在线撒粉法抗静电涤纶保暖热熔絮片的研制

辛长征，迟长龙，邓照西

(1.河南工程学院 材料与化学工程系，河南 郑州 450007；2.郑州华信学院 药学系，河南 新郑 451500)

涤纶保暖热熔絮片是非织造材料中一个重要的生产品种，具有回潮率低、回弹性高、保暖、轻盈等优点，在床上用品和保暖充填类材料中应用广泛，其产品有滑雪衫、保暖服、被胎、被褥等，但由于聚酯大分子结构具有高度的立构规整性，结晶度和取向度较高，缺乏亲水性基团，吸湿性很差，体积比电阻高达1011～1013Ω·cm，极易产生静电，给生产和使用带来极大的不便.随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，对涤纶保暖絮片品质的要求也从过去的单一保暖功能向安全、舒适等功能化方向发展[1-4].本研究通过在线撒粉法将PES热熔粉与纳米级竹炭粉按一定比例施加于涤纶纤网上，研究了热熔粉与纳米级竹炭粉在纤网中的最佳施加比例.

1 实验部分

1.1 原料与试剂

纤网300 g/m2，20%的3.3 dtex×51 mm中空涤纶短纤维，仪征化纤股份有限公司；80%的1.67 dtex×51 mm涤纶短纤维，洛阳石化股份有限公司；M-PESZC-991型热熔粉，颗粒直径为60～90 μm，沧州化工实验有限责任公司；纳米竹炭粉，颗粒直径为200～400 nm，上海海诺炭业有限公司.

1.2 测试仪器

YG461A/B型定压式透气量仪，武汉集思仪器设备有限公司；YG606D型平板式保暖仪，无锡方圆仪器有限公司；SFYLFY-406型体积比电阻测试仪，北京中慧天诚科技有限公司；HD026N型电子织物强力仪，南通宏大实验仪器有限公司；DL型撒粉机，常州市达力塑料机械有限公司.

1.3 工艺流程

中空涤纶短纤维、普通涤纶短纤维→开松→八仓混和→梳理→双道夫→双杂乱→单纤维网→撒粉→交叉铺网→热熔加固→热辊面修饰→冷却→切边→卷取.

2 结果与分析

2.1 热熔粉内部结构对热熔絮片黏合效果的影响

热熔粉在本研究中有两个重要作用，一是在热空气的加热下变为熔体，对纤网进行黏结，冷却后固结纤网，二是作为纳米竹炭粉的载体，通过撒粉装置将纳米竹炭粉均匀地撒在纤网中，赋予絮片抗静电的功能.

用于热熔黏结的热熔粉种类较多，由于本研究的主体纤维为涤纶短纤维，为了保证絮片的强度和透气性并节约能源，应该选择与聚酯结构相似且自身熔点较低的热熔粉[5]，通过多次试验，本研究最终采用了PES型热熔粉.

PES热熔粉即改性聚酯型热熔粉，其表面张力为44.6 Dyne/cm，和聚酯的表面张力(43 Dyne/cm)相当，两者的熔度参数也比较接近.同时，PES热熔粉在较低的温度下可以熔融，熔体的流动速率较高，流变性能较好，利于热熔粉流体对纤网的扩散和渗透，能够形成点黏合结构(见图1)，得到的絮片强度高、透气性好.

图1 PES热熔粉在纤网中形成的点黏合结构示意图Fig.1 The structural diagram of adhesion point of PES heat-bonded powder and fiber net

2.2 热熔粉施加量的确定

热熔粉的施加量主要从对絮片的黏合效果和透气性的影响两方面来考虑.当热熔粉在纤网中的比例较大时，絮片的强度会增加，但同时絮片的透气量则会降低[6].图2和图3定量地表征了热熔粉的施加量对絮片强度和透气性的影响.

图2 不同比例的热熔粉对絮片黏合效果的测试Fig.2 The effect of adhesion of heat-bonded on wadding

图3 不同热熔粉含量对絮片透气性能的影响Fig.3 The effect of heat-bonded on permeability

由图2中可看出，纤网中不加热熔粉时，絮片的纵、横向强度都很低，强度仅仅是由梳理成网得到的.随着热熔粉在纤网中含量的不断增加，絮片的纵、横向强度都增加较快.当热熔粉在纤网中质量分数达到9%时，絮片的纵、横向强度均达到极值.综合落粉因素，热熔粉在纤网中的质量分数在10%以上均可满足纵向强度8 N/g、横向强度20 N/g的工艺要求.

