雙組分熱風(fēng)非織造材料的熱成型工藝對(duì)性能的影響*

康桂田1 高 超2 黃配文2 張 恒 章 偉 張一風(fēng)

1. 鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450001；2. 上海盈茲無(wú)紡布有限公司，上海 201501；3. 中原工學(xué)院紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 451191

熱風(fēng)非織造材料的成型機(jī)理：熱風(fēng)穿透蓬松的纖網(wǎng)(纖網(wǎng)面密度一般為20～200 g/m2)后，纖網(wǎng)表層的熱塑性纖維軟化熔融并在纖維交叉處相互固結(jié)，最終形成具有一定厚度和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的非織造材料。其中，纖網(wǎng)表層的熱塑性纖維主要包括低熔點(diǎn)熱塑性纖維(如聚酯、聚丙烯、聚乙烯等)和雙組分纖維[5-7]等。簡(jiǎn)言之，纖網(wǎng)在軟化、熔融及固結(jié)過(guò)程中受溫度和熱氣流的作用而成型[8-9]。因此，現(xiàn)有研究[10-11]認(rèn)為，基于熱風(fēng)穿透低熔點(diǎn)熱塑性纖維而成型的熱風(fēng)非織造材料，無(wú)需在生產(chǎn)過(guò)程中添加化學(xué)黏合劑，生產(chǎn)工藝環(huán)保，符合現(xiàn)代綠色生產(chǎn)的觀念。

本文從熱風(fēng)非織造材料生產(chǎn)工藝流程入手，通過(guò)對(duì)各關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行配置，探討生產(chǎn)工藝對(duì)熱風(fēng)非織造材料性能的影響，以期優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品性能，為熱風(fēng)非織造材料在吸收性衛(wèi)生材料中的高品質(zhì)應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及制備工藝

纖維原料：試驗(yàn)選用兩種規(guī)格的聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)雙組分纖維，即2.22 dtex×38 mm(蘇州鵬宏紡織化纖有限公司)和1.67 dtex×38 mm(寧波遠(yuǎn)東復(fù)合纖維有限公司)，均為皮芯結(jié)構(gòu)，即皮層為聚乙烯(PE)，其熔點(diǎn)為125.00～130.00 ℃，芯層為聚丙烯(PP)，其熔點(diǎn)為165.00～170.00 ℃。

制備工藝：采用直鋪工藝。將兩種纖維按照1 ∶1的質(zhì)量配比分別喂入開(kāi)松機(jī)后混合均勻，經(jīng)氣壓棉箱均勻輸送到雙錫林雙道夫梳理機(jī)進(jìn)行梳理，形成兩層纖維網(wǎng)；兩層纖維網(wǎng)上下鋪疊后送至平網(wǎng)式熱風(fēng)烘箱內(nèi)，在一定溫度和速度的熱風(fēng)作用下，皮層PE軟化熔融，并在纖維交叉處黏合固結(jié)，形成具有一定強(qiáng)力的熱風(fēng)非織造材料。表1為制備的樣品規(guī)格及其工藝參數(shù)。

表1 制備的樣品規(guī)格及其工藝參數(shù)

1.2 結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試

1.2.1 面密度與厚度

根據(jù)GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》，使用CZ1002A型電子天平(上海碩群電子科技有限公司)測(cè)定樣品質(zhì)量，然后對(duì)面密度進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第2部分：厚度的測(cè)定》，使用YG141D型數(shù)字式厚度儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)測(cè)定樣品厚度。

1.2.2 力學(xué)性能

其中，x0、y0、z0分別為X、Y、Z的迭代初值，xin、yin、θin分別為X、Y、Z的輸入值，zout為輸出值。

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》測(cè)試樣品的縱向拉伸斷裂強(qiáng)力和橫向拉伸斷裂強(qiáng)力。使用QJ210H型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(上海傾技儀器有限公司)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試樣品寬度為50 mm，夾距為100 mm，拉伸速度為100 mm/min。

1.2.3 液體穿透特性

液體穿透特性采用液體穿透時(shí)間和液體返滲量表征。

液體穿透時(shí)間是指在規(guī)定條件下，模擬尿液以一定速度穿透非織造布樣品所需的時(shí)間。參照GB/T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第13部分：液體多次穿透時(shí)間的測(cè)定》，使用Lister AC L6057型無(wú)紡布水分滲透儀(Lenzing Instruments奧地利)測(cè)試液體3次先后穿透樣品表面所需的時(shí)間，測(cè)試用液體為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的生理鹽水。

液體返滲量是指液體穿透非織造材料后，將規(guī)定的重物和吸紙置于非織造材料表層，吸紙所吸收液體質(zhì)量即為液體返滲量。參照GB/T 24218.14—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第14部分：包覆材料返濕量的測(cè)定》對(duì)樣品的液體返滲量進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)所用重物的質(zhì)量為4 kg，尺寸為10 cm×10 cm。

