上海毛毡厂家向大家介绍何为熔喷无纺布?

2020-07-21 10:00:03 45

现在仍处于疫情期间,大家的防护口罩还是要戴,那么无纺布口罩哪种可以预防病毒呐?下面跟着上海毛毡厂家向下看。一次性无纺布口罩不能防病毒。无纺布口罩有两种,一种为表面由纯棉脱脂纱布或针织面料制成,中间夹有各种无纺布;另一种直接由无纺布缝制。一次性无纺布口罩以物理过滤辅以静电吸附的过滤方式为主,可以阻挡细小颗粒物。一次性无纺布口罩不刺激皮肤,佩带舒适,其缺点是密闭性不好,主要用于防尘。目前医用防护口罩、KN95/N95及以上颗粒物防护口罩、医用外科口罩可以用于防病毒。

熔喷非织造布技术的发展——双组份熔喷技术

01 何为熔喷无纺布?

目前熔喷无纺布在过滤材料领域的应用非常广泛。自从20世纪70年代以来,各种荷电技术以及通过混合不同纤维的带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用。其直接的结果是导致了现在的静电驻极方法(工艺)。目前的驻极方法主要有静电纺丝法、电晕充电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法等。由于材料的静电驻极方法(工艺)不同,所形成的驻极体的性质亦大不相同。 

熔喷无纺布本身的过滤性能其实只有70%以下的,纯粹靠熔喷超细纤维的纤维细、空隙小、孔隙率高的纤维三维集合体的机械阻挡作用是不够的。不然,一味增加材料克重厚度反而会大大增加过滤阻力。所以熔喷过滤材料普遍都是会通过静电驻极的工艺对熔喷布进行添加静电电荷效应,利用静电的方法提升过滤效率,可以达到99.9%到99.99%。也就是KN95标准。

驻极体空气过滤材料利用纤维本身驻极性,对粉尘静电吸附,捕获细菌和病毒。以超细纤维三维聚集高孔隙率和纤维开放式静电驻极体性能提供高效低阻的过滤品质。驻极抗菌熔喷布的作用机理是驻极体产生的强静电场和微电子流刺激细菌,使其蛋白质和核酸变异损伤,破坏细菌的表面结构,导致细菌死亡,电气石本身释放负离子阻断了一些细菌微生物的代谢过程,这包括呼吸系统,酶的活性,来自细胞壁的物质传递,从而抑制细菌细胞起到抗菌作用。

熔喷驻极过滤材料主要是通过机械阻挡和静电吸附双重作用来捕获粒子。机械阻挡作用与材料的结构以及性质密切相关:当熔喷布经过电晕充电后带有几百到几千伏电压,由于静电的排斥作用使纤维扩散成网状孔洞,纤维间的尺寸远大于粉尘的尺寸,从而形成一种开放式结构。当粉尘经过熔喷过滤材料时,静电作用不仅能有效吸引带电粉尘粒子,而且以静电感应效应捕获极化的中性粒子。材料静电势越高,材料的电荷密度越大,带点电荷越多,静电作用越强。电晕放电能大大提高聚丙烯熔喷布的过滤性能。加入电气石微粒能有效改善驻极效益,过滤效率增加,过滤阻力降低,纤维表面电荷密度增加,纤网贮存电荷能力也增强。加入6%的电气石驻极综合效果较好。太多驻极材料反而会增加载流子的移动中和现象。

02 驻极工艺

随着充电电压的增加,熔喷驻极体材料表面静电势增大,这是因为随着充电电压的增大,主机材料的极化电场增强,到样品表面的电荷增多,所以静电势增大。

随着存放时间的增大,在驻极材料表面的静电势有所衰减,在不同的充电电压下材料表面点时静电衰减的趋势相同,保留率相差不大,并且在30天左右趋于稳定。这说明聚丙烯熔喷布有良好的静电性能,充电电压越大,电场强度越大,材料表面的静电势就越大,但是不能超过一定限度,如果充电电压超过10Kv时,就会出现火花放电仙此昂,导致材料被击穿,所以应谨慎选择充电电压。

驻极体空气过滤材料要求材料的储存电荷密度大,其电荷密度的储存寿命长及储存电荷稳定性强等等。而储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等。根据上述要求,就静电驻极体的性质而言, 电晕放电法是目前的静电驻极方法;热极化法在环境相对稳定时也是一种较好的静电驻极方法;摩擦起电法要在试验中进一步完善;静电纺丝法需要科技的进一步发展;低能电子束轰击法需要改进和简化静电驻极的工艺。

熔喷静电驻极的工艺是事先在PP聚丙烯聚合物中加入电气石、磷酸锆、二氧化硅等无机材料,然后在卷布前通过静电发生器针状电极电压5-10KV一组或多组电晕放电的方式对熔喷材料带上电荷,施加高压时针尖下方的空气产生电晕电离,产生局部击穿放电,载流子通过电场的作用,而沉积到熔喷布表面,一部分载流子会深入表层被驻极母粒的陷阱捕获,从而使熔喷布成为驻极体过滤材料。

此电晕过程的电压和相比高压200Kv左右的放电是小了一点,相比没那么多臭氧产生。

充电距离和充电电压的作用使反效的。随着充电距离越远,材料俘获的电荷越少。

在常温常湿条件下,PP熔喷驻极材料具有很好的电荷储存稳定性能,但是当样品在高湿环境时,由于水分子中的极性基团,大气中的异性粒子对纤维上电荷的补偿效应,而造成电荷的大量损失。电荷随着湿度增加下降,并且越来越快。

上海毛毡厂家向大家介绍何为熔喷无纺布?

