口罩用聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題分析

羅廣恒 李志宏 尹志宏 翁繼聰

摘要：生產(chǎn)口罩的關(guān)鍵材料為聚丙烯熔噴布，熔噴法是生產(chǎn)該材料最主流的生產(chǎn)工藝。受新冠肺炎疫情影響，2020年初口罩需求量激增，導(dǎo)致其關(guān)鍵材料—聚丙烯熔噴布供不應(yīng)求，價(jià)格波動(dòng)劇烈，不少商家轉(zhuǎn)行生產(chǎn)聚丙烯熔噴布。同時(shí)，不少機(jī)械廠也轉(zhuǎn)行生產(chǎn)熔噴布生產(chǎn)設(shè)備。然而，由于該類機(jī)械廠經(jīng)驗(yàn)及質(zhì)量水平不足，導(dǎo)致這些企業(yè)所生產(chǎn)的熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量普遍較差。而使用方缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一些常見(jiàn)問(wèn)題無(wú)法解決。因此，針對(duì)聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量糾紛層出不窮，大量不達(dá)標(biāo)聚丙烯熔噴布的出現(xiàn)也會(huì)造成社會(huì)資源浪費(fèi)和資金流失。為解決上述矛盾，從設(shè)備安全和性能兩個(gè)角度出發(fā)，分析聚丙烯熔噴布生產(chǎn)線的常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題，并試探性地給出一些解決問(wèn)題的建議。

關(guān)鍵詞：口罩;聚丙烯熔噴布;質(zhì)量問(wèn)題

中圖分類號(hào)：TS103文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）12-0301-03

Analysis of Common Quality Problems of Polypropylene Melt-blown Cloth Production Equipment for Face Mask

Luo Guangheng ，Li Zhihong ，Yin Zhihong ，Weng Jicong（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan， Guangdong 528300， China）

Abstract： The key material in the production of masks is polypropylene melt-blown cloth， and melt-blown method is the most mainstream production process. Affected by Covid-19， the demand for masks increased rapidly in early 2020， resulting in a shortage of key material polypropylene melt blown fabric and price volatility. Many businesses switched to polypropylene melt spray cloth. At the same time， many machinery factories have also switched to the production of melt blown cloth production equipment. However， due to the lack of experience and quality level of such machinery plants， the quality of melt blown cloth production equipment produced by these enterprises is generally poor. The user lacks production experience and cannot solve some common problems. Therefore， the quality disputes of polypropylene melt blown cloth production equipment emerge one after another. The emergence of a large number of substandard polypropylene melt blown cloth will also cause a waste of social resources and loss of funds. In order to solve the above contradiction，the common quality problems of polypropylene melt blown cloth production line from the perspective of equipment safety and performance were analyzed， and some suggestions to solve the problems were tentatively given.

Key words： mask; polypropylene melt blown cloth; quality problem

0 引言

聚丙烯熔噴布是制造口罩的核心材料，由專用的生產(chǎn)設(shè)備使用熔噴工藝制成。受新冠疫情影響，2020年初口罩需求量急劇增加，導(dǎo)致聚丙烯熔噴布供不應(yīng)求，價(jià)格飛漲，需求激增也直接影響生產(chǎn)設(shè)備的價(jià)格。2020年2—5月，聚丙烯熔噴布的生產(chǎn)設(shè)備供不應(yīng)求，售價(jià)暴漲，從原來(lái)的十多萬(wàn)漲至數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)，甚至出現(xiàn)有價(jià)無(wú)市、一機(jī)難求的局面。在高額利潤(rùn)的刺激下，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的制造企業(yè)數(shù)量也大量增加，很多企業(yè)根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，直接采購(gòu)其配件進(jìn)行簡(jiǎn)單組裝直接出售。然而，由于設(shè)備生產(chǎn)方經(jīng)驗(yàn)及水平不足，沒(méi)有足夠的能力調(diào)試機(jī)器，導(dǎo)致這些熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)質(zhì)量水平普遍較低，許多廠家銷售后不能提供正常的設(shè)備調(diào)試服務(wù)，同時(shí)使用方也因經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)備運(yùn)行異常的問(wèn)題無(wú)法得到解決，激發(fā)了供需雙方的矛盾。因此，2020年下半年起圍繞生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的質(zhì)量糾紛層出不窮，因設(shè)備問(wèn)題生產(chǎn)出來(lái)的不達(dá)標(biāo)熔噴布也大量出現(xiàn)，造成社會(huì)資源浪費(fèi)和資金流失。質(zhì)量低熔噴布生產(chǎn)設(shè)備會(huì)直接影響到熔噴布的生產(chǎn)效率及其成品質(zhì)量，甚至?xí)嬖诎踩[患。因此，有必要對(duì)聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行綜合分析。本文將從設(shè)備的安全、性能及成品質(zhì)量等角度分析聚丙烯熔噴非織造布生產(chǎn)設(shè)備的常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題，并且試探性給出部分解決方案。

