Czym jest włóknina SMS i dlaczego jej struktura ma znaczenie

Włóknina SMS jest trójwarstwowym kompozytem wykonanym wg Spunbond – Meltblown – Spunbond . Zewnętrzne warstwy typu spunbond zapewniają wytrzymałość i odporność na ścieranie, podczas gdy środkowa warstwa typu „meltblown” zapewnia działanie barierowe w postaci drobnych włókien (filtracja i odporność na płyny). Ta architektura „bariery wytrzymałościowej” jest powodem, dla którego SMS jest szeroko stosowany w fartuchach medycznych, zasłonach, maskach i przemysłowych osłonach ochronnych.

Kiedy ludzie pytają: „ Jak wytwarzana jest włóknina SMS? „Krótka odpowiedź brzmi: polipropylen (PP) jest topiony i wytłaczany w celu uzyskania ciągłych włókien w celu uzyskania warstw typu spunbond lub mikrowłókien w celu uzyskania warstw typu „meltblown”, a następnie trzy wstęgi są łączone i łączone termicznie w jedną rolkę o kontrolowanej gramaturze, strukturze porów i wzorzec wiązania.

Surowce i konfiguracja linii użyte do tworzenia SMS-ów

Dobór polimeru i jakość stopu

Większość SMS jest produkowana z polipropylenu, ponieważ przetwarza się go w sposób czysty, tworzy stabilne włókna/mikrowłókna i oferuje dobry stosunek kosztów do wydajności. Podczas produkcji liczy się konsystencja żywicy: kontrola wilgoci, filtracja (zestawy sitowe) i stabilny przepływ stopionego materiału redukują powstawanie żeli i śrutu, które mogą powodować powstawanie słabych punktów lub porów w warstwie barierowej.

Praktyczny widok rozmieszczenia wyposażenia

Linia SMS zazwyczaj składa się z trzech stanowisk formowania wstęgi (SMS) ustawionych na poruszającej się taśmie formującej, po których następuje klejenie (często kalandrowanie), wykańczanie (cięcie wzdłużne, nawijanie) i kontrola na linii. Najważniejszą zasadą projektowania jest utrzymanie stabilności każdej sieci do czasu jej skonsolidowania; warstwa rozdmuchiwana ze stopu jest szczególnie wrażliwa na przepływ powietrza, ładunki elektrostatyczne i przeciąg.

• Wytłaczarki (często oddzielne dla technologii spunbond i rozdmuchiwania ze stopu) z pompami stopu zapewniającymi stabilną przepustowość
• Dysze przędzalnicze/matryce: matryca z włókien spunbond i matryca typu Meltblown z systemem tłumienia gorącym powietrzem
• Ciągnienie/obróbka powietrzem: powietrze chłodzące w przypadku spunbondu, gorące powietrze o dużej prędkości w przypadku rozdmuchiwania w stanie stopionym
• Układanie wstęgi i kontrola elektrostatyczna (w celu ograniczenia trzepotania wstęgi i defektów)
• Łączenie termiczne (walce kalandrowe) i opcjonalna obróbka powierzchni (np. wykończenie hydrofilowe)

Krok po kroku: jak powstaje włóknina SMS

Poniżej znajduje się praktyczna sekwencja produkcyjna stosowana w większości zintegrowanych linii SMS. Dokładne temperatury i prędkości linii różnią się w zależności od gatunku żywicy, docelowego poziomu GSM, wzoru łączenia i wymagań użytkownika końcowego (medycznego lub przemysłowego).

1. Żywicę PP suszy się/kondycjonuje (w razie potrzeby) i wprowadza do wytłaczarki(-ek) w celu wytworzenia stabilnego stopu polimeru.
2. Pierwsze wiązanie typu spunbond (S1): stop jest wytłaczany przez dyszę włókienniczą, hartowany i rozciągany w celu utworzenia ciągłych włókien. Włókna te są układane na poruszającym się pasie w postaci jednolitej wstęgi.
3. Meltblown (M): polimer jest wytłaczany przez matrycę typu Meltblown i tłumiony gorącym powietrzem o dużej prędkości w celu wytworzenia mikrowłókien. Strumień mikrofibry jest zbierany w postaci drobnej wstęgi o dużej powierzchni bezpośrednio na (lub pomiędzy) warstwami typu spunbond.
4. Drugie wiązanie typu spunbond (S2): na wierzchu warstwy typu „meltblown” formowana jest druga wstęga typu „spunbond” w celu uzupełnienia struktury wielowarstwowej.
5. Łączenie termiczne: trójwarstwowy kompozyt przechodzi przez nagrzane walce kalandrowe. Punkty wiążące łączą warstwy bez całkowitego zapadnięcia się sieci porów. Wzór łączenia i nacisk docisku są dostrojone tak, aby zrównoważyć siłę i barierę.
6. Wykończenie: opcjonalne zabiegi miejscowe (np. hydrofilowy środek powierzchniowo czynny zapewniający chłonność, wykończenie antystatyczne) są stosowane w zależności od zastosowania końcowego.
7. Nawijanie i przetwarzanie: tkanina jest przycinana, cięta na szerokość, zwijana w rolki i etykietowana z możliwością śledzenia partii. Inspekcja na linii pozwala wykryć dziury, cienkie plamy i zanieczyszczenia.

Wgląd w produkcję: warstwa typu „meltblown” zwykle wpływa na działanie bariery, ale warstwy typu „spunbond” w dużym stopniu wpływają na płynność i trwałość mechaniczną. Optymalizacja SMS-ów to zatem działanie równoważące, a nie „maksymalizacja efektu Meltblown za wszelką cenę”.

