멜트브로운 마스크 필터 제조방법

안녕하세요. 오늘은 코로나때문에 마스크가 많이 부족하잖아요? 부족하게된 원인이 필터공급이 원활하지 않아서 그런것입니다. 이 필터가 잘 모르시는 분들을 위해 간략히 소개를 하자면, 멜트브로운은 부직포를 제조하는 공정명인데 이렇게 생산된 필터를 멜트브로운 필터라고 불리고 있습니다.

요약

이 공정은 고속 공기가 압출기 다이팁으로부터 용융된 열가소성 수지를 컨베이어 또는 테이크업 스크린으로 취입하여 미세한 섬유질의 자기 본딩 웹을 형성하는 1 단계 공정이다. 용융 취입 웹의 섬유는 엉킴 및 점착성 점착의 조합에 의해 함께 놓여진다. 멜트브로운 웹은 임의의 섬유 방향, 낮은 또는 중간 웹 강도와 같은 광범위한 제품 특성을 제공합니다. 이 재료의 약 40%가 결합되지 않은 상태로 사용됩니다.

소개

이 공정은 필라멘트를 무작위로 놓인 부직포로 변환하는것과 통합된, 폴리머를 연속 필라멘트로 직접 전환하는것을 포함하는 부직포 제조 시스템이다. 산업 분야에서 이 기술 분야의 첫 번째 개발은 1945년경에 시작되었습니다. 일반적인 프로세스 설명은 스펀 레이드 프로세스와 유사하지만 세부적으로 두 유형의 프로세스는 상당히 다릅니다. 

용융 취입 기술을 사용하여, 회전 필라멘트는 이동하는 기판상에 직접 송풍되는 고온의 빠르게 흐르는 공기에 의해 가속되어 자체 결합된 웹을 생성한다. 열풍 온도는 사용된 용융온도에 가깝습니다. 달성된 필라멘트 직경은 스펀 레이드 공정에 비해 1-5μm 낮습니다. 처리량에서 계산된 필라멘트 속도와 측정된 필라멘트 직경으로 인해 필라멘트 속도가 음속보다 빠릅니다. 사용된 공기 기하 구조는 초음속을 생성하기에 적합하지 않기 때문에, 공기 속도는 필라멘트의 소형화를 위한 단일 힘원이 될 수 없습니다

용융공정

용해 블로우 공정은 폴리머 수지를 저직경 섬유 비부직 웹 또는 견인으로 변환하는 1단계 공정입니다. 용해 블로우 공정과 그 변종들은 현재 폴리머를 분리하거나 화학적으로 용해시키지 않고 마이크론 범위에 직경이 있는 용해 스펀 섬유를 직접 생산하기 위해 사용되고 있는 유일한 대규모 상업적 공정입니다. 

대형 롤에 다양한 폭과 두께의 원단을 직접 제작하는 부직포 작업입니다. 이 제품들은 주로 여과 용도, 장벽 직물, 오일 흡수 매트, 배터리 분리기에 사용됩니다. 여과 및 막배지 개선 수요가 크게 증가함에 따라 빠르게 성장하고 있는 사업 부문입니다. 이 과정에서 사용되는 주요 중합체는 저분자 무게 올레핀입니다.

용해 과정의 핵심은 스핀 헤드입니다. 기본 원리는 m당 1000~4000개의 구멍 순서로 서로 가까이 배치된 매우 미세한 구멍의 한 행을 통해 저점성 고분자 용융의 압출입니다. 이러한 구멍은 일반적으로 에칭된 채널이 포함된 플레이트 두 개를 함께 결합하여 구멍을 뚫거나 만듭니다. 구멍의 행 양쪽에서 비스듬히 구멍의 출구에서 고속의 뜨거운 공기가 방출됩니다. 