1 熔噴布生產(chǎn)設(shè)備

聚丙烯熔噴布是將聚丙烯粒料使用熔噴工藝經(jīng)熔噴布生產(chǎn)設(shè)備制成的片材。熔噴法是目前熔噴布的主流生產(chǎn)工藝，其工藝原理是將聚合物熔體從熔噴模頭噴絲孔擠出，形成熔體細(xì)流，同時(shí)，噴絲孔兩側(cè)的高速高溫氣流對(duì)熔體細(xì)流進(jìn)行噴吹與拉伸，從而細(xì)化成細(xì)度只有1～5μm的細(xì)絲[1]，而后細(xì)絲被熱氣流拉斷成長(zhǎng)約45mm 的短纖維，通過(guò)真空抽吸裝置，以均勻收集，纖維依靠自黏特性形成熔噴布[2]。生產(chǎn)過(guò)程主要有：聚合物的喂入-熔融后擠出-原料過(guò)濾-原料計(jì)量-噴絲-成網(wǎng)-靜電駐極-后加工（裁切）-卷取-成品。為了完成熔噴布的生產(chǎn)流程，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備主要由上料機(jī)、塑料擠出機(jī)、換網(wǎng)裝置、熔體計(jì)量泵、熱風(fēng)系統(tǒng)（熱風(fēng)機(jī)與加熱器）、熔噴模頭、成網(wǎng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、駐極裝置、收卷分切裝置和電氣控制系統(tǒng)等組成[3]。

2 口罩用熔噴布生產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題

疫情初期，由于熔噴布需求量大，導(dǎo)致價(jià)格暴漲，高利潤(rùn)導(dǎo)致不少商家轉(zhuǎn)行生產(chǎn)熔噴布，導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備供不應(yīng)求，甚至出現(xiàn)一機(jī)難求的局面，促使大量的設(shè)備制造廠轉(zhuǎn)型生產(chǎn)口罩用熔噴布的生產(chǎn)設(shè)備。然而，新入行的設(shè)備生產(chǎn)和使用雙方缺乏對(duì)其使用及調(diào)試均經(jīng)驗(yàn)，雙方糾紛伴隨著設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題頻頻出現(xiàn)而產(chǎn)生。此外，由于原料或設(shè)備問(wèn)題使得一大批質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的熔噴布出現(xiàn)，造成原料的浪費(fèi)以及生產(chǎn)者財(cái)產(chǎn)損失，影響熔噴布行業(yè)的健康發(fā)展。對(duì)于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備，常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題可分為安全問(wèn)題及性能問(wèn)題。

安全問(wèn)題是指熔噴布生產(chǎn)設(shè)備存在安全隱患，如機(jī)械安全隱患，電氣安全隱患，熱安全隱患等。性能問(wèn)題則是指在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)一些影響正常生產(chǎn)的問(wèn)題，如物料外溢，產(chǎn)品厚度不均勻，產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)等。

2. 1 設(shè)備安全問(wèn)題

安全問(wèn)題是絕大部分聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備或多或少都會(huì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，盡管這個(gè)問(wèn)題一般不是設(shè)備的使用方和生產(chǎn)方產(chǎn)生糾紛的內(nèi)容，監(jiān)管部門在處理時(shí)均以設(shè)備安全問(wèn)題為首。在實(shí)際生產(chǎn)中，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備常見(jiàn)的安全隱患主要有機(jī)械安全隱患、電氣安全隱患、熱安全隱患等。

