非織造布熔噴模具技術研究與應用

康逢華，曾增權

（珠海格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

全新結構設計、自主開發，自制熔噴模具投入公司熔噴生產線使用，模具價值100萬；模頭大部分采用的是矩形噴絲板，熔噴模頭的作用是將黏流狀態的高聚物熔體或溶液，通過熔噴布模具的噴絲板的微孔轉變成有特定截面狀的細流進行噴絲[1]。噴絲組件與氣刀之間形成特殊的氣腔，高壓熱風氣流通過氣腔狹縫以近似于音速的速度噴射，氣刀刃部與噴絲組件尖端形成一紡絲錐。熔體從紡絲微孔中噴出，在紡絲錐處被高速氣流夾持牽伸拉細, 經過冷卻后即可形成超細纖維[2]。

2 非織造布熔噴模具結構分析

非織造布熔噴模具（見圖1）工藝是利用高速熱空氣對模頭噴絲孔擠出的聚合物溶體細流進行牽伸，形成超細纖維并凝聚在滾筒上，依靠自身粘合而成，熔噴模具是非織造布工藝最關鍵的部分，制品的均勻性與模具密切相關，模具加工精度要求高。

3 模頭結構技術方案

熔噴模頭結構（見圖2）雖然簡單，但是模具功能要求復雜，在PP高流動性要求下，對流道設計有更高的要求，模具生產過程需要高溫（250℃左右），模頭結構技術方案如下幾個方面：

（1）材料：耐高溫、防腐蝕不銹鋼材料。

（2）流道設計：衣架式（見圖3）。

（3）合配密封：加耐高溫密封膠結構。

（4）加熱棒分布：高性能加熱原器件。

（5）溫度傳感點分布：均勻分布溫度檢測點。

4 流道CAE分析

（1）模具流道分析測試。模具設計負責人仔細研究行業內的各類非織造布熔噴模具流道資料，目前常用流道（見圖3）有T 形流道、魚尾形流道和衣架形流道3種方法基礎上。

（2）模具流道必須考慮原材料PP高流動性要求，因模具長度超1,600mm，保證流膠量同時到達噴絲板位置（見圖4），保證吐出量均一化要求，利用ANSYS仿真軟件對聚合物熔合物熔體的流動過程進行壓力和流速分布模擬，仿真結果表明，衣架形流道模具結構較為符合設計要求。①熔噴布PP材料分析（見表1）；②要求同時流動到達尾端時間；③加熱棒調節流動平衡溫度；④分析網格要準確細分、2D與3D流動分析仿真。

表1 PP材料分析

5 噴絲板制造工藝方案

（1）微孔?0.15mm、?0.2mm、?0.25mm、?0.3mm等孔加工容易出現鉆頭斷裂，出現鉆頭斷裂，將導致零件報廢。

（2）研究鉆頭加工設備穩定性要求，鉆頭切削參數、鉆頭過程冷卻、排削、擺動、切削加減速等加工細節，建立切削參數標準與控制方法。

（3）微孔數量多，一般情況都超1,000個微孔，孔徑、徑距精度要求高，控制精度±0.005mm。

（4）加工測試研究，根據切削參數、機床穩定性情況，找到滿足精度要求加工狀態。

（5）加工過程，微孔（見圖5）加工檢測難點大，多工序加工容易出現堵塞無法貫通。

（6）加工工藝技術研究，優化加工順序，對每個工序做好工藝方法，防止微孔堵塞無法處理。

6 噴絲板加工工藝測試與分析

噴絲板細孔的加工是熔噴模具的核心部件，噴絲板制造工藝方案測試是項目成功的關鍵，在噴絲板正式加工前，細孔加工測試經過不同的刀具品牌、不同切削參數、不同切削策略方案、不同加工設備與主軸轉速等方面實驗。

（1）加工方案一。由安田YASDA 設備分兩段加工，尖端留平臺面0.5mm寬（見圖6），先用?0.25mm鉆頭加工深度到數，去除平臺面，120°兩斜面精加工到數，再用?0.3mm平刀用鉆鉸方式去除毛剌。