2 結(jié)果與分析

2.1 厚度

圖1為樣品厚度測(cè)試結(jié)果。由樣品面密度與厚度的關(guān)系[圖1(a)]可以看出：面密度從18.20 g/m2增大到25.70 g/m2時(shí)，樣品平均厚度從0.44 mm增大到0.65 mm，說(shuō)明樣品厚度隨面密度的增大而增大。圖1(b)是面密度為23.80 g/m2的樣品在其他工藝不變時(shí)，厚度與熱風(fēng)溫度之間的關(guān)系。由其可以看出，當(dāng)熱風(fēng)溫度從123.40 ℃升高至137.00 ℃時(shí)，樣品的厚度呈減小趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)熱風(fēng)溫度高于皮芯纖維的表層熔點(diǎn)溫度時(shí)，纖維表層開(kāi)始軟化熔融，隨著熱風(fēng)溫度的升高，表層軟化熔融量逐漸增大、纖維交叉點(diǎn)處黏結(jié)面積增大，再經(jīng)后續(xù)加壓、牽伸等作用，樣品會(huì)變得更加致密[12]。

(a) 厚度與面密度的關(guān)系

(b) 厚度與熱風(fēng)溫度的關(guān)系

2.2 力學(xué)性能

對(duì)熱風(fēng)非織造材料而言，影響樣品斷裂強(qiáng)度的主要因素包括面密度和熱風(fēng)溫度等。

在熱風(fēng)溫度為131.00 ℃、熱風(fēng)作用時(shí)間為84.3 s時(shí)，樣品拉伸斷裂強(qiáng)度隨面密度變化的曲線見(jiàn)圖2。由其可知，隨著樣品面密度的增大，其縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度均隨之逐漸增大。對(duì)比圖2(a)和圖2(b)可以看出，樣品縱向拉伸斷裂強(qiáng)度均大于橫向。這是由于樣品制備時(shí)采用的是直鋪工藝，纖網(wǎng)中大部分纖維沿縱向排列。

(a) 縱向斷裂強(qiáng)度

(b) 橫向斷裂強(qiáng)度

在樣品面密度為16.02 g/m2、熱風(fēng)作用時(shí)間為84.3 s時(shí)，樣品拉伸斷裂強(qiáng)度隨熱風(fēng)溫度變化的曲線見(jiàn)圖3。由其可知，當(dāng)熱風(fēng)溫度從123.40 ℃增大到139.00 ℃時(shí)，樣品縱向拉伸斷裂強(qiáng)度從9.81 N/(5 cm)增大到18.01 N/(5 cm)，橫向拉伸斷裂強(qiáng)度從3.10 N/(5 cm)增大至6.66 N/(5 cm)，表明熱風(fēng)溫度對(duì)樣品縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度有顯著影響。值得注意的是，在熱風(fēng)溫度由123.40 ℃升高至127.20 ℃時(shí)，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度的增加幅度均比較大；而溫度由127.20 ℃繼續(xù)升高至139.00 ℃時(shí)，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度的增幅變緩。這是因?yàn)殡p組分纖維的表層聚合物PE的熔點(diǎn)為125.00～130.00 ℃，當(dāng)熱風(fēng)溫度(123.40～127.20 ℃)在其熔點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí)，樣品縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度增長(zhǎng)最快[13]。

(a) 縱向斷裂強(qiáng)度

(b) 橫向斷裂強(qiáng)度

2.3 液體穿透特性

熱風(fēng)非織造材料具有結(jié)構(gòu)蓬松、孔隙大的特點(diǎn)，為液體的快速穿透提供了可能性。液體穿透時(shí)間和返滲量隨面密度變化的情況見(jiàn)圖4。

(a) 液體穿透時(shí)間

(b) 返滲量

由圖4(a)可以看出：對(duì)不同面密度的熱風(fēng)非織造材料，液體穿透時(shí)間隨著面密度的增大而增長(zhǎng)。這是因?yàn)殡S著面密度增大，非織造材料的厚度增大、孔隙增多，故液體的穿透時(shí)間會(huì)有所增長(zhǎng)。此外，當(dāng)熱風(fēng)非織造材料的面密度相同時(shí)，液體穿透時(shí)間t1

由圖4(b)可以看出：隨著熱風(fēng)非織造材料面密度的增大，液體的返滲量逐漸增大。這是因?yàn)槊婷芏仍酱螅牧系暮穸仍酱?，?dǎo)致殘留在熱風(fēng)非織造材料內(nèi)的水分總量增加，因而液體返滲量增大。

3 結(jié)論

(1) 在相同生產(chǎn)工藝條件下，樣品厚度隨面密度的增大而增大；在面密度一定的情況下，熱風(fēng)溫度的升高會(huì)使樣品的厚度減小。

(2) 樣品面密度對(duì)樣品的拉伸斷裂強(qiáng)度影響顯著，在其他工藝不變的條件下，隨著熱風(fēng)溫度的升高，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度增大，且熱風(fēng)溫度由123.40 ℃升高至127.20 ℃時(shí)，樣品縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度增長(zhǎng)最快。

(3) 面密度是影響液體穿透時(shí)間與液體返滲量的重要因素。隨著面密度的增大，樣品的穿透時(shí)間和返滲量均有所增加。因此，對(duì)吸收性衛(wèi)生用熱風(fēng)非織造材料而言，降低面密度是提高其舒適性的方法之一。