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纳米纤维口罩滤材生产设备选型指南
2020/3/21 11:15:39 易丝帮

内纳米纤维的量产级设备厂家不多,但是产品性能差别较大。易丝帮通过对苏州能环、日本MECC等大型设备的长期使用经验,并结合口罩滤材中的材料和工艺特征,为大家讲解设备选型中的技术内容。希望能减少您在采购过程中的风险,若遇到任何技术问题欢迎联系小编一起讨论。

1. 针式 vs.无针电纺

无针纺丝又称自由液面纺丝,最早有捷克Elmarco公司注册专利并实现量产设备的定型。在生产效率上,在设备硬件成本上,在设备运行与维护难度上,无针电纺方式具有无可比拟的优势。这是未来的技术方向。

第一代无针纺丝,电极浸泡在纺丝液中并旋转进入电场,实现喷丝。该方式的好处是喷丝量大,缺点是纺丝液开放于环境,溶剂随着时间不断挥发而造成浓度越来越高,直到无法出丝。目前仍有国内公司使用类似的原理,上海云同等在电极形状上做了创新,但溶液暴露而变质的问题对于有机体系仍然严重,河北华纺公司的设备采用了可替换的电极系统,实现了7*24小时的连续生产。

第二代无针纺丝也是由Elmarco公司率先实现的,主要优势是解决了溶液挥发的问题,单个电极产能略有降低,但是可以通过提高电极数量的方式来弥补。易丝帮技术团队受到该技术方案的启发,在对Elmarco设备的使用测试后,又对电极运转结构进行了优化和创新,已经申报多项专利保护。


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图1.Elmarco公司的第一代和第二代无针纺丝电极

 

2. 多单元串联 vs. 多生产线并联

纳米纤维产能正比于电纺丝单元数量。假设达到目标产能需要6个纺丝单元。那么,与其将产能压在一条6单元串联的生产线上,不如拆分成2条3单元生产线,实现并联生产。原因是,1).并联生产易于组织人力,不增加成本;2).并联生产有利于切换不同产品,更可以在不同生产线上固定产品型号,减少反复切换带来的停机和材料损失;3).并联生产线可以减少对场地和附属设备的要求,降低成本;4).生产线电纺丝单元少,有利于工艺控制,有利于实现无张力收卷,这样就可以选用更低克重,更加轻薄透气的基材。

 

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不同纺丝单元数的生产线


3. 宽幅越大越好吗?

同等喷丝效率下,设备的宽幅越大,产能就越高。但是,宽幅越大造成的其他不利结果也要重视,而不能盲目以宽幅论英雄。首先,宽幅越大,设备的成本越高,这不是因为宽设备用的材料多了,而是对设备零部件的加工精度和强度的要求提高之后导致成本的大幅增加,最显著的是设备中大量使用的各种转辊,尤其是热压辊。其次,设备宽幅增大,会导致电场情况更加复杂,产品均匀性难易控制。最后,宽幅设备需要更多人工,更多高级的技术人员来维护,无形中增加了运营成本。因此,类似于口罩用途的滤料,最终是要分切的,与其通过宽幅扩大产能,不如把单个生产线运行稳定后简单重复来的更直接。

 

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The design of the needless electrospinning machine created at Deakin University

 

4. 收卷是关键

收卷不整齐等于产生废品,纠偏系统不能马虎,精度、稳定性和响应速度要考核。

收卷牵引力要恒定、尽量低,以此减少基材在生产线上产生的变形,减少纳米纤维层的破损,并可适应低克重无纺布。

以上两个指标相当重要,不可忽视。这是只有真正生产过产品才能知道的经验。


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5. 丰富的可扩展组件使设备具有广泛的产品适应性

前处理部分推荐离子风吹扫配件,并预留可适应于多种施胶工艺的安装空间。

后处理可以考虑在线复合一步到位,包括热压复合,第二无纺布表面贴敷。超声焊接设备可以在线下单独配置,原因是不同产品其线速度不同,可能造成与喷丝单元线速度难易串联匹配。

在线质量检测系统必选。

 

6. 密封性和安全性是必要条件

密封性要看机身结构和材质,排风通道的位置和管路合理性等。安全性主要关注高压电源、电极、接地、设备电器、加热组件、自动化控制系统等。灭火器和防毒面具是生产车间的标配,安全重于泰山

 

写在最后

静电纺丝是目前高效制备纳米纤维并且可产业化的技术方案,已经在个人防护、生物医疗、环保净化、电池材料等各方面展现出巨大的商业化潜能。要想做好一个产品,这里面的技术门槛不是简单的一纸配方或者工艺包就能复制的。易丝帮的技术人员往往是根据产品的性能方案,结合工程经验,对其中的化学、材料、工艺等各方面有详尽计划后才能最终落实为对设备的参数方案。

本文以口罩用纳米纤维材料生产为例,但对其他领域的设备选型和设计同样具有借鉴意义。希望专注本领域的各界朋友,在选设备时,不要专注于硬件参数的比较,而是从产品出发,逆向打通材料、工艺和设备各个关节,选择有更多工程经验的合作者。



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