（2）加工方案二。由YASDA分兩段加工（見圖7），兩斜面先由牧野V99L精加工到位，先用?0.2mm平銑刀鑼?0.28×0.6mm沉槽，再用?0.25mm鉆頭加工深度到數，再用?0.3mm 鉆頭擴孔方式加工孔到位，測試?0.28×0.6mm沉槽的0.28mm尺寸是否合適，?0.3mm擴孔方式是否提升孔粗糙度效果。

分兩次裝夾加工噴絲微孔，先用?0.25mm鉆頭加工深度到數，去除平臺面，120°兩斜面精加工到數，再用?0.3mm平刀用鉆鉸方式去除毛剌。

7 噴絲板背面流道出膠口電火花方案實驗

（1）電打背面進膠流道（電極設計在模型的R1圓弧面上做留量0.1mm）。

（2）電打背面進膠流道底面到數，微孔口部到數，（電極設計只與R1mm 圓弧面接觸火花紋，設計紫銅電極，電打VDI15）。

（3）電極設計R1mm圓弧留量0.1mm不電打到位；電極只設計電打R1mm圓弧到位，注意兩次電打過渡圓滑。

相關測試過程圖片（見圖8）。

8 噴絲板流道V型深槽加工技術方案分析

噴絲板細孔的加工是熔噴模具的核心部件，核心近3,000個?0.3mm細孔加工工藝是模具成功的關鍵，對應的細孔背面是V型深槽流道（見圖9），槽深且窄，是熔噴模具聚合物溶體主要的流動關鍵位置，決定著出絲的均勻性、出絲量與速度等關鍵參數。因孔太深，有很大的加工難度和很長的加工時間。為了提升加工精度和加工效率，對應V型深槽做如下幾方面的加工工藝技術測試。

（1）方案一。V槽口部寬度6mm，小端4mm，常規機加工只能加工到6 倍直徑切削深度，即還有還有12mm細小槽位置無法機加工，需要電火花加工代替。電加工效率低，表面粗糙度值大，不能滿足加工要求。

（2）方案二。V 槽口部常規加工到6 倍直徑切削深度，12mm 細小槽位置設計非標成型刀具加工。提升加工效率與精度。刀具設計如圖10所示。

設計錐度球頭與直身球刀結合的技術方案，解決深槽加工小徑刀具剛性差的問題；通過特殊設計槽型，滿足排屑順暢的前提下，大幅增加刀體結構強度；根據深度超10倍直徑的V型深槽的加工特征，設計一款外形與工件匹配的成型輪廓刀具，槽型由刀具一次銑削而成，取消電打工藝，降低成本；通過銑刀內冷卻油孔設計，解決深槽加工中的外置冷卻無法直達切削部位的冷卻不足的問題，同時切削刃部出冷卻液可沖出深槽鐵屑；通過刀具頸部設計臨時容屑槽，解決深槽鐵屑無法及時排出的問題以及鐵屑在刀具工件之間擠壓摩擦造成工件表面光潔度差。

9 熱風管與氣刀板間隙方案

熱風管與氣刀板是噴絲的兩位關鍵部位（見圖11），出絲尖口的角度、間隙（見圖12）與熱風管的溫度與風壓是保證出絲均勻（見圖13）的關鍵參數。風管設計與制造工藝重點保證均勻性，提升尖口出風壓力均勻。

10 模具零件分析與提煉關鍵識別

模具零件分析與提煉關鍵識別如表2所示。

表2 模具零件分析與提煉關鍵識別

11 問題記錄與改善對策

問題記錄與改善對策如表3所示。

表3 模具問題記錄與改善對策

12 實際效果

（1）熔噴模具設計的流道方案確認，通過CAE 分析，對應衣架式流道的設計細化每個尺寸要求。提升模具生產穩定與質量。

（2）噴絲板的細孔加工建立刀具技術要求、刀具加工前檢測、加工過程切削參數與孔精度檢測等。

（3）噴絲板的細孔防護與清洗。