在線熱熔法滌綸保暖非織造絮片的研制

辛長征 王利娜

(河南工程學(xué)院，鄭州，450007)

在線熱熔法滌綸保暖非織造絮片的研制

辛長征 王利娜

(河南工程學(xué)院，鄭州，450007)

為了實現(xiàn)熱熔法滌綸保暖非織造絮片的在線生產(chǎn)，對熱熔粉、遠紅外粉、纖維原料的配比、纖維網(wǎng)的蓬松度、撒粉條件、熱熔加固等工藝進行了研究。結(jié)果表明:當(dāng)熱熔粉質(zhì)量占纖維網(wǎng)質(zhì)量10%，復(fù)合遠紅外粉質(zhì)量占熱熔粉質(zhì)量11%，纖維網(wǎng)的蓬松度控制在35～40 g/cm3，撒粉高度控制在8～20 cm時，可獲取較好保暖性能的滌綸非織造絮片。

滌綸絮片，熱熔粉，遠紅外粉，保暖性

目前保暖類滌綸非織造絮片的加工方法主要是遠紅外纖維加工法，即將遠紅外纖維和普通滌綸按一定比例混配后梳理成網(wǎng)，然后熱熔加固。該方法制得的非織造絮片保溫性能好，耐洗滌性較好，但加工路線長，遠紅外纖維的線密度較大，絮片的手感受到影響，且成本較高［1-5］。研究小組從2003年起就開始探索通過在纖維網(wǎng)中均勻施加一定比例的熱熔粉和遠紅外粉，并通過調(diào)整纖維配比、加固工藝參數(shù)等手段來獲取較高保暖性能的滌綸絮片。翟亞利等［6］對遠紅外滌綸絮片的生產(chǎn)進行了初步工藝探索，但對纖維網(wǎng)的組成、熱熔粉和遠紅外粉的復(fù)配以及熱熔工藝對絮片的影響沒有進行更深入的討論。本文對以上幾個方面進行了探索研究，并在鄭州豫力無紡布有限公司試生產(chǎn)，制得保暖性、透氣性和手感較好的滌綸絮片。

1 試驗部分

1.1 原料與試劑

3.3 dtex×38 mm中空滌綸短纖維，3.3 dtex×38 mm滌綸短纖維，鄭州豫力無紡布有限公司;

M-PES ZC-901-Ⅰ、M-PES ZC-901-Ⅱ、M-PES ZC-991熱熔粉，滄州化工實驗有限責(zé)任公司;

遠紅外粉Ⅰ(2～50 μm)，遠紅外粉Ⅱ(2～50 μm)，天津大學(xué)理學(xué)院實驗廠。

1.2 測試儀器與設(shè)備

YG461型定壓式透氣性測試儀，青島山紡儀器有限公司;

YG606D型平板式保暖儀，無錫方圓儀器有限公司;

HD026N型電子織物強力儀，南通宏大實驗儀器有限公司;

DL型撒粉機，常州市達力塑料機械有限公司;

JB90-D電動攪拌機(調(diào)速范圍50～2 000 r/min)，深圳市三諾電子儀器有限公司。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

纖維混配→開松→混合→梳理(蓋板式梳理機)→單纖維網(wǎng)→撒粉→交叉鋪網(wǎng)→牽伸雜亂→熱熔加固→冷卻→切邊→卷取

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維原料

滌綸絮片是由普通滌綸短纖維、中空滌綸短纖維和熱黏合纖維或熱熔粉組成。熱黏合纖維一般為低熔點纖維(如ES纖維，低熔點滌綸等)，為提高絮片的蓬松性和保暖性，可混配16% ～20%的中空纖維。本試驗采用U型中空滌綸，可有效提高產(chǎn)品的壓縮回彈性。

纖維的線密度直接影響絮片的手感、蓬松性和熱熔粉在纖維網(wǎng)中分布的均勻性。若纖維線密度過大，纖維硬挺度就大，相同面密度的纖維網(wǎng)蓬松性過高，纖維網(wǎng)中纖維的空隙加大，從撒粉機施加到纖維網(wǎng)上的粉末可能穿過纖維網(wǎng)而落至網(wǎng)簾上，造成纖維網(wǎng)的含粉量降低，分布不勻，導(dǎo)致產(chǎn)品保暖性下降;若纖維線密度過小，雖然絮片的手感較好，但造成梳理困難，纖維網(wǎng)蓬松度下降，彈性變小，纖維網(wǎng)致密，從撒粉機上落下的粉末會聚集在纖維網(wǎng)的上層而不能到達纖維網(wǎng)的內(nèi)部，同樣會造成熱熔粉在纖維網(wǎng)中分布不勻，從而影響到絮片的手感和透氣性能。

