医用口罩核心面料:熔喷布

2021-03-19 10:27:18 952

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医用外科口罩一般共有三层,内外两层均为无纺布,中间的过滤层为熔喷布。“熔喷布”俗称口罩的“心脏”,它具有良好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性,是生产医用外科口罩与N95口罩的重要原料。
熔喷布的主要原料为聚丙烯,是一种纤维直径在2微米左右的超细静电纤维布。它的直径只有口罩外层纤维直径的十分之一,可以有效捕捉粉尘。含有病毒的飞沫靠近熔喷布后,也会被静电吸附在表面,无法透过。因此是生产过滤功能口罩的必要原料。
2月10日,浙江衢州龙游县公布,该县目前每天可生产3吨左右熔喷布,日供应量约占全国的8%。据此推算,目前全国熔喷布日供应量在37吨左右。
据国家发改委介绍,当前全国口罩产能利用率已达110%。正值疫情防控关键期,在庞大的生产需求下,熔喷布现在可以说是“一布难求”,新增转产口罩中小企业可能将面临无布可用的窘境。

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国务院最高层已经注意到相关问题。2月21日,国务院总理李克强到北京市海淀区一家临时转产的企业督战口罩生产。总理问企业负责人还有什么困难。对方说,熔喷设备的关键部件还存在缺口。总理马上要求有关部门帮助加快解决。
企业还重点介绍了纳米纤维膜,该材料可以替代熔喷布作为口罩滤材,并可以解决口罩多次使用的难题。总理要求药监部门要加快审核,一旦通过,加大批量生产。
该分析师认为,由于国内口罩尤其医用口罩需求仍较为旺盛,熔喷无纺布短期内存在供给缺口,但由于湖北省外疫情逐渐得到控制,口罩需求预计将逐渐下降,因此短期内价格仍将维持高位,但大幅上涨概率较小,未来随着疫情防控到位,熔喷无纺布价格预计将回落至正常水平。
由于熔喷布的原材料聚丙烯取自石油,因此石化企业在生产熔喷布上具有优势。此前,中石化官方微博发出寻求口罩生产合作的文章《我有熔喷布,谁有口罩机》后,文中联系人沈先生的电话被迅速打爆,合作伙伴也在3小时内找到。
熔喷布是什么
剪开一个已经使用过的医用口罩,你会发现:口罩有三层,(内层)吸湿层、(中层)核心过滤层、和(外层)阻水层。

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因为按照国家的生产规定,医用口罩至少包含3层无纺布(N95 级别口罩,结构上做了优化:(中层)核心过滤过滤层层数更多了,厚度更厚了)。

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S层:聚丙烯专用树脂(中国石化)-无纺布厂-口罩厂
M层:高熔融指数的聚丙烯专用树脂(中国石化)-改性塑料厂(防疫期间,中国石化攻关生产熔喷布专用料)-熔喷无纺布厂-口罩厂。
熔喷布,俗称口罩的“心脏”,是口罩中间的过滤层,能过滤细菌,阻止病菌传播。熔喷布是一种以高熔融指数的聚丙烯为材料,由许多纵横交错的纤维以随机方向层叠而成的膜,纤维直径范围 0.5~10 微米,其纤维直径大约有头发丝的三十分之一。

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下图是拍摄的熔喷布结构照片:

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(飞纳台式扫描电镜拍摄)
看到图片你们是不是会担忧,熔喷布空隙这么大,是怎么过滤环境中的病毒的呢?虽然新型冠状病毒尺寸很小,在 100 纳米(0.1微米)左右,但是病毒无法独立存在,其传播途径主要有分泌物和打喷嚏时的飞沫,飞沫的大小在 5 微米左右,这是其一,第二,熔喷布本质上是一种纤维过滤器,含有病毒的飞沫靠近熔喷布后,也会被静电吸附在表面,无法透过。

