一种超细熔喷无纺布混合材料、其制备的熔喷无纺布及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及纺织领域，更具体的说，是涉及一种超细熔喷无纺布混合材料、其制备的熔喷无纺布及其制造方法。
背景技术
超细熔喷无纺布在高效滤材领域需求量与日俱增，现阶段制备超细熔喷无纺布对设备的要求很高，目前只有莱芬、纽玛格、立达、法瑞、希尔斯等几家国外设备制造商可以制造高性能的设备。
如莱芬公司在高端过滤领域应用的熔喷法非织造布技术，在纺丝和牵伸上做了改良，通过改变纤网孔径、织物蓬松性或纤维直径等性能指标满足工业的需求。希尔斯公司重点推出了接近纳米级别的熔喷生产系统，据称利用高熔融指数的PP原料和特殊的模头，其纺制出的熔喷丝平均纤度为250nm，纤度范围在25～400nm之间，其特殊的模头采用的喷丝板孔数为100孔/inch或者更高，孔与孔的中心距为0.115mm，孔的直径为0.11mm。
为达到制备超细纤维的目的，各公司都要求加工的熔喷模头喷丝孔直径及孔中心距尽可能小，但这样的模头使得熔体的挤出压力过高，在出口处易发生挤出胀大现象，导致纤维并丝，产品质量下降。
为了避免这种现象的发生，国外公司都采用特殊技术制备了高长径比的熔喷模头，部分企业模头长径比甚至高达60∶1，制备这种高长径比的熔喷模头对机加工技术、设备提出了极高的要求。国内受机加工水平的限制，设备精度很难达到制备高长径比熔喷模头的要求，国内一般熔喷模头喷丝板长径比为通常为15∶1或20∶1。
虽然使用高熔融指数的熔喷专用料可以降低熔喷过程中的熔体胀大行为所导致的并丝现象，但由于部分应用领域对滤材强度提出一定的要求，而高熔融指数的熔喷专用料所制备的滤材强度较低，不能满足使用要求。
专利申请200610130079.5公开了一种双组份熔喷非织造布，其由PP和PET按照30～70∶70～30的比例混合加工而成，从而改善现有熔喷非织造布的弹性、强度和耐用性。但该专利申请采用的却是将两种材料分别挤出，从而形成一种并列型双组份熔喷非织造布。这两种材料是分开来并列排列的。该方案仍然不能解决喷丝工艺的复杂性问题。
有鉴于此，特提出本发明，通过对原料进行改性，降低熔体从喷丝板出来时的胀大率，利用常规长径比的喷丝板实现超细熔喷无纺布的制备。
【发明内容】
本发明目的之一在于提供一种超细熔喷无纺布混合材料，利用该材料制备熔喷无纺布时可以降低熔体从喷丝板挤出时的出口胀大率；
本发明另一目的在于提供一种用上述材料制备的熔喷无纺布，这种无纺布具有良好的强度；
本发明再一目的是提供上述熔喷无纺布的制备方法，这种方法可以使用现有技术中的普通模头，而避免使用进口的昂贵设备。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种超细熔喷无纺布用混合材料，所述混合材料用于制备超细熔喷无纺布，其包括聚丙烯I和聚丙烯II，所述聚丙烯I为熔融指数80～400g/10min的聚丙烯，优选为150～400g/10min的聚丙烯，所述聚丙烯II为熔融指数800～2000g/10min的聚丙烯，优选为1200～1600g/10min的聚丙烯；所述聚丙烯I和聚丙烯II重量比为10∶90～90∶10，优选重量比为25∶75～75∶25；更优选重量比为40∶60～60∶40。
本发明采用特定熔融指数范围内的两种聚丙烯制成混合材料，这种材料可以改善普通无纺布用聚丙烯材料胀大率高的问题，在挤出时不会因胀大而发生并丝现象，同时能保持无纺布的强度。
一种应用前面所述混合材料制备的熔喷无纺布，所述无纺布由前面混合纤维进行制备。
使用高熔融指数的聚丙烯材料生产熔喷无纺布虽然也能够克服胀大率高的问题，但制得的纤维强度低，这种无纺布极易破损，限制了其更广泛的应用。同时也会因易破经常需要更换，而给使用者带来不便，并加重使用者的经济成本。而应用本发明所述聚丙烯混合材料制备的熔喷无纺布强度大大加强，耐用性得到了很大的提升。
根据前面所述的熔喷无纺布，所述无纺布纵向拉伸强度350～750CN，横向拉伸强度150～350CN；优选纵向拉伸强度550～700CN，横向拉伸强度270～300CN。
