PET/PU弹性非织造材料的制备

仇 何,谢柠蔚,张 伟,张 瑜

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019)

PET/PU弹性非织造材料的制备

仇 何,谢柠蔚,张 伟,张 瑜*

(南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019)

以聚氨酯(PU)纤维和聚酯(PET)纤维为原料，根据弹性非织造材料的性能要求，以PET纤维为刚性支撑成分，PU纤维为弹性和粘结成分，经梳理成网、热压成型得到PET/PU弹性非织造材料，对材料的性能进行了测试。结果表明：采用梳理成网法，在热压温度为160 ℃，热压压力为30 kPa，热压时间为1 min时，材料的透气性能优异，拒水效果好；当PU纤维质量分数为15%时，材料均匀性、回弹性及力学性能最佳，其弹性回复率达100%。

聚氨酯纤维 聚酯纤维 弹性非织造材料 热压 梳理成网 回弹性

近年来，非织造材料在原料和加工工艺选择上不断创新，产品性能不断提升，功能更加多元化，应用领域不断拓宽。其中，弹性非织造材料作为一种功能性材料，因其优异的回弹性能，广泛应用在医疗卫生和服装领域，如婴儿尿布、卫生巾、医用绷带、运动服、内衣等，得到了国内外诸多专家学者的青睐,成为非织造材料行业的研究热点。

所谓弹性非织造材料，就是指该材料在一定的拉伸外力作用下，伸长率可以达到60%以上，去除外力后，材料又能自行恢复原伸长的55%[1]。与普通的非织造材料相比，弹性非织造材料有着自身优越的特殊功能，是非织造材料新原料、新工艺和新技术的产物[2]。弹性非织造材料与当今世界非织造材料技术创新与高附加值开发的发展趋势相一致,市场潜力巨大，发展前景十分广阔[3]。目前，国内关于熔喷法弹性非织造材料的研究较多，但关于梳理成网法弹性非织造材料的相关文献资料还较少。作者以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维和聚氨酯(PU)纤维为原料，采用梳理成网法制备PET/PU弹性非织造材料，探究弹性体含量对材料性能的影响，寻求最佳配比，为复合弹性非织造材料的生产加工提供一定的理论指导，从而降低弹性非织造材料的生产成本，提高生产效率。

1 实验

1.1 原料

PU纤维：直径为0.12 mm，熔点为170～190 ℃，回潮率约1.1%，新绿叶非织造材料有限公司提供；PET纤维：直径为0.046 mm，熔点为256 ℃，回潮率约0.4%，新绿叶非织造材料有限公司提供。

1.2 设备与仪器

FZG500型给棉机、FZSCDZ型梳理机、FZP1000型铺网机：常熟市伟成非织造成套设备有限公司制；TDY71-45A型液压机：天津市天锻液压有限公司制；TT500型电子天平：常熟市双杰测试仪器厂制；Model G065型织物厚度试验仪：常州第二纺织机械厂制；PC/YG065型电子织物强力机：莱州市电子仪器有限公司制；YG(IB)461E型数字式织物透气性能测试仪、YT020型土工布透水性测定仪：温州市大荣纺织仪器有限公司制；JC2000C型接触角测量仪：上海中晨数字技术设备有限公司制。

1.3 PET/PU弹性非织造材料的制备

将不同配比的PET纤维和PU纤维混合均匀后喂入梳理机，梳理成薄纤网，再经铺网机将一层层薄纤网进行铺叠，从而使产品获得预期的面密度和厚度。经过梳理后，纤网中的纤维呈纵向排列，取向度较高，利用已有工艺，再经过交叉铺网改善纤维取向性[4]。以PU纤维占原料的比例为单一因素设计实验方案[5-6]，经过梳理成网形成4组不同配比的纤网，再经热压成型制备4组试样(见表1)，PET/PU弹性非织造材料的制备工艺流程见图1。其中，PU纤维在材料中主要起拉伸和回弹作用，而PET纤维主要起结构支撑作用。产品克重设定为250 g/m2，厚度设定为1 mm。热压成型工艺参数设定:温度为160 ℃，压力为30 kPa，时间为1 min。

