ניתוח הגורמים העיקריים המשפיעים על התכונות הפיזיקליות של בדים לא ארוגים מסוג spunbond

בתהליך הייצור של בד לא ארוג מסוג spunbond, גורמים שונים עשויים להשפיע על התכונות הפיזיקליות של המוצר. ניתוח הקשר בין גורמים אלה לבין ביצועי המוצר יכול לסייע בשליטה נכונה בתנאי התהליך ובקבלת מוצרי בד לא ארוג מסוג פוליפרופילן מסוג spunbond איכותיים וניתנים ליישום נרחב. כאן, ננתח בקצרה את הגורמים המשפיעים העיקריים על התכונות הפיזיקליות של בדים לא ארוגים מסוג spunbond ונשתף אותם עם כולם.

מדד התכה והתפלגות משקל מולקולרי של פרוסות פוליפרופילן

מדדי האיכות העיקריים של פרוסות פוליפרופילן הם משקל מולקולרי, פיזור משקל מולקולרי, איזוטרופיה, מדד התכה ותכולת אפר. המשקל המולקולרי של שבבי PP המשמשים לטוות נע בין 100,000 ל-250,000, אך בפועל הוכח כי התכונות הריאולוגיות של החומר המותך הן הטובות ביותר כאשר המשקל המולקולרי של הפוליפרופילן הוא סביב 120,000, ומהירות הטוות המקסימלית המותרת גבוהה גם כן. מדד ההיתוך הוא פרמטר המשקף את התכונות הריאולוגיות של החומר המותך, ומדד ההיתוך של פרוסות פוליפרופילן המשמשות בספונבונד נע בדרך כלל בין 10 ל-50. בתהליך הטוות לרשת, החוט מקבל זרימת אוויר אחת בלבד, ויחס התנופה של החוט מוגבל על ידי התכונות הריאולוגיות של החוט. ככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר, כלומר, ככל שמדד ההיתוך קטן יותר, כך יכולת הזרימה גרועה יותר, ויחס התנופה המתקבל על ידי החוט קטן יותר. באותם תנאים של פליטת חומר המותך מהנחיר, גודל הסיבים של החוט המתקבל גדול יותר גם כן, וכתוצאה מכך תחושה קשה יותר עבור בדים לא ארוגים ספונבונד. אם מדד ההיתוך גבוה, צמיגות החומר ההיתוך יורדת, התכונות הריאולוגיות טובות, העמידות למתיחה יורדת, ובאותם תנאי מתיחה, יחס המתיחה עולה. ככל שדרגת האוריינטציה של המקרומולקולות עולה, חוזק השבר של בד לא ארוג ספון-בונד גם הוא יגדל, ודקיקות הסיבים תפחת, וכתוצאה מכך תחושת היד רכה של הבד. תחת אותו תהליך, ככל שמדד ההיתוך של פוליפרופילן גבוה יותר, כך דקיקותו קטנה יותר וחוזק השבר שלו גדול יותר.

פיזור המשקל המולקולרי נמדד לעתים קרובות על ידי היחס בין המשקל המולקולרי הממוצע במשקל (Mw) למשקל המולקולרי הממוצע במספרים (Mn) של הפולימר (Mw/Mn), המכונה ערך פיזור המשקל המולקולרי. ככל שערך פיזור המשקל המולקולרי קטן יותר, כך התכונות הריאולוגיות של ההיתוך יציבות יותר, ותהליך הספינינג יציב יותר, מה שתורם לשיפור מהירות הספינינג. כמו כן, יש לו גמישות וצמיגות מתיחה נמוכות יותר, מה שיכול להפחית את לחץ הספינינג, להפוך את PP לקל יותר למתיחה ולהפוך לדק יותר, ולקבל סיבים עדינים יותר. יתר על כן, אחידות הרשת טובה, עם תחושה ואחידות טובים.

