Cosa significa “velocità di estrusione” su una macchina per tessuto non tessuto soffiato a fusione

Su un Macchina per tessuto non tessuto soffiato a fusione , la velocità di estrusione è la portata della massa fusa del polimero erogata alla filiera. Nella produzione quotidiana, è molto utile esprimerlo come:

• Throughput per foro (g/min/foro): ideale per confrontare matrici con diversi conteggi di fori.
• Produttività per larghezza dello stampo (kg/h/m): pratico per la pianificazione a livello di linea e il controllo della grammatura.
• Produzione totale dell'estrusore (kg/h): conveniente, ma nasconde gli effetti della geometria della matrice.

L'intento della parola chiave " Come la velocità di estrusione influisce sulle caratteristiche della fibra " è fondamentalmente una questione di equilibrio di massa: quando si spinge più massa polimerica attraverso lo stesso sistema di attenuazione (geometria della matrice ad aria calda DCD), la fisica della formazione delle fibre deve cambiare a meno che non si aumenti proporzionalmente l'energia di disegno.

Perché la velocità di estrusione modifica la formazione delle fibre

1) Flusso di massa rispetto all'energia di prelievo disponibile

Le fibre meltblown vengono attenuate dall'aria calda ad alta velocità. Se la velocità/temperatura dell'aria rimane invariata e si aumenta la velocità di estrusione, l'aria deve allungarsi più massa per unità di tempo. Il risultato tipico è diametro medio della fibra maggiore e un distribuzione del diametro più ampia a meno che non si aumenti anche l'energia dell'aria (temperatura, pressione/flusso) o si modifichino le impostazioni dello stampo/lama d'aria.

2) Tempo di residenza e stabilità della temperatura di fusione

A velocità più elevate, il materiale fuso trascorre meno tempo nell'estrusore e nella pompa del materiale fuso. Ciò può ridurre l’equilibrio termico e aumentare i gradienti di temperatura. Se la temperatura di fusione varia lungo la filiera, il diametro della fibra e l'uniformità del velo varieranno lungo la larghezza.

3) Effetti di viscosità ed elasticità

Per i tipi comuni di PP soffiato a fusione (alto flusso di fusione), piccole variazioni di viscosità si traducono in notevoli variazioni di diametro. Una velocità di estrusione più elevata può aumentare il riscaldamento di taglio nello stampo e modificare la viscosità apparente, il che può aiutare o compromettere l'attenuazione a seconda della stabilità del controllo della temperatura. In pratica: se il controllo della temperatura della linea è stretto, un taglio più elevato può favorire leggermente il flusso; in caso contrario, amplifica la variabilità.

Caratteristiche della fibra più sensibili alla velocità di estrusione

Diametro e distribuzione delle fibre

Nella maggior parte delle configurazioni meltblown, l’aumento della velocità di estrusione a condizioni d’aria costanti aumenta il diametro della fibra. Un esempio pratico spesso visto nelle linee PP di grado filtrazione:

• In una condizione “equilibrata”, le fibre possono essere nella media ~2–4μm .
• Dopo un aumento della produttività senza aumentare il prelievo d'aria, le medie possono spostarsi verso ~4–7μm , con fibre più grossolane e meno ultrafini.

Lo spostamento esatto dipende dalla reologia del polimero, dal diametro/spaziatura dei fori dello stampo, dallo spazio tra le fessure dell'aria, dalla pressione/flusso dell'aria e dalla distanza tra stampo e collettore (DCD), ma la direzione è coerente: più massa con lo stesso tiraggio tende a produrre fibre più spesse.

Pallini, perline e fibre “cordose”.

Quando la velocità di estrusione supera la capacità di attenuazione, il flusso di fusione potrebbe non fibrillare completamente. I sintomi includono microsfere/goccioline (goccioline di polimero), fibre nastriformi e ammassi locali di fibre. Una regola operativa utile è che l'inizio dello sparo coincide tipicamente con:

• Momento d'aria insufficiente per il nuovo flusso di massa (pressione/portata dell'aria troppo bassa per la portata), oppure
• Temperatura di fusione eccessivamente bassa all'uscita più alta (fusione troppo viscosa per attenuarsi uniformemente).

Uniformità del nastro e profilo di grammatura

Una produttività più elevata aumenta il rischio di striature di grammatura in direzione trasversale (CD) se la caduta di pressione dello stampo e la distribuzione della temperatura non sono uniformi. In pratica, se la temperatura dello stampo varia solo di pochi gradi, la condizione di velocità più elevata spesso rende i difetti del profilo più visibili perché la finestra del processo si restringe.

Dimensione dei pori e area superficiale

Le fibre più grossolane riducono l'area superficiale specifica e in genere aumentano la dimensione effettiva dei pori. Ciò può essere vantaggioso per i mezzi del flusso d’aria, ma può ridurre l’efficienza della barriera se il prodotto dipende da fibre fini per intercettare le particelle.

Impatto sulla filtrazione e sulle prestazioni della barriera

Per la filtrazione (maschere, HVAC, filtri industriali), la distribuzione del diametro delle fibre è un fattore primario dell'efficienza di cattura e della caduta di pressione. Quando la velocità di estrusione aumenta e il diametro delle fibre diventa maggiore (senza compensare il prelievo d'aria), i cambiamenti tipici sono:

• Efficienza inferiore con la stessa grammatura (meno ultrafini, area superficiale inferiore).
• Caduta di pressione inferiore possono verificarsi (pori più grandi), ma questo non è sempre un vantaggio se l’efficienza diminuisce troppo.
• Maggiore variabilità da lotto a lotto se il controllo della temperatura/pressione è marginale, poiché il funzionamento a velocità più elevata spesso restringe la finestra di stabilità.

