小型熔噴模頭加工及裝配方法研究

劉金南　程壽國　沙印　周宏雷　劉夙偉

摘 要：國內外對熔噴非織造技術的研究已經較為成熟，國外代表公司有日本卡森和德國Biax，國內公司主要有精誠、精岳和華多等。在整個生產環節中由于工藝的特殊性，熔噴模頭對材料和加工都有一定要求。為了保證熔噴模頭的穩定可靠運行，本文介紹了模頭工作原理，分析影響產品質量的核心部件，再對模頭材料和加工方法進行了分析，以不同的方式對模頭進行裝配，裝配的好壞對整體性能具有較大的影響，下一步的重點是在發展中去尋求技術的突破。

關鍵詞：熔噴模頭 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 熔噴技術發展現狀

在19世紀中期美國海軍研究所對熔噴法進行研究，成功制取超細纖維，在這一方面取得了顯著成果。隨后熔噴非織造技術在20世紀70年代被廣泛采用，目前，日本卡森公司和德國Biax公司的熔噴模頭代表了世界上兩種典型的技術類型。2020年，美國貝瑞全球集團在英國投資了一條新的熔噴生產線，該生產線采用了新專利技術。

在20世紀50年代末我國才開始研究熔噴技術。20世紀80年代，中國坊織大學研制出了間歇式熔賁法生產線。研究得出不同熔噴模頭噴絲孔的孔型、尺寸和加工精度對紡絲成型有很大的影響，而熔噴模頭的材質對其機械性能和使用壽命影響很大。通常情況下材質的硬度越高，熔噴模頭的使用壽命就越高，但是其加工難度也越大。到2020年為止，精誠、精岳和華多等國產模頭被用于熔噴設備，產品質量得到市場認可。

2 熔噴生產分析

熔噴生產過程相對來講是比較復雜的，通過不同設備之間的配合完成產品的加工，整個流程可以簡化為：先通過喂料裝置吸入聚合物，通過螺桿擠出機擠壓，經過多段加熱區使原料融化成液態溶體，隨后經過濾網過濾掉熔體中的雜質，再由計量泵把熔體精確計量送入熔噴模頭內，經過模頭噴出最終形成產品。整條熔噴生產線主要包括喂料裝置、螺桿擠出機、計量泵、空氣加熱器、熔噴模頭、抽吸裝置、成網簾、駐極機、切邊卷繞裝置等，如圖1所示。

熔噴設備的出絲質量與熔噴模頭的主要幾何參數、螺桿擠壓機的推進速度與加熱溫度區間、空氣壓縮機的壓力調節、計量泵設定轉速和加熱器的溫度、氣流速度等都有密切聯系。在保證出絲質量前提下，降低熔噴模頭生產成本和設備調試周期也非常重要。而在整條熔噴生產線中，上料機構和加熱裝置是基礎，這些可以被其他設備替代，計量泵主要用于提升壓力及準確定量，但在有些情況下可以除去，成網簾和切邊裝置是輔助裝置，而熔噴模頭是最核心也是最關鍵的部件，設計和精度直接影響拉絲的長度、韌性、均勻度等方面，從而對形成的布料具有決定性的影響。國內熔噴模頭大都由模具企業加工制造，在生產上有一定經驗，國內小型模頭常常采用T字形流道結構，大型模頭則采用衣架式流道結構，不同的結構對材料的要求也不一樣。

3 熔噴模頭材料選用分析

國內在熔噴設備的生產上具有一定的水平，大部分的設備能生產出優質的符合醫用要求的產品。相比從國外進口設備進行生產，采用國產設備可節省一半的成本。經過對市場調查發現，國內生產的熔噴模頭主要分為300mm、450mm、600mm、800mm、1200mm、1600mm、2400mm和3200mm這幾種。其中300mm、600mm和1600mm的熔噴模頭使用最為廣泛。本文列出了3種不同的材料進行分析，對應于幾種不同寬幅的模頭。

3.1 45鋼

熔噴模頭采用45鋼材料，其成本較低，而且硬度相對小加工較為方便，但在進行微孔加工時，由于其材料中含有較多雜質，鉆頭切削不順暢，而且在機器上使用時熱變形量相對較大，故只適用于短期使用，用于寬度小于300mm寬幅的熔噴機上使用。

3.2 4Cr13

4Cr13是高硬度及高耐磨性的一種不銹鋼材料，硬度要比45鋼高，在進行微孔加工時偶爾會出現鉆頭斷裂現象，而且該鋼抗氧化性好，熔噴機使用過程中溫度基本在300℃左右，熱變形量相對較小，可長期使用，適合用于寬幅在600mm至1200mm的模頭生產。

