双组份PP/PE熔喷医用非织造布性能的测试与分析研究

摘 要：结合生产实践，对几种PP/PE双组份熔喷医用非织造布的厚度、面密度、断裂强力、断裂伸长、顶破性能、耐磨性、硬挺度、尺寸稳定性、透气性、透湿性、拒水性和过滤性等进行测试，并从外观和非织造布结构等角度出发，分析了PP/PE双组份熔喷非织造布的性能和特点，同时分析比较了不同克重的试样。通过实验得出：不同克重的非织造布具有不同的力学性能和较为稳定的结构，发现非织造布的克重、厚度和结构特征等对以上性能影响较大，并有一定的相关关系，得出PP/PE双组份熔喷非织造布材料具有独特的性能，适合开发各类功能性产品，在医用等方面有着广泛的应用前景。

关键词：PP/PE双组份;熔喷;医用非织造布;性能测试与分析

中图分类号：TS177                 文献标志码：C                文章编号：1674-2346（2019）02-0014-11

1    前言

熔喷法是一种将聚合物切片熔融一步成网的非织造成布技术，熔喷法非织造布最早由美国海军研究所于1954年研究的。随着非织造布工业的发展，熔喷技术不断得到改进和提高，现在已成为非织造布工业中重要的工艺技术。并且熔喷技术因为工艺简单、生产流程短，应用越来越广泛[1-7]。

本研究首先从PP/PE双组份熔喷非织造布的外观和纤维形态结构等角度出发，分析了熔喷材料的性能和特点，并比较了不同配比的PP/PE双组份熔喷非织造布的试样，得出了当含有聚丙烯的含量增大时，PP/PE双组份熔喷非织造布的力学性能会逐渐提高，同时对它的表面形态、纤维形态结构和基本性能，如厚度、面密度、断裂强力、断裂伸长、顶破性能、耐磨性、硬挺度、尺寸稳定性、透气性、透湿性、拒水性、过滤性等进行了测试。经过试验和测试，发现了它的断裂强力、断裂伸长率、透气、透湿、过滤性等与聚丙烯的含量有关，并对比了几种熔喷非织造布的性能之间的关系和规律，以便为企业提高产品质量而提供一定的参考数据。

2 试验条件

2.1 试验材料 选用5种PP/PE双组份熔喷非织造布。

2.2 试验方法[8-22] 采用数字式三维电子显微镜对测试材料中纤维分布及纤维细度进行观察及测量，使用厚度测试仪测织物的厚度，用数字式织物透气量仪测透气性，采用织物强力仪测强力，使用织物透气量仪测透气性能等，其它物理性能测试均采用有关国家标准的测试方法。

2.3 试验条件 温度20℃，相对湿度65%。

2.4 试验仪器 VHX-600型数字式三维电子显微镜、Fast-1型厚度测试仪、电子天平、ZHX-600D型电子显微镜、YG（B）141D型厚度测试仪、FA2004型电子天平、YG065H电子织物强力仪、YG065-250多功能织物强力仪、YG026-250型多功能织物强力仪、YG501N-Ⅱ型纺织品透湿量仪、透湿杯、YG（B）461D（N）型数字式织物透气量仪等。

2.5 熔喷技术的基本原理及熔喷原料的特点

熔喷技术的原理是将聚合物切片通过螺杆机压机使其熔融，熔体从模头喷丝孔中挤出，形成熔体细流，加熱的拉伸空气从模头喷丝孔两侧风道中高速吹出，对聚合物熔体细流进行拉伸。熔喷非织造布的工艺原理见图1所示。

由于熔喷原料需要的熔点较低，且熔体的流动性要好。因此，熔体流动性越好，热气流所汲取纤维的细度越细。由于熔喷非织造布的快速发展，熔喷非织造布也被广泛使用。

熔喷法非织造技术工艺不复杂，流程短，产量较高，在全球得到了迅速发展，且在越来越多的领域得到了快速发展，如在过滤材料、环保、服装材料等领域。熔喷非织造纤维网结构非常蓬松，它不仅具有良好的手感、小孔径均匀分布、抗折皱能力强等优点，而且也具有优异的屏蔽性和表面覆盖性，较多用于过滤材料。

2.6    PP/PE双组份熔喷非织造布工艺

作为一步成网的熔喷法非织造布技术，其工艺简单，生产流程短，因此用途广泛，使用领域较多。

2.6.1    PP/PE双组份熔喷非织造布的制备

将聚丙烯和聚乙烯粉末喂入单杆螺杆挤压机进行混合熔融，加入到聚合物喷丝成网的系统，熔融混合之后，再由喷丝、牵伸装置拉伸为超细纤维。然后在接收装置上形成PP/PE双组份共混熔喷网。其工艺流程如图2。

