聚乳酸熔喷非织造材料的研制及导入涡流技术的研究

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1、聚乳酸熔喷非织造材料的研制及导入涡流技术的研究摘要聚乳酸熔喷非织造材料是以聚乳酸为原料经过熔喷工艺加工而成，是一种可再生、可生物降解并可循环使用的“全方位"环境友好材料。面目前熔喷非织造材料的原料均依赖石油，且废弃后难以降解，给环境带来了巨大压力。因此聚乳酸熔喷非织造材料具有开发和应用价值。目前，国内外对聚乳酸熔喷非织造材料的研究刚刚起步。由于聚乳酸的熔纺性能差(可纺范围窄，对温度异常敏感)，在熔喷工艺上加工难度很大，因而缺乏基础的理论和实验研究。本文的研究工作是通过原料分析和熔喷实验研究，确定了聚乳酸在熔喷工艺中的熔纺温度范围，并以目前发展成熟的熔喷模型

2、为指导，通过对设备参数和工艺参数优化的途径来研制性能较好的聚乳酸熔喷非织造材料，为减轻环境负担做出努力。同时，本研究在熔喷工艺中导入了涡流技术，使熔喷非织造材料的结构更加接近理想的结构模型，改善了聚乳酸熔喷非织造材料的性能，提高了该产品的可使用性。同时也为在熔喷非织造工艺中导入涡流技术奠定了理论基础，并对如何在熔喷工艺中利用新型气流来改善产品性能提供了新的思路。本文的研究工作覆盖了两大部分：第一是在原料分析及熔喷实验研究的基础上确定聚乳酸的熔纺温度范围，然后通过设备参数和工艺参数优化的方法研制出性能良好的聚乳酸熔喷非织造材料，并对其性能和应用进行了研究；第

3、二是针对聚乳酸熔喷非织造材料强度低(该缺点也是目前所有熔喷非织造材料的不足)、脆性大等缺点，提出了在熔喷工艺中引入涡流技术的思路，并对该技术在熔喷工艺中的应用进行了理论和实验研究。第一部分研究工作涵盖了论文的第二、第三两章，包括聚乳酸原料分析、熔纺温度范围的确定、熔喷设备和工艺参数优化、聚乳酸熔喷非织造材料性能及应用研究等内容。在第二章中首先通过对聚乳酸原料的分析，在理论上分析了聚乳酸在熔喷工艺上应用的可行性，确定了聚乳酸在熔喷工艺中的纺丝温度范围。然后采用目前发展比较成熟的熔喷拉伸模型为指导，通过对设备参数(包括气流通道与喷丝孔轴线的夹角、槽口宽度以及头

4、端宽度)和工艺参数(包括聚合物挤出速度、接收距离以及空气压力)的优化研制出聚乳酸熔喷非织造材料。证明了聚乳酸在熔喷技术上应用的可行性。论文第三章通过实验对研制的聚乳酸熔喷非织造材料进行了主要物理性能和化学性能的分析。实验结果表明聚乳酸熔喷非织造材料具有以下特点：纤维细、孔径小，过滤性能好；良好的生物降解性；不耐强碱，对酸则相对稳定：热稳定性差，对温度特别敏感，温度升高，强度明显下降；机械性能差，强度低，脆性大，弹性差。并在研究该材料的性能基础上对其应用进行了研究。实验证明该材料是很好的防尘口罩和血液过滤材料。由于聚乳酸熔喷非织造材料物理机械性能差，使得其应

5、用目前还只局限于过滤材料。因此要扩大聚乳酸熔喷非织造材料的应用领域，需要改善其物理机械性能。第二部分的研究工作涵盖了论文的第四、五、六三章，包括在熔喷工艺中引入涡流技术的理论分析、模头参数设计、涡流对纤维作用的实验研究以及涡流对聚乳酸熔喷非织造材料结构和性能的影响等内容。根据目前研制的聚乳酸熔喷非织造材料的不足，即强度低(该缺点也是目前熔喷非织造材料普遍存在的不足)、脆性大、弹性小等特点，在第四章中提出了在熔喷工艺中引入涡流技术的理论。首先分析了聚乳酸熔喷非织造材料物理机械性能差的原因，提出了通过引入涡流技术使纤维卷曲，增加纤维间的抱合和缠结来提高聚乳酸熔

6、喷非织造材料强力的新思路。同时由于纤维粘结点之间的卷曲增加，聚乳酸熔喷非织造材料的弹性也得到了改善。其次结合熔喷工艺和涡流产生原理设计了新型模头，初步讨论了该模头中对气流产生影响的两II个重要参数即切向气流倾斜角和切向气流喷嘴的位置。论文第五章建立了数学模型研究涡流对纤维的作用，并在自行设计的可产生涡流的熔喷模头上进行实验。通过实验分析了在熔喷工艺中引入涡流后影响纤维细度和卷曲度的工艺参数和设备参数，并证明了建立的数学模型具有一定的理论指导意义。论文第六章研究了涡流对熔喷非织造材料结构和性能的影响。以聚乳酸为原料进行实验，证明了涡流可以使聚乳酸熔喷非织造材

7、料的结构更加接近理想结构模型，引入涡流产生的纤维卷曲和缠结对提高聚乳酸熔喷非织造材料的强力、弹性和各向同性非常有效。此外为证明该方法不受原料限制，本研究还采用了目前在熔喷工艺上己应用成熟的聚丙烯为原料进行实验，实验结果证明该方法对聚丙烯同样适用。关键词：聚乳酸，熔喷非织造材料，涡流，模头设计，过滤，卷曲IIIStudyonPLAMelt—blownNonwovensandIntroducingVortexTechnologyABSTRACTPolylacticacid(PLA)melt·blown(MB)nonwovenswhichisrenewable，

8、biodegradable，recyclableandsustai