粘胶纤维水刺非织造布的性能测试与研究(4)

图5 4 种水刺非织造布材料的悬垂系数对比

3）硬挺度和悬垂性都是反映粘胶纤维水刺非织造布的柔软程度，不同的纤维内部排布方式和成网方式都会对水刺非织造布的柔软性产生极大影响。因此企业在实际生产时，若是想要改善产品的柔软性，除了原材料选取、后整理之外，还可以考虑使用改变非织造布的成网方式等手段。

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1 前言通过喷射到多层细密纤维网上的高压水流，使得纤维抱缠粘结获得相对的纤网强力，从而形成织物，这种织物叫做水刺无纺布或者水刺非织造布。近年来，由于技术进步，水刺非织造布因具有较强的吸水透气性、悬垂性和光滑柔顺的手感等特征，愈来愈受到人们的欢迎，成为愈发有竞争力的纺织产品。并且，水刺非织造布由于产量高、成本低、品质好等特点，已被逐步广泛应用。在各种非织造加工工艺中，水刺法是发展最快，且具有良好发展前景的生产工艺之一。为了对粘胶纤维水刺法非织造布的性能有详细了解，本文结合实际生产过程，对几种粘胶纤维水刺法非织造布进行了测试，分析了影响几种水刺法非织造布基本性能的因素，为提高企业产品的质量提供一定的参考价值。2 水刺非织造布的工艺过程2.1 工艺原理与流程水刺非织造布的工艺过程：首先对纤网进行梳理，然后对其进行预润湿，进而排出纤网内的空气，接着使用水刺头喷水板喷出高速水流，对托网帘上的纤网进行持续高压喷射，使得纤网中纤维发生位移，并且互相缠结、抱合，从而使得纤网得到加固。同时为了节约水资源和成本，使用后的水进入水循环系统，以便重复利用（通过真空吸水箱）。其工艺原理如图1 所示。图1 水刺工艺流程原理2.2 水刺设备的组成 由预湿器、水刺头、输送网帘、脱水装置、烘燥装置及水处理系?水刺法工艺流程及原理其工艺流程为：原料准备→开松、混合→梳理成网→铺网→牵伸→预湿→正反水刺→水循环→预烘燥→后整理→烘燥→卷绕→包装。水刺法采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网。水射流穿过纤网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤网，由此，纤网中纤维在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤网得到加固。3 试验条件3.1 试验方法 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观察及测量，使用厚度测试仪测织物的厚度，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 试验条件 温度25℃，相对湿度65% 试验仪器 XDP-1 型织物悬垂性测试仪、字式三维测量纤维系统VHX-600 型电子显微镜、Fast-1 型厚度测试仪、FA2004 型电子天平、FAST-1 压缩性测试仪、YG065H 电子织物强力仪、YG065-250 多功能织物强力仪、Y522 织物磨损试验机、LLY-01B 电脑控制硬挺度仪、YG601-Ⅰ/Ⅱ型电脑式织物透湿仪、透湿杯、电子天平、ZHX-600D 型电子显微镜、Y522 型圆盘式织物平磨仪、YG (B) 461D 型数字式织物透气量仪等。4 性能测试与分析4.1 试验材料 4 种样品均为水刺非织造布材料。编号如表1 所示。表1 试样编号试样编号 1# 2# 3# 4#类别 粘胶纤维水刺布4.2 实验步骤4.3 材料的微观形态结构分别在500、1000 倍放大情况下观察纤维排列 (图2)，然后进行对比和分析。图2 4 种水刺非织造布材料的微观形态结构试样纤维直径测量值见表2。表2 试样纤维直径测量值1# 2# 3# 4#1 2 3 4 13.78 m 13.47 m 15.77 m 12.49 m 17.98 m 16.83 m 18.95 m 14.76 m 14.42 m 15.67 m 16.03 m 14.32 m 12.43 m 11.89 m 11.72 m 12.71 m注：实验数据为4 次。从测得的数据和激光显微镜的观测结果中，可以发现这4 种试样的纤维直径大小较为均一，最大值与最小值差异并不算太大，4#试样的纤维直径最小，2#试样的纤维直径最大。