采用本发明所述材料制备的熔喷无纺布，其抗拉强度比单一组分制备地无纺布有明显增强，拓展了其使用领域。
根据前面所述的熔喷无纺布，所述熔喷无纺布纤维直径为0.01～20微米；优选0.1～10微米。
一种制备前面所述混合纤维的方法，包括如下步骤：
(1)将聚丙烯I和聚丙烯II按重量比10∶90～90∶10混合后，优选按重量比25∶75～75∶25，更优选按重量比40∶60～60∶40混合后，进行造粒；
(2)将上述造粒得到的颗粒料经过挤出机加热熔融后，经熔体分配流道由模头上的喷丝孔挤出，经热气流超倍牵伸，超细化的纤维冷却固化沉积于集网装置上，收卷成网，即得到熔喷无纺布。
这里步骤(1)所述的混合、造粒均可参照现有技术。
根据前面所述的方法，步骤(1)所述造粒为双螺杆造粒，螺杆温度控制在100～245℃，优选130～195℃。
根据前面所述的制备方法，步骤(2)所述模头的喷丝板长径比为目前国内通常使用的普通熔喷设备模头长径比，其中较为常见的长径比为10∶1～20∶1，最优选的长径比为15∶1。
根据前面所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热气流温度控制在100～400℃，优选200～350℃，更优选250～300℃；所述气体压力控制在0.1～0.6MPa，优选0.2～0.4MPa。
根据前面所述的制备方法，步骤(2)所述挤出机控制温度为100～300℃，优选150～285℃；所述分配流道温度控制在200～300℃，优选240～285℃；所述模头温度控制在200～300℃，优选240～285℃。
普通的聚丙烯材料需要很高长径比，一般需要长径比高达60∶1的模头进行喷丝，而具备这种模头的设备非常昂贵，无疑增加了熔喷无纺布的生产成本。采用了本发明所述的混合材料，即由重量比为10∶90～90∶10，优选重量比为25∶75～75∶25；更优选重量比为40∶60～60∶40的聚丙烯I和聚丙烯II组成的混合材料，可以使用普通长径比为10∶1～20∶1的模头进行无纺布的生产。而所述聚丙烯I为熔融指数80～400g/10min的聚丙烯，优选为150～400g/10min的聚丙烯，所述聚丙烯II为熔融指数800～2000g/10min的聚丙烯，优选为1200～1600g/10min的聚丙烯。这种方法生产出来的熔喷无纺布成本低，价格合理，且无纺布产品质量好，强度高，应用领域更加宽广。
综上所述，本发明技术方案具有如下优点：
(1)本发明所述材料与常规熔喷材料相比，能够减小从喷丝孔挤出时的出口胀大率，减少并丝现象的发生；
(2)加工成本低，应用本发明所述混合纤维制造熔喷无纺布无需使用特殊设备；
(3)本发明得到的无纺布纤径小，强度好；
(4)本发明得到的无纺布具有更小的纤网孔径和更好的过滤性能，可以满足多种领域的应用要求。
【具体实施方式】
下面的实施例将对本发明作更具体的解释，但本发明并不仅仅局限于这些实施例，同样这些实施例也不以任何方式限制本发明。
实施例1-9
超细熔喷无纺布的专用料的制备方法：
聚丙烯I，聚丙烯II，见表1。两种原料共混比例按表2中所列共混，经双螺杆造粒，螺杆温度控制在130℃～195℃。
表1两种原料熔融指数(g/10min)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I 80 200 370 150 400 300 100 250 350 II 1500 1200 1000 1200 1500 1600 1800 2000 800
表2两种原料共混比例(％)
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I 25 30 40 50 60 70 75 90 10 II 75 70 60 50 40 30 25 10 90
超细熔喷无纺布的制备方法：