טמפרטורת ספינינג

קביעת טמפרטורת הטוויה תלויה במדד ההיתוך של חומרי הגלם ובדרישות לתכונות הפיזיקליות של המוצר. ככל שמדד ההיתוך של חומר הגלם גבוה יותר, כך טמפרטורת הטוויה גבוהה יותר, ולהיפך. טמפרטורת הטוויה קשורה ישירות לצמיגות של החומר הנמס, והטמפרטורה נמוכה. צמיגות החומר הנמס גבוהה, מה שהופך את הטוויה לקשה ונוטה לייצר סיבים שבורים, נוקשים או גסים, מה שמשפיע על איכות המוצר. לכן, על מנת להפחית את צמיגות החומר הנמס ולשפר את תכונותיו הריאולוגיות, בדרך כלל מאמצים את שיטת העלאת הטמפרטורה. לטמפרטורת הטוויה יש השפעה משמעותית על מבנה ותכונות הסיבים. ככל שטמפרטורת הטוויה נמוכה יותר, כך צמיגות המתיחה של החומר הנמס גבוהה יותר, כך התנגדות המתיחה גדולה יותר, וקשה יותר למתוח את הפילמנט. כדי להשיג סיבים בעלי אותה מידת דקיקות, מהירות זרימת האוויר של המתיחה צריכה להיות גבוהה יחסית בטמפרטורות נמוכות. לכן, באותם תנאי תהליך, כאשר טמפרטורת הטוויה נמוכה, קשה למתוח את הסיבים. לסיב יש מידת דקיקות גבוהה ואוריינטציה מולקולרית נמוכה, המתבטאת בבדים לא ארוגים מסוג spunbond עם חוזק שבירה נמוך, התארכות גבוהה בשבירה ותחושת יד קשה; כאשר טמפרטורת הספינינג גבוהה, מתיחת הסיבים טובה יותר, מידת הדקיקות של הסיבים קטנה יותר והאוריינטציה המולקולרית גבוהה יותר. זה בא לידי ביטוי בחוזק השבירה הגבוה, התארכות שבירה קטנה ותחושת יד רכה של הבדים הלא ארוגים מסוג spunbond. עם זאת, ראוי לציין שבתנאי קירור מסוימים, אם טמפרטורת הספינינג גבוהה מדי, הפילמנט המתקבל לא יתקרר מספיק בפרק זמן קצר, וחלק מהסיבים עלולים להישבר במהלך תהליך המתיחה, מה שעלול ליצור פגמים. בייצור בפועל, יש לבחור את טמפרטורת הספינינג בין 220-230 ℃.

תנאי קירור ויצירת

לקצב הקירור של הפילמנט יש השפעה משמעותית על התכונות הפיזיקליות של בד לא ארוג מסוג spunbond במהלך תהליך העיצוב. אם הפוליפרופילן המותך מתקרר במהירות ובאופן אחיד לאחר יציאתו מהספינרט, קצב ההתגבשות שלו איטי והגבישיות נמוכה. מבנה הסיבים המתקבל הוא מבנה גביש נוזלי בצורת דיסק לא יציב, אשר עשוי להגיע ליחס מתיחה גדול יותר במהלך המתיחה. כיוון השרשראות המולקולריות טוב יותר, מה שיכול להגביר עוד יותר את הגבישיות, לשפר את חוזק הסיב ולהפחית את התארכותו. זה בא לידי ביטוי בבדים לא ארוגים מסוג spunbond עם חוזק שבר גבוה יותר והתארכות נמוכה יותר; אם מקוררים לאט, לסיבים המתקבלים יש מבנה גבישי מונוקליני יציב, שאינו תורם למתיחת סיבים. זה בא לידי ביטוי בבדים לא ארוגים מסוג spunbond עם חוזק שבר נמוך יותר והתארכות גדולה יותר. לכן, בתהליך העיצוב, הגדלת נפח אוויר הקירור והפחתת הטמפרטורה של תא הספינינג משמשות בדרך כלל כדי לשפר את חוזק השבר ולהפחית את ההתארכות של בדים לא ארוגים מסוג spunbond. בנוסף, מרחק הקירור של הפילמנט קשור קשר הדוק לביצועיו. בייצור בדים לא ארוגים מסוג spunbond, מרחק הקירור נבחר בדרך כלל בין 50-60 ס"מ.

