黏合劑涂層對水刺非織造布結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

王 璐 于 斌 祝成炎 劉北壬 施淑波

(1.浙江理工大學(xué)，杭州，310018; 2.杭州路先非織造股份有限公司，杭州，310011)

黏合劑涂層對水刺非織造布結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

王 璐1于 斌1祝成炎1劉北壬2施淑波2

(1.浙江理工大學(xué)，杭州，310018; 2.杭州路先非織造股份有限公司，杭州，310011)

通過性能測試，研究了不同黏合劑涂層量對水刺非織造布的表觀結(jié)構(gòu)、孔徑分布、厚度、透氣性以及力學(xué)性能等方面的影響。結(jié)果表明，隨著水刺非織造布上黏合劑涂層量的增加，非織造布的纖維纏結(jié)趨于緊密，孔徑變小且分布均勻，拉伸強(qiáng)力提高，伸長率降低;當(dāng)涂層水刺非織造布中黏合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10% ～20%之間時，非織造布的孔徑分布最均勻，厚度較小，透氣性較大;當(dāng)涂層水刺非織造布中黏合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～40%之間時，非織造布的拉伸強(qiáng)力和伸長率最佳。

水刺非織造布，黏合劑涂層，結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能

目前涂層紡織品［1]在產(chǎn)業(yè)用紡織品中所占的比例較大，已經(jīng)應(yīng)用到如交通、工農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療、航天等各行各業(yè)中。黏合劑涂層能夠改變水刺非織造布的孔隙結(jié)構(gòu)［2]以及力學(xué)性能［3-5]，對于提高非織造布的耐用性具有重要的意義。本文主要針對黏合劑涂層的水刺非織造布進(jìn)行研究。通過測試，分析了黏合劑涂層量對水刺非織造布的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)［6-7]、孔徑、厚度、透氣率以及拉伸強(qiáng)力與伸長率等方面的影響。

1 涂層水刺非織造布的制備

1.1 原料

(1)選擇長度為20～60 mm，線密度為0.5～7 dtex滌綸，采用水刺工藝制成非織造布;

(2)黏合劑涂層為丙烯酸類［8]膠料。

1.2 制備工藝

將滌綸水刺非織造布放入上膠設(shè)備，進(jìn)行上膠，然后通過壓力為9.8～98 N的涂布輥，再在100～180℃溫度下烘干，制成涂層水刺非織造布。本研究制成的涂層水刺非織造布中黏合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(下簡稱為含固量)為10% ～40%。

現(xiàn)如今，涂層的過程不再看作是一道單純的后整理過程。涂層非織造布是纖網(wǎng)與高分子聚合物的兩元復(fù)合體，兼有非織造布和高分子聚合物的性能，外觀和力學(xué)性能都發(fā)生了較大的變化，因而可提高材料的附加值。

2 性能測試與分析

2.1 黏合劑涂層對纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 表觀結(jié)構(gòu)

采用DXS-10A型掃描電子顯微鏡(SEM)來觀察不同含固量水刺非織造布的表觀結(jié)構(gòu)，見圖1。從圖1可以看出，隨著含固量的增加，黏合劑在纖網(wǎng)中逐漸由纏結(jié)點滲透到纖維之間的孔隙。無黏合劑的水刺非織造布，孔隙結(jié)構(gòu)不夠緊密，纖維之間的抱合力較小;含固量為10%的水刺非織造布，黏合劑大多存在于纖維與纖維的纏結(jié)處，其纖維之間纏結(jié)致密;含固量為20%的水刺非織造布，纖維之間結(jié)構(gòu)更加緊密，黏合劑開始堆積于纖維之間，孔隙結(jié)構(gòu)逐漸均勻;含固量為40%的水刺非織造布，黏合劑在纖網(wǎng)中的分布更加均勻，且纖維在纖網(wǎng)中的取向更明顯，孔徑因大量黏合劑的存在明顯縮小，黏合劑不再單一存在于纖維的纏結(jié)點處，而是存在于纖維之間，將大部分纖維黏結(jié)成束狀。

