双组分热风非织造材料的热成型工艺对性能的影响*

2019-07-11康桂田1超2黄配文2张一风

产业用纺织品 2019年4期

康桂田1 高超2 黄配文2 张恒章伟张一风

1. 郑州纺机工程技术有限公司，河南郑州 450001；2. 上海盈兹无纺布有限公司，上海 201501；3. 中原工学院纺织服装产业河南省协同创新中心，河南郑州 451191

热风非织造材料的成型机理：热风穿透蓬松的纤网(纤网面密度一般为20～200 g/m2)后，纤网表层的热塑性纤维软化熔融并在纤维交叉处相互固结，最终形成具有一定厚度和稳定结构的非织造材料。其中，纤网表层的热塑性纤维主要包括低熔点热塑性纤维(如聚酯、聚丙烯、聚乙烯等)和双组分纤维[5-7]等。简言之，纤网在软化、熔融及固结过程中受温度和热气流的作用而成型[8-9]。因此，现有研究[10-11]认为，基于热风穿透低熔点热塑性纤维而成型的热风非织造材料，无需在生产过程中添加化学黏合剂，生产工艺环保，符合现代绿色生产的观念。

本文从热风非织造材料生产工艺流程入手，通过对各关键工艺参数进行配置，探讨生产工艺对热风非织造材料性能的影响，以期优化生产工艺、提高产品性能，为热风非织造材料在吸收性卫生材料中的高品质应用提供参考。

1 试验部分

1.1 原料及制备工艺

纤维原料：试验选用两种规格的聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)双组分纤维，即2.22 dtex×38 mm(苏州鹏宏纺织化纤有限公司)和1.67 dtex×38 mm(宁波远东复合纤维有限公司)，均为皮芯结构，即皮层为聚乙烯(PE)，其熔点为125.00～130.00 ℃，芯层为聚丙烯(PP)，其熔点为165.00～170.00 ℃。

制备工艺：采用直铺工艺。将两种纤维按照1 ∶1的质量配比分别喂入开松机后混合均匀，经气压棉箱均匀输送到双锡林双道夫梳理机进行梳理，形成两层纤维网；两层纤维网上下铺叠后送至平网式热风烘箱内，在一定温度和速度的热风作用下，皮层PE软化熔融，并在纤维交叉处黏合固结，形成具有一定强力的热风非织造材料。表1为制备的样品规格及其工艺参数。

表1 制备的样品规格及其工艺参数

1.2 结构与性能测试

1.2.1 面密度与厚度

根据GB/T 24218.1—2009《纺织品非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定》，使用CZ1002A型电子天平(上海硕群电子科技有限公司)测定样品质量，然后对面密度进行计算。

根据GB/T 24218.2—2009《纺织品非织造布试验方法第2部分：厚度的测定》，使用YG141D型数字式厚度仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)测定样品厚度。

1.2.2 力学性能

其中，x0、y0、z0分别为X、Y、Z的迭代初值，xin、yin、θin分别为X、Y、Z的输入值，zout为输出值。

根据GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》测试样品的纵向拉伸断裂强力和横向拉伸断裂强力。使用QJ210H型电子万能试验机(上海倾技仪器有限公司)进行测试，测试样品宽度为50 mm，夹距为100 mm，拉伸速度为100 mm/min。

1.2.3 液体穿透特性

液体穿透特性采用液体穿透时间和液体返渗量表征。

液体穿透时间是指在规定条件下，模拟尿液以一定速度穿透非织造布样品所需的时间。参照GB/T 24218.13—2010《纺织品非织造布试验方法第13部分：液体多次穿透时间的测定》，使用Lister AC L6057型无纺布水分渗透仪(Lenzing Instruments奥地利)测试液体3次先后穿透样品表面所需的时间，测试用液体为质量分数为0.9%的生理盐水。

液体返渗量是指液体穿透非织造材料后，将规定的重物和吸纸置于非织造材料表层，吸纸所吸收液体质量即为液体返渗量。参照GB/T 24218.14—2010《纺织品非织造布试验方法第14部分：包覆材料返湿量的测定》对样品的液体返渗量进行测试。测试时所用重物的质量为4 kg，尺寸为10 cm×10 cm。

2 结果与分析

2.1 厚度

图1为样品厚度测试结果。由样品面密度与厚度的关系[图1(a)]可以看出：面密度从18.20 g/m2增大到25.70 g/m2时，样品平均厚度从0.44 mm增大到0.65 mm，说明样品厚度随面密度的增大而增大。图1(b)是面密度为23.80 g/m2的样品在其他工艺不变时，厚度与热风温度之间的关系。由其可以看出，当热风温度从123.40 ℃升高至137.00 ℃时，样品的厚度呈减小趋势。这是因为当热风温度高于皮芯纤维的表层熔点温度时，纤维表层开始软化熔融，随着热风温度的升高，表层软化熔融量逐渐增大、纤维交叉点处黏结面积增大，再经后续加压、牵伸等作用，样品会变得更加致密[12]。

(a) 厚度与面密度的关系

(b) 厚度与热风温度的关系

2.2 力学性能

对热风非织造材料而言，影响样品断裂强度的主要因素包括面密度和热风温度等。

在热风温度为131.00 ℃、热风作用时间为84.3 s时，样品拉伸断裂强度随面密度变化的曲线见图2。由其可知，随着样品面密度的增大，其纵、横向拉伸断裂强度均随之逐渐增大。对比图2(a)和图2(b)可以看出，样品纵向拉伸断裂强度均大于横向。这是由于样品制备时采用的是直铺工艺，纤网中大部分纤维沿纵向排列。

(a) 纵向断裂强度

(b) 横向断裂强度

在样品面密度为16.02 g/m2、热风作用时间为84.3 s时，样品拉伸断裂强度随热风温度变化的曲线见图3。由其可知，当热风温度从123.40 ℃增大到139.00 ℃时，样品纵向拉伸断裂强度从9.81 N/(5 cm)增大到18.01 N/(5 cm)，横向拉伸断裂强度从3.10 N/(5 cm)增大至6.66 N/(5 cm)，表明热风温度对样品纵、横向拉伸断裂强度有显著影响。值得注意的是，在热风温度由123.40 ℃升高至127.20 ℃时，样品的纵、横向拉伸断裂强度的增加幅度均比较大；而温度由127.20 ℃继续升高至139.00 ℃时，样品的纵、横向拉伸断裂强度的增幅变缓。这是因为双组分纤维的表层聚合物PE的熔点为125.00～130.00 ℃，当热风温度(123.40～127.20 ℃)在其熔点范围内时，样品纵、横向拉伸断裂强度增长最快[13]。