkeit auf und wird daher häufig in Filtermaterialien, Thermomaterialien, der medizinischen Hygiene und anderen Bereichen eingesetzt.
Technologie und Verfahren zur Herstellung von schmelzgeblasenem Polypropylen-Vliesstoff
Der Produktionsprozess von schmelzgeblasenem Vliesstoff besteht im Allgemeinen aus der Zufuhr von Polymerharzscheiben → Schmelzextrusion → Filtration von Schmelzverunreinigungen → präziser Dosierung durch Dosierpumpe → Spinett → Netz → Kantenwicklung → Produktverarbeitung.
Das Prinzip des Schmelzblasverfahrens besteht darin, Polymerschmelze aus der Spinndüse des Düsenkopfes zu extrudieren und so einen dünnen Schmelzstrom zu bilden. Gleichzeitig sprüht und streckt der Hochgeschwindigkeits- und Hochtemperaturluftstrom auf beiden Seiten der Spinndüse den Schmelzstrom, der dann zu Filamenten mit einer Feinheit von nur 1 bis 5 μm verfeinert wird. Diese Filamente werden dann durch den Wärmestrom zu kurzen Fasern von etwa 45 mm Länge gezogen.
Um zu verhindern, dass die Heißluft die Kurzfasern auseinanderbläst, wird eine Vakuumsaugvorrichtung (unter dem Koagulationssieb) eingesetzt, um die durch Hochgeschwindigkeits-Heißluft-Streckung gebildeten Mikrofasern gleichmäßig aufzufangen. Schließlich wird selbstklebend schmelzgeblasener Vliesstoff hergestellt.
Wichtigste Prozessparameter:
Eigenschaften von Polymerrohstoffen: Dazu gehören die rheologischen Eigenschaften von Harzrohstoffen, der Aschegehalt, die relative Molekulargewichtsverteilung usw. Die rheologischen Eigenschaften von Rohstoffen sind der wichtigste Index, üblicherweise ausgedrückt durch den Schmelzindex (MFI). Je höher der MFI, desto besser die Schmelzfließfähigkeit des Materials und umgekehrt. Je niedriger das Molekulargewicht des Harzmaterials, desto höher der MFI und desto niedriger die Schmelzviskosität, desto besser eignet es sich für den Schmelzausblasprozess mit schlechter Streckung. Für Polypropylen muss der MFI im Bereich von 400 bis 1800 g/10 mIN liegen.
Im Prozess der Schmelzblasproduktion umfassen die Parameter, die entsprechend der Nachfrage nach Rohstoffen und Produkten angepasst werden, hauptsächlich:
(1) Die Schmelzextrusionsmenge nimmt bei konstanter Temperatur zu, die Extrusionsmenge nimmt zu, die Menge des schmelzgeblasenen Vlieses nimmt zu und die Festigkeit nimmt zu (nach Erreichen des Spitzenwerts nimmt sie ab). Die Beziehung zum Faserdurchmesser nimmt linear zu. Bei zu großer Extrusionsmenge nimmt der Faserdurchmesser zu, die Wurzelzahl nimmt ab und die Festigkeit nimmt ab. Der Bindungsanteil nimmt ab, was zu Seide führt, sodass die relative Festigkeit des Vlieses abnimmt.
(2) Die Temperatur jedes Schneckenbereichs beeinflusst nicht nur die Laufruhe des Spinnvorgangs, sondern auch Aussehen, Haptik und Leistung des Produkts. Bei zu hoher Temperatur kommt es zu „SHOT“-Blockpolymeren, vermehrten Stoffdefekten, vermehrten Faserbrüchen und „Fliegen“. Falsche Temperatureinstellungen können den Sprinklerkopf verstopfen, die Spinndüsenöffnung verschleißen und das Gerät beschädigen.
(3) Die Temperatur der dehnbaren Heißluft wird im Allgemeinen durch die Geschwindigkeit (Druck) der Heißluft ausgedrückt und hat direkten Einfluss auf die Feinheit der Fasern. Bei gleichbleibenden Parametern führt eine Erhöhung der Heißluftgeschwindigkeit zu einer Ausdünnung der Fasern, einer Zunahme der Faserknoten, einer Erhöhung der gleichmäßigen Kraft und einer Erhöhung der Festigkeit, wodurch sich das Vlies weich und geschmeidig anfühlt. Bei zu hoher Geschwindigkeit kann es jedoch leicht zu einem „Fliegen“ kommen, was das Aussehen des Vlieses beeinträchtigt. Mit abnehmender Geschwindigkeit nimmt die Porosität zu, der Filtrationswiderstand sinkt, die Filtrationseffizienz nimmt jedoch ab. Es ist zu beachten, dass die Heißlufttemperatur nahe der Schmelztemperatur liegen sollte, da sonst ein Luftstrom entsteht und die Box beschädigt wird.
(4) Schmelztemperatur Die Schmelztemperatur, auch Schmelzkopftemperatur genannt, hängt eng mit der Schmelzfließfähigkeit zusammen. Mit steigender Temperatur verbessert sich die Schmelzfließfähigkeit, die Viskosität sinkt, die Fasern werden feiner und die Gleichmäßigkeit verbessert. Je niedriger die Viskosität, desto besser. Eine zu niedrige Viskosität führt jedoch zu übermäßigem Zug, Fasern brechen leicht und es bilden sich ultrakurze Mikrofasern, die in der Luft herumfliegen und nicht aufgefangen werden können.
(5) Aufnahmedistanz Die Aufnahmedistanz (DCD) bezeichnet den Abstand zwischen der Spinndüse und dem Maschenvorhang. Dieser Parameter beeinflusst insbesondere die Festigkeit des Fasergeflechts. Mit zunehmender DCD verringern sich Festigkeit und Biegesteifigkeit sowie der Faserdurchmesser und die Bindungspunkte. Dadurch wird das Vlies weich und flauschig, die Durchlässigkeit steigt, während Filterwiderstand und Filtereffizienz sinken. Bei zu großer Distanz wird der Faserzug durch den Heißluftstrom verringert, wodurch sich die Fasern beim Ziehen verwickeln und Filamente bilden. Bei zu geringer Aufnahmedistanz können die Fasern nicht vollständig abgekühlt werden, wodurch Draht entsteht und die Festigkeit des Vlieses abnimmt und die Sprödigkeit zunimmt.
