玻璃纖維濕法非織造墻紙的增強(qiáng)性能研究

賈 芳，張得昆

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

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玻璃纖維濕法非織造墻紙的增強(qiáng)性能研究

賈 芳，張得昆

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

探討了聚丙烯醇、水性聚氨酯兩種粘合劑對(duì)濕法玻璃纖維紙進(jìn)行增強(qiáng)。結(jié)果表明，粘合劑的使用能夠提高玻璃纖維濕法墻紙的強(qiáng)力，并且隨著濃度的增加，粘合效果愈加明顯。不同的粘合劑對(duì)于玻璃纖維濕法墻紙具有不同的粘結(jié)效果，其中水性聚氨酯能夠在較小的濃度下，有效地提高玻璃纖維濕法紙的強(qiáng)力，而且其透氣性等其他物理性能也較為理想。

玻璃纖維 玻璃纖維濕法墻紙 增強(qiáng) 粘合劑

0 引言

近些年室內(nèi)火災(zāi)頻繁發(fā)生，傳統(tǒng)的墻紙一經(jīng)燃燒就會(huì)放出大量的毒氣或者這些墻紙本身就會(huì)燃燒，造成二次傷害。防火墻紙的使用可以有效地阻止火勢(shì)的繼續(xù)蔓延，減少火災(zāi)造成的危害。玻璃纖維為圓形截面而且直徑不變，纖維的尺寸穩(wěn)定性較高。具有耐水耐油性能，耐酸堿性和耐熱性較好，而且還有很好的吸音效果[1]。以玻璃纖維為纖維原料，采用濕法非織造生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出玻璃纖維墻紙。這種玻璃纖維濕法墻紙具有不燃、透氣、吸音等優(yōu)點(diǎn)[2]。但是由于玻璃纖維表面光滑、質(zhì)脆，纖維之間沒(méi)有像植物纖維那樣的結(jié)合力，雖然利用100%的玻璃纖維能夠制成濕法玻璃纖維墻紙，但是其強(qiáng)力較低，很難達(dá)到后續(xù)加工及使用中強(qiáng)力的需求[3]。故需要采取措施對(duì)玻璃纖維紙進(jìn)行增強(qiáng)，玻璃纖維紙的增強(qiáng)具有外涂和內(nèi)施兩種方式[4]。其中，內(nèi)施法包括在玻璃纖維分散液中加入打好漿的植物纖維分散液,打好的植物纖維漿粕之間的強(qiáng)力是由植物纖維之間的氫鍵提供[5]。外涂法包括，在制成的濕法纖維網(wǎng)上施加一定比例的粘合劑，比如PVA、環(huán)氧樹(shù)脂、水溶性聚氨酯等各種粘合劑，這些黏合劑附著在玻璃纖維上通過(guò)這些粘合劑可以使得纖維之間相互粘結(jié)，故而可以增加玻璃纖維墻紙的強(qiáng)力。

本文通過(guò)對(duì)玻璃纖維濕法薄氈表面分別施加一定濃度的PVA、水溶性聚氨酯等粘合劑。分別測(cè)試施加不同粘合劑后玻璃纖維濕法薄氈的克重、強(qiáng)力等一些物理性能，確定出粘合性能和物理性能相對(duì)較好的一種粘合劑，探討不同的粘合劑對(duì)濕法玻璃纖維物理性能的影響，有助于推動(dòng)玻璃纖維造紙領(lǐng)域的不斷壯大。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

表面處理過(guò)的無(wú)堿玻璃纖維，直徑約12um，長(zhǎng)度約為10mm，中度聚丙烯酰胺(分子量200萬(wàn)—500萬(wàn)單位)鹽酸、濕增強(qiáng)劑，粘合劑(環(huán)氧樹(shù)脂、PVA、水性聚氨酯)等等。

1.2 產(chǎn)品的制備

1.2.1 纖維分散液的配制

顯微鏡下的玻璃纖維與玻璃棒相似，單根硬挺而細(xì)長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比較大，再加上玻璃纖維表面帶有負(fù)電荷，故在配成漿料時(shí)纖維間相互交纏，形成大量絮聚的纖維團(tuán)[6]，故在配制漿液時(shí)需要采取一定措施對(duì)玻璃纖維進(jìn)行分散，玻璃纖維漿液的分散程度決定了成網(wǎng)均勻[7]。在分散時(shí)可以采取以下措施，(1)使用稀酸來(lái)調(diào)節(jié)懸浮液的pH值使得其值在3-4之間；(2)盡可能的降低纖維懸浮液的濃度；(3)加入一定量的分散劑，將制好的纖維分散液加入打漿機(jī)中，五分鐘后取出。

1.2.2 玻璃纖維紙的成型

將重3g的玻璃纖維分散液均勻添加到濕法成網(wǎng)器中，利用濕法非織造布快速成型器，經(jīng)過(guò)成型等程序制成玻璃纖維濕法薄氈。

1.2.3 粘合劑的添加

在成型好的玻璃纖維紙上分別施涂水性聚氨酯粘合劑與聚乙烯醇粘合劑，根據(jù)所涂布的粘合劑的種類(lèi)及濃度的不同，分別制出十種樣品，其中：試樣一到試樣五為水性聚酰胺粘合劑，濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%。試樣六到試樣十為聚乙烯醇粘合劑，濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%。