热熔絮片优于传统喷胶棉的特点之一就是产品在保暖的同时还具有较好的透气性，人体穿着舒适.本研究开发的絮片不加任何粉剂时的透气量为1 335 mm/s.从图3中可以看出，随着热熔粉在纤网中比例的增加，絮片的透气量呈下降趋势.当热熔粉在纤网中的比例大于13%时，热熔絮片的透气量明显下降.结合图2和图3，将热熔粉在纤网中的比例控制在10%～12%时，可以同时满足热熔絮片强度与透气性的要求.

2.3 纳米竹炭粉对絮片抗静电性能的影响

优良的抗静电剂应分散性好，能够高密度地均匀分布在纤维基体上或黏附在纤维表面，以不连续的分散相存在，并能避免纤维通路中出现高电阻，这样就可以使电荷极快逸散[7].

竹炭是竹子原材料在高温及限制性通入氧气的条件下，使竹材受热分解而得到的具有一定强度和硬度的黑色炭材.纳米竹炭粉具有较大的比表面积和良好的导电性能，易分散，活化性高，和树脂相容性好，已被广泛应用于化学纤维特别是黏胶纤维的生产中[8].将纳米竹炭粉直接掺混到热熔粉中应用于热熔絮片的生产的文献报道尚未见到.

本研究将颗粒尺寸小于热熔粉的纳米竹炭粉掺混到热熔粉中，并使其均匀分布在纤网中，在完成对絮片固结的同时，赋予了絮片抗静电的功能.图4和图5定量地表征了纳米竹炭粉对絮片的体积比电阻和透气性能的影响.

图4 不同含量的纳米竹炭粉对热熔絮片体积比电阻的影响Fig.4 The effect of nano charcoal powder on volume specific resistance of wadding

图5 不同含量的纳米竹炭粉对热熔絮片透气性能的影响Fig.5 The effect of nano charcoal powder on permeability of wadding

从图4可以看出，不同比例的纳米竹炭粉对絮片的抗静电性有着较明显的影响，未加纳米竹炭粉时，热熔絮片的体积比电阻高达1 012 Ω·cm，静电现象严重.随着纳米竹炭粉施加量的增多，絮片的抗静电性明显变好.当纳米竹炭粉占热熔粉的质量分数达到10%以上时，热熔絮片的体积比电阻值降到了一个较低水平且变化平稳，数量级为109.

从图5可以看出，由于整个纳米竹炭粉在纤网中所占比例不高，所以对热熔絮片透气性的影响不太明显.即使纳米竹炭粉占热熔粉的质量分数达到12%，热熔絮片的透气量也能达到1 230 mm/s，透气性保持率为92%左右，这说明热熔絮片的透气性在较好的范围，原因可能是采用纳米级竹炭粉对纤维网空隙的影响不大.

结合图4和图5，考虑到施加过程中的损耗，将纳米竹炭粉占热熔粉的质量分数控制在11%左右时，就可获得综合性能较好的热熔絮片.

表1是本研究在最佳工艺条件下测试所得的抗静电热熔絮片的相关数据.

表1 最佳工艺配方下絮片的质量指标Tab.1 The quality index of wadding by optimum conditions

3 结论

(1)将纳米竹炭粉掺混到具有较好热黏合性的PES热熔粉中，通过热熔加固的方法，在线生产出抗静电涤纶保暖热熔絮片，赋予了普通涤纶絮片抗静电的功能.

(2)当PES热熔粉含量控制在纤网质量的12%、纳米竹炭粉占热熔粉质量的11%左右时，所得到的涤纶热熔絮片具有较低的体积比电阻值和较好的透气性.

参考文献：

[1] 高志峰,武镜,王继昌.导电纤维及其织物的抗静电性能介绍[J].中国纤检,2011(2):80-81.

[2] 谌玉红,高路.几种保暖材料的保暖性比较与分析[J].针织工业,2011(2):21-22.

[3] 姜兆辉,白瑛,金剑,等.差别化聚酯纤维技术研究进展[J].合成纤维工业,2011(34):52-56.

[4] 辛长征,杨秀琴,李建锋.热风法絮片的工艺设计[J].非织造布,2004(2):17-22.

[5] 周永凯,王懽,马志军.热熔黏合纤维在非织造布服装领衬加工中的应用[J].北京服装学院学报, 2006(26):20-26.

[6] 辛长征,王利娜.在线热熔法涤纶保暖非织造絮片的研制[J].产业用纺织品,2010(3):6-10.

[7] 薄文华,李迎秋.合成纤维抗静电加工技术分析[J].山东轻工业学院学报,2010(24):64-70.

[8] 郑志锋,蒋剑春,孙康,等.竹炭超微粉制备与性能结构初步研究[J].西南林学院学报,2010(30):72-74.