熔喷模头的设计及试验

刘金南　程寿国　王益辉　周琦　杨非凡

摘 要：熔喷布的质量对病毒预防功能的有效发挥至关重要。针对熔喷布生产过程中生产效率低、安装难度大、调节不方便等问题，本文设计了一种可调节的熔喷模头，熔喷模头主要由侧板、喷丝板、导风板、底板、风道调節块、热电偶以及连接件组成。在对气道及侧板结构工作原理进行分析研究的基础上，通过熔喷生产线上试验，结果表明：生产的熔喷布厚度均匀，产量提高了10%;在静电驻极处理后，经专业测试机测试，过滤效率达到95%以上，改进效果显著。

关键词：熔喷模头 调节 侧板 过滤效率

Design and Test of Meltblown Die Head

Liu Jinnan，Cheng Shouguo，Wang Yihui，Zhou Qi，Yang Feifan

Abstract：The quality of meltblown cloth is very important to the effective function of virus prevention. Aiming at the problems of low production efficiency， difficulty in installation， and inconvenient adjustment during the production of meltblown cloth， this paper designs an adjustable meltblown die head. The meltblown die head is mainly composed of side plates， spinnerets， and air guides， bottom plate， air duct adjustment block， thermocouple and connecting parts. Based on the analysis and research on the working principle of the air passage and side plate structure， through the meltblown production line test， the results show that the thickness of the meltblown cloth produced is uniform， and the output is increased by 10%; after the electrostatic electret treatment， the professional tested by the testing machine， the filtration efficiency is over 95%， and the improvement effect is remarkable.

Key words：meltblown die head， adjustment， side plate， filtration efficiency

1 引言

近年来，世界范围内各类新型病毒不断出现，对人类安全造成威胁。优质的熔喷布是隔离病毒的主要防护成分。尽管熔喷布产量已经翻了几番，PP 熔喷布是以聚丙烯为原料，采用熔喷模头借助高速热气流的喷吹下形成超细纤维，并在气流作用下自身粘合形成的非纺织材料。

目前市面上生产的 PP 熔喷布质量的好坏主要取决于熔喷模头的质量，国内生产的熔喷模头质量参差不齐，大部分还是依赖进口，成本高、供货周期长。本文对现有的熔喷模头进行改进设计，使其拆装方便，并能提高原料利用效率，降低生产成本，提高产品质量。

2 熔喷工艺分析

熔喷非织造技术的生产工艺是采用较高熔融指数（简称MF1）的聚合物通过喂料装置吸入，通过螺杆挤出机挤压，经过多段加热区使原料融化成液态溶体，随后经过滤网过滤掉熔体中的杂质，再由计量泵把熔体精确计量送入熔喷模头内。在模头内会经过多个加热棒加热使其保持良好的流动性。熔体在一定压力下从微孔中挤出后在高速热气流的作用下拉伸成超细纤维，纤维被喷到成网帘上，利用其自身的余热互相粘合从而形成PP熔喷布，在成网帘下有一抽吸装置，通过它可将热气流及溶体散发的热量排到室外，降低室内温度影响。最后通过切卷装置进行收集，整个流程如图1所示。

3 熔喷模头基本结构及工作原理

熔喷非织造技术是目前制造精细过滤材料及高阻隔性能材料的重要工艺，本文主要以熔喷模头为研究对象，对其进行改进。针对熔喷布生产过程中生产效率低、安装难度大、调节不方便等问题，本文设计了一种可调节的熔喷模头，采用侧板结构，总体结构设计如图2所示。

该熔喷模头采用多层叠合方式，主要组成部件包括侧板、喷丝板、导风板、底板、风道调节块、热电偶以及连接件等，选用有足够的强度和硬度的材料，能承受住一定的冲击和工作压力，并且能够在生产中不变形。整体结构可以拆卸，可操作性强，使用方便，具有较大的使用优势。

如图2所示，熔喷模头以喷丝板3为主体，导风板4安装在前端，顶部安装有变径接头8，风道调节块6联接导风板4，模头中间安装有铝片13和过滤挡板11，不锈钢加热管1内置于喷丝板3内。

工作时先将底板通过螺钉安装在法兰盘上，进而借助法兰盘与挤出机连接，挤出机通过螺杆挤出的熔体经安装在过滤挡板上的过滤网过滤后进入熔喷模头内部，在内部经过一定的增压后通过喷丝板上的微孔挤出，随后加热到一定温度的气流经过变径接头和进气孔通入到气道，经过一定加压后通过排气孔进入W型风口，侧板将熔喷模头的两侧密封，热气体在W型风口内均匀混合后经喷丝板与导风板的风道高速喷出，将从微孔中挤出的熔体拉伸形成超细纤维，通过改变风道调节块上螺钉的位置可以改变风道的大小，最后经过冷却在成网帘形成产品。

4 熔喷模头主要结构设计

4.1 气道设计

传统的熔喷模头中牵伸气流是由一对具有一定夹角的高速气流汇集而成，模头加工难度和成本相对较高。而其中风口流道一般都是直线型，在生产中常常会出现气流混合不均的现象，导致出现的PP熔喷布厚度不均，极大的影响了材料的生产效率，如图3所示，本文采用W型结构，有利于气流的混合，同时气道结构竖向为直通式，采用侧板进行密封，整体便于加工，有利于降低生产成本和时间。

4.2 调节块设计

在生产中发现传统的熔喷模头一旦安装完成后就不能对风道道进行调节，对模具工的安装要求较高，尤其是在高温高压冲击下，会导致气流有所偏移，影响产品质量，因此本文在导风板上装有风道调节块，如图2所示，在生产时如果对喷的气流发生偏移，只需将导风板上螺钉稍微旋松，通过拨动调节块上的螺钉就能改变风道间隙，从而调节对喷气流方向，不需要再拆卸下来进行调节，有利于提高生产效率。

5 试验分析及结论

如图4所示，安装在整条熔喷生产线上进行试验，老款熔喷模头由于出口风速不均，产量一般在12.5Kg/h。本文设计的熔喷模头在工作时出风口风速比较平稳，生产的熔喷布厚度均匀，产量能达到13.75Kg/h，比老款提高了10%，经过静电驻极处理后，在专业测试机上的过滤效率达到95%以上，满足实际生产需求。

熔喷模头是熔喷非织造生产中的重要零部件，尤其在过滤、吸油、保暖及电池隔膜等领域更是得到了广泛应用。近年来随着环境问题日益突出，对高效阻隔材料的要求越来越高，正朝着微孔化、异型化、复合化的方向发展。生产品质优良，安装便捷，精度高的熔喷模头是大势所趋。当然在生产过程中也要时刻考虑环保性和可持续性。

基金资助：江苏省高等学校自然科学研究面上项目（项目编号：20KJB530008）;江阴职业技术学院科研课题（项目编号：XJ2020LG001）;江苏省大学生创新创业训练项目（项目编号：202013137022Y）。

参考文献：

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