圖1 不同含固量水刺非織造布的SEM照片

2.1.2 孔徑分布

采用德國Topas公司的孔徑測定儀，對四種含固量的水刺非織造布試樣進(jìn)行孔徑測試，結(jié)果見圖2。無黏合劑的試樣孔徑分布較寬泛;少量的黏合劑加入之后，纖網(wǎng)受到黏合劑作用，孔徑分布的范圍明顯縮小;當(dāng)含固量達(dá)到20%時，孔徑分布較均勻，某一范圍內(nèi)的孔徑所占比例都超過20%，其余保持在5%上下;當(dāng)含固量較大，達(dá)到40%時，孔徑分布又變得寬泛，這是由于含固量過大會導(dǎo)致纖網(wǎng)孔隙被黏合劑大面積填充，孔徑分布不均。上述結(jié)果說明，含固量為10% ～20%的涂層水刺非織造布，其孔徑分布較均勻。

圖2 不同含固量水刺非織造布的孔徑分布

2.2 黏合劑涂層對厚度及透氣率的影響

2.2.1 厚度及其變異系數(shù)

依據(jù)FZ/T 60004—1991，采用 YG141型數(shù)字式織物厚度儀測定試樣厚度。加壓壓力100 cN，加壓時間10 s，每種試樣測試10次，取平均值，結(jié)果見圖3。隨著含固量的增加，水刺非織造布的厚度先減小后增加。這是由于在黏合劑涂層過程中，含固量較小時黏合劑存在于纖維的纏結(jié)點處，對纖網(wǎng)有一個壓覆的過程，該過程使得原本蓬松的纖網(wǎng)厚度減小;而后期隨著含固量的增加，黏合劑對非織造布進(jìn)行一個涂覆的過程，因此隨著含固量的增加，非織造布的厚度逐漸增加。

圖3 不同含固量水刺非織造布的厚度平均值

表1是不同含固量水刺非織造布的厚度變異系數(shù)?？梢钥闯觯S著含固量的不斷增加，非織造布厚度的CV值增加，但其變化范圍都在±3%之內(nèi)，可見黏合劑的添加對水刺非織造布的厚度均勻性影響并不大。

表1 不同含固量水刺非織造布的厚度變異系數(shù)

2.2.2 透氣性

透氣性是衡量織物結(jié)構(gòu)的一個間接指標(biāo)，通常用透氣率來表示。依據(jù)GB/T 13764—1992，采用YG461D型織物透氣量儀測試黏合劑涂層前后水刺非織造布的透氣率。測試面積20 cm2，試樣壓差為127 Pa，每種試樣測試10次，取平均值。

圖4是不同含固量水刺非織造布的透氣率直方圖。可以看出，隨著含固量的增加，非織造布的透氣率先增加后減小。當(dāng)含固量為10%時，少量的黏合劑改變了水刺非織造布的表觀結(jié)構(gòu)，使得非織造布的透氣率變大;隨著含固量的增加，透氣率逐漸降低;當(dāng)含固量達(dá)到40%時，由于大量的黏合劑填充進(jìn)入非織造布中的孔隙，孔徑明顯減小，使非織造布的透氣率有較大幅度的下降。

圖4 不同含固量水刺非織造布的透氣率

2.2.3 厚度與透氣率相關(guān)性

圖5是水刺非織造布厚度與透氣率的二次多項式擬合曲線?？梢钥闯?，隨著厚度的增加，水刺非織造布的透氣率呈下降趨勢。當(dāng)含固量在10%左右時水刺非織造布的厚度最小，透氣率最大。

圖5 水刺非織造布的厚度與透氣率的關(guān)系

2.3 黏合劑涂層對力學(xué)性能的影響

依據(jù)FZ/T 60005—1991，采用YG028-3000型電子強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行水刺非織造布試樣拉伸強(qiáng)力和伸長率的測定。上升與下降速度為100 mm/min。

2.3.1 拉伸強(qiáng)力

從圖6可以看出，水刺非織造布經(jīng)緯向的拉伸強(qiáng)力隨著含固量增加而提高;經(jīng)向拉伸強(qiáng)力小于緯向拉伸強(qiáng)力，且隨著含固量的增加，經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)力的差距越來越小;而當(dāng)含固量為40%時，經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)力相當(dāng)，說明黏合劑的添加縮小了經(jīng)緯向強(qiáng)力的差異，從而使材料更具有各向同性。當(dāng)含固量在0%～10%范圍時，經(jīng)緯向的拉伸強(qiáng)力上升幅度很小，這是由于此時黏合劑主要存在于纖維之間的纏結(jié)處，對纖網(wǎng)只有點的影響;而隨著含固量的增加，黏合劑大面積地存在于纖維之間的孔隙中，纖維與纖維之間的束狀結(jié)構(gòu)使得黏合劑對水刺非織造布產(chǎn)生了面的影響，從而拉伸強(qiáng)力有了較大的提高。