2.6.2    PP/PE双组份熔喷非织造布的基本原理

将熔融共混聚合物从喷丝头挤出并通过两侧的高压气流拉伸成超细纤维，当暴露于外部冷空气中时，在空气流的作用下冷却并集聚在卷帘上。由于纤维和环境之间的温差，纤维被冷却和固化。这个过程发生在很短的时间内。纤维被冷却和凝固在5厘米和几十厘米之间。

2.6.3    熔喷非织造布生产的主要参数

熔喷法非织造布在制作过程中，有很多工艺参数可以影响到纤维的质量与形态，主要包括：1）聚合物熔体的原料要求。聚丙烯（PP）切片的熔融指数MFI在30～1200之间，生产中若要求产品强度较高，则选择较低的MFI。MFI越高，能耗越低。2）模孔处熔体的粘度。在熔喷过程中，流动性太差会影响熔喷的过程，因此可以采用化学降解或机械剪切等方法，降低熔体粘度，使熔喷过程顺利进行。3）热空气压力。是指牵伸高热空气的压力。在熔喷工艺中，利用高热风将模具喷丝孔挤出的熔体流变成超细短纤维，纤维的直径更细。如果空气流量太低，纤维将被拉伸并变成粗细丝。4）接收距离。是指喷头至接收网帘之间的距离。如果接收距离过远，那么熔体的粘度就会降低，以至于纤网间的粘合不充分，力学性能会变得更差。5）熔喷温度。是指熔喷过程中熔喷模具的温度，熔体的粘度越低，温度越高，纤维细度越细。

3    性能测试与分析[8-22]

3.1    实验材料种类

本研究选用的实验原料为PP/PE双组份熔喷非织造布，共有5种，分别为：PP/PE为50/50的熔喷非织造布;PP/PE为60/40的熔喷非织造布;PP/PE为70/30的熔喷非织造布;PP/PE为75/25的熔喷非织造布;PP/PE为85/15的熔喷非织造布。试样编号如表1所示。

3.2    材料的形态结构

分别将5种PP/PE双组份熔喷非织造布在电子显微镜放大200、500、1000、1500、2000倍情况下观察纤维的形态结构分布。发现只有在放大500倍情况下观察到的纤维形态结构分布比较清晰。图3～图12分别为5种PP/PE双组份熔喷非织造布（正面、反面）在放大500倍情况下观察到的纤维形态结构分布图。

3.3    实验分析

通过测试和分析，得出以下结论： 1）在电子显微镜下放大不同倍数情况下，可以看出PP/PE双组份熔喷非织造织物存在粗细不匀的现象。2）在电子显微镜的照片中可以看出纤维与纤维之间交叉粘合没有规律，在不同的地方都有粘合，粘合方式应该是热轧粘合。

3.4    材料的纤维细度（表2）

由表2和图13数据分析可以得出：1）由电子显微镜测得的直径可以看出，纤维属于超细纤维，它的孔隙率很高，所以熔喷法非织造布可以用于过滤。2）在直径的测试表中可以看到，随着聚丙烯（PP）含量增大，纤维的细度呈现逐渐减小的趋势。

3.5    材料的定量和厚度（表3、表4）

由表3、表4和图14、图15数据分析可以得出：1）PP/PE双组份熔喷非织造布定量和厚度的变化趋势是一致的，并且厚度随着定量的减小而减小。2）定量是衡量非织造布产品性能最重要的指标，定量影响着产品的性能与用途。3）非织造布厚度是评估非织造织物外观性能的主要指标之一。非织造材料的厚度影响非织造产品的性能。不同种类的无纺布厚度不同，同样的产品也有不同的厚度规格，无纺布的性能也随厚度而变化。厚度随着面密度的增加而增加，其原因是，随着纤维量的增加，纤维在单位面积上的集聚变得紧密和厚实，使非织造织物的平均孔隙率减小。

3.6    材料的力学性能（表5）

由表5和图16数据分析得出：1）PP/PE双组份熔喷非织造布的强力测试数据都相对较小，说明它的断裂强力都比较小，主要应用于生产口罩，对强力的要求不高。2）PP/PE双组份熔喷非织造布断裂强力与聚丙烯（PP）含量有关，随着聚丙烯（PP）含量增加，断裂强力逐渐增加。3）从表中经纬向断裂强力数据比较来看，PP/PE双组份熔喷非织造布经纬向强力差距不是很大，从电子显微镜观察图片来看，PP/PE双组份熔喷非织造布呈三维分布，表现各向同性。4）从表中测试出的CV值来看，测试差异不是很大，从而证明了PP/PE双组份熔喷非织造布的纤维均匀度是很好的。5）从图可以看出，由于纤维沿着经向排列和固结，而纬向纤维间联系小，因此PP/PE双组份熔喷非织造布经向断裂强力要大于纬向断裂强力。