תנאי ציור

הכיוון של שרשראות מולקולריות בחוטי משי הוא גורם חשוב המשפיע על חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה של סיבים בודדים. ככל שרמת הכיוון גדולה יותר, כך הסיב הבודד חזק יותר וההתארכות בשבירה קטנה יותר. ניתן לייצג את מידת הכיוון על ידי השבירה הכפולה של הסיב, וככל שהערך גדול יותר, כך מידת הכיוון גבוהה יותר. הסיבים הראשוניים הנוצרים כאשר פוליפרופילן מותך יוצא מהספינרט הם בעלי גבישיות ואוריינטציה נמוכים יחסית, שבירות גבוהה של הסיבים, קלות לשבירה והתארכות משמעותית בשבירה. כדי לשנות את תכונות הסיבים, יש למתוח אותם בדרגות שונות לפי הצורך לפני יצירת רשת.ייצור ספונבונד, חוזק המתיחה של הסיבים תלוי בעיקר בגודל נפח אוויר הקירור ונפח אוויר היניקה. ככל שנפח אוויר הקירור והיניקה גדול יותר, כך מהירות המתיחה מהירה יותר, והסיבים יימתחו במלואם. האוריינטציה המולקולרית תגדל, הדקיקות תהפוך לעדינה יותר, החוזק יגדל וההתארכות בשבירה תפחת. במהירות סיבוב של 4000 מטר/דקה, סיב פוליפרופילן מגיע לערך הרוויה שלו של שבירה כפולה, אך בתהליך מתיחת זרימת האוויר של סיבוב לרשת, המהירות בפועל של הסיב בדרך כלל קשה לעלות על 3000 מטר/דקה. לכן, במצבים בהם הדרישות גבוהות, ניתן להגדיל את מהירות המתיחה באופן משמעותי. עם זאת, בתנאי נפח אוויר קירור קבוע, אם נפח אוויר היניקה גדול מדי וקירור הסיב אינו מספיק, הסיבים נוטים להישבר באתר השיחול של התבנית, מה שיגרום נזק לראש ההזרקה ויפגע בייצור ובאיכות המוצר. לכן, יש לבצע התאמות מתאימות בייצור בפועל.

התכונות הפיזיקליות של בדים לא ארוגים מסוג spunbond אינן קשורות רק לתכונות הסיבים, אלא גם למבנה הרשת של הסיבים. ככל שהסיבים דקים יותר, כך רמת האי-סדר בסידור הסיבים בעת הנחת הרשת גבוהה יותר, כך הרשת אחידה יותר, ככל שיש יותר סיבים ליחידת שטח, כך יחס החוזק האורכי והרוחבי של הרשת קטן יותר, וחוזק השבירה גדול יותר. לכן ניתן לשפר את האחידות של מוצרי בדים לא ארוגים מסוג spunbond ולשפר את חוזק השבירה שלהם על ידי הגדלת נפח אוויר היניקה. עם זאת, אם נפח אוויר היניקה גדול מדי, קל לגרום לשבירת חוט, והמתיחה חזקה מדי. כיוון הפולימר נוטה להיות מלא, והגבישיות של הפולימר גבוהה מדי, מה שיפחית את חוזק הפגיעה וההתארכות בעת השבירה, יגביר את השבירות, וכך יוביל לירידה בחוזק ובהתארכות של הבד הלא ארוג. בהתבסס על כך, ניתן לראות שחוזקם והתארכותם של בדים לא ארוגים מסוג spunbond עולים ויורדים באופן קבוע עם הגדלת נפח אוויר היניקה. בייצור בפועל, יש צורך להתאים את התהליך בהתאם לצרכים ולמצב בפועל על מנת להשיג מוצרים באיכות גבוהה.