2. 1. 1 機(jī)械安全隱患

機(jī)械安全隱患指聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，人體進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)或觸及危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)部件時(shí)造成物理傷害的安全隱患。產(chǎn)生該隱患主要原因是防護(hù)不到位，生產(chǎn)廠家常因成本控制、操作便利等原因忽視對(duì)危險(xiǎn)部件的防護(hù)。如圖1所示，擠出機(jī)部分的主電機(jī)、減速器及傳動(dòng)皮帶等運(yùn)動(dòng)部件屬于危險(xiǎn)部件，但缺乏防護(hù)，存在傷人的可能。

因此，對(duì)于危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)部件，生產(chǎn)廠家在制造設(shè)備時(shí)，應(yīng)給予足夠的防護(hù)，配置適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)罩或其他安全措施，減少人與部件接觸的可能性。例如，位于電機(jī)和減速器之間的驅(qū)動(dòng)軸和連接器以及傳動(dòng)帶應(yīng)使用固定式防護(hù)裝置進(jìn)行防護(hù)[4]，如圖2所示。

此外，生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)安全防護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)考慮該裝置在設(shè)計(jì)、維護(hù)和使用過(guò)程中存在的潛在危險(xiǎn)，如擠壓、剪切、緊固件松動(dòng)等[5]。

對(duì)于一些可能造成壓力過(guò)高的部件如熔體/齒輪泵、熔體連接體、擠出機(jī)頭等，需要提供過(guò)壓保護(hù)防止超過(guò)標(biāo)示的最大允許內(nèi)壓。

2. 1. 2 電氣安全隱患

電氣安全隱患在熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)和使用中較容易出現(xiàn)。由于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備電路接線不規(guī)范或部件質(zhì)量不足等原因，設(shè)備可能存在觸電以及損壞的隱患。例如，設(shè)備接地不規(guī)范，設(shè)備在通電時(shí)，可能會(huì)使外殼帶電，觸碰外殼可使人觸電。沒(méi)有配置過(guò)載、過(guò)流等電路保護(hù)器件，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過(guò)載、過(guò)流、短路等情況時(shí)可能會(huì)損壞設(shè)備電機(jī)等部件。

為消除電氣安全隱患，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。例如，外露可導(dǎo)電部件均應(yīng)接地，接地線色標(biāo)應(yīng)統(tǒng)一且保證絕對(duì)專用，并使用端子連接。動(dòng)力電路、控制電路均應(yīng)設(shè)置過(guò)電流保護(hù);額定功率大于0. 5 kW的電機(jī)應(yīng)配備過(guò)載保護(hù)[6]。

此外，原料及制品在生產(chǎn)過(guò)程中與設(shè)備摩擦產(chǎn)生靜電電荷儲(chǔ)存在設(shè)備中，累積到一定程度，人體接觸設(shè)備會(huì)觸電。因此，這些區(qū)域也需進(jìn)行接地或通過(guò)接地的導(dǎo)體表面進(jìn)行放電。

2. 1. 3 熱安全隱患

熱安全隱患體現(xiàn)發(fā)熱部件無(wú)絕熱措施，造成表面接觸溫度過(guò)高，易燙傷。熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的人體可接觸熱表面基本為金屬表面。如圖3所示，人體對(duì)金屬熱表面可接觸溫度的極限值為70℃，同時(shí)人體皮膚接觸表面時(shí)的燒傷閾 Ts 會(huì)隨著時(shí)間 t 的增大而降低[7]。

然而，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的高溫部件如料筒、熔噴模頭、換網(wǎng)裝置等發(fā)熱表面常常會(huì)高于人體可接觸的極限溫度。設(shè)備的工作溫度一般在200℃以上，而這些發(fā)熱部件的表面均在70℃以上，甚至達(dá)到150℃以上（如熔噴模頭）。對(duì)于這些發(fā)熱部件，應(yīng)在其表面包覆絕熱材料或阻擋裝置防止人員燙傷。而因操作原因無(wú)法進(jìn)行防護(hù)的熱表面，應(yīng)加上警告標(biāo)示，并在交付使用時(shí)告知相關(guān)操作人員，以免造成燙傷。

2. 2 設(shè)備性能問(wèn)題

設(shè)備性能問(wèn)題是熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的使用方和生產(chǎn)方產(chǎn)生質(zhì)量糾紛的內(nèi)容。對(duì)于熔噴布生產(chǎn)設(shè)備，主要的性能問(wèn)題有物料外溢，產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)等。