进入21世纪以来,国际上熔喷非织造布技术的发展突飞猛进。

美国Hills公司和Nordson公司较早就开发成功双组分熔喷技术,包括皮芯型、并列型、三角形等多种,通常纤维纤度接近2µ,熔喷喷丝组件的孔数可以达到每英寸100孔,每孔的挤出量可达到0.5g/分。

熔喷无纺布的工艺过程:

聚合物喂入---熔融挤出---纤维形成---纤维冷却---成网---加固成布。

工艺过程:聚合物喂入熔融挤出---纤维形成

皮芯型:可使非织造布达到手感柔软,可以做成同心、偏心、异形的产品。一般廉价材料做芯,昂贵的、具有特殊或所需性能的聚合物为外皮层,如芯为聚丙烯,外皮为尼龙使纤维具有吸湿性;芯为聚丙烯,外皮为可粘接用的低熔点聚乙烯或改性聚丙烯、改性聚酯等。对炭黑类导电纤维,则将导电芯包裹在里面。

并列型:可使非织造布具有良好的弹性,通常是由两种不同聚合物,或不同粘度的同种聚合物做成并列型双组份纤维,利用不同聚合物不同的热收缩性可做成螺旋式卷曲纤维。例如3M公司开发了熔喷PET/PP双组份纤维的非织造布,由于收缩不同,形成螺旋卷曲性,使非织造布具有极好的弹性。

末梢型:这是在三叶型、十字型和末梢复合另一种聚合物,如做抗静电、导湿、导电纤维时可以在上复合上导电聚合物,既可导湿、又可导电、抗静电,而且节省了导电聚合物用量。

微细旦型:可以采用橘瓣形、条形剥离型组件,也可以是海岛型组件。用两种不相容的聚合物剥裂做成超细纤维网,甚至纳米纤维网,如Kimberly-Clark研制的剥裂型双组份纤维,就是利用两种不相容聚合物做成的双组份纤维在热水中不到一秒钟,两种聚合物就可以完全剥离的特点做成超细纤维网。海岛型的则要把海溶去,得到微细的岛纤维网。

混合型:是将不同材料、不同颜色、不同纤维、不同截面形状,甚至和皮芯并列纤维混合的既有共纺,又有双组份纤维的纤维网,使纤维具有所需要的各种性能。这类熔喷双组份纤维非织造布或混合纤维非织造布和一般熔喷纤维制品相比能进一步改进过滤介质的过滤性,并使过滤介质具有抗静电性、导电性、吸湿性、增强的阻隔性等;或使纤维网的粘结性、蓬松性、透气性提高。

双组份熔喷纤维可以补充单一聚合物性能的不足,如聚丙烯比较便宜,但如用于医卫材料,它却不耐射线照射,这样可以聚丙烯为芯,在其外层选择适当的耐辐射聚合物包裹在外面就可以解决耐辐射的问题。从而可以使产品价格便宜,又能完成功能要求,如在医疗领域可用于呼吸系统的热和湿的交换器,可提供合适的类似天然的热和湿度。它具有质轻、用可弃或便于消毒、价格便宜,还可起到除去污染物过滤器的附加作用。它可由两种均匀混合的双组份熔喷纤维网组成。采用皮芯型双组份纤维,芯子为聚丙烯,皮层为尼龙。双组份纤维亦可采用异形截面,如三叶形、多叶形,使其表面积更大,同时还可以在其表层或叶尖部分采用能提高过滤性能的聚合物。烯烃类或聚酯类熔喷法双组份纤维网可以做成柱形液体和气体过滤器。熔喷双组份纤维网还可用于香烟过滤咀;利用芯吸效应做吸墨水芯子;保液和输液的芯吸棒等。

熔喷非织造布技术的发展——熔喷纳米纤维

过去开发熔喷纤维都基于Exxon的专利技术,但最近几年国际上多家公司已突破Exxon技术向更细的纳米级纤维发展。

Hill公司对纳米熔喷纤维作过很深的研究,据称已可达到产业化的阶段。其它一些企业例如Nonwoven Technologies(NTI)公司也开发了可生产的纳米熔喷纤维的工艺、技术,并已取得了专利。

为了纺制纳米纤维,喷丝孔比普通的熔喷设备上的喷丝孔要细得多,NTI可采用细小到0.0635毫米(即63.5微米)或0.0025英时,模块结构的喷丝板可组合成3米以上的总宽度。这样纺出的熔喷纤维直径大约为500纳米。最细的单纤直径可达200纳米。

