Qué significa "tasa de extrusión" en una máquina de tela no tejida soplada en fusión

en un Máquina de tela no tejida soplada en fusión , la velocidad de extrusión es el rendimiento del polímero fundido entregado al troquel. En la producción diaria, resulta más útil expresar esto como:

• Rendimiento por orificio (g/min/agujero): mejor para comparar matrices con diferentes números de orificios.
• Rendimiento por ancho de matriz (kg/h/m): práctico para la planificación a nivel de línea y el control del gramaje.
• Salida total del extrusor (kg/h): conveniente, pero oculta los efectos de la geometría del troquel.

La intención de la palabra clave “ Cómo afecta la velocidad de extrusión a las características de la fibra "Es fundamentalmente una cuestión de equilibrio de masa: cuando se empuja más masa de polímero a través del mismo sistema de atenuación (geometría de matriz de aire caliente DCD), la física de formación de fibras debe cambiar a menos que se aumente proporcionalmente la energía de extracción.

Por qué la velocidad de extrusión cambia la formación de fibras

1) Flujo de masa versus energía de extracción disponible

Las fibras fundidas se atenúan con el aire caliente a alta velocidad. Si la velocidad/temperatura del aire no cambia y aumenta la velocidad de extrusión, el aire debe estirarse mas masa por unidad de tiempo. El resultado típico es mayor diámetro medio de fibra y un distribución de diámetro más amplia a menos que también aumente la energía del aire (temperatura, presión/flujo) o modifique la configuración del troquel/cuchilla de aire.

2) Tiempo de residencia y estabilidad de la temperatura de fusión.

A velocidades más altas, la masa fundida pasa menos tiempo en la extrusora y en la bomba de masa fundida. Eso puede reducir el equilibrio térmico y aumentar los gradientes de temperatura. Si la temperatura de la masa fundida varía a lo largo de la matriz, el diámetro de la fibra y la uniformidad de la red variarán a lo ancho.

3) Efectos de viscosidad y elasticidad.

Para los grados comunes de PP soplado en fusión (alto flujo de fusión), pequeños cambios de viscosidad se traducen en cambios notables en el diámetro. Una velocidad de extrusión más alta puede aumentar el calentamiento por cizallamiento en la matriz y cambiar la viscosidad aparente, lo que puede ayudar o perjudicar la atenuación dependiendo de qué tan estable sea el control de temperatura. En la práctica: si el control de temperatura de la línea es estricto, un corte más alto puede ayudar ligeramente al flujo; si no, amplifica la variabilidad.

Características de la fibra más sensibles a la velocidad de extrusión.

Diámetro y distribución de la fibra.

En la mayoría de las configuraciones de soplado en fusión, aumentar la velocidad de extrusión en condiciones de aire constantes aumenta el diámetro de la fibra. Un ejemplo práctico que se ve a menudo en líneas de PP grado filtración:

• En una condición "equilibrada", las fibras pueden promediar ~2–4 µm .
• Después de un aumento del rendimiento sin aumentar el consumo de aire, los promedios pueden variar a ~4–7 µm , con más fibras gruesas y menos ultrafinas.

El cambio exacto depende de la reología del polímero, el diámetro/espaciamiento de los orificios de la matriz, la separación de las ranuras de aire, la presión/flujo del aire y la distancia entre la matriz y el colector (DCD), pero la dirección es consistente: más masa con la misma tracción tiende a producir fibras más gruesas.

Perdigones, cuentas y fibras “cordosas”

Cuando la velocidad de extrusión aumenta más allá de la capacidad de atenuación, es posible que la corriente fundida no fibrile completamente. Los síntomas incluyen perlas/perdigones (gotitas de polímero), fibras en forma de cinta y agrupaciones locales de fibras. Una regla operativa útil es que el inicio del disparo suele coincidir con:

• Impulso del aire insuficiente para el nuevo flujo másico (presión/flujo de aire demasiado bajo para el caudal), o
• Temperatura de fusión demasiado baja a mayor rendimiento (el derretimiento es demasiado viscoso para atenuarse suavemente).

Uniformidad web y perfil de gramaje

Un mayor rendimiento aumenta el riesgo de rayas de gramaje en dirección transversal (CD) si la caída de presión del troquel y la distribución de temperatura no son uniformes. En la práctica, si la temperatura del troquel varía sólo unos pocos grados, la condición de velocidad más alta a menudo hace que los defectos del perfil sean más visibles porque la ventana del proceso se estrecha.

Tamaño de poro y área de superficie.

Las fibras más gruesas reducen la superficie específica y normalmente aumentan el tamaño efectivo de los poros. Esto puede ser beneficioso para los medios con flujo de aire, pero puede degradar la eficiencia de la barrera si el producto depende de fibras finas para interceptar las partículas.

Impacto en la filtración y el rendimiento de la barrera.

Para la filtración (medios de mascarilla, HVAC, filtros industriales), la distribución del diámetro de la fibra es un factor principal de la eficiencia de captura y la caída de presión. Cuando la velocidad de extrusión aumenta y el diámetro de la fibra aumenta (sin compensar la extracción de aire), los cambios típicos son:

• Menor eficiencia con el mismo gramaje (menos ultrafinos, menor área superficial).
• Menor caída de presión Puede ocurrir (poros más grandes), pero esto no siempre es una ventaja si la eficiencia cae demasiado.
• Más variabilidad entre lotes si el control de temperatura/presión es marginal, porque la operación a mayor velocidad a menudo reduce la ventana estable.