2. 2. 1 物料外溢

當(dāng)熔噴布生產(chǎn)設(shè)備沒(méi)有配備換網(wǎng)裝置和過(guò)壓保護(hù)裝置時(shí)，就存在物料外溢的可能性。設(shè)備沒(méi)有配備換網(wǎng)裝置，雜質(zhì)會(huì)堵塞熔噴模頭的模孔，使熔體壓力升高，當(dāng)熔體壓力超過(guò)料腔承壓限值且沒(méi)有過(guò)壓保護(hù)時(shí)，熔融的物料會(huì)從部件連接處的縫隙溢出，影響設(shè)備性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞部件。

為解決上述問(wèn)題，需要配置換網(wǎng)裝置和壓力保護(hù)裝置。換網(wǎng)裝置一般安裝在般位于機(jī)筒和熔體泵之間，主要用于濾除前系統(tǒng)設(shè)備脫落的異物、未熔融物料和熔融物料中的雜質(zhì)等[8]。換網(wǎng)裝置在設(shè)備運(yùn)行時(shí)需定期更換濾網(wǎng)，以保證過(guò)濾效果。過(guò)壓保護(hù)裝置一般使用高溫熔體壓力傳感器，分別安裝在該裝置通過(guò)把熔體壓力變量轉(zhuǎn)換成電阻變量，通過(guò)換算得出熔體壓力值，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控熔體壓力的功能[9]。

2. 2. 2 產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)

過(guò)濾率是口罩的關(guān)鍵指標(biāo)?？谡肿鳛橐咔槠陂g不可或缺的個(gè)人防護(hù)用品，在疫情防控中發(fā)揮了重要作用。保持社交距離和佩戴口罩也是中國(guó)在多次出現(xiàn)疫情時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)取得抗疫勝利的重要經(jīng)驗(yàn)[10]。疫情期間人們一般佩戴的是醫(yī)用防護(hù)口罩，該類口罩要求過(guò)濾率在95%以上[11]?？谡诌^(guò)濾率是否達(dá)標(biāo)，取決于其關(guān)鍵材料聚丙烯熔噴布的過(guò)濾率。

作為口罩的關(guān)鍵材料，聚丙烯熔噴布的作用是過(guò)濾細(xì)菌、病毒等細(xì)小顆粒物[12]。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的醫(yī)用防護(hù)口罩一般分為3層和5層，表層用無(wú)紡布（S層）作為支撐保護(hù)層，芯層用熔噴層（M層）增強(qiáng)口罩的過(guò)濾效果[13]。可見(jiàn)，口罩的熔噴層過(guò)濾率決定口罩產(chǎn)品整體的過(guò)濾效果。然而，由于多方面原因，許多新入行生產(chǎn)熔噴布的企業(yè)所造的產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)，造成資源浪費(fèi)及財(cái)產(chǎn)損失。從生產(chǎn)工藝流程來(lái)看，熔噴布過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)主要原因：生產(chǎn)熔噴布的原料不達(dá)標(biāo);熔噴布的參數(shù)不合理。解決上述問(wèn)題，應(yīng)從原料配方和熔噴模頭入手。

（1） 原料配方

生產(chǎn)熔噴布的主要原料是以聚丙烯為主要原料，以二叔丁基過(guò)氧化物（ DTBP ）為降解劑，經(jīng)改性制得的聚丙烯熔噴專用料，其特性為較高的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率。聚丙烯熔噴專用料的流動(dòng)速率通常分為450 g/10min、1000 g/10 min、1200 g/10 min、1300 g/10 min、1500 g/10 min[14]。作為生產(chǎn)口罩熔噴層的聚丙烯熔噴專用料，需要較高的流動(dòng)性，其流動(dòng)速率應(yīng)不小于1200 g/10min。

然而，僅使用上述聚丙烯熔噴專用料生產(chǎn)并不足以使熔噴布過(guò)濾率達(dá)標(biāo)，還需對(duì)其進(jìn)行靜電駐極處理。熔噴布的過(guò)濾機(jī)理有兩種：機(jī)械過(guò)濾和靜電吸附[15]。僅憑機(jī)械過(guò)濾的話過(guò)濾率一般不到50%，不足以達(dá)到口罩使用的要求。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中還需對(duì)其進(jìn)行靜電駐極處理。