圖6 不同含固量水刺非織造布的拉伸強(qiáng)力

2.3.2 伸長率

圖7 不同含固量水刺非織造布的伸長率

由圖7可知，未加入黏合劑的水刺非織造布伸長率較大，隨著含固量增加，伸長率逐漸減小;經(jīng)向伸長率小于緯向伸長率，含固量為10%時，經(jīng)向伸長率與緯向伸長率之間的差值最大，這是由于黏合劑此時存在于纖維之間的纏結(jié)點處，分布不均勻。黏合劑的加入增加了纖維與纖維之間的纏結(jié)力，使原本糾纏在一起的纖維纏結(jié)更加緊密，因此伸長率隨著含固量的增加逐漸變小;而當(dāng)含固量為40%時，其伸長率的降低已趨于平緩，說明斷裂的主體逐漸由纖網(wǎng)轉(zhuǎn)移到了黏合劑上。

2.3.3 拉伸強(qiáng)力與伸長率相關(guān)性

圖8是水刺非織造布拉伸強(qiáng)力與伸長率的二次多項式擬合曲線。由圖8可以看出，經(jīng)緯向的拉伸強(qiáng)力和伸長率的關(guān)系都有如下趨勢:拉伸強(qiáng)力越大，伸長率越小;但當(dāng)含固量20%左右時，經(jīng)緯向伸長率隨拉伸強(qiáng)力的變化已經(jīng)不明顯，其值徘徊在一個確定值附近，因此當(dāng)含固量小于20%時，拉伸強(qiáng)力越大，伸長率越小;但當(dāng)含固量繼續(xù)增加，其伸長率不會再因此而減小，而是保持在一個穩(wěn)定值附近。由此可知，當(dāng)含固量在20% ～40%之間時，水刺非織造布的拉伸強(qiáng)力和伸長率處于最佳狀態(tài)。

圖8 水刺非織造布拉伸強(qiáng)力與伸長率的擬合曲線

3 結(jié)論

(1)含固量的增加會使纖維之間的纏結(jié)狀態(tài)更加穩(wěn)固，并且使纖網(wǎng)的孔徑減小且分布更均勻。含固量過低，會導(dǎo)致黏合劑只在纏結(jié)處黏結(jié)，影響涂層水刺非織造布孔徑分布的均勻性;而含固量過高，黏合劑會堆積在纖網(wǎng)的孔隙中，也會影響涂層水刺非織造布的孔徑分布。當(dāng)含固量在10%～20%之間時，涂層水刺非織造布的孔徑分布最均勻。

(2)含固量在10% ～20%之間時，涂層水刺非織造布的厚度較小，透氣性較好;含固量過多，會導(dǎo)致涂層水刺非織造布孔徑減小，透氣性變差。

(3)含固量較小時，涂層水刺非織造布的拉伸強(qiáng)力提高，伸長率降低;隨著含固量的增加，拉伸強(qiáng)力及伸長率的變化趨于平緩;當(dāng)含固量在20%～40%之間時，涂層水刺非織造布的拉伸強(qiáng)力和伸長率最佳。

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The influence of binder on structure and mechanical performance of spunlaced nonwovens

Wang Lu1，Yu Bin1，Zhu Chengyan1，Liu Beiren2and Shi Shubo
(1.Zhejiang Sci-Tech University; 2.Hangzhou Advanced Nonwoven Co.，Ltd.)

Basing on property test，the influence of various coated binder contents on apparent structure and pore distribution and thickness as well as permeability and mechnical performance were analyzed.The results show that by increasing of binder contents on spunlaced nonwovens，the nonwoven fibers eachentangle closely，pore size decreasing and pore distributing uniformly，tensile strength enhancing and elongation decreasing，the mass percentage of binder coated on spunlaced nonwovens being within 10%to 20%，the pore size distributing most uniformly and nonwovens being thinner with higher permeability，and when it being within 20%to 40%，the nonwovens could have excellent tensile strength and elongation.

spunlaced nonwovens，binder coating，structure，mechanical property

TS176.9;TS195.597

A

1004－7093(2010)11－0009－04

2010－04－15;修改稿:2010－07－28

王璐，女，1987年生，在讀碩士研究生。主要從事非織造布研究。