Kluczowe parametry procesu kontrolujące GSM, siłę i barierę

Docelowa gramatura (GSM) i podziały warstw

SMS jest powszechnie produkowany w szerokim zakresie gramatur, w zależności od zastosowania. Praktycznym punktem odniesienia jest wiele produktów SMS z zakresu medycyny i higieny ~15–60 GSM w szerokim zakresie, przy czym cięższe gatunki są stosowane, gdy odporność na przebicie/rozdarcie ma kluczowe znaczenie. Częstą dźwignią inżynieryjną jest podział S/M/S (ile GSM przydzielono do każdej warstwy), aby dostosować oddychalność do bariery.

Tłumienie typu Meltblown i struktura porów

Skuteczność bariery jest silnie powiązana ze średnicą włókien typu Meltblown i jednorodnością wstęgi. Drobniejsze włókna (często ~1–5 μm ) zwiększają powierzchnię i zmniejszają wielkość porów, poprawiając filtrację i odporność na płyny. Jednakże zbyt agresywne tłumienie lub niestabilna wentylacja może powodować powstawanie włókien typu „liny”, cienkich plam lub nierównej gramatury, co jest częstą przyczyną awarii bariery.

Okno łączenia termicznego (wytrzymałość a oddychalność)

Temperatura kalendarza, nacisk docisku i wzór wiązania określają stopień stopienia włókien w punktach wiązania. Zbyt słabe wiązanie zmniejsza wytrzymałość na rozciąganie/rozdarcie i może prowadzić do rozwarstwienia. Zbyt mocne wiązanie może spowodować zapadnięcie porów oraz zmniejszenie miękkości i oddychalności. Praktyczna optymalizacja zwykle ma na celu stabilną integralność wiązania, jednocześnie chroniąc warstwę rozdmuchiwaną ze stopu przed nadmiernym zgnieceniem.

Kontrole jakości stosowane na liniach produkcyjnych SMS

SMS jest często produkowany do zastosowań regulowanych lub o wysokiej niezawodności, dlatego kontrola jakości zazwyczaj łączy monitorowanie na linii (jednolitość masy, dziury) z testami laboratoryjnymi (wytrzymałość, bariera). Celem jest potwierdzenie, że warstwa rozdmuchiwana ze stopu jest ciągła i że wiązanie jest wystarczająco mocne, aby zapobiec rozwarstwieniu podczas przetwarzania i użytkowania końcowego.

Typowe pomiary liniowe i laboratoryjne

• Mapowanie gramatury podstawowej (profil GSM na całej szerokości) w celu wykrywania cienkich pasów lub smug
• Wytrzymałość na rozciąganie i rozdzieranie w celu sprawdzenia integralności spunbondu i adekwatności wiązania
• Kontrole barierowe, takie jak ciśnienie hydrostatyczne lub przenikanie krwi syntetycznej (w zależności od zastosowania)
• Wskaźniki filtracji (np. BFE/PFE) podczas produkcji SMS-ów zawierających maski medyczne lub SMS-y z filtrem
• Kontrola wad wizualnych: dziurki, żele, ciała obce, rozwarstwienia i nierówne wiązanie

Praktyczna logika akceptacji: Jeśli wałek przechodzi przez cele mechaniczne, ale nie osiąga celów barierowych, podstawową przyczyną jest często jednorodność rozdmuchiwania ze stopu (równowaga powietrza, stan matrycy, stabilność przepustowości). Jeśli bariera jest dobra, ale wytrzymałość jest słaba, wąskim gardłem często jest okno wiązania lub wkład typu spunbond.

Rozwiązywanie problemów: typowe wady produkcyjne i sposoby ich naprawiania

Ponieważ SMS opiera się na delikatnej warstwie środkowej rozdmuchiwanej ze stopu, wiele problemów produkcyjnych objawia się awariami bariery, smugami lub niespójnym wyglądem. Najefektywniejszą metodą rozwiązywania problemów jest określenie, czy problem ma swoje źródło w przepływie stopu, obsłudze powietrza, układaniu wstęgi czy wiązaniu.

Typowe objawy i działania naprawcze

• Strefy otworkowe lub o niskiej barierze: sprawdzić czystość matrycy rozdmuchiwanej ze stopu, stan pakietu sit i bilans powietrza; sprawdzić stabilność gramatury warstwy M.
• Trzepotanie sieci / nierówne ułożenie: sprawdź przeciągi wokół obszaru formowania, kontrolę elektrostatyczną i ustawienia podciśnienia kolektora.
• Rozwarstwienie pomiędzy warstwami: potwierdzić temperaturę wiązania/ciśnienie docisku; upewnić się, że kompozyt wchodzi na kalandr ze stabilnym napięciem wstęgi i bez zanieczyszczeń.
• Twardy dotyk dłoni lub zmiażdżona struktura: zmniejszyć intensywność wiązania (temperatura/ciśnienie) lub dostosować wzór wiązania; sprawdzić stan rolki kalandra.
• Smugi lub paski na całej szerokości: poszukaj uszkodzeń krawędzi matrycy, nierównomiernego rozprowadzania powietrza lub nierównej przepustowości polimeru.

Typowe specyfikacje SMS według aplikacji

SMS nie jest materiałem uniwersalnym. Producenci zazwyczaj wybierają gramaturę, podział warstw i wzór łączenia w oparciu o zakres parametrów końcowych. Poniższe przykłady ilustrują, w jaki sposób wymagania praktyczne przekładają się na wybory produkcyjne.

Konkluzja: Produkcja SMS przebiega pomyślnie, gdy warstwa rozdmuchiwana ze stopu jest jednolita i chroniona, a warstwy włókniny spunbond są wystarczająco połączone, aby zapewnić trwałą obsługę bez utraty zaprojektowanej struktury porów.