影響水刺非織造布性能因素的探討

影響水刺非織造布性能因素的探討*

于暉賈永堂張妍妍

(五邑大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江門，529020)

摘要：從纖維性質(zhì)和水刺加固工藝兩方面探討了影響水刺非織造布性能的主要因素。闡述了纖維物理性能和形貌特征，成網(wǎng)方式以及水刺工藝參數(shù)對(duì)水刺非織造布性能的具體影響。

關(guān)鍵詞：水刺非織造布，產(chǎn)品性能，影響因素

中圖分類號(hào)：TS174.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目*五邑大學(xué)青年科研(2013zk12)

收稿日期：2014-11-25

作者簡(jiǎn)介：于暉 ，男，1979年生，講師。主要從事紡織材料的研究。

非織造布生產(chǎn)技術(shù)是紡織工業(yè)的一門新興技術(shù)，因其工藝流程短、產(chǎn)量高、產(chǎn)品性能優(yōu)越、品種多樣和應(yīng)用范圍廣等突出優(yōu)點(diǎn)而一直保持著高速發(fā)展的趨勢(shì)。在各種非織造加工工藝中，水刺法是發(fā)展最快且具有良好發(fā)展前景的生產(chǎn)工藝之一。水刺非織造布具有優(yōu)良的特性，吸濕性和透氣性良好、手感柔軟、強(qiáng)度高、懸垂性好、無化學(xué)黏合劑，同時(shí)外觀比其他非織造布更接近傳統(tǒng)紡織品，其產(chǎn)量在非織造布的總產(chǎn)量中占有很大的比重[1]。

水刺法加固的原理是：通過高壓產(chǎn)生的多股微細(xì)水射流噴射纖網(wǎng)，纖維在水力作用下產(chǎn)生位移、穿插、纏結(jié)和抱合，使纖網(wǎng)得到加固。根據(jù)工藝流程的特點(diǎn),水刺法工藝可分為纖維成網(wǎng)、纖維加固和整理加工三個(gè)工序。典型的水刺法工藝流程為：

配棉→開松→輸送→喂棉→梳理→成網(wǎng)→預(yù)濕→正面水刺→反面水刺→干燥定型→分切→卷曲→包裝。

影響水刺非織造布性能的因素主要有纖維性質(zhì)和生產(chǎn)工藝兩方面。

1纖維性質(zhì)對(duì)水刺非織造布性能的影響

1.1纖維物理性能

1.1.1斷裂強(qiáng)度

在生產(chǎn)工藝條件固定的前提下,水刺非織造布強(qiáng)度主要由纖維的斷裂強(qiáng)度所決定，纖維的斷裂強(qiáng)度越高，水刺非織造布強(qiáng)度越高[2]。多數(shù)纖維的干強(qiáng)大于濕強(qiáng)，黏膠纖維的濕強(qiáng)很小，但棉、麻纖維的濕強(qiáng)大于干強(qiáng)，這就要求水刺非織造布生產(chǎn)廠在儲(chǔ)存和運(yùn)輸纖維過程中需考慮纖維的濕強(qiáng)變化。

1.1.2初始模量

纖維的初始模量是指纖維負(fù)荷-伸長(zhǎng)曲線起始段的斜率，其大小代表纖維在小負(fù)荷作用下變形的難易程度，反映纖維的剛性。初始模量大，表示纖維在小負(fù)荷作用下不易變形；而初始模量小，則表示纖維在小負(fù)荷作用下容易變形，具有較低的抗彎剛度，容易在水刺作用下發(fā)生纏結(jié)[3]。

1.1.3抗彎剛度

纖維的抗彎剛度直接影響水刺效率。抗彎剛度越大，水刺效率就越低。通過材料力學(xué)的推算可知，纖維的彎曲撓度與水刺力成正比。彎曲撓度越大，水刺力度就會(huì)變大。因此，減小纖維的抗彎剛度和抗彎模量，可以有效地提高生產(chǎn)水刺非織造布的水刺效率，加快生產(chǎn)速度，節(jié)約能源。

1.1.4回潮率

回潮率是反映纖維吸濕性能的物理參數(shù)，對(duì)水刺非織造布的生產(chǎn)工藝、設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。在纖維梳理過程中，若纖維濕度過大，則纖維不易開松，容易造成掛花、損壞針布、腐蝕設(shè)備；若纖維過干，則容易造成飛花和產(chǎn)生靜電，不利于纖維成網(wǎng)和非織造布面密度的控制。因此，纖維的回潮率一定要符合水刺生產(chǎn)線設(shè)備的工藝要求[4]。