3.7    材料的顶破强度（表6）

由表6和图17数据分析得出：1）PP/PE双组份熔喷非织造布的顶破强力，随着聚丙烯（PP）含量增加而增加。2）随着聚丙烯（PP）含量增加，PP/PE双组份熔喷非织造布CV值逐渐下降。3）从实验数据及CV值来看，试样的顶破强力存在一定差异，PP/PE双组份熔喷非织造布CV值大小，随着聚丙烯（PP）含量增加而减小，这也从侧面反映了聚丙烯含量影响着PP/PE双组份熔喷非织造布纤维分布的均匀度。4）实验证明，由于PP/PE双组份熔喷非织造布纤维是超细纤维，它的顶破强力随着聚丙烯的含量增加而变化。PP/PE双组份熔喷法非织造布纤维分布比较均匀，产品均匀度较好。通过提高聚丙烯含量，可提高产品的均匀度。

3.8    材料的耐磨性测试（表7）

非织造布因受磨而受损也是非织造布力学性能的體现，磨损是非织造布破坏的主要形式之一。纺织品对耐磨的要求要根据用途来确定，为了提高非织造布的使用效率，非织造布的耐磨测试是必不可少的。

由表7和图18数据分析得出：1）PP/PE双组份熔喷非织造布在聚丙烯（PP）含量为50%的时候，转数最小，其耐磨性最差。2）PP/PE双组份熔喷非织造布的耐磨性随着聚丙烯含量增大而增大。3）从表中的耐磨转数可见，PP/PE双组份熔喷非织造布的耐磨性本身就不是很好，从而证明了熔喷非织造布的耐磨性以及力学性能并不是很好。

由此可见，PP/PE双组份熔喷非织造布的耐磨性能与聚丙烯的含量有关，在同样的条件以及同样的纤维条件下，随着PP/PE双组份熔喷非织造布中聚丙烯含量的不断增加，它的耐磨性能也不断增加。PP/PE双组份熔喷非织造布的耐磨性实验数据比较均匀，这也说明了PP/PE双组份熔喷非织造布的均匀度比较好。

3.9    材料的硬挺度（表8）

由表8和图19数据分析可以得出：

1）PP/PE双组份熔喷非织造布的经向伸出长度比纬向伸出长度大，这说明了经向抗弯长度比纬向抗弯长度大。

2）PP/PE双组份熔喷非织造布的经纬向伸出长度和抗弯长度都是随着聚丙烯（PP）含量的增大而增大的。

3）表中的CV值很小，说明PP/PE双组份熔喷非织造布材料的整体硬挺度性能比较均匀，这也说明了PP/PE双组份熔喷非织造布中纤维均匀度较好。

3.10    材料的透气性（表9）

由表9和图20数据分析得出：1）5种试样透气率规律为：1#>2#>3#>4#>5#，这证明了PP/PE双组份熔喷非织造布的透气性能随着聚丙烯含量的增大而降低。2）PP/PE双组份熔喷非织造布材料中孔隙和孔隙率的大小决定了非织造布透气性能的好坏。而空隙的大小则随着聚丙烯（PP）的含量增大而减小，所以，随着聚丙烯含量的增大，透气性呈逐渐下降的趋势。

3.11    材料的透湿性（表10）

水蒸气穿过织物的3种方式为：一是非织造布中纤维的吸放湿;二是利用纤维的毛细管作用;三是通过纤维之间的孔隙。实验的织物是PP/PE双组份熔喷非织造布，因此，它主要是通过纤维间的孔隙来进行透湿。

由表10和图21数据分析得出：1）透湿主要是指水蒸气从相对湿度高的一面扩散到另一面的过程。2）5种样品透湿量变化的规律为：1#>2#>3#>4#>5#，这是由于试样随着PP/PE双组份非织造布中的聚丙烯含量增加而导致透湿量逐渐下降所致。

3）当样品中的聚丙烯含量增加时，由于纤维间的孔隙变小，使纤维的透湿性逐渐降低。

3.12    材料的拒水性

非织造布拒水性能的测试有很多方法，随着使用情况不同而发生变化。本次测试方法为接触角的测试。若所测试样品的拒水性很强，则说明其不亲水。用接触角测量仪测量介于液滴基线和固体界面切线间的角度，从而可以估测出非织造布的拒水性。

3.12.1    实验原理

聚丙烯熔喷非织造布产品大多用于环保和油水分离工程，因此其亲水性需要通过实验来测定。用接触角测量仪测量介于液滴基线和固体界面切线间的角度，可以测试静态和动态接触值，从而可以估计固体表面局部区域的拒水性。假如所测试样品的拒水性很好，则说明其不亲水。