3.3 SUS630

SUS630是馬氏體沉淀硬化不銹鋼，其具有高強度，高硬度，較好的焊接性能和耐腐蝕性能。選用此材料做的熔噴模頭，成本較高，同時由于硬度較高，在進行微孔加工時不方便，很容易造成鉆頭斷裂的現象，但在機器上使用時熱變形量相對較小，能長期使用，尤其適合用于寬幅在1200mm以上的模頭生產。

4 熔噴模頭加工方法分析

熔噴模頭在加工過程中主要的難點在于中間噴絲板的微孔及其內部流道的加工，對于小型模頭常采用T字形流道，中間部分深度大，厚度小，采用銑床加工比較困難，經過對現有設備的多次嘗試，發現采用銑床+線切割的方式也能完成T字形流道的加工，中間部分可直接用線切割一次成型加工，加工后需要將兩邊封住，主要是通過焊接技術將其焊實。

在焊接過程中，如果是用切割下來的材料將其作為兩側的密封板，在焊接完成后經過高溫作用會使焊接裂開，內部熔融物質則會在壓力下流出，導致內部壓力不足，產品質量急劇下降。原因在于切割下來的材料重新封填進去會有間隙，即便經過焊接也會存在裂縫，因此必須重新切割，才能保證無縫對接，再經過焊接技術焊實，如此才能避免內部的熔融物質在高溫高壓下泄露。

熔噴模頭微孔加工完成后還需要對其進行拋光處理，常見的有流體拋光方式，所使用的磨料，有兩種形態，一種是半固體形態，另一種是液體磨料，通過拋光后的微孔孔壁比較光滑，能夠提高出絲效率和質量。

5 熔噴模頭裝配分析

在模頭裝配過程中，最重要的是導風板與噴絲板的安裝，由于從噴絲板中擠出的熔融材料經過高溫高壓的氣體拉伸成纖維狀，對氣體的方向和流速要求都較高，在安裝時必須保證導風板上下留出的間隙一致均勻，為保證這一要求，裝配時必須按照一定方法進行，在多次嘗試裝配后本文總結了以下幾種方式：

5.1 定位片

第一種方法是在對單個導風風板進行裝配時，可以選擇2塊厚度在0.25mm的銅片或鋁片作為定位片，將其分別置于噴絲板兩端，然后將導風板靠緊，此時靠緊的力不能過大，否則容易造成導風板滑動，其次在擰緊固定螺母的時候需要分批次進行，此種方法調節時間較短，但是間隙有時會出現不均勻的現象。

5.2 定位片+塞尺

第二種方法與第一種稍微不同，主要先選擇2塊厚度在0.2mm的銅片或鋁片作為定位片，將其分別置于噴絲板兩端，然后將導風板靠緊，先用0.2mm的塞尺來回刮動，當刮動力度一致時，換用0.25mm的塞尺來回刮動，當刮動力度一致時，將導風板上一端的螺釘擰緊，繼續用塞尺來回刮動并用橡膠錘進行調節，直到刮動力度一致時將另一端螺釘擰緊，此種方法調節時間較長，對操作人員要求較高，但是間隙比較均勻。

5.3 調節螺母+塞尺

第三種方法主要基于螺釘的自旋具有微動的特性來進行調節，該方法不需要定位片進行前期調整，只需要將導風板靠在噴絲板上，然后選用2片0.25mm的塞尺來回進行刮動，在刮動的時候調節螺釘的旋向，當刮動力度一致時即可將導風板上的螺釘擰緊，此種方法調節時間較短，而且在生產中的時候當導風板出現松動的時，可不用停機直接進行調節。

6 結語

隨著工業技術的不斷進步，熔噴新工藝必將不斷涌現，其形成的產品應用范圍也越來越廣，目前在工業中主要用于過濾及隔離材料，在農業上也可以考慮用于保暖、污水分離等。但是熔噴的核心部件制約著整個行業的發展，尤其是熔噴模頭的加工與裝配的好壞對整體性能具有較大的影響，如何在今后的發展中去尋求技術的突破是重中之重。

基金資助：江蘇省高等學校自然科學研究面上項目（項目編號：20KJB530008）;江陰職業技術學院科研課題（項目編號：XJ2020LG001 ）;江蘇省大學生創新創業訓練項目（項目編號：202013137022Y）。

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