Wat "extrusiesnelheid" betekent op een smeltgeblazen niet-geweven stofmachine

Op een Smeltgeblazen niet-geweven stofmachine is de extrusiesnelheid de doorvoer van de polymeersmelt die aan de matrijs wordt geleverd. In de dagelijkse productie is het het nuttigst om dit als volgt uit te drukken:

• Doorvoer per gat (g/min/gat): het beste voor het vergelijken van matrijzen met verschillende gatenaantallen.
• Doorvoer per matrijsbreedte (kg/u/m): praktisch voor planning op lijnniveau en controle van het basisgewicht.
• Totale extruderproductie (kg/u): handig, maar het verbergt de geometrie-effecten.

De zoekwoordintentie “ Hoe de extrusiesnelheid de vezeleigenschappen beïnvloedt ” is in wezen een vraag over de massabalans: wanneer je meer polymeermassa door hetzelfde verzwakkingssysteem (DCD-geometrie met heteluchtmatrijs) duwt, moet de fysica van de vezelvorming veranderen, tenzij je de trekenergie proportioneel verhoogt.

Waarom de extrusiesnelheid de vezelvorming verandert

1) Massastroom versus beschikbare trekenergie

Smeltgeblazen vezels worden verzwakt door hete lucht met hoge snelheid. Als de luchtsnelheid/temperatuur onveranderd blijft en u de extrusiesnelheid verhoogt, moet de lucht uitrekken meer massa per tijdseenheid. De typische uitkomst is grotere gemiddelde vezeldiameter en een bredere diameterverdeling tenzij u ook de luchtenergie (temperatuur, druk/stroom) verhoogt of de matrijs-/luchtmesinstellingen wijzigt.

2) Verblijftijd en smelttemperatuurstabiliteit

Bij hogere snelheden brengt de smelt minder tijd door in de extruder en smeltpomp. Dat kan het thermische evenwicht verminderen en de temperatuurgradiënten verhogen. Als de smelttemperatuur over de matrijs varieert, zullen de vezeldiameter en de uniformiteit van het web over de breedte variëren.

3) Viscositeits- en elasticiteitseffecten

Bij gewone PP-meltblown-kwaliteiten (hoge smeltvloei) vertalen kleine viscositeitsveranderingen zich in merkbare diameterverschuivingen. Een hogere extrusiesnelheid kan de afschuifverwarming in de matrijs vergroten en de schijnbare viscositeit veranderen, wat de verzwakking kan helpen of schaden, afhankelijk van hoe stabiel de temperatuurregeling is. Praktisch: als de temperatuurcontrole van de lijn strak is, kan een hogere schuifkracht de stroming enigszins bevorderen; zo niet, dan vergroot het de variabiliteit.

Vezeleigenschappen die het meest gevoelig zijn voor de extrusiesnelheid

Vezeldiameter en -verdeling

In de meeste smeltgeblazen opstellingen vergroot het verhogen van de extrusiesnelheid bij constante luchtomstandigheden de vezeldiameter. Een praktijkvoorbeeld dat vaak wordt gezien in PP-lijnen van filtratiekwaliteit:

• In een “gebalanceerde” toestand kunnen de vezels gemiddeld worden ~ 2–4 μm .
• Na een toename van de doorvoer zonder dat de luchtaanzuiging toeneemt, kunnen de gemiddelden naar ~ 4–7 μm , met meer grove vezels en minder ultrafijne stoffen.

De exacte verschuiving hangt af van de reologie van het polymeer, de diameter/afstand van de matrijsgaten, de luchtspleetopening, de luchtdruk/stroom en de afstand van de matrijs tot de collector (DCD), maar de richting is consistent: meer massa met dezelfde trek heeft de neiging om dikkere vezels te produceren.