이 공기는 용해된 폴리머를 뜨거운 상태로 유지하고 용해된 폴리머를 미세한 섬유로 감쇠시킵니다. 이와 동시에 공기 흐름에서 펄이 발생하여 섬유가 프로세스 중 외부 공기에 의해 냉각될 때 앞뒤로 빠르게 펄럭이게 됩니다. 마지막으로 섬유는 스크린 벨트나 드럼에 모아집니다.

이 방법에 의해 생성된 섬유는 일반적으로 끈기와 계량량이 낮은 매우 약합니다. 한 가지 이유는 공정이 잘 작동하기 위해서는 낮은 분자량(저점성)의 고분자가 필요하기 때문입니다. 또 다른 요인은 뜨거운 공기가 감쇠할 때 폴리머를 용해 상태로 유지하는데, 이는 폴리머가 스핀 홀을 빠져나갈 때 빠르게 가속되기 때문에 필요합니다. 이렇게 되면 섬유질이 형성될 때 축방향 분자 방향이 낮아집니다.

용해 공정에 영향을 미치는 몇 가지 문제가 있는데, 이는 다른 주요 섬유 회전 공정과 다릅니다. 첫 번째는 일반적으로 공정에서 사용되는 폴리머와 관련된 낮은 밀도와 낮은 가시성을 위해 특별히 제작된 압출기 나사의 설계입니다. 또한 폴리머는 다른 대부분의 섬유 회전 공정에서 필요한 수준보다 더 높은 수준으로 필터링해야 합니다.

 프로세스에는 정확한 온도로 제어되는 고온 압축 공기가 제공되어야 하며, 공기의 삽입 각도 및 부피(공기 간격)는 스핀 헤드의 길이에 걸쳐 정밀하게 제어되어야 합니다. 단일 행의 구멍을 사용하면 웹 폭의 미터당 프로세스의 섬유 질량 출력이 크게 제한됩니다. 이로 인해 생산 및 비용 문제가 발생합니다. 이 문제를 해결하고 여전히 낮은 직경의 필라멘트를 생산하는 헤드 설계를 위해 제한된 결과를 가진 여러 시도가 있었습니다.

멜트브로운 웹

스펀본드 프로세스와 용해 블로우딩간의 주요 차이점은 다이 어셈블리에 있습니다. 용해 공정에서 열품은 다이에서 나올 때 섬유와 수렴되는 반면, 스펀본드 공정에서는 열품의 흐름이 신흥 섬유로 교차하는 흐름입니다. 용해 공정의 수렴 흐름은 섬유를 약화시키고 끌어 당겨서 생성된 웹이 스펀본드 웹의 섬유보다 더 미세한 섬유로 구성되게 합니다. 

공정설명

일반적인 용융 취입 공정은 압출기, 계량펌프, 다이어셈블리, 웹 형성 및 권선의 요소로 구성됩니다.

압출기

중합체 펠릿 또는 과립은 압출기 호퍼에 공급된다. 중력 공급 장치는 가열된 배럴내에서 회전하는 스크류에 펠릿을 공급합니다. 펠릿은 스크류의 비행 사이에서 배럴의 뜨거운 벽을 따라 앞으로 전달됩니다. 폴리머가 배럴을 따라 이동함에 따라 점성 흐름의 열과 마찰 및 스크류 사이의 기계적 작용으로 인해 용융됩니다. 그리고 배럴. 스크류는 피드, 트랜지션 및 계량 영역으로 구분됩니다. 

공급 구역은 중합체 펠렛을 깊은 스크류 채널로 예열하여 전이 구역으로 이송한다. 전이 구역은 용융 중합체를 압축 및 균질화하기 위해 깊이 채널을 감소시킨다. 용융 된 중합체는 계량 구역으로 배출되어 압출을위한 최대 압력을 생성하는 역할을한다. 용융 중합체의 압력은이 시점에서 가장 높으며 스크루 배출 근처에 스크린 팩이있는 차단기 플레이트로 제어됩니다. 스크린 팩과 브레이커 플레이트는 먼지와 주입 된 폴리머 덩어리를 걸러냅니다. 가압 된 용융 중합체는 그 후 계량 펌프로 이송된다.