טמפרטורת גלגול חם

רשת הסיבים שנוצרת על ידי מתיחת סיבים נמצאת במצב רופף ויש לגלגל אותה בחום ולהדביק אותה כדי להפוך אותה לבד. דבקה בגלגול חם היא תהליך שבו הסיבים ברשת מתרככים חלקית ומותכים על ידי גלילי גלגול חמים בלחץ וטמפרטורה מסוימים, והסיבים מחוברים יחד ליצירת בד. המפתח הוא לשלוט היטב בטמפרטורה ובלחץ. תפקיד החימום הוא לרכך ולהמיס את הסיבים. שיעור הסיבים המרוככים והמותכים קובע את התכונות הפיזיקליות של...בדים לא ארוגים ספונבונדבטמפרטורות נמוכות מאוד, רק חלק קטן מהסיבים בעלי משקל מולקולרי נמוך מתרככים ונמסים, ויש מעט מאוד סיבים המחוברים יחד תחת לחץ. הסיבים ברשת הסיבים נוטים להחליק, ולבדים לא ארוגים יש חוזק שבירה נמוך יותר אך התארכות גדולה יותר. המוצר מרגיש רך אך נוטה להתפורר; ככל שטמפרטורת הגלגול החם עולה בהדרגה, כמות הסיבים המרוככים והמותכים עולה, קשר רשת הסיבים הופך להיות הדוק יותר, הסיבים נוטים פחות להחליק, חוזק השבר של הבד הלא ארוג עולה, וההתארכות עדיין גדולה יחסית. יתר על כן, בשל הזיקה החזקה בין הסיבים, ההתארכות עולה מעט; כאשר הטמפרטורה עולה באופן משמעותי, רוב הסיבים בנקודת הלחץ נמסים, והסיבים הופכים לגושי התכה, ומתחילים להיות שבירים. בשלב זה, חוזק הבד הלא ארוג מתחיל לרדת, וההתארכות גם יורדת באופן משמעותי. תחושת היד קשה ושבירה מאוד, וגם חוזק הקריעה נמוך. בנוסף, למוצרים שונים יש משקלים ועוביים שונים, וגם הגדרת הטמפרטורה של טחנת הגלגול החם משתנה. עבור מוצרים דקים, יש פחות סיבים בנקודת הגלגול החם, ופחות חום נדרש לריכוך ולהיתוך, כך שטמפרטורת הגלגול החם הנדרשת נמוכה יותר. בהתאם, עבור מוצרים עבים, דרישת טמפרטורת הגלגול החם גבוהה יותר.

לחץ גלגול חם

בתהליך הדבקה בגלגול חם, תפקידו של לחץ קו טחנת הגלגול החם הוא לדחוס את רשת הסיבים, מה שגורם לסיבים ברשת לעבור חום עיוות מסוים ולהפעיל באופן מלא את השפעת הולכת החום במהלך תהליך הגלגול החם, מה שהופך את הסיבים המרוככים והמותכים לקשורים זה לזה בחוזקה, מגביר את כוח ההדבקה בין הסיבים ומקשה על הסיבים להחליק. כאשר לחץ קו הגלגול החם נמוך יחסית, צפיפות דחיסת הסיבים בנקודת הלחץ ברשת הסיבים ירודה, חוזק הדבקה של הסיבים אינו גבוה, כוח ההחזקה בין הסיבים ירוד, והסיבים מחליקים בקלות יחסית. בשלב זה, תחושת היד של הבד הלא ארוג הספונבונד רכה יחסית, התארכות השבר גדולה יחסית, וחוזק השבר נמוך יחסית; להיפך, כאשר לחץ הקו גבוה יחסית, לבד הלא ארוג הספונבונד שנוצר יש תחושה קשה יותר, התארכות בשבר נמוכה יותר, אך חוזק שבירה גדול יותר. עם זאת, כאשר לחץ הקו של טחנת הגלגול החם גבוה מדי, הפולימר המרוכך והמותך בנקודת הגלגול החם של רשת הסיבים קשה לזרימה ופיזורו, מה שמפחית גם את מתח השבר של הבד הלא ארוג. בנוסף, הגדרת לחץ הקו קשורה קשר הדוק גם למשקל ולעובי הבד הלא ארוג. בייצור, יש לבצע בחירה מתאימה בהתאם לצרכים על מנת לייצר מוצרים העומדים בדרישות הביצועים.

לסיכום, התכונות הפיזיקליות והמכניות שלבד לא ארוג מפוליפרופילן ספונבונדמוצרים אינם נקבעים על ידי גורם יחיד, אלא על ידי השפעות משולבות של גורמים שונים. בייצור בפועל, יש לבחור פרמטרי תהליך סבירים בהתאם לצרכים ולתנאי הייצור בפועל על מנת לייצר מוצרי בד לא ארוג באיכות גבוהה מסוג spunbond שיכולים לענות על צרכים שונים. בנוסף, ניהול סטנדרטי קפדני של קו הייצור, תחזוקה קפדנית של הציוד ושיפור האיכות והמיומנות של המפעילים הם גם גורמים מרכזיים בשיפור איכות המוצר.

Dongguan Liansheng Non woven Technology Co., Ltd.הוקמה במאי 2020. זהו מפעל ייצור בקנה מידה גדול של בדים לא ארוגים המשלב מחקר ופיתוח, ייצור ומכירות. הוא יכול לייצר צבעים שונים של בדים לא ארוגים מצופים PP spunbond ברוחב של פחות מ-3.2 מטרים, החל מ-9 גרם ועד 300 גרם.