2 產(chǎn)品性能測(cè)試及結(jié)果分析

將施加不同的粘合劑的玻璃纖維紙分別進(jìn)行物理性能測(cè)試，分析討論其不同粘合劑對(duì)玻璃纖維紙物理性能的影響。

2.1 平方克重

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24218-2009《紡織品 非織造布實(shí)驗(yàn)方法第一部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》試樣大小為20cm×20cm,每種試樣測(cè)試五塊求其平均值。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 聚乙烯醇粘合劑玻璃纖維紙的克重 單位：g/m2

表2 水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維紙的克重 單位：g/m2

從上表中可以看出，對(duì)于同一種粘合劑而言，隨著粘合劑濃度的增加，上漿量也逐漸增加，這是因?yàn)殡S著粘合劑濃度的增加，粘合劑中有效地成分也就增加，故隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的克重也會(huì)增加。上表中還可以看出在同一濃度下兩種粘合劑下玻璃纖維紙的克重相差不大，在粘合劑濃度為50%時(shí)，其玻璃纖維紙的克重達(dá)到了最大，分別為106.5g和97.25g，相對(duì)于市場(chǎng)上純紙材質(zhì)的壁紙的克重150g/m2，濕法玻璃纖維紙的質(zhì)量較輕，方便后期在墻上的粘貼。

2.2 厚度

采用GB/T24218-2009《紡織品 非織造布測(cè)試方法 第二部分：厚度的測(cè)試》利用YG(B)141D型數(shù)字織物厚度儀，在0.5kPa的壓強(qiáng)，壓腳面積為2500mm2,測(cè)量玻璃纖維紙的厚度，每種試樣測(cè)五次求其平均值。測(cè)試結(jié)果如下。

表3 聚乙烯醇粘合劑玻璃纖維的厚度 單位：mm

表4 水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維的厚度 單位：mm

由表3和表4可以看出隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的厚度逐漸增加，但是增加的幅度不大，聚乙烯醇粘合劑的濃度為10%時(shí)，厚度為1.39mm，而當(dāng)濃度增加到50%時(shí)，它的厚度為1.48mm，只相差了0.09mm。而水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維紙的厚度由濃度為10%時(shí)的1.39mm到濃度為50%時(shí)的1.46mm，厚度增加0.07mm，變化不大，這可能的原因是，在玻璃纖維紙中，玻璃纖維之間糾纏較少，制成的玻璃纖維紙之間的孔隙較大，在對(duì)這些玻璃纖維紙進(jìn)行施涂粘合劑時(shí)，大量的粘合劑進(jìn)入到玻璃纖維紙的孔隙中，故在濃度增加時(shí)，玻璃纖維紙的厚度變化不大。

2.3 透氣性

按照GB/T5453-1997《紡織品織物透氣性的測(cè)試》進(jìn)行測(cè)試，采用YG-461L型數(shù)字織物透氣量?jī)x，在規(guī)定的壓差條件下，測(cè)試一定時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)給定試樣和面積的氣流流量，試樣面積為20cm2,壓降為200Pa，每個(gè)試樣測(cè)十次求其平均值。測(cè)試結(jié)果如下：以聚乙烯醇為粘合劑的玻璃纖維紙其透氣率為：試樣一為2830mm/s，試樣二為2770mm/s，試樣三為1410mm/s，試樣四為1059.5mm/s，試樣五為998mm/s；以水性聚氨酯為粘合劑的玻璃纖維紙其透氣率分別是：試樣六為3280mm/s，試樣七為3120mm/s，試樣八為2920mm/s，試樣九為1248mm/s，試樣十為1076mm/s。

對(duì)于墻紙而言，透氣性能是十分重要的，玻璃纖維墻紙利用濕法成網(wǎng)技術(shù)，所生產(chǎn)出的墻紙內(nèi)部空隙較大，透氣性好，有利于水蒸氣的自然散發(fā)，從而大大的促進(jìn)室內(nèi)氣候的調(diào)節(jié)。然而粘合劑的加入會(huì)使得透氣性降低。當(dāng)粘合劑的濃度從10%到50%時(shí)，玻璃纖維紙的透氣性直接下降，這可能是由兩方面原因，一方面，隨著粘合劑濃度的增加，粘合劑中有效成分增加，粘合劑會(huì)滲入到玻璃纖維紙的空隙中，這樣會(huì)使得空隙變小甚至?xí)⒖障抖伦?，故使得其透氣性能降低。另一方面，?duì)于聚乙烯醇與水性聚氨酯而言，隨著其濃度增加粘合劑成膜性能也就越好，其多余的粘合劑會(huì)附著在玻璃纖維紙的表面，形成一種致密的膜，這樣也會(huì)導(dǎo)致透氣性能的下降。

2.4 斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)率

依據(jù)GB/T24218.3-2010《非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定方法(條樣法)》進(jìn)行測(cè)試，采用UTM4304型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，試樣大小300mm×50mm，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 玻璃纖維紙的斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率