从显微镜500 倍观测中可以发现4 种试样纤维的表面都没有杂质附着，这也印证了这4 种试样都是通过水刺加固形成的，并且在这4 种试样中，仅1#试样纤维排列整齐均一，属于平行铺网，其余3 种试样中，2#试样、4#试样仍能看出纤维排布规律，属于交叉铺网，而3#试样排布杂乱无章，毫无规律可言，为机械杂乱铺网。从1000 倍放大观测图中不难发现，2#试样与3#试样纤维数量较1#试样与4#试样多，这说明2#试样与3#试样的纤维排列较为紧密，可能会对它们的手感和透气、透湿性能造成?材料的厚度（表3）表3 水刺非织造布厚度测试结果1# 2# 3# 4#厚度值（mm）CV（%）注：实验数据为30 次平均?3.45%0.967 2.02%0.931 2.98%0.556 3.17%由表3 可知，1#试样和4#试样厚度较2#试样和3#试样小。从表中可知，这4 种试样的 CV 值均不高，也反映材料的厚度均匀度?材料的面密度（表4）表4 水刺非织造布面密度测试结果1# 2# 3# 4#平均值（g）CV（%）克重（g/m2）注：实验数据为30 次平均?0.85%57.69 0.9874 1.72%98.47 1.1834 2.81%131.74 0.5817 1.35%61.35由表4 可知，1#试样和4#试样克重值较2#试样和3#试样小。克重指标直观表现的是纤维密度，它会显著影响非织造布通透性等性能。从表中也可以看出这4 种试样 CV 值均较小，说明这4 种试样均匀度均较好，其中1#试样均匀度最好，而2#试样相对?材料的透气性（表5）表5 水刺非织造布透气性测试结果1# 2# 3# 4#喷嘴压差（pa）喷嘴号透气率（mm/s）注：（1）样品 2#、3#、4#采用 7 号喷嘴，1#采用 8 号喷嘴。（2）实验数据为 30 次平均?8 2438.5 2270.8 7 1627.6 2024.6 7 1912.1 1274.6 7 2245.7由表5 可知，这4 种粘胶纤维水刺非织造布的透气性能均十分优秀，高于一般织物水平（普通纯棉织物为1000 左右），这是由于水刺非织造布内部纤维之间空隙较大。其中，1#试样与4#试样透气性较好，而2#试样与3#试样较差，结合前面测得的结果，可知是由于1#试样与4#试样的厚度、纤维排布紧密程度?材料的透湿性能（表6）表6 水刺非织造布透湿性能测试结果1# 2# 3# 4#数据均值m（g）透湿量 g/(m2·d)注：实验数据为30 次平均?4836.7 0.586 3746.24 0.603 3189.63 0.503 2973.18从柱状图3 中可以看出：1）1#试样透湿性最佳，这与前文中1#试样的最小厚度、最疏散的纤维排布有关。2#试样和3#试样厚度较大，定量大，因而透湿性较差，这也可以反映出厚度的增长对于透湿性能会产生负影响。2）与透气性能的测试相比较，除4#试样外，其余数据对比结果有惊人的相似性，这也证明了透气性能和透湿性能在大部分时候是呈正相关的。3）4#试样较为特殊，它的定量、厚度均较低，透气性能也较好。与1#试样相似，它应当拥有较好的透湿性能。但试验结果表明，4#试样的透湿性能是最差的，这说明在厚度、定量性能指标之外还有其他对透湿性能影响较大的指标，可能是后处理工艺的影响。已知3#试样铺网方式为机械杂乱铺网，2#试样、4#试样为交叉铺网，近似克重、厚度的3#试样比2#试样透湿性弱了许多，这可能就是杂乱铺网导致内部孔隙较少与不规律造成的，而4#试样相对1#试样弱许多，也应当是交叉铺网不如平行铺网成型组织排列松散而导致的。图3 4 种布样透湿量对比4.8 材料的断裂强力试验设置见表7，测试结果见表8。表7 试验设置环境条件 温度 湿度 试样尺寸宽×长（mm） 隔距（mm） 拉伸速度（mm/min） 试验次数 预加张力（N）相关参数 20℃ 65% 50×250 100 100 10 2表8 水刺非织造布断裂强力测试结果1# 2# 3# 4#断裂强力（纵向）（N）断裂伸长率（纵向）（%）CV（%）断裂强力（横向）（N）断裂伸长率（横向）（%）CV（%）注：实验数据为30 次平均?28.73 6.17 31.65 82.32 11.36 96.74 32.02 7.43 93.57 45.13 10.45 218.47 46.81 5.79 293.24 57.98 5.17 98.14 39.05 5.06 94.36 49.17 8.69由表8 可以看出：1）3#试样断裂强力最大，在之前的试验中我们已经证明了3#试样的克重、厚度都最大。