Shot-, kralen- en “touwachtige” vezels

Wanneer de extrusiesnelheid boven het verzwakkingsvermogen stijgt, is het mogelijk dat de smeltstroom niet volledig fibrilleert. Symptomen zijn onder meer kralen/shot (polymeerdruppeltjes), lintachtige vezels en lokale vezelbundeling. Een nuttige operationele regel is dat het begin van het schot doorgaans samenvalt met:

• Onvoldoende luchtmomentum voor de nieuwe massastroom (luchtdruk/stroom te laag voor de snelheid), of
• Te lage smelttemperatuur bij de hogere output (smelt te stroperig om soepel te verzwakken).

Webuniformiteit en basisgewichtprofiel

Een hogere doorvoer verhoogt het risico op basisgewichtstrepen in dwarsrichting (CD) als de drukval en de temperatuurverdeling niet uniform zijn. In de praktijk, als de matrijstemperatuur slechts een paar graden varieert, maakt de hogere snelheid de profieldefecten vaak zichtbaarder omdat het procesvenster smaller wordt.

Poriëngrootte en oppervlakte

Grovere vezels verkleinen het specifieke oppervlak en vergroten doorgaans de effectieve poriegrootte. Dat kan gunstig zijn voor luchtstroommedia, maar het kan de barrière-efficiëntie verminderen als het product afhankelijk is van fijne vezels om deeltjes te onderscheppen.

Impact op filtratie en barrièreprestaties

Voor filtratie (maskermedia, HVAC, industriële filters) is de vezeldiameterverdeling een primaire factor voor de opvangefficiëntie en drukval. Wanneer de extrusiesnelheid toeneemt en de vezeldiameter groter wordt (zonder luchttrekking te compenseren), zijn typische veranderingen:

• Lager rendement bij hetzelfde basisgewicht (minder ultrafijnstof, kleiner oppervlak).
• Lagere drukval kan optreden (grotere poriën), maar dit is niet altijd een voordeel als de efficiëntie te veel daalt.
• Meer variatie van batch tot batch als de temperatuur-/drukregeling marginaal is, omdat een hogere snelheid vaak het stabiele venster verkleint.

Als electret-oplading wordt gebruikt, is de vezeldiameter nog steeds van belang: zelfs bij opladen kan de verschuiving van overwegend ~ 2-4 μm vezels naar ~ 5-8 μm vezels de bijdrage van de mechanische opvang verminderen, waardoor hogere ladingsniveaus of een hoger basisgewicht worden gedwongen om dezelfde filtratiewaarde te behouden.

Praktische procesvensters en wat u kunt verwachten bij lage versus hoge extrusiesnelheid

Een praktische manier om een ‘veilig’ venster te definiëren, is door een vezeldoel te stellen (filtratiemedia geven bijvoorbeeld vaak prioriteit aan een hoge fractie ultrafijnstof) en vervolgens de hoogste extrusiesnelheid te vinden die nog steeds voldoet aan de diameter-/schotlimieten wanneer de luchttemperatuur/druk, DCD en collectorsnelheid zich op duurzame instelpunten bevinden.

Hoe u de extrusiesnelheid kunt afstemmen zonder de vezelkwaliteit te verliezen

Wanneer u de extrusiesnelheid verhoogt, beschouw dit dan als een gecoördineerde verandering over het smeltgeblazen ‘trekpakket’. Het doel is om de dempingscapaciteit evenredig te houden met de massastroom, zodat de vezeleigenschappen stabiel blijven.

Stapsgewijze afstemmingsworkflow

1. Vergrendel eerst uw kwaliteitsgegevens: bereik van de doelvezeldiameter, het maximaal toegestane aantal shots, tolerantie voor het basisgewicht en limieten voor filtratie/luchtdoorlaatbaarheid.
2. Verhoog de extrusiesnelheid in kleine stappen (bijvoorbeeld 2–5% stappen) terwijl u de collectorsnelheid en luchtinstellingen constant houdt om de natuurlijke richting van de verandering te observeren.
3. Als de vezels grover worden, compenseer dit dan door de trekenergie te verhogen: verhoog de primaire luchtstroom/-druk en/of de luchttemperatuur binnen de grenzen van de apparatuur en controleer vervolgens de diameterverdeling opnieuw.
4. Als er een schot verschijnt, behandel dit dan onmiddellijk: verlaag de snelheid of verhoog het luchtmomentum/de temperatuur; controleer ook de stabiliteit van de smelttemperatuur bij de matrijszones.
5. Herbalanceer het basisgewicht: zodra de vezelkwaliteit is hersteld, past u de collectorsnelheid aan om de gsm te bereiken, terwijl de nieuwe stabiele vezelconditie behouden blijft.