在熱熔法滌綸絮片生產(chǎn)中，通常選用線密度在3.3 dtex左右的纖維。

在絮片生產(chǎn)工藝中，適當(dāng)提高纖維的卷曲度有利于成網(wǎng)和使粉末均勻地落入纖維網(wǎng)中，同時由于纖維網(wǎng)中黏合點之間的纖維保持一定的伸長率，可提高絮片的內(nèi)在品質(zhì)。但卷曲度過大時，造成梳理困難，會加大纖維網(wǎng)的不勻度。

本試驗采用的纖維原料構(gòu)成見表1。

表1 滌綸絮片纖維原料構(gòu)成

2.2 熱熔粉

熱熔粉在本試驗中起著重要的媒介作用，熱熔粉的種類和施加量影響絮片的強度、保暖性和透氣性，還影響遠紅外粉在纖維網(wǎng)中的分布狀況。

2.2.1 熱熔粉的選擇

熱熔粉的種類較多，如聚乙烯、共聚酰胺、聚酯、乙烯—醋酸乙烯共聚物等，其粒徑一般在10～300 μm。為了提高熱熔粉與以滌綸為主體的纖維網(wǎng)之間的黏結(jié)性，采用PES改性聚酯型熱熔粉，其表面張力為4.46×10－4N/cm，接近滌綸的表面張力(4.3×10－4N/cm)，故其與滌綸有較好的相容性。

本試驗采用的幾種PES熱熔粉的性能指標(biāo)見表2。

表2 幾種PES熱熔粉的性能指標(biāo)

由于ZC-991型熱熔粉的熔體流動速率高，熱熔黏合時流變性能較好，黏結(jié)強度高，且熔融溫度較低，利于節(jié)省能源，故本試驗選用ZC-991型熱熔粉。

2.2.2 熱熔粉量的選擇

熱熔粉占纖維網(wǎng)的比例直接影響到絮片的強度和透氣性。表3是不同比例的熱熔粉對纖維網(wǎng)黏合效果和透氣性的影響。

表3 熱熔粉含量與黏合效果的關(guān)系

由表3可以看出，當(dāng)熱熔粉/纖維網(wǎng)的質(zhì)量分數(shù)為7%～15%時，制得的絮片既符合強度要求，又能滿足透氣性要求。

在此基礎(chǔ)上，進一步研究熱熔粉含量對絮片保暖性的影響。圖1是熱熔粉含量與絮片CLO值的關(guān)系曲線。隨著熱熔粉含量的增加，開始時絮片的CLO值增高;當(dāng)熱熔粉/纖維網(wǎng)的質(zhì)量分數(shù)在9%～11%時，絮片的CLO值處于較高區(qū)間;當(dāng)熱熔粉/纖維網(wǎng)的質(zhì)量分數(shù)大于11%時，絮片的CLO值下降，這可能是因為熱熔粉含量較多，在纖維網(wǎng)中形成了板結(jié)。綜合圖1和表3數(shù)據(jù)，熱熔粉/纖維網(wǎng)的質(zhì)量分數(shù)在10%左右時，絮片具有較好的保暖性、機械強度和透氣性。

圖1 熱熔粉含量與絮片CLO值的關(guān)系

2.3 遠紅外粉

從經(jīng)濟效益的角度考慮，按單位施加量計，遠紅外粉的價格比遠紅外纖維的價格低廉，同時由于遠紅外粉直接作用于纖維表面，遠紅外發(fā)射效果要比遠紅外纖維優(yōu)異，且可根據(jù)客戶要求采用不同功能、不同種類、不同用量以及復(fù)合型遠紅外粉來滿足不同用途的需求，故本試驗選用遠紅外粉以制得具有較高保暖性的絮片。

2.3.1 遠紅外粉的選擇

遠紅外粉可吸收外界的能量(如太陽能、人體向外散失的能量)并儲存起來，再向人體反饋，從而使人體感到有升溫效果［7-8］。研究表明，兩種或兩種以上的遠紅外粉混合物比單一物質(zhì)有更高的遠紅外比輻射率。