这也再次说明说明厚度、克重等性能指标会对粘胶纤维水刺非织造布的力学性能产生明显影响，厚度、克重越大，其在拉伸断裂时所破坏的纤维就越多，因此拉伸断裂强力会大。2）从表8 中可以看出，1#试样的横纵向断裂强度和伸长率差异最大，这和前文中分析的1#试样是采用平行铺网制成相印证，这是由于平行铺网导致横纵向排布纤维不均匀而造成的。3#试样由于采用机械杂乱成网，因此横纵向强力差异也较大，2#、4#试样则接近1∶1。3）从表8 中的 CV 值一栏中可以到得到，1#试样和2#试样的均匀度较差，而3#、4#试样略好一些。但在各类纺织品中依然属于较高的那类。这与水刺非织造布的制成工艺导致非织造布内部纤维排布不均有关，因此在优化粘胶纤维水刺非织造布产品性能方面，优化产品断裂强力、伸长率的不匀率是一个重要方 材料的顶破强力（表9）表9 水刺非织造布顶破强力测试结果1# 2# 3# 4#顶破强度（N）平均顶破位移（mm）CV%注：实验数据为30 次平均?4.46 6.96 97.66 8.34 12.23 303.81 12.23 9.35 126.45 9.51 10.23由表9 可以看出：1）1#试样的顶破强力最小，而3#试样顶破强力最大，这与1#试样厚度最小、克重较小有关。即面密度越小、厚度越小，顶破强力就越小。2）再与之前做的试验对比，发现顶破强力的大小对比和断裂拉伸强力的大小对比，以及厚度、克重的大小对比结果十分相似。因此可以推论，对于粘胶纤维水刺非织造布而言，这几个性能指标是互相关联，并且对总体性能影响巨大的。3）从表9 中还可看出，平均顶破强力越大的试样，它的平均顶破位移也越大 材料的撕裂强力测定（表10）表10 水刺非织造布撕裂强力测试结果1# 2# 3# 4#纵向撕裂强力（N）CV（%）横向撕裂强力（N）CV（%）注：实验数据为30 次平均?5.67 1.37 8.33 6.34 10.24 7.41 4.64 8.53 5.34 12.89 1.32 6.77 4.67 6.12 4.47由表10 可以看出：1）这4 种粘胶纤维水刺非织造布的撕裂性能对比表现与它们的顶破强力对比表现高度相似。这又一次说明了这几个性能指标之间的相互影响和它们对产品整体性能的影响。2）1#试样的表现与之前的试验相似，都是由于采用了平行铺网工艺，导致其测得数据偏小，而2#试样与4#试样数值较好，并且横纵向差异不大，接近1：1。3#试样虽然强力最高，但是横纵向强力差异较大，均匀度差。铺网工艺对于水刺非织造布的撕裂强力影响巨大。3）厚度、克重也是影响撕裂强力的重要因素，在同等条件下，一般来说，试样越厚、密度越大，撕裂强力就越大 材料的耐磨性（表11）表11 水刺非织造布耐磨性测试结果1# 2# 3# 4#转数注：实验数据为30 次平均?31.7 88.4 18.5由表11 可以看出：1）4 种粘胶纤维水刺非织造布耐磨性能的差异较大，其中又以1#试样的耐磨性能最差，而3#试样的耐磨性能最优，这与前文中分析的厚度、克重等差异大体相似，呈一定的正相关性。2）将耐磨性能与其他力学性能，如断裂强力、顶破强力作对比，发现其他强力的大小也会很大程度上影响材料的耐磨性能，譬如2#试样和3#试样克重、厚度较为相似，但由于强力的差异导致了两种试样耐磨性能有较大 材料的弯曲性能测试（表12）由表12 可以看出：1#试样的抗弯长度最小，这可能是由于1#试样的成网方式是平行铺网，内部纤维形成的柔性缠结点较少。这4 种粘胶纤维水刺非织造布的纵向硬挺度均大于横向硬挺度，这可能是由于水刺非织造布的横向密度小于纵向密度的缘故，猜测这4 种粘胶纤维水刺非织造布的内部纤维大多呈纵向排布。