小型熔喷模头加工及装配方法研究

刘金南　程寿国　沙印　周宏雷　刘夙伟

摘 要：国内外对熔喷非织造技术的研究已经较为成熟，国外代表公司有日本卡森和德国Biax，国内公司主要有精诚、精岳和华多等。在整个生产环节中由于工艺的特殊性，熔喷模头对材料和加工都有一定要求。为了保证熔喷模头的稳定可靠运行，本文介绍了模头工作原理，分析影响产品质量的核心部件，再对模头材料和加工方法进行了分析，以不同的方式对模头进行装配，装配的好坏对整体性能具有较大的影响，下一步的重点是在发展中去寻求技术的突破。

关键词：熔喷模头 加工 突破

Research on Processing and Assembly Methods of Small Meltblown Die

Liu Jinnan，Cheng Shouguo，Sha Yin，Zhou Honglei，Liu Suwei

Abstract：The research on meltblown nonwoven technology at home and abroad has been relatively mature. Foreign representative companies include Kasen from Japan and Biax from Germany， and domestic companies mainly include Jingcheng， Jingyue and Huaduo. Due to the particularity of the process in the entire production process， meltblown die heads have certain requirements for materials and processing. To ensure the stable and reliable operation of the meltblown die， this article introduces the working principle of the die head， analyzes the core components that affect product quality， and then analyzes the materials and processing methods of the die head， and assembles the die head in different ways. The quality of the product has a greater impact on the overall performance， and the next step is to seek technological breakthroughs in development.

Key words：meltblown die head， processing， breakthrough

1 熔噴技术发展现状

在19世纪中期美国海军研究所对熔喷法进行研究，成功制取超细纤维，在这一方面取得了显著成果。随后熔喷非织造技术在20世纪70年代被广泛采用，目前，日本卡森公司和德国Biax公司的熔喷模头代表了世界上两种典型的技术类型。2020年，美国贝瑞全球集团在英国投资了一条新的熔喷生产线，该生产线采用了新专利技术。

在20世纪50年代末我国才开始研究熔喷技术。20世纪80年代，中国坊织大学研制出了间歇式熔贲法生产线。研究得出不同熔喷模头喷丝孔的孔型、尺寸和加工精度对纺丝成型有很大的影响，而熔喷模头的材质对其机械性能和使用寿命影响很大。通常情况下材质的硬度越高，熔喷模头的使用寿命就越高，但是其加工难度也越大。到2020年为止，精诚、精岳和华多等国产模头被用于熔喷设备，产品质量得到市场认可。

2 熔喷生产分析

熔喷生产过程相对来讲是比较复杂的，通过不同设备之间的配合完成产品的加工，整个流程可以简化为：先通过喂料装置吸入聚合物，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，经过模头喷出最终形成产品。整条熔喷生产线主要包括喂料装置、螺杆挤出机、计量泵、空气加热器、熔喷模头、抽吸装置、成网帘、驻极机、切边卷绕装置等，如图1所示。

熔喷设备的出丝质量与熔喷模头的主要几何参数、螺杆挤压机的推进速度与加热温度区间、空气压缩机的压力调节、计量泵设定转速和加热器的温度、气流速度等都有密切联系。在保证出丝质量前提下，降低熔喷模头生产成本和设备调试周期也非常重要。而在整条熔喷生产线中，上料机构和加热装置是基础，这些可以被其他设备替代，计量泵主要用于提升压力及准确定量，但在有些情况下可以除去，成网帘和切边装置是辅助装置，而熔喷模头是最核心也是最关键的部件，设计和精度直接影响拉丝的长度、韧性、均匀度等方面，从而对形成的布料具有决定性的影响。国内熔喷模头大都由模具企业加工制造，在生产上有一定经验，国内小型模头常常采用T字形流道结构，大型模头则采用衣架式流道结构，不同的结构对材料的要求也不一样。

3 熔喷模头材料选用分析

国内在熔喷设备的生产上具有一定的水平，大部分的设备能生产出优质的符合医用要求的产品。相比从国外进口设备进行生产，采用国产设备可节省一半的成本。经过对市场调查发现，国内生产的熔喷模头主要分为300mm、450mm、600mm、800mm、1200mm、1600mm、2400mm和3200mm这几种。其中300mm、600mm和1600mm的熔喷模头使用最为广泛。本文列出了3种不同的材料进行分析，对应于几种不同宽幅的模头。