Welke machine-instellingen gewoonlijk meebewegen met de extrusiesnelheid

• Primaire luchttemperatuur en luchtstroom/druk (voegt trekkracht toe).
• Die-to-collector-afstand (DCD) en zuiging (beïnvloedt vezelkoeling, neerlegging en webopenheid).
• Smelttemperatuurprofiel en stabiliteit van de smeltpomp (vermindert de CD-variatie naarmate de productie stijgt).

Operationele afhaalmaaltijden: Het verhogen van de extrusiesnelheid alleen verhoogt zelden de productie ‘gratis’. In de meeste gevallen vereist het behoud van dezelfde vezeleigenschappen extra lucht/thermische capaciteit of acceptatie van een grovere vezelstructuur.

Controlelijst voor het oplossen van problemen wanneer een hogere extrusiesnelheid defecten veroorzaakt

Veel voorkomende symptomen en waarschijnlijke oorzaken

• Shot/kralen verhogen: dempingsvermogen overschreden; luchtmomentum te laag; smelt te koel/viskeus bij de matrijs.
• Vezeldiameter verschuift naar boven: toename van de doorvoer zonder proportionele toename van de luchtenergie; temperatuurdrift veranderende viscositeit.
• CD-strepen of zware bands: niet-uniformiteit van de matrijstemperatuur versterkt bij een hogere stroom; vervuiling/gedeeltelijke verstopping; smeltpomprimpeling.
• Samengesmolten plekken / filmachtige gebieden: te warme laydown, korte DCD of overmatige lokale massaflux waardoor vezels landen voordat ze stollen.

Snelle corrigerende maatregelen (het meest effectief eerst)

1. Verlaag de extrusiesnelheid tot het laatste stabiele punt en bevestig dat defecten verdwijnen (bewijst capaciteitslimiet versus willekeurige verstoring).
2. Verhoog de luchtaanzuiging (eerst debiet/druk, dan de temperatuur) terwijl u de vezeldiameter en het schot in de gaten houdt.
3. Stabiliseer het temperatuurprofiel van de matrijs (controleer zonecontrole, isolatie en sensornauwkeurigheid over de breedte).
4. Controleer de smeltfiltratie, de staat van de zeefverpakking en de reinheid van de matrijzen als er strepen of intermitterende schoten blijven bestaan.

Wat u moet documenteren om de vezeleigenschappen op de lange termijn te controleren

Om consistent te beheren hoe de extrusiesnelheid de vezeleigenschappen beïnvloedt smeltgeblazen niet-geweven stofmachine , leg voor elke productkwaliteit een beknopte ‘procesvingerafdruk’ vast:

• Extrusiesnelheid uitgedrukt als g/min/gat (of kg/u/m) plus het toerental van de smeltpomp en de matrijsdruk.
• Primaire luchttemperatuur en luchtdruk/stroominstelling.
• DCD, zuigkracht, collectorsnelheid en basisgewichtdoel.
• Gemeten uitkomsten: vezeldiameter (gemiddeld en spreiding), aantal shots (of kwalitatieve beoordeling), luchtdoorlaatbaarheid/drukval en (indien relevant) filtratie-efficiëntie.

Wanneer deze inputs samen worden gevolgd, worden veranderingen in de extrusiesnelheid voorspelbaar: als een hogere snelheid nodig is, kunt u de bijbehorende lucht-/thermische aanpassingen vooraf plannen in plaats van achteraf te reageren op kwaliteitsverlies.