계량펌프

계량 펌프는 다이 어셈블리에 균일하게 용해될 수 있도록 양변위 및 일정 용량의 장치입니다. 점성, 압력 및 온도의 공정 변화 시 깨끗한 폴리머 혼합물의 흐름을 일관되게 보장합니다. 또한 미터링 펌프는 폴리머 계량 및 필요한 프로세스 압력을 제공합니다. 미터링 펌프에는 일반적으로 2개의 인터메싱 및 역회전 톱니 기어가 있습니다. 

포지티브 변위는 그림 2와 같이 각 기어 톱니를 펌프의 흡입 측에 폴리머로 채우고 폴리머를 펌프 배출구로 운반하여 수행합니다. 기어 펌프의 용해된 폴리머는 공급 분배 시스템으로 이동하여 다이 어셈블리(또는 섬유 형성 어셈블리)의 다이 노이즈 피스에 균일한 흐름을 제공합니다.

다이 어셈블리

다이 어셈블리는 멜 트블로운 공정에서 가장 중요한 요소입니다. 폴리머 피드 분배, 다이 노즈 피스 및 에어 매니 폴드의 세 가지 구성 요소가 있습니다.

폴리머피드 분배

멜트블로운 다이의 피드분포는 두가지 이유로 필름이나 시트 다이보다 중요합니다. 먼저 멜트블로운 다이는 일반적으로 다이폭에 걸친 폴리머 흐름의 변화를 보상하기 위한 기계적 조정이 없다. 둘째, 공정은 종종 중합체의 열 분해가 빠르게 진행되는 온도 범위에서 작동된다. 공급 분포는 일반적으로 중합체 분포가 중합체의 전단 특성에 덜 의존하는 방식으로 설계된다. 이 특징은 하나의 분배 시스템으로 매우 다양한 폴리머 재료의 용융 취입을 허용합니다. 피드 분포는 다이 폭에 걸쳐 흐름과 체류 시간의 균형을 유지합니다. 멜트블로운 다이에는 기본적으로 T형 (테이퍼 형 및 테이퍼링되지 않은)과 코트 행거 형의 두 가지 유형의 공급 물 분배가 있습니다.

노즈 피스 다이

공급 물 분배 채널에서 중합체 용융물은 다이 노즈 피스로 직접 이동합니다. 웹 균일성은 노즈 피스의 설계 및 제작에 크게 좌우됩니다. 따라서, 용융 취입 공정에서 다이 노우즈 피스는 매우 엄격한 공차를 필요로하므로 제조 비용이 매우 많이 든다. 다이 노우즈 피스는 폭을 가로 질러 수백 개의 오리피스 또는 구멍을 갖는 넓고, 속이 빈 테이퍼 금속 조각이다. 중합체 용융물은 이들 구멍으로부터 압출되어 필라멘트 스트랜드를 형성하고, 이어서 열풍에 의해 감쇠되어 미세한 섬유를 형성한다. 

다이 노즈 피스에서, 섬유 방적 또는 스펀 본드 공정에 일반적으로 사용되는 것과 비교하여 더 작은 오리피스가 일반적으로 사용된다. 일반적인 다이 노즈 피스는 밀리미터 당 1 ~ 4 (인치당 25 ~ 100) 간격으로 약 0.4mm 직경의 오리피스를 가지고 있습니다. 사용되는 다이 노즈 피스에는 모세관 유형과 드릴 구멍 유형이 있습니다. 모세관 유형의 경우 개별 오리피스는 실제로 평평한 표면으로 밀링 된 슬롯과 짝을 이루는 표면으로 밀링 된 동일한 슬롯과 일치하는 슬롯입니다. 