經(jīng)靜電駐極處理的熔噴布帶有電荷，可對(duì)氣溶膠顆粒產(chǎn)生高效的吸附效果，結(jié)合機(jī)械過(guò)濾可使熔噴布過(guò)濾率大大提高[16]。不過(guò)，聚丙烯材料儲(chǔ)存電荷的能力不足，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)電荷量會(huì)大量流失造成靜電衰減，嚴(yán)重影響材料的過(guò)濾效果和使用壽命。

對(duì)于這種情況，行業(yè)通常做法是添加一定比例的駐極母粒使原料改性。添加駐極母粒不會(huì)改變纖維形態(tài)，但能提高靜電過(guò)濾性能的穩(wěn)定性，其原理是：增加熔噴無(wú)紡布中電荷捕集能阱的密度和深度，有效釋放負(fù)離子和儲(chǔ)存電荷達(dá)到提高熔噴布的綜合濾效和抗熱衰減的性能，同時(shí)，由于靜電作用會(huì)使熔噴布材料結(jié)構(gòu)變蓬松，過(guò)濾阻力也會(huì)相應(yīng)降低。駐極母粒含量一般為2%～5%，具體由熔噴布生產(chǎn)企業(yè)按實(shí)際情況確定。

（2） 熔噴模頭

熔噴模頭是熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件。熔噴模頭的參數(shù)和精度對(duì)形成的布料具有決定性的影響。熔噴模頭的設(shè)計(jì)和精度直接影響熔噴絲的孔徑、纖維細(xì)度和均勻性，這些參數(shù)直接影響熔噴布的過(guò)濾性能。在設(shè)計(jì)上，模頭的流道結(jié)構(gòu)型式主要有衣架式、T 字型、管路分配式和魚(yú)尾式等[17]。

熔噴模頭在加工上的難點(diǎn)在于噴絲孔及內(nèi)部流道的加工，而噴絲孔作為熔噴絲成型的終端，是熔噴模頭最核心，也是加工難度最大的地方。一般熔噴設(shè)備要求噴絲孔直徑在0.50 mm以下，而生產(chǎn)口罩用的熔噴模具噴絲孔要求更高，直徑在 0.20 mm 以下。在加工噴絲孔時(shí)，需保證其精度，與噴絲質(zhì)量有關(guān)的精度包括：噴絲孔各孔的直徑偏差、長(zhǎng)度偏差、圓度、圓柱度、表面粗糙度、各孔的位置度、孔內(nèi)同軸度等。除此之外，導(dǎo)風(fēng)板及噴絲板在裝配時(shí)與模頭間的平行度也對(duì)熔噴布的出絲質(zhì)量和效率有重要影響。檢驗(yàn)相關(guān)精度需要用到高精度的顯微鏡和專用測(cè)量工具，一般的模具加工廠不具備相關(guān)檢測(cè)能力，在生產(chǎn)的時(shí)候憑經(jīng)驗(yàn)加工，無(wú)法判斷精度是否合格。因此，熔噴布生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)在采購(gòu)熔噴模頭時(shí)宜送到具有相關(guān)檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)檢測(cè)，作為驗(yàn)收依據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從設(shè)備安全及性能角度分析口罩用聚丙烯熔噴布生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，設(shè)備常存在的安全問(wèn)題包括機(jī)械安全隱患、電氣安全隱患、熱安全隱患，常存在的性能問(wèn)題包括物料外溢、產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)。

對(duì)于機(jī)械安全隱患，可加上相應(yīng)安全防護(hù)裝置;對(duì)于電氣安全隱患，可對(duì)外露導(dǎo)電部件及可能產(chǎn)生靜電的區(qū)域接地，并配備過(guò)電流、過(guò)載保護(hù)裝置;對(duì)于熱安全隱患，在其熱表面包覆絕熱材料隔熱，因操作原因不能隔熱的則應(yīng)加上警告標(biāo)示;對(duì)于物料外溢問(wèn)題，應(yīng)對(duì)設(shè)備配備換網(wǎng)裝置及過(guò)壓保護(hù)裝置，換網(wǎng)裝置須定期更換濾網(wǎng);對(duì)于產(chǎn)品過(guò)濾率不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，可根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)原料配方加以調(diào)整，此外，應(yīng)使用設(shè)計(jì)及精度符合要求的熔噴模頭。

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第一作者簡(jiǎn)介：羅廣恒（1988-），男，大學(xué)本科，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)械檢測(cè)工作，已發(fā)表論文2篇。

（編輯：刁少華）