表1 单因素实验设计表Tab.1 Single factor experiment design

图1 PET/PU弹性非织造材料的制备工艺流程

Fig.1 Flow chart of PET/PU elastic nonwoven material production

1.4 分析与测试

扫描电镜(SEM)：将制得的PET/PU非织造材料镀金后，再在扫描电镜下观测PU弹性纤维在梳理过程中的分布情况。

接触角(θ)：一般用来表征材料的湿润程度[7]。当θ为0°～90°，液滴能在固体表面自然铺展；当θ为90°～180°，液滴在固体表面不能铺展，且θ越大，材料的拒水效果越好。将每组试样剪成1cm×10cm的试样，使用接触角测量仪对每组试样测量10个数据并取平均值，再作出折线图反映其变化趋势。

透气性：常以透气率(Bp)来表征材料的透气性。测试时，每组试样上选择5个不同地方测得Bp并取平均值。参考标准为GB/T5453—1997《织物透气性测定》。

透水性：采用静水压法测试材料的透水性能。静水压法是指在材料的一侧施加静水压，测量在此静水压下的透水量。

断裂强力：参考GB/T3917.2.1—1997《织物拉伸性能》测试。拉伸速度为10cm/min，夹持距离设置为10cm。

回弹性：参考标准为FZ/T70006—2004 《针织物拉伸弹性回复率试验方法》测试，测试给定压力为4N。

2 结果与讨论

2.1 SEM分析

由图2可知：PU纤维质量分数为15%(3#试样)时，纤维分散更加均匀，纤维之间的粘合、交叉纠缠更明显；PU纤维质量分数为5%和10%时，由于PU纤维较少，在梳理机发生梳理作用时，PU纤维受到梳理作用较少，所以PU纤维较多的缠结一起；PU纤维质量分数为20%时，PU纤维数量过多，出现相互之间抱合在一起的情况，导致PU纤维与PET纤维之间的作用力较弱，纤维之间极易发生滑脱，试样的力学性能迅速下降，但是伸长性变好。

图2 PET/PU弹性非织造材料的SEM照片Fig.2 SEM images of PET/PU elastic nonwoven material

2.2 润湿性

由图3可知，PET/PU弹性非织造材料的θ为114°～120°， 具有一定的疏水性。但是，由于PU纤维的回潮率较大，所以随着PU纤维含量的增加，疏水性能有所下降。

图3 PET/PU弹性非织造材料θ随PU纤维含量的变化Fig.3 Plot of θ versus PU fiber content of PET/PU elastic nonwoven material

2.3 透气性

由图4可以看出：PU基弹性非织造材料的透气性能优异，这是由于传统的铺网工艺使得材料中存在大量的空隙；另外，当PU纤维质量分数为5%～10%时，材料的透气性能较佳，随着PU纤维含量的进一步增大，透气性能逐渐降低，这是因为PU纤维的熔点远小于PET纤维的熔点，在热压成型加工过程中PU纤维充分熔融，而PET纤维未受到损伤，保持其原有状态，PU纤维越多，使得材料内部孔隙越少，不利于气体分子透过材料，由此导致材料的透气性能明显降低。

图4 PET/PU弹性非织造材料Bp随PU纤维含量的变化Fig.4 Plot of Bp versus PU fiber content of PET/PU elastic nonwoven material

2.4 透水性

由图5可知，随着水压的增大，非织造材料的透水量越来越大。

图5 不同水压下PET/PU弹性 非织造材料的透水性能Fig.5 Permeability of PET/PU elastic nonwoven material under different water pressure■—70 Pa；●—60 Pa；▲—50 Pa

这是因为随着水压增大，PU纤维因其高弹性受水冲击而被拉伸，纤维的分散性有所增大，材料内部孔隙率增大，因而透水量也随之增大。其中在PU纤维质量分数为15%时，因其均匀性能好，这种规律性较弱且其透水性与稳定性较好，结果与SEM电镜观测结果一致。

