開篇一張圖,了解熔噴布在口罩中的“心臟”地位,下圖為N95口罩的熔噴布位置及厚度:
N95口罩截面圖,飛納臺式掃描電鏡拍攝
熔噴布的生產工藝分為兩種:水平式、垂直式,簡易圖如下所示:
熔噴的工藝流程:聚合物準備→熔融擠壓→計量泵→熔噴模頭組合件→ 熔體細流拉伸→冷卻→接收裝置。
其中,熔噴模頭的作用是將黏流態的高聚物熔體或溶液,通過微孔轉變成有特定截面狀的細流,經過凝固介質如空氣或凝固浴固化而形成絲條。
熔噴法纖維成形
聚丙烯pp專用料經塑化后進入熔噴模頭流道,經分配均勻后再進入噴絲板,高溫高速高壓熱氣流噴射出來形成了熔噴非織造布,也就是口罩中間層最關鍵的一層過濾材料。
熔噴布要達到醫用級別,對熔噴模頭出料均勻性要求非常高。接下來,讓我們進一步了解熔噴模頭是怎么制造出來的吧。
熔噴模頭噴絲微孔的加工對于熔噴模頭的制造來說,加工噴絲微孔便是關鍵難點。
網紅“熔噴模頭”
在熔噴布生產中,聚丙烯(pp料)通過熔噴模頭的噴絲微孔飛出進行生產,微孔最小直徑0.1~0.3mm。熔噴模頭大部分采用的是矩形噴絲板,材料一般是SUS316L、SUS304、SUS630、SUS431等不銹鋼,截面形狀如下圖所示。
在硬質材料上加工微孔,方法包括使用穿孔機生產;使用米克朗、牧野V33、北京精雕、兄弟、臺群等加工中心進行微鉆生產;使用牧野放電機生產等。下面,我們具體展開,主要有這樣幾種方法:
01 加工中心鉆孔加工
噴絲微孔一般采用加工中心鉆孔加工的方法,但由于孔太小,刀具壽命不穩定。一旦發生預測的提前斷刀,在鉆頭無法取出的情況下,甚至會引起整塊噴絲板的報廢。加工一個Φ0.2mm的噴絲微孔,加工時間在30秒左右,好的鉆頭能打300個孔以上。
進階版:電主軸加工在加工噴絲微孔時,加工中心鉆孔是常用方法。但提升產能時會有限制,一則普通主軸加工效率不高,二則刀具壽命波動導致提前斷刀時,會因鉆頭難取導致整個噴模報廢,而使用高速高精的電主軸有助于解決以上兩個問題。02 數控電火花
數控電火花成形機加工噴絲微孔,可以解決鉆孔加工斷鉆頭及底部鉆孔毛刺的問題,但電極的制作難度也不小,而且紫銅電極的制作容易產生毛刺、發生變形,為了解決這個問題,有的工廠使用滲銅石墨電極。
03 激光打孔技術
也有的工廠使用激光加工噴絲微孔。激光打孔技術是利用高功率密度激光束照射被加工材料,使材料很快被加熱至汽化溫度,蒸發形成孔洞。其最大的優點是加工效率很高,加工一個孔只需要幾秒鐘,但與之對應的加工設備很昂貴。
國內外熔噴模頭生產廠商熔噴模頭的精度要求很高,加工難度很大。全球能生產高端熔噴模頭的企業也屈指可數。主要供應商都在日本和德國,如日本卡森,日本噴絲板、德國恩卡等,加工時間需要幾個月。
Reifenhauser公司的Reicofil熔噴模頭
20年前,國內熔噴模頭基本是以從歐洲和日本引進為主,中國企業幾乎沒有辦法生產中高端的國產裝備。精誠時代集團是最早“吃螃蟹的人”之一。精誠時代集團于2015年成功研發出一套自成一體的產品,目前在中高端熔噴模頭市場,市場占有率達60%~70%,疫情期間甚至達到80%。
疫情暴發后,精誠時代集團的“熔噴模頭”訂單量呈井噴態勢,原本一年才有四五十套的訂單,疫情期間訂單量累計已達180單。為應對需求,精誠時代集團將熔噴模頭生產提升到緊急狀態,調動公司儲備的鋼材原材料,約400名員工24小時三班制工作。
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