1.2纖維形貌特征

1.2.1長(zhǎng)度

在固定的水刺壓力下，水刺非織造布的斷裂強(qiáng)度與纖維長(zhǎng)度有關(guān)。在一定的范圍內(nèi)，斷裂強(qiáng)度隨纖維長(zhǎng)度的增加而增強(qiáng)。這是由于隨著纖維長(zhǎng)度的增加，每根纖維受到水流沖擊的部位增多，纖維的纏結(jié)度也隨之增加，纖維之間相互纏結(jié)點(diǎn)和面也增多，抱合力增強(qiáng)，從而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度。但纖維過長(zhǎng)，會(huì)造成梳理上的困難，不利于成網(wǎng)。因此，在采用水刺法生產(chǎn)非織造布時(shí)，要特別注意合理地選擇纖維長(zhǎng)度，使產(chǎn)品的性能達(dá)到最佳狀態(tài)。目前適合水刺生產(chǎn)設(shè)備的纖維長(zhǎng)度為30～60 mm[5]。

1.2.2卷曲度

纖維的卷曲度直接影響纖維在開松、梳理及成網(wǎng)過程中針齒對(duì)纖維的握持能力，制約水刺過程纖維的纏結(jié)效果。卷曲度越高，纖維成網(wǎng)時(shí)有利于互相抱合，使纖網(wǎng)的穩(wěn)定性增加，提高纖維抵抗外力變形的能力；但在水刺過程中，纖維卷曲度提高會(huì)降低纖維纏結(jié)度，提高水刺非織造布的蓬松性，降低產(chǎn)品強(qiáng)度。因此，為保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行和產(chǎn)品性能，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)綜合考慮卷曲度對(duì)不同方面的影響，并加以控制。

1.2.3線密度

在相同纖維長(zhǎng)度、水刺壓力、非織造布面密度等條件下，纖維的線密度越小，纖維纏結(jié)越緊密，水刺非織造布的強(qiáng)度就越高。這是因?yàn)橄嗤婷芏鹊漠a(chǎn)品，線密度小的纖維的覆蓋率要比線密度大的纖維的覆蓋率高，而且其彈性模量也低，在水刺時(shí)纏結(jié)點(diǎn)增加，從而提高了纏結(jié)度，進(jìn)而提升了水刺產(chǎn)品的強(qiáng)度。生產(chǎn)中水刺非織造布常用纖維的線密度為0.55～3.3 dtex[5]。

材料力學(xué)公式表明，纖維的彎曲撓度與纖維直徑的4次方成反比[6]。如果纖維直徑增加一倍，則水刺力需增加15倍才能使纖維達(dá)到相同的抗彎撓度，可見減小纖維直徑可以大大提高水刺效率，改善產(chǎn)品性能，從而達(dá)到節(jié)約能耗、降低生產(chǎn)成本的效果。

1.2.4截面形狀

纖維的彎曲撓度與纖維的截面形狀系數(shù)有著緊密的關(guān)系。隨著纖維形狀系數(shù)的減小，纖維的彎曲撓度增大，水刺效率提高，水刺非織造布的性能就會(huì)大大提高。纖維的截面形狀系數(shù)為：扁平形<圓形<中空?qǐng)A形<三角形。水刺效率以扁平形纖維最高，三角形纖維最低。

1.3纖維含油量

纖維表面處理使用的油劑會(huì)直接影響纖維的可紡性，進(jìn)而改變水刺非織造布的質(zhì)量。纖維的含油量太低，會(huì)影響纖維的成網(wǎng)均勻性。在一定范圍內(nèi),纖維間的抱合力會(huì)隨油劑含量的增加而增大，而纖維強(qiáng)力隨之變小，因此不能過大地提高纖維含油量[7]。

用于水刺法生產(chǎn)的纖維，其使用的油劑應(yīng)具有低泡性，且含油量不能太高。否則，在進(jìn)行水刺加工后纖維上的油劑進(jìn)入水中，會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，影響過濾系統(tǒng)的過濾效率，還會(huì)進(jìn)入高壓泵和管道，從而導(dǎo)致循環(huán)過濾系統(tǒng)不能正常工作。因此，要正確使用油劑，特別對(duì)于醫(yī)用衛(wèi)生產(chǎn)品，更要考慮油劑在纖維上的殘留量對(duì)產(chǎn)品衛(wèi)生性能的負(fù)面影響[8]。

2生產(chǎn)工藝對(duì)水刺非織造布性能的影響

2.1成網(wǎng)方式

纖網(wǎng)的成網(wǎng)方式直接影響產(chǎn)品的縱橫向強(qiáng)力比。采用機(jī)械雜亂梳理成網(wǎng)的纖網(wǎng)，縱向排列的纖維多于橫向排列的纖維，纖網(wǎng)的縱向強(qiáng)力大于橫向強(qiáng)力，水刺只會(huì)加劇這一現(xiàn)象，縱橫向強(qiáng)力比得不到改善；采用交叉折疊鋪網(wǎng)的纖網(wǎng)，橫向排列的纖維多于縱向排列的纖維，經(jīng)過水刺后會(huì)使縱向排列的纖維量增加，從而使產(chǎn)品的縱橫向強(qiáng)力比接近1∶1，纖網(wǎng)的縱橫向強(qiáng)力比得到改善[9]。

2.2水刺工藝參數(shù)