由圖1玻璃纖維的顯微鏡照片可以看出，玻璃纖維表面光滑，纖維之間沒(méi)有植物纖維那樣的結(jié)合力，玻璃纖維撓曲、扭轉(zhuǎn)性能也較差，再加上濕法墻紙所使用的玻璃纖維長(zhǎng)度只有10mm左右，這就使得玻璃纖維濕法紙的強(qiáng)力幾乎為零，很難適應(yīng)后期的加工強(qiáng)力要求。在本文中試圖利用添加粘合劑的方式來(lái)增加玻璃纖維紙的強(qiáng)力。

圖1 玻璃纖維顯微鏡照片(×100)

從表5中可以看出，粘合劑的添加對(duì)于玻璃纖維紙的強(qiáng)度有著顯著的提高，而且隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的強(qiáng)力不斷增加。這是因?yàn)樵谖醇诱澈蟿┲埃ＡЮw維紙之間孔徑較大，再加上玻璃纖維自身的物理特征，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，纖維之間沒(méi)有一定的相互糾纏和纏繞，很容易產(chǎn)生滑移，這就導(dǎo)致了玻璃纖維墻紙的強(qiáng)力較低。在添加了一定濃度的粘合劑之后，一方面粘合劑的加入使得玻璃纖維紙內(nèi)部孔徑變小，在拉伸過(guò)程中，玻璃纖維之間不容易滑移，故使得玻璃纖維紙的強(qiáng)力增加，另一方面，作為粘合劑聚乙烯醇和水性聚氨酯均具有一定的強(qiáng)度，且隨著他們濃度的增加強(qiáng)度越大。從表中還可以看出，對(duì)于同一濃度而言，以水性聚氨酯為粘合劑的玻璃纖維紙的強(qiáng)力要高于以聚乙烯醇為粘合劑的玻璃纖維墻紙的強(qiáng)力，這可能是因?yàn)樗跃郯滨ブ饕强糠肿觾?nèi)極性基團(tuán)產(chǎn)生的內(nèi)聚力和粘附力進(jìn)行固化，并且水性聚氨酯中還含有羧基、羥基等基團(tuán)，使粘合劑產(chǎn)生交聯(lián)，從而提高粘合劑的粘合性能。從表5中可以看出，當(dāng)水性粘合劑的濃度僅為30%時(shí)，玻璃纖維墻紙的強(qiáng)力已經(jīng)達(dá)到了126N。而且當(dāng)水性聚氨酯濃度達(dá)到30%時(shí)，玻璃纖維墻紙的透氣性為3120mm/s，其透氣性已經(jīng)相對(duì)較大。

3 結(jié)論

(1)水性聚氨酯粘合劑與聚乙烯醇粘合劑的強(qiáng)度相比，水性聚氨酯粘合劑的粘合強(qiáng)度要高于聚乙烯醇粘合劑的強(qiáng)度；在透氣性方面水性聚氨酯的透氣性略高于聚乙烯醇粘合劑的透氣性，但差別不大；在厚度方面，粘合劑的使用對(duì)其厚度的影響都不太大。

(2)以水性聚氨酯為粘合劑，粘合劑的濃度對(duì)玻璃纖維紙的厚度的影響不大，但是對(duì)于透氣性和拉伸強(qiáng)度的影響顯著，隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維墻紙的透氣性明顯下降，其玻璃纖維紙的強(qiáng)力有所提高。并且當(dāng)水性聚氨酯的濃度到30%時(shí)玻璃纖維紙的透氣率和強(qiáng)力最為合適。

(3)由于水性聚氨酯粘合劑是以水為基本介質(zhì)，具有不燃、氣味小、不污染環(huán)境、節(jié)能、操作簡(jiǎn)單。利用水性聚氨酯為玻璃纖維濕法紙的粘合劑，在濃度為30%時(shí)其效果達(dá)到最佳。

[1] 曲玲玲， 趙傳山. 玻璃纖維發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 西南造紙， 2006,35(3)：21-22.

[2] 周金國(guó)， 陸飛宇. 玻璃纖維濕法薄氈在國(guó)內(nèi)應(yīng)用及發(fā)展概況[J]. 2004(4):31-33.

[3] 羅果， 鄭熾嵩， 胡健， 等. 玻璃纖維與植物纖維的抄配性能研究[J]. 2002, 21(4)：18-20.

[4] 廖合， 黃艷規(guī)， 吳守耀， 等. 玻璃纖維紙的增強(qiáng)研究[J]. 2007, 28(4)：47-49.

[5] 劉仁慶． 玻璃紙與玻璃纖維紙[J]． 天津造紙， 2010(3)：45-48.

[6] 張素風(fēng). 玻璃纖維分散性能的研究[J]. 中國(guó)造紙, 2013(8)：26-28.

[7] 于德海. 纖維疏水性及配抄性能研究[J]. 中華紙業(yè)， 2008(18)：21-23.

2016-06-21

陜西省功能性服裝面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(14JS038)

賈芳(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織工程。

張得昆(1962-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師。

TS101

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1008-5580(2016)04-0052-03