3.1 45钢

熔喷模头采用45钢材料，其成本较低，而且硬度相对小加工较为方便，但在进行微孔加工时，由于其材料中含有较多杂质，钻头切削不顺畅，而且在机器上使用時热变形量相对较大，故只适用于短期使用，用于宽度小于300mm宽幅的熔喷机上使用。

3.2 4Cr13

4Cr13是高硬度及高耐磨性的一种不锈钢材料，硬度要比45钢高，在进行微孔加工时偶尔会出现钻头断裂现象，而且该钢抗氧化性好，熔喷机使用过程中温度基本在300℃左右，热变形量相对较小，可长期使用，适合用于宽幅在600mm至1200mm的模头生产。

3.3 SUS630

SUS630是马氏体沉淀硬化不锈钢，其具有高强度，高硬度，较好的焊接性能和耐腐蚀性能。选用此材料做的熔喷模头，成本较高，同时由于硬度较高，在进行微孔加工时不方便，很容易造成钻头断裂的现象，但在机器上使用时热变形量相对较小，能长期使用，尤其适合用于宽幅在1200mm以上的模头生产。

4 熔喷模头加工方法分析

熔喷模头在加工过程中主要的难点在于中间喷丝板的微孔及其内部流道的加工，对于小型模头常采用T字形流道，中间部分深度大，厚度小，采用铣床加工比较困难，经过对现有设备的多次尝试，发现采用铣床+线切割的方式也能完成T字形流道的加工，中间部分可直接用线切割一次成型加工，加工后需要将两边封住，主要是通过焊接技术将其焊实。

在焊接过程中，如果是用切割下来的材料将其作为两侧的密封板，在焊接完成后经过高温作用会使焊接裂开，内部熔融物质则会在压力下流出，导致内部压力不足，产品质量急剧下降。原因在于切割下来的材料重新封填进去会有间隙，即便经过焊接也会存在裂缝，因此必须重新切割，才能保证无缝对接，再经过焊接技术焊实，如此才能避免内部的熔融物质在高温高压下泄露。

熔喷模头微孔加工完成后还需要对其进行抛光处理，常见的有流体抛光方式，所使用的磨料，有两种形态，一种是半固体形态，另一种是液体磨料，通过抛光后的微孔孔壁比较光滑，能够提高出丝效率和质量。

5 熔喷模头装配分析

在模头装配过程中，最重要的是导风板与喷丝板的安装，由于从喷丝板中挤出的熔融材料经过高温高压的气体拉伸成纤维状，对气体的方向和流速要求都较高，在安装时必须保证导风板上下留出的间隙一致均匀，为保证这一要求，装配时必须按照一定方法进行，在多次尝试装配后本文总结了以下几种方式：

5.1 定位片

第一种方法是在对单个导风风板进行装配时，可以选择2块厚度在0.25mm的铜片或铝片作为定位片，将其分别置于喷丝板两端，然后将导风板靠紧，此时靠紧的力不能过大，否则容易造成导风板滑动，其次在拧紧固定螺母的时候需要分批次进行，此种方法调节时间较短，但是间隙有时会出现不均匀的现象。

5.2 定位片+塞尺

第二种方法与第一种稍微不同，主要先选择2块厚度在0.2mm的铜片或铝片作为定位片，将其分别置于喷丝板两端，然后将导风板靠紧，先用0.2mm的塞尺来回刮动，当刮动力度一致时，换用0.25mm的塞尺来回刮动，当刮动力度一致时，将导风板上一端的螺钉拧紧，继续用塞尺来回刮动并用橡胶锤进行调节，直到刮动力度一致时将另一端螺钉拧紧，此种方法调节时间较长，对操作人员要求较高，但是间隙比较均匀。

5.3 调节螺母+塞尺

第三种方法主要基于螺钉的自旋具有微动的特性来进行调节，该方法不需要定位片进行前期调整，只需要将导风板靠在喷丝板上，然后选用2片0.25mm的塞尺来回进行刮动，在刮动的时候调节螺钉的旋向，当刮动力度一致时即可将导风板上的螺钉拧紧，此种方法调节时间较短，而且在生产中的时候当导风板出现松动的时，可不用停机直接进行调节。

6 结语

随着工业技术的不断进步，熔喷新工艺必将不断涌现，其形成的产品应用范围也越来越广，目前在工业中主要用于过滤及隔离材料，在农业上也可以考虑用于保暖、污水分离等。但是熔喷的核心部件制约着整个行业的发展，尤其是熔喷模头的加工与装配的好坏对整体性能具有较大的影响，如何在今后的发展中去寻求技术的突破是重中之重。

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）。

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