2.5 断裂强力

本实验采用交叉铺网，纤维在整体上呈现三维杂乱排列，纵、横向断裂强力差异不大。由图6可看出，试样的断裂强力呈现先增后减的趋势，当PU纤维质量分数为15%时，断裂强力最大，这是因为材料的均匀性是影响材料强力的主要因素之一(SEM电镜观测PU纤维质量分数为15%时纤维分散最均匀)；其次，随着PU纤维含量的增大，在热压工艺后，纤维材料中的粘结点也逐步提高，使纤维之间粘结，这就使得整个材料的强力不仅仅是靠纤维之间的交叉缠结，还包括粘结作用产生的一部分强力，但材料的整体强力是由PET纤维提供，所以在PU纤维质量分数达到20%时，随着PET纤维的减少，对其强力影响也越来越大。因此，在实际生产中，PU纤维质量分数宜控制在15%，从而使材料获得较好的强力。

图6 PET/PU弹性非织造材料的 断裂强力与断裂伸长率Fig.6 Breaking strength and elongation at break of PET/PU elastic nonwoven material■—横向；●—纵向

从图6还可以发现，随着PU纤维含量的不断提高，弹性非织造材料的断裂伸长率不断提高，最高可达100%。这说明弹性体含量的增加能够有效提高材料的弹性。

2.6 回弹性

由表2可知：在PU纤维质量分数为15%时，PET/PU弹性非织造材料的回弹性最好；在PU纤维质量分数为5%和20%时，弹性回复率为0，这是因为当PU纤维质量分数为5%时，材料整体的可供粘结点太少，PU纤维质量分数为20%时，PU纤维的整理效果太差，没有充分梳理，也会造成粘结点少且不均匀，从而导致材料的整体强力太低，在4 N的定力值下已经发生断裂，外力去除后，PU纤维虽可以回复，但材料本身结构已经破坏，主体支撑材料不再具有回复性。

表2 PET/PU弹性非织造材料的回弹性Tab.2 Resilient elasticity of PET/PU elastic non-woven material

3 结论

a. 随着PU纤维含量的增大，PET/PU弹性非织造材料的Bp呈逐步下降的趋势，当PU纤维质量分数为5%～10%时，材料的透气性能较佳。

b.PET/PU弹性非织造材料的θ为114°～120°，拒水性能优异。

c.PET/PU弹性非织造材料在PU纤维质量分数为15%时，其均匀性最佳，透水性能、断裂强力、断裂伸长率以及回弹性效果最佳。

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Preparation of PET/PU elastic nonwoven material

Qiu He, Xie Ningwei, Zhang Wei, Zhang Yu

(SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong226019)

According to the performance requirement of elastic nonwoven materials, a polyester/polyurethane (PET/PU) elastic nonwoven material was prepared with PET fiber as the rigid support material and PU fiber as the elastic and adhesive material by carding web and hot pressing. The properties of the material were measured. The results showed that the material could be produced with excellent air permeability and good water-repellenting effect by carding web under the conditions as followed: hot pressing temperature 160 ℃, pressure 30 kPa and time 1 min; and the material exhibited the optimal uniformity, elastic resilience and mechanical properties and the elastic resilience reached 100% as the mass fraction of PU fiber was 15%.

polyurethane fiber; polyester fiber; elastic nonwoven material; hot pressing; carding web; elastic resilience

2016-11-14； 修改稿收到日期：2017- 01-23。

仇何(1991—)，男，在读硕士研究生，主要研究方向为非织造材料的开发与应用。E-mail：1025582673@qq.com。

江苏省产学研合作-前瞻性联合研究(BY2015047-14 )，南通大学研究生科研创新计划项目(YKC15023)。

TQ342+.85

A

1001- 0041(2017)02- 0017- 04

* 通讯联系人。E-mail：z.yu@ntu.edu.cn。