그런 다음 두개의 반쪽을 일치시키고 조심스럽게 정렬하여 한 줄의 구멍이나 구멍을 형성합니다. 모세관 유형을 사용하면 매우 작은 구멍의 정확한 드릴링과 관련된 문제를 피할 수 있습니다. 또한, 모세관은 구멍이 직선을 정확하게 따르도록 정확하게 정렬될 수 있습니다. 드릴홀 유형에는 그림 3과 같이 단일 금속 블록에서 기계적 드릴링 또는 방전 매칭 (EDM)으로 드릴링 된 매우 작은 홀이 있습니다. 전체 다이 조립체는 원하는 처리 온도를 달성하기 위해 외부 히터를 사용하여 단면적으로 가열된다. 균일 한 웹을 생성하려면 다이 온도를 면밀히 모니터링하는 것이 중요합니다. 전형적인 다이 온도 범위는 150 ℃에서 340OC입니다.

공기 매니 폴드

공기 매니 폴드는 다이 노피스의 상단 및 하단에있는 슬롯을 통해 고속 열기 (일차 공기라고도 함)를 공급합니다. 고속 공기는 공기 압축기를 사용하여 생성됩니다. 압축된 공기는 전기 또는 가스 가열로와 같은 열교환 유닛을 통과하여 공기를 원하는 처리 온도로 가열한다. 이들은 좁은 공극을 통해 다이의 상단과 하단에서 나옵니다. 일반적인 공기 온도는 음속 0.5 ~ 0.8의 속도에서 230oC ~ 360oC입니다.

웹 형성

용융 중합체가 다이 홀로부터 압출 되 자마자, 고속 열풍 스트림 (다이 노즈 피스의 상부 및 하부에서 배출됨)은 중합체 스트림을 감쇠시켜 마이크로 섬유를 형성한다. 마이크로 화이버를 포함하는 열풍이 수집기 스크린쪽으로 진행됨에 따라, 섬유를 냉각 및 응고시키는 다량의 주변 공기 (2 차 공기라고도 함)로 유입됩니다. 자기-결합 부직 웹을 형성하는 수집 스크린. 섬유는 일반적으로 기류의 난류로 인해 랜덤하게 (또한 고도로 얽혀) 놓여 있지만, 이동 수집기에 의해 부여 된 약간의 방향성으로 인해 기계 방향으로 작은 편향이있다. 다이 노우즈 피스로부터의 컬렉터 속도 및 컬렉터 거리는 다양한 멜 트블로운 웹을 생성하도록 변경 될 수있다. 일반적으로, 진공을 수집기 스크린의 내부에 적용하여 열풍을 빼내고 섬유 놓기 과정을 향상시킨다.

와인딩

멜트블로운 웹은 일반적으로 카드보드 코어에 감겨 최종 사용요구 사항에 따라 추가 처리됩니다. 섬유 엉킴 및 섬유 대 섬유 결합의 조합은 일반적으로 충분한 웹 응집력을 생성하여 웹이 추가 결합없이 쉽게 사용될 수있다. 그러나, 추가의 본딩 및 마무리 공정이 이들 멜 트블로운 웹에 추가로 적용될 수있다.

본딩

레이 다운에서 발생하는 섬유 접착 및 섬유 엉킴에 대한 추가적인 결합이 웹 특성을 변경하기 위해 사용된다. 열 접착이 가장 일반적으로 사용되는 기술입니다. 본딩은 전체 (면적 본딩) 또는 스팟 (패턴 본딩) 일 수있다. 본딩은 일반적으로 웹 강도 및 내마모성을 높이기 위해 사용됩니다. 접착 수준이 증가함에 따라 웹은 더 단단 해지고 패브릭과 비슷해집니다.

마무리

대부분의 부직포는 생산 라인 끝에서 감겨 질 때 마무리 된것으로 간주되지만, 많은 부직포는 캘린더 링, 엠보싱 및 난연성과 같은 추가적인 화학적 또는 물리적 처리를받습니다. 이러한 처리 중 일부는 생산 중에 적용 할 수있는 반면, 다른 처리는 별도의 마무리 작업에 적용해야합니다.