将表1所述不同熔融指数的聚丙烯I、II按照相对应的表2所述的比例混合造粒后，所述混合造粒为现有技术的任意混合造粒。将得到的颗粒通过挤出机加热成熔融状态后，经熔体分配流道到达模头前端的喷丝孔挤出。喷射气体压力、气体温度见表3所列。喷射气体将从喷丝孔挤出的纤维进行超倍牵伸，形成超细纤维，最后经收集装置制成定量的超细纤维织物。所述模头的喷丝板长径比为10∶1～20∶1。
或者将表1所述不同熔融指数的聚丙烯I、II按照相对应的表2所述的比例混合后用双螺杆造粒造粒，螺杆温度控制在100～245℃范围之间，如果能够控制在130～195℃之间，效果会更加理想。所述混合为现有技术的任意混合，造粒过程也可参考现有技术。将得到的颗粒通过挤出机加热成熔融状态后，经熔体分配流道到达模头前端的喷丝孔挤出。挤出机温度、流道温度、模头温度、喷射气体压力、气体温度见表3所列。喷射气体将从喷丝孔挤出的纤维进行超倍牵伸，形成超细纤维，最后经收集装置制成定量的超细纤维织物。所述模头的喷丝板长径比为目前常用普通喷丝模头喷丝板任意长径比。
表3主要工艺条件和纤维参数
实施例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 气体压力(MPa) 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 0.5 0.6 0.5 气体温度(℃) 300 250 300 200 350 100 400 150 200 熔体出口胀大率 1.16 1.11 1.16 1.14 1.14 1.18 1.18 1.20 1.19 纤维直径(μm) 3-8 0.1-0.5 1-5 3-8 0.5-3 10-15 5-10 15-20 5-10 挤出机温度(℃) 230 245 235 255 270 280 265 285 240 分配流道温度(℃) 235 250 240 260 260 280 270 290 245 模头温度(℃) 230 245 240 255 260 280 270 285 240
实施例10
用本发明中描述的混合材料制备若干批次无纺布，并挑选出部分具有代表性的列举其强度范围如下：
表4、本发明无纺布强度
批次 1 2 3 4 5 纵向拉伸强度(CN) 350～400 450～500 550～600 650～700 700～750
横向拉伸强度(CN) 150～180 200～230 230～260 270～300 300～350
注：无纺布克重为45g/m2
比较例1
为说明本发明所述无纺布具有普通材料制备的无纺布无法比拟的性能，特将本发明所述材料得到的熔喷无纺布同普通材料得到的熔喷无纺布进行强度测试实验，并列举不同熔融指数单一聚丙烯材料制备的无纺布强度范围如下：
表5、不同熔融指数单一聚丙烯材料制备的无纺布强度及出口胀大率对比
熔融指数(g/10min) 1400 1000 800 2000 纵向拉伸强度(CN) 250～270 280～300 400～450 220～240 横向拉伸强度(CN) 100～150 210～220 240～260 90～110 纤维出口胀大率 1.11 1.16 1.24 1.10
注：无纺布克重为45g/m2
由上表可看出，尽管采用较高熔融指数的单一聚丙烯材料制备熔喷无纺布也可使得纤维丝喷出时具有较低胀大率，但制成的无纺布拉伸强度明显低于本发明所述的熔喷无纺布。这种单一材料的无纺布更加容易损坏，且其应用范围也更小一些。其它熔融指数范围内的双组分聚丙烯材料制备的无纺布强度为：
表6、其它熔融指数范围的双组分聚丙烯材料制备的无纺布强度及出口胀大率对比
熔融指数(g/10min) 及含量 450，50％ 1000，50％ 500，60％ 800，40％ 50，40％ 1500，60％ 350，50％ 2500，50％ 纵向拉伸强度(CN) 370～390 410～450 400～450 300～320 横向拉伸强度(CN) 170～180 200～220 250～280 100～120 纤维出口胀大率 1.31 1.36 1.24 1.15
在上面的表格中，当胀大率超过1.20时，喷丝会发生并丝而严重影响无纺布品质。