黄麻纤维针刺非织造增强材料成网性能研究

周苏彪，贾良盛，张 鹂

（西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048）

0 引言

随着“绿色、环保”理念的深入人心，环境友好性、可持续发展成为复合材料未来发展的趋势。复合材料由增强体和基体组成，采用可再生、可降解、可回收和价廉的天然纤维作为增强材料，替代传统的玻璃纤维增强体，不仅可降低生产成本，而且可以降低能耗，满足可持续发展的要求。在众多的天然纤维中，黄麻纤维由于强度高、价廉、可再生、可降解等优良性能和特点[1-2]，其产品可大量应用于汽车内饰[3]、吸音材料、建筑材料[4]、室内装饰和家具材料等领域，具有广阔的应用前景。但由于黄麻纤维较短，成网不易，本研究以黄麻纤维、聚酯纤维为原料，采用干法成网、针刺加固的非织造工艺方式制备增强材料，将定量、配比、针刺密度和预针刺/主针刺深度作为研究因素，研究高比例黄麻针刺非织造布成网特点与性能[5]，并优化得到最佳工艺。

1 实验部分

1.1 实验材料

黄麻纤维（平均直径110μm，长度80～85mm）、聚酯纤维（4.4dtex×51mm）。

1.2 实验仪器

WL-GK-A-500型开松机、WL-GK-D-500型给棉机、WL-GS-A-500 型罗拉式梳理机、WL-GP-B-800型双网帘夹持式交叉铺网机、WL-800 型压网帘式进料机、WL-GZ-A-800 型预针刺机、WL-GZ-A-800 型主针刺机（中国太仓市双凤非织造布设备有限公司产）,YP2001B 型电子天平（上海力辰仪器科技有限公司产），YG141D 型织物厚度仪（深圳来源仪器设备有限公司产），YG026D-1000 型电子强力机（温州方圆仪器有限公司产），YG031T 型气动夹具顶破强力机（温州际高检测有限公司产）。

1.3 实验方法

制备工艺流程：开松→梳理→铺网→预针刺→主针刺。

1.3.1 正交试验方案设计

针对定量、纤维配比、针刺密度、预针刺深度和主针刺深度之比制作成正交试验因子水平编码表，如表1 所示。

表1 正交试验因子水平编码表

根据不同的水平因素，可以确定正交试验方案，将试验一共分为9 组，如表2 所示。

表2 正交试验方案表

1.3.2 工艺参数设置

1.3.2.1 梳理机工艺参数设置

进 料：13Hz（0.81m/min）；锡 林：20Hz（589.29m/min）；道夫：20Hz（7.40m/min）。

1.3.2.2 交叉铺网机工艺参数设置

上网帘：26Hz（7.35m/min）；下网帘：26Hz（7.35m/min）。

1.3.2.3 针刺机工艺参数设置

本实验使用预针刺机和主针刺机，并且设定3 种针刺密度，分别是100 刺/cm2，150 刺/cm2，200 刺/cm23种，其针刺机具体工艺参数如表3 所示。

表3 针刺机工艺参数

其中，预针刺机的植针密度为1400 枚/m，主针刺机的植针密度为3000 枚/m，并且可以根据其针刺密度，加上已知的植针密度，计算出输出速度和针刺频率。

2 性能测试

2.1 定量测试

参阅GB/T 24218 非织造布单位面积质量的试验方法测试9 种样品,每种测量10 组数据,记录数据并计算平均值。

2.2 厚度测试

参阅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》测试9 种样品,每种测量10组数据,记录数据并计算平均值。

2.3 拉伸断裂强力测试

参阅GB/T 24218.3-2010《纺织品非织造布试验方法第3 部分:断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》测试9 种样品,每种测量10 组数据,记录数据并计算平均值。

2.4 顶破强力测试

参阅GB/T19976 《纺织品顶破强力的测试 钢球法》测试9 种样品，每种测量10 组数据,记录数据并计算平均值。

3 正交试验分析

3.1 正交试验数据

根据正交实验方案，在不同的试验号下所测得的定量、厚度、纵向断裂强力、横向断裂强力、顶破强力的数据，如表4 所示。

表4 正交试验数据

3.2 正交试验数据分析

3.2.1 配比分析

配比数据分析如表5，其中A1 代表配比因素的1水平，A2 代表配比因素的2 水平，A3 代表配比因素的3 水平。

表5 配比数据分析

由表5 可以得出kA3＞kA2＞kA1，所以，配比为水平因素3 时，也就是黄麻纤维/涤纶纤维为85/15 时为配比因素的最优水平。

3.2.2 定量分析

定量数据分析如表6，其中B1 代表定量因素的1 水平，B2 代表定量因素的2 水平，B3 代表定量因素的3 水平。

表6 定量数据分析

由表6 可以得出kB3＞kB2＞kB1，所以，定量为水平因素3 时，也就是定量为450g/m2时为定量因素的最优水平。

3.2.3 针刺密度分析

针刺密度数据分析如表7，其中C1 代表针刺密度因素的1 水平，C2 代表针刺密度因素的2 水平，C3 代表针刺密度因素的3 水平。

表7 针刺密度数据分析

由表7 可以得出，kC1＞kC2＞kC3，所以，针刺密度为水平因素1 时，也就是针刺密度100 刺/cm2时为针刺密度的最优水平。

3.2.4 预针刺深度/倒针刺深度分析

针刺深度比数据分析如表8，其中D1 代表针刺深度比因素的1 水平，D2 代表针刺深度比因素的2 水平，D3 代表针刺深度比因素的3 水平。

表8 针刺深度比数据分析

由表8 可以得出，kD1＞kD2＞kD3，从上述的数据计算可以看出，预针刺深度/主针刺深度为水平因素1 时，也就是预针刺深度/主针刺深度为9/7 时为预针刺深度/主针刺深度的最优水平。

4 结语

本课题选用黄麻纤维和聚酯纤维作为原料，采用干法成网、针刺加固的非织造工艺技术，设计正交实验方案对4 因素3 水平进行了9 组实验，测试最终制成产品的定量、厚度、拉伸断裂强力、顶破强力，并对正交实验方案结果进行分析，根据极差RB＞RA＞RC＞RD，可以得出4 种因素的影响大小顺序是定量、配比、针刺密度、预针刺深度/主针刺深度，最终可以确定的最优工艺参数为配比85/15，定量为450g/m2，针刺密度为100刺/cm2，预针刺深度/主针刺深度为9mm/7mm。