Si se utiliza carga de electreto, el diámetro de la fibra sigue siendo importante: incluso con la carga, cambiar de fibras predominantemente de ~2 a 4 μm a fibras de ~5 a 8 μm puede reducir la contribución de captura mecánica, lo que obliga a niveles de carga más altos o un peso base más alto para mantener la misma clasificación de filtración.

Ventanas de proceso prácticas y qué esperar con una tasa de extrusión baja versus alta

Una forma práctica de definir una ventana "segura" es establecer un objetivo de fibra (por ejemplo, los medios de filtración a menudo priorizan una alta fracción de ultrafinos) y luego encontrar la tasa de extrusión más alta que aún cumpla con los límites de diámetro/disparo cuando la temperatura/presión del aire, el DCD y la velocidad del colector se encuentran en puntos de ajuste sostenibles.

Cómo ajustar la tasa de extrusión sin perder calidad de la fibra

Cuando aumente la velocidad de extrusión, trátelo como un cambio coordinado en todo el “paquete de dibujo” de soplado en fusión. El objetivo es mantener la capacidad de atenuación proporcional al flujo másico para que las características de la fibra permanezcan estables.

Flujo de trabajo de ajuste paso a paso

1. Primero, bloquee sus métricas de calidad: rango de diámetro de fibra objetivo, recuento máximo de disparos permitido, tolerancia del peso base y límites de filtración/permeabilidad al aire.
2. Aumente la tasa de extrusión en pequeños incrementos (por ejemplo, 2-5% pasos) mientras mantiene constantes la velocidad del colector y los ajustes del aire para observar la dirección natural del cambio.
3. Si las fibras se vuelven más gruesas, compénselo aumentando la energía de extracción: aumente el flujo/presión del aire primario y/o la temperatura del aire dentro de los límites del equipo, luego vuelva a verificar la distribución del diámetro.
4. Si aparece un disparo, aborde el problema de inmediato: reduzca la velocidad o aumente el impulso/temperatura del aire; También verifique la estabilidad de la temperatura de fusión en las zonas del troquel.
5. Vuelva a equilibrar el peso base: una vez que se recupere la calidad de la fibra, ajuste la velocidad del colector para alcanzar gsm mientras mantiene la nueva condición estable de la fibra.

¿Qué ajustes de la máquina suelen variar con la velocidad de extrusión?

• Temperatura del aire primario y flujo/presión del aire (agrega potencia de extracción).
• Distancia entre el troquel y el colector (DCD) y succión (afecta el enfriamiento, el depósito y la apertura de la fibra).
• Perfil de temperatura de fusión y estabilidad de la bomba de fusión (reduce la variación de CD a medida que aumenta la producción).

Conclusión operativa: El aumento de la tasa de extrusión por sí solo rara vez aumenta la producción “gratis”. En la mayoría de los casos, mantener las mismas características de la fibra requiere capacidad térmica/de aire adicional o la aceptación de una estructura de fibra más gruesa.

Lista de verificación de solución de problemas cuando una tasa de extrusión más alta causa defectos

Síntomas comunes y causas probables.

• Aumento de perdigones/perlas: capacidad de atenuación excedida; impulso del aire demasiado bajo; Derretir demasiado frío/viscoso en el troquel.
• El diámetro de la fibra se desplaza hacia arriba: aumento del rendimiento sin aumento proporcional de la energía del aire; deriva de temperatura cambiando la viscosidad.
• Rayas de CD o bandas pesadas: la falta de uniformidad en la temperatura del troquel se amplifica a mayor flujo; contaminación/taponamiento parcial; ondulación de la bomba de fusión.
• Puntos fusionados/áreas similares a películas: un depósito demasiado caliente, un DCD corto o un flujo de masa local excesivo que hace que las fibras aterricen antes de solidificarse.

Acciones correctivas rápidas (las más efectivas primero)

1. Reduzca la tasa de extrusión hasta el último punto estable y confirme que los defectos desaparecen (demuestra el límite de capacidad versus el trastorno aleatorio).
2. Aumente el consumo de aire (flujo/presión primero, luego temperatura) mientras monitorea el diámetro y el disparo de la fibra.
3. Estabilice el perfil de temperatura del troquel (verifique el control de zona, el aislamiento y la precisión del sensor en todo el ancho).
4. Verifique la filtración del material fundido, el estado del paquete de malla y la limpieza del troquel si persisten rayas o disparos intermitentes.

Qué documentar para controlar las características de la fibra a largo plazo

Para gestionar consistentemente cómo la velocidad de extrusión afecta las características de la fibra en un máquina de tela no tejida soplada por fusión , captura una “huella digital del proceso” concisa para cada grado de producto:

• Tasa de extrusión expresada como g/min/agujero (o kg/h/m) más las rpm de la bomba de fusión y la presión del troquel.
• Temperatura del aire primario y ajuste de presión/flujo de aire.
• DCD, succión, velocidad del colector y objetivo de peso base.
• Resultados medidos: diámetro de la fibra (promedio y extensión), recuento de disparos (o calificación cualitativa), permeabilidad al aire/caída de presión y (si es relevante) eficiencia de filtración.

Cuando esos insumos se rastrean juntos, los cambios en la tasa de extrusión se vuelven predecibles: si se requiere una tasa más alta, puede planificar previamente los ajustes térmicos/de aire correspondientes en lugar de reaccionar a las pérdidas de calidad después del hecho.