Se si utilizza la carica elettrete, il diametro della fibra è ancora importante: anche con la carica, il passaggio da fibre prevalentemente di ~2–4 μm a fibre di ~5–8 μm può ridurre il contributo di cattura meccanica, forzando livelli di carica più elevati o grammature più elevate per mantenere lo stesso grado di filtrazione.

Finestre pratiche del processo e cosa aspettarsi a velocità di estrusione bassa o alta

Un modo pratico per definire una finestra "sicura" è impostare un obiettivo di fibra (ad esempio, i media di filtrazione spesso danno priorità a un'elevata frazione di ultrafini) e quindi trovare la velocità di estrusione più alta che soddisfi ancora i limiti di diametro/iniezione quando la temperatura/pressione dell'aria, il DCD e la velocità del collettore sono a valori sostenibili.

Come regolare la velocità di estrusione senza perdere la qualità della fibra

Quando aumenti la velocità di estrusione, trattala come un cambiamento coordinato nel “pacchetto di trafilatura” meltblown. L'obiettivo è mantenere la capacità di attenuazione proporzionale al flusso di massa in modo che le caratteristiche della fibra rimangano stabili.

Flusso di lavoro di ottimizzazione passo passo

1. Blocca innanzitutto i tuoi parametri di qualità: intervallo del diametro della fibra target, numero massimo di colpi consentito, tolleranza del peso base e limiti di filtrazione/permeabilità all'aria.
2. Aumentare la velocità di estrusione con piccoli incrementi (ad esempio, 2–5% gradini) mantenendo costanti le impostazioni della velocità del collettore e dell'aria per osservare la direzione naturale del cambiamento.
3. Se le fibre diventano grossolane, compensare aumentando l'energia di aspirazione: aumentare il flusso/pressione dell'aria primaria e/o la temperatura dell'aria entro i limiti dell'apparecchiatura, quindi ricontrollare la distribuzione del diametro.
4. Se appare uno sparo, affrontalo immediatamente: riduci la velocità o aumenta la quantità di moto/temperatura dell'aria; verificare inoltre la stabilità della temperatura di fusione nelle zone dello stampo.
5. Ribilanciare la grammatura: una volta recuperata la qualità della fibra, regolare la velocità del raccoglitore per raggiungere i g/m² mantenendo la nuova condizione stabile della fibra.

Quali impostazioni della macchina solitamente variano con la velocità di estrusione

• Temperatura dell'aria primaria e flusso/pressione dell'aria (aggiunge potenza di aspirazione).
• Distanza tra stampo e collettore (DCD) e aspirazione (influisce sul raffreddamento delle fibre, sulla deposizione e sull'apertura del nastro).
• Profilo della temperatura di fusione e stabilità della pompa di fusione (riduce la variazione del CD all'aumentare della produzione).

Asporto operativo: il solo aumento della velocità di estrusione raramente aumenta la produzione “gratuitamente”. Nella maggior parte dei casi, il mantenimento delle stesse caratteristiche della fibra richiede una capacità aria/termica aggiuntiva o l'accettazione di una struttura della fibra più grossolana.

Elenco di controllo per la risoluzione dei problemi quando una velocità di estrusione più elevata causa difetti

Sintomi comuni e cause probabili

• Aumento pallini/perline: superamento della capacità di attenuazione; momento dell'aria troppo basso; fondere troppo freddo/viscoso allo stampo.
• Il diametro della fibra si sposta verso l'alto: aumento della portata senza aumento proporzionale dell'energia dell'aria; deriva termica al variare della viscosità.
• Strisce o bande pesanti del CD: disuniformità della temperatura dello stampo amplificata a un flusso più elevato; contaminazione/ostruzione parziale; ondulazione della pompa di fusione.
• Punti fusi/aree simili a pellicole: deposizione troppo calda, DCD breve o eccessivo flusso di massa locale che causa l'atterraggio delle fibre prima della solidificazione.

Azioni correttive rapide (prima quelle più efficaci)

1. Ridurre la velocità di estrusione fino all'ultimo punto stabile e verificare la scomparsa dei difetti (dimostra il limite di capacità rispetto al ribaltamento casuale).
2. Aumentare il prelievo d'aria (prima il flusso/pressione, poi la temperatura) monitorando il diametro delle fibre e la graniglia.
3. Stabilizzare il profilo della temperatura dello stampo (verificare il controllo della zona, l'isolamento e la precisione del sensore su tutta la larghezza).
4. Controllare il filtraggio del materiale fuso, le condizioni del pacco filtri e la pulizia dello stampo se persistono striature o colpi intermittenti.

Cosa documentare per controllare le caratteristiche delle fibre a lungo termine

Per gestire in modo coerente il modo in cui la velocità di estrusione influisce sulle caratteristiche della fibra su a macchina per tessuto non tessuto soffiato a fusione , acquisire una concisa “impronta digitale del processo” per ciascuna qualità di prodotto:

• Tasso di estrusione espresso come g/min/foro (o kg/h/m) più giri/min della pompa di fusione e pressione dello stampo.
• Impostazione della temperatura dell'aria primaria e della pressione/portata dell'aria.
• DCD, aspirazione, velocità del collettore e target di grammatura.
• Risultati misurati: diametro delle fibre (medio e allargato), numero di colpi (o valutazione qualitativa), permeabilità all'aria/caduta di pressione e (se pertinente) efficienza di filtrazione.

Quando questi input vengono monitorati insieme, le variazioni della velocità di estrusione diventano prevedibili: se è necessaria una velocità più elevata, è possibile pianificare in anticipo le corrispondenti regolazioni aria/termiche invece di reagire alle perdite di qualità a posteriori.