纺制纳米纤维的熔喷设备由于喷孔小,如不采取措施,产量必然大大降低,因此NTI采取加大喷丝孔的孔数,每个喷丝板有3排甚至更多排的喷丝孔。将很多单元组件(根据幅宽而定)组合在一起,在纺丝时产量便可大幅提高。实际情况是当采用63.5微米孔眼时,单排每米喷丝板的孔眼数为2880个,如采用三排,则每米喷丝板的孔眼数可达到8640孔,这样其产量就可与纺制普通熔喷纤维相当。

由于高密度孔的薄型喷丝板价格昂贵,且很易碎裂(在高压强下受热裂开),因此各公司都开发了粘结新技术以增强喷丝板的牢度,使之不因高压强的情况下渗漏。

纳米熔喷纤维可以用作过滤介质,可以显著提高过滤效率。也有资料显示:由于纳米级熔喷非织造布中的纤维更细,可以采用更轻克重的熔喷布与纺粘复合,仍可承受同样水头的压力,而其制成的SMS类产品可以减少熔喷纤维所占的比重。

熔喷无纺布主要用于过滤粉尘、微生物、雾霾等微米级颗粒物,堪称口罩的“心脏”。由聚丙烯超细纤维随机分布沾结在一起,外观洁白、平整、柔软,材料纤维细度为0.3-7.0微米,纤维的随机分布提供了纤维间更多的热粘合机会,因而使熔喷气体过滤材料具有更大的比表面积,更高的孔隙率(≥75%)。经过高压驻极静电处理,具有低阻、高效、高容尘等特点。

熔喷无纺布是一种带静电的非织造布。熔喷,是微米和纳米纤维的常规制造方法。把高熔聚丙烯纤维料,通过高压的热空气流熔化,再通过高速空气小喷嘴,喷出直径0.3-7.0微米的超细聚丙烯短纤维,在气流引导下均匀地铺在收集装置上,利用自身余热,无规则相互交织沾结在一起。

电子显微镜下的熔喷无纺布纤维结构

熔喷无纺布独特的密集细旦纤维结构,增加了单位面积纤维的数量和表面积,空隙极细,这种物理结构拥有30%左右的过滤效果。还要再通过高压驻极静电处理,使纤维负带有静电吸附能力,过滤效果可提升至80%以上,从而具有很好空气过滤性。

图片截图自回形针视频

熔喷无纺布的过滤效果是个“微笑曲线”,小颗粒物和大颗粒物都容易被过滤。直径小于0.1微米纳米级非油性颗粒物,可通过静电吸附,过滤效果高达99%。直径大于10微米的颗粒物,可通过交织纱线的物理结构吸附,即便最烂的纱布口罩,也能做到接近80%的防护率。

最难过滤的,是直径在0.3微米范围的颗粒物。因此,我国对口罩的检测标准,就使用0.3微米的氯化钠颗粒物作为检测指标。厚度不足0.1毫米的熔喷无纺布,可对0.3微米的氯化钠颗粒物过滤效果大于70%。

病毒以飞沫和气溶胶状态飞沫核存在,其中82%的飞沫核,直径在0.74~2.12微米范围。因此熔喷无纺布成为口罩、HEPA滤纸等核心材料,能有效防病毒,在医疗、卫生领域发挥着不可替代的作用。

一次性使用医用口罩为SMS结构

医用口罩一般采用SMS(纺粘-熔喷-纺粘)复合多层结构,里外的S为纺粘无纺布,英文为Spunbond;中间M为熔喷无纺布,英文为Melt blowing。

医用外科口罩和医用N95口罩的外层,需要使用做了防水处理的无纺布,主要用于隔绝患者的飞沫、血液;医用N95口罩中间是更厚些的熔喷无纺布,具有很好的过滤性,里层则是普通无纺布。

工业防尘口罩的过滤层,也多为熔喷无纺布,或以熔喷无纺布为材料的HEPA滤纸。

防毒面具的滤棉、静电棉,也使用熔喷无纺布,高端滤尘盒使用HEPA滤芯。

对口罩来说,不是有熔喷无纺布夹层,或具有SMS结构就可有效过滤颗粒物,通常来说,要熔喷无纺布的克重在20克/平方米以上,才能有比较好的过滤效果。

熔喷无纺布克重范围一般在15-500克/平方米,口罩使用的熔喷无纺布面料轻薄。作为对比,我们夏天穿的T恤大约在150克重。不同过滤等级的口罩,熔喷无纺布的厚度都很重要。

20~25克重:BFE≥95,医用外科口罩标准为BFE≥95%(防细菌)、PFE≥30%(防病毒)

40~45克重:国标KN90口罩

50~55克重:国标KN95、美标N95口罩

75~90克重:国标KN100、美标N99口罩

不同标准口罩过滤效果对比

熔喷无纺布消毒处理不会明显改变纤维形貌,酒精喷雾也不一定会大幅降低口罩的过滤能力。但是!但是!但是!这也并不意味着你可以放心大胆的带着消毒过的口罩。中国疾控中心发布《口罩选择与使用技术指引》提出:口罩该省的时候省,不该省的时候不要省。要根据使用场景和防护要求灵活选择。

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