2.2.1水針壓力

非織造布中纖維的纏結(jié)程度會(huì)影響非織造布的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性等性能，纖維纏結(jié)效果越好，產(chǎn)品的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也越高。而纖維的纏結(jié)效果與纖網(wǎng)單位面積吸收的水針能量密切相關(guān)，水針壓力越高，產(chǎn)生的水刺能量越大，產(chǎn)品的纏結(jié)度增加、厚度降低，產(chǎn)品的強(qiáng)度也會(huì)提高，非織造布的網(wǎng)眼也會(huì)更加清晰。但是，當(dāng)水針壓力增加達(dá)到一定程度后，產(chǎn)品強(qiáng)度的增加趨于平緩。因此，采用適當(dāng)?shù)乃虊毫κ钱?dāng)今水刺技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.2生產(chǎn)速度

降低生產(chǎn)速度可以增加水刺非織造布的強(qiáng)度，但是考慮到生產(chǎn)效率，生產(chǎn)速度又不能過慢，因此應(yīng)在強(qiáng)度和效率之間尋求一個(gè)既能使產(chǎn)品強(qiáng)度合格，又不會(huì)過分降低生產(chǎn)效率的平衡點(diǎn)。另外，生產(chǎn)速度與水針壓力也應(yīng)配合得當(dāng)，隨著生產(chǎn)速度的提高，水針壓力也應(yīng)隨之增大，這樣才會(huì)得到手感柔軟、質(zhì)量合格的產(chǎn)品。因此，選取匹配的水針壓力和生產(chǎn)速度能達(dá)到事半功倍的效果。

2.2.3水刺頭參數(shù)

水針板是水刺技術(shù)成敗的關(guān)鍵。水針板上有許多微孔，水流通過微孔形成水針，因此一塊好的水針板能在承受高壓的同時(shí)，又能產(chǎn)生精準(zhǔn)、平穩(wěn)的水針，有效地傳遞水針能量。水刺頭的噴水孔直徑越小，水刺頭排列越為緊密，水刺非織造布的外觀效果就會(huì)越好，產(chǎn)品的強(qiáng)度也越高。因此，減小水刺頭的直徑，增加水刺頭的數(shù)量可以大大改善水刺非織造布的性能，但同時(shí)還要綜合考慮工藝的可行性和成本的投入問題，爭(zhēng)取做到利益最大化。

2.2.4水刺距離

水刺距離是指水流經(jīng)噴水板噴水孔到達(dá)纖網(wǎng)的距離。在相同的水針壓力下，水刺距離長(zhǎng)，水針到達(dá)纖網(wǎng)時(shí)的速度小，纖網(wǎng)受到水針的沖擊力小，獲得的能量就小，對(duì)纖網(wǎng)的穿刺效果差；反之，水刺距離短，纖網(wǎng)獲得的能量大，水刺非織造布的強(qiáng)度也隨之提高，產(chǎn)品網(wǎng)眼明顯，但水針對(duì)纖網(wǎng)表面的沖擊力也較大，未經(jīng)穿刺就被反彈回來，水針能量的損失較大[10]。因此，水刺距離過長(zhǎng)或過短都會(huì)影響水刺非織造布的性能，選擇合適的水刺距離極其重要。

2.2.5托網(wǎng)簾結(jié)構(gòu)和類型

托網(wǎng)簾是水刺加固的一個(gè)重要組成部件。托網(wǎng)簾除了起到托持纖網(wǎng)的作用外，在水刺加固過程中，水射流穿過纖網(wǎng)射到托網(wǎng)簾后，在托網(wǎng)簾上反彈形成不同方向的反射流再次穿過纖網(wǎng)，也參與了纖維的纏結(jié)過程。托網(wǎng)簾在水刺加工過程中能有效濾水，提高纖網(wǎng)的纏結(jié)效果，不同的托網(wǎng)簾結(jié)構(gòu)與類型能得到不同外觀結(jié)構(gòu)的水刺產(chǎn)品[11]。

2.2.6水刺道數(shù)

水刺道數(shù)的選擇對(duì)纖網(wǎng)的纏結(jié)效果和均勻性有很大影響。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的外觀風(fēng)格、手感柔軟度和單位面積質(zhì)量的要求來確定水刺道數(shù)[12]。

3結(jié)語

水刺非織造布是目前各類非織造布中發(fā)展最快的品種之一，研究水刺非織造布性能的影響因素和掌握各種影響因素對(duì)于水刺工藝的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，因此應(yīng)加大其研究力度，使水刺非織造布性能得到進(jìn)一步提高。

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Study on affecting factors for performance of

spunlaced nonwovens

YuHui,JiaYongtang,ZhangYanyan

(College of Textile & Clothing, Wuyi University)

Abstract:The specific relationship of the factors affecting the spunlaced product performance was introduced from the view of the fiber properties and spunlaced strengthening technology. The effect of physical properties and morphology features of fibers, lapping way and spunlaced engineering parameters on the properties of spunlaced products were discussed.

Kaywords: spunlaced nonwovens, product performance, influencing factor

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