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纤维过滤机理示意图
口罩的S层和M层尽管原料都是聚丙烯专用树脂,但熔喷布专用料与其他无纺布原料在生产工艺和性能上存在很大差异。

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熔喷布▲
熔喷布怎么来的
熔喷布专用料就是高熔融指数的聚丙烯。聚丙烯熔融指数越高,熔喷出的纤维就越细,制成的熔喷布过滤性也越好。
如果你是生产聚丙烯材料,并用于生产熔喷布,可以考虑在该材料配方体系中加入无水透明粉T312,添加量约20%,这样做出来的口罩,透气性和隔病毒的效果更好,提高整体产品配方性能,又降低配方成本。

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由广东启辰新材料和安米微纳共同研发推出的牌号为T312无水透明粉,最适合于做 300nm 的产品,能起到成核疏孔,透气不透水功能,并提高口罩产品的使用舒适性。

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熔喷布专用料
下面看看熔喷布怎么生产出来的:
别小看这段视频,2月23日,上海石化紧急研发转产的熔喷无纺布专用料试产成功,每天可生产6吨,将助力新增一次性医用口罩近600万片/天。

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由于熔喷布的原材料聚丙烯取自石油,因此石化企业在生产熔喷布上具有优势。为了解决高熔融指数难题,上海石化抽调力量组建了研发团队开展配方研究、测试分析和放大试验等工作,努力克服设备、技术种种困难,才终于成功攻克高熔融指数聚丙烯改性生产难题。
据悉,通过工艺优化,上海石化有望短期内每天再增产约2吨,达到日产8吨熔喷布专用料。要知道此前国内熔喷无纺布较为小众,年产能为5.35万吨,占无纺布产能的1%,主要用于生产口罩、环保材料、服装、电池隔膜等产品。

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据说上海石化以往产品的熔融指数,只有口罩熔喷布专用料的三十分之一。面对挤出机切粒速度慢、冷却距离短、螺杆长度不够等硬件不足的挑战,该公司通过改造电控系统和传动系统、调用其它生产线水槽、优化模头等,想方设法在现有设备条件下进行紧急改造和调整,以满足生产需要。
内容延伸——
薄膜口罩的主要成分是纳米PTFE薄膜,薄膜纤维直径在100~200纳米之间。
用该材料制成的薄膜口罩主要具有如下三个特点:
一、阻隔效率更高。主要归功于其使用与传统口罩相比纤维直径更小的材料(传统口罩所使用的无纺布材料纤维直径在1000纳米以上)能更有效阻隔空气中的PM2.5、病毒,细菌等颗粒物;
二、使用寿命更长。原因在于其应用物理原理隔绝空气污染物,更加耐用(传统口罩所使用的无纺布材料由于纤维直径大,需要依靠静电吸附颗粒物,而静电在短时间内就会失效,故只能一次性使用);
三、佩戴时呼吸更轻松自由。这主要是纳米薄膜优良的透气性决定的。目前,薄膜口罩是最前沿、最先进的口罩,在透气性能和防护性能达到了完美结合,是未来口罩主流发展方向。



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广东启辰新材料科技有限公司成立于2015年11月,注册资金1000万元,公司致力于无机非金属功能性粉体材料技术应用!主要从事无机粉体材料的研发、生产、销售和技术服务。负责“安米微纳”品牌的无机非金属功性粉体材料应用配方设计、工艺实现及生产、销售。

与广州歌林尔新材料共同拥有广东河源、连平、梅州三大生产基地,6条精深粉体加工生产线,也是华南地区大型气流磨非金属粉体生产商,年产量可达5万吨。

主营产品包括:玻璃粉透明粉亚钛粉低熔点玻璃粉硅微粉纳米二氧化硅、球形硅砂及其它无机微粉系列产品,已广泛被应用于:涂料、油漆、油墨、粘接剂、硅橡胶、塑料、耐火材料、铸造及磨抛等材料领域。

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