表12 水刺非织造布弯曲性能测试结果1# 2# 3# 4#纵向抗弯平均长度（cm）CV（%）横向抗弯平均长度（cm）CV（%）注：实验数据为30 次平均?5.27 2.994 8.03 5.861 4.48 4.471 9.63 6.632 1.17 5.437 5.29 5.124 4.56 3.347 4.274.13 材料的悬垂性4.13.1 悬垂性能测定悬垂性是评判非织造布柔软度的重要指标，本次试验使用XDP-1 型悬垂性测试仪对4 种粘胶纤维水刺非织造布进行悬垂性测试 试验仪器、方法与数据试验仪器：XDP-1 型织物悬垂性测试仪试验步骤：4 种粘胶纤维水刺非织造布分别剪取2 块试样，试样直径为24cm，共计8 块试样；在每块试样中心修剪出一个圆形小孔用于定位，孔大小约为4mm；在试样上画出表示4 个方向和其45°夹角的线和点；开启测试电脑，打开悬垂性测试软件；校准参数，设置号软件；电脑会自动记录数据并保存；重复上述操作直到测试完所有试样。试验数据：4 块试样悬垂图以及相关数据如图4、表13。图4 悬垂系数对比表13 4 种水刺非织造布材料的悬垂性1# 2# 3# 4#悬垂系数（%）CV(%)注：实验数据为30 次平均?1.7 87.5 0.7 92.3 0.4 84.1 1.7从表13 和图4、图5 中可以看出：1）悬垂系数与悬垂性能成反比，因此从柱状图中可得1#试样的悬垂性能最优秀，3#试样的悬垂性能最差。悬垂性和硬挺度是极为相似的性能指标，都代表了织物的柔软水平，因此这次试验得到的结论和硬挺度试验得到的结论类似，即织物的柔软程度极大程度上受织物内部组织排布、成网方式影响。2）从CV 值上来看，3#试样反而是最低的，而柔软度最高的1#试样却是最高的。这是因为机械杂乱成网过程中纤维与纤维之间形成了较多的柔性缠结点，这些缠结点能够显著提高材料的悬垂系数，即提高材料硬度，降低柔软度，因此在实际生产时需要因地制宜。例如虽然平行铺网成网非织造布力学性能较差，但其柔软度最佳，根据产品所需达到的性能指标来选择合适的成网方式和纤维排布才最合理。5 结语通过测量4 种水刺非织造布材料的性能和特点，可以得出以下结论：1）从电子显微镜中观测到的材料内部纤维具有排布、抱缠等情况。2）水刺非织造布的通透性与克重、厚度等性能指标有一定的相关性，厚度越小，克重越小，非织造布通透性越好。但非织造布通透性又受到其内部纤维组织排布的极大影响，通常平行铺网成网工艺成品通透性大于交叉铺网与杂乱铺网。同时后整理工艺等因素也会对粘胶纤维水刺非织造布的通透性能产生很大影响。实验结果发现诸如拉伸强力、断裂强力、撕破强力等参数都具有相关性，并且它们的性能都很大程度上与厚度、克重等参数有关。图5 4 种水刺非织造布材料的悬垂系数对比3）硬挺度和悬垂性都是反映粘胶纤维水刺非织造布的柔软程度，不同的纤维内部排布方式和成网方式都会对水刺非织造布的柔软性产生极大影响。因此企业在实际生产时，若是想要改善产品的柔软性，除了原材料选取、后整理之外，还可以考虑使用改变非织造布的成网方式等手段。参考文献[1]于晖，贾永堂，张妍妍.影响水刺非织造布性能因素的探讨[J].产业用纺织品，2015，33(5)：27-29，22.[2]胡善才．水刺工艺对水刺非织造布性能的影响［J］．非织造布，2001，9(1)：20-26.[3]吴育立.水刺非织造布废水的处理[J].能源与环境，2020(1)：109-111.[4]彭孟娜，马建伟.水刺非织造布成套装备与技术的现状和发展方向[J].产业用纺织品，2018，36(6)：28-31.[5]倪冰选，高晓艳，张鹏，等.水刺非织造布复合技术发展研究[J].产业用纺织品，2017，35(1)：23-25.[6]王殿生.水刺非织造布功能整理技术和产品的开发[J].产业用纺织品，2004(5)：25-27.[7]陈钢.纺织面料透湿性测试方法与影响因素的探讨[J].计量与测试技术，2019，46(12)：86-88.[8]丁伟，官杰，丁文芳，等.水刺法非织造布服用性能研究[J].中国纤检，2017(11)：136-138.[9]浦松丹，李洪.水刺非织造布对纤维原料性能的要求[J].产业用纺织品，2001(9)：18-21，46.[10]袁彬兰，戈强胜，李红英.织物顶破强力与刺破强力测试方法分析[J].中国纤检，2017(5)：89-91.[11]王浩，闫畅.机织物撕裂强力测试方法比较与分析[J].纺织检测与标准，2018，4(3)：17-21.[12]郭秉承.非织造布的性能与测试[M].北京：中国纺织出版社，1998.

文章来源：《测试技术学报》 网址: http://www.csjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0216/498.html