3.12.2    实验仪器

采用JC2000D1接触角测量仪。所测得的样布接触角数据如表11所示。

由表11數据分析可以得出：PP/PE双组份熔喷非织造布具有拒水性，当非织造布表面能使液滴铺展，液滴的表面张力使得液滴产生收缩，所得到的角度越小，说明其浸润越好，拒水性越差。当水滴的接触角大于90℃时，表示该试样可以阻止反渗。在做该实验时，在样品的不同位置进行接触角的测试，通过对实验数据进行分析，发现PP/PE在不同配比下的接触角都很大，并且左右两边的接触角都很接近。因此说明了试样的拒水性都比较好，均可以阻止反渗。

3.13    材料的尺寸稳定性（表12-1、表12-2）

织物的尺寸稳定性是指织物在外力或外部影响下保持稳定的能力，其尺寸维持稳定不变的性能。熔喷非织造布在加工和使用过程中，如果遇到高温作用，会产生内应力松弛而引起的热收缩。本实验用各种规定的尺寸对试样进行加热实验，观察试样受热后的经纬收缩率，可以了解试样耐热性的优劣。

由表中数据分析可以得出：PP/PE双组份熔喷非织造布在各种不同配比下，热收率都呈偏低的趋势，这是因为在升温到160℃的时候，PP/PE双组份熔喷非织造布有融化现象，导致样品受热而产生收缩。

3.14    材料的过滤性（表13-1、表13-2）

采用干净的压缩空气、氯化钠溶液，经专用的喷雾器雾化后形成气溶胶颗粒，气溶胶颗粒通过PP/PE双组份熔喷非织造布的一个过程。熔喷非织造布可用来作为过滤材料，并且不同用途的过滤材料所需要的条件也不一样。所以，在测试PP/PE双组份熔喷非织造布的过滤性时，采用了氯化钠溶液。

由表13和图22数据分析可以得出：1）PP/PE双组份熔喷非织造布的过滤效率比较好，随着PP/PE双组份熔喷非织造布中的聚丙烯（PP）含量增大，它阻拦颗粒经过的效率会增大，使它的过滤效率增大。2）过滤实验中的含盐气溶胶绝大部分的气溶胶粒径小于2 m，因此，本实验证明了PP/PE双组份熔喷非织造布可以用于口罩用布。3）人的身体健康和空气质量息息相关，尤其是PM2.5能够被人吸入肺中，引起肺部感染，由于气溶胶颗粒大部分是小于2 m的，因此，PP/PE双组份熔喷非造布作为口罩用布有一定的过滤作用。

4    结语

通过测量5种不同配比PP/PE双组份熔喷非织造布材料的性能和特点，可以得出以下结论：

1）不同配比PP/PE双组份熔喷非织造布中的聚丙烯（PP）含量与纤维的细度有关，并且呈现负相关关系的变化规律，随着聚丙烯含量的增大，纤维的细度减小，并且伴随着纤维孔隙变小的现象，因此，纤维的过滤效率会增大。PP/PE双组份熔喷非织造布的透气性和透湿性能都比较好，但是都有随着聚丙烯的含量增大而减小的现象。

2）熔喷非织造布既有优点又有缺点，通过观察纤维的形态与结构，观察到纤维细度较小，属于超细纤维，它具有良好的过滤性能。

3）通过对5种PP/PE双组份熔喷法非织造布的的力学性能测试，发现熔喷非织造布的力学性能较差，并且在断裂强力、耐磨、顶破、硬挺度测试数值中，发现由于经纬向的排列方式不同，经向的力学性能要比纬向的力学性能好一点，且随着聚丙烯（PP）含量的增加，力学性能会稍有改善，但是并不能改善熔喷非织造布的力学性能差的特点。

4）PP/PE双组份熔喷非织造布的尺寸稳定性很好，但是伴随着温度的升高，纤维出现融化的现象，因此，PP/PE双组份熔喷非织造布不适宜在高于160℃的温度下使用，这样会出现熔融的状态。

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Abstract： Combined with production practice，the thickness，surface density，breaking strength，breaking extension，breaking property，wear resistance，stiffness，dimensional stability，air permeability and moisture permeability，water repellency and filterability of several PP/PE two-component melt-blown medical non-woven fabrics are studied.From the perspective of appearance and nonwovens structure，this paper analyzes the properties and characteristics of PP/PE two-component melt-blown nonwovens.Meanwhile，the paper also analyzes and compares the samples with different gram weight.The experimental results show that the nonwovens with different gram weight have different mechanical properties and rather stable structure.It is found that the gram weight，thickness and structural characteristics of nonwovens have great influence on the above properties，and there is a certain correlation.It is concluded that PP/PE two-component melt-blown nonwovens have unique properties，which are suitable for the development of all kinds of functional products，and have a wide range of application prospects in medical and other aspects.

Key words： PP/PE two-component;melt-blown;medical non-woven fabrics;property test and analysis