人體溫度一般在36.4～36.9℃之間，只有在此溫度區(qū)間具有較大發(fā)射率的遠紅外輻射體才具有較佳的效果。本試驗采用質(zhì)量比為1∶1的MgO/Al2O3復(fù)合氧化物遠紅外粉劑，其性能指標(biāo)見表4。

從表4可以看出，兩種或兩種以上陶瓷粉混合使用的遠紅外效果優(yōu)于單一類型陶瓷粉。

2.3.2 遠紅外粉量的選擇

遠紅外粉的加入，一方面是要提高絮片的保暖性，另一方面還要在最大程度上不降低絮片的強度、透氣性、色澤和手感等性能。圖2是在熱熔粉/纖維網(wǎng)的質(zhì)量分數(shù)固定在10%時，遠紅外粉施加量與絮片CLO值的關(guān)系曲線。從圖2可知，隨著遠紅外粉在熱熔粉中含量的增高，絮片的CLO值出現(xiàn)較大增加，當(dāng)遠紅外粉/熱熔粉的質(zhì)量分數(shù)為10% ～12%時，絮片的CLO值大于1.2，隨后絮片的CLO值呈現(xiàn)平緩下降趨勢。原因可能是遠紅外粉含量較多時，熔融的熱熔粉不能將其完全包覆，遠紅外粉在絮片中分布不勻，不能發(fā)揮其應(yīng)有的功效［9-11］。考慮到絮片的強度、透氣性、手感等因素，本試驗采用遠紅外粉/熱熔粉的質(zhì)量分數(shù)為11%左右。

表4 氧化物類遠紅外粉的性能指標(biāo)

圖2 遠紅外粉含量與絮片CLO值的關(guān)系

2.4 纖維網(wǎng)蓬松度的影響

在對絮片綜合性能分析測試的過程中發(fā)現(xiàn)，纖維網(wǎng)的蓬松度對試驗效果和產(chǎn)品性能也有較大的影響。以面密度200 g/m2的纖維網(wǎng)為例，對蓬松度較小的纖維網(wǎng)，在施加熱熔粉和遠紅外粉時，受到的阻力較大，導(dǎo)致纖維網(wǎng)的上下層熱熔粉含量不勻;反之，對蓬松度較大的纖維網(wǎng)，則落粉損失大，熱熔粉含量亦不勻。表5是200 g/m2的纖維網(wǎng)蓬松度對生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能的影響。

經(jīng)反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維網(wǎng)的蓬松度在35～40 g/cm3時產(chǎn)品性能優(yōu)異，粉末在纖維網(wǎng)中下落自然，分布均勻，黏合強度良好。

表5 200 g/m2纖維網(wǎng)的蓬松度對生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能的影響

在纖維網(wǎng)面密度固定的前提下，纖維網(wǎng)的蓬松度與梳理機的臺數(shù)，鋪網(wǎng)速度，軋輥個數(shù)、位置及壓力等因素有關(guān)。由于在線撒粉，梳理和鋪網(wǎng)速度不宜過快，為保證產(chǎn)品的面密度，一條生產(chǎn)線需采用5～6臺蓋板梳理機;軋輥的個數(shù)不需太多，用兩道甚至一道即可，否則纖維網(wǎng)結(jié)合過于緊密，對粉末分散不利，另在剛?cè)鲞^粉處不宜添加軋輥，否則會造成粉末轉(zhuǎn)移，入烘房后易板結(jié)。以采用6臺梳理機的生產(chǎn)線為例，在第三臺后加一道軋輥即可，其壓力視實際生產(chǎn)情況而定。

2.5 撒粉工藝的影響

撒粉工藝參數(shù)包括撒粉次數(shù)、撒粉高度以及車間的相對濕度等。撒粉次數(shù)越多，粉末分布越均勻，產(chǎn)品性能越好，但投資成本高，工藝浪費大，生產(chǎn)條件苛刻。從生產(chǎn)成本和產(chǎn)品性能綜合分析，本試驗采用兩次撒粉工藝，即在第二臺鋪網(wǎng)機和最后一臺鋪網(wǎng)機處各添設(shè)一臺撒粉機，可以得到較滿意的效果。

粉末經(jīng)振動篩的高頻振動落下，在自身重力和篩網(wǎng)施加的水平方向運動力的合力作用下，呈拋物線狀軌跡運動，直至落到水平向前運行的纖維網(wǎng)上。撒粉高度是指篩網(wǎng)底部和纖維網(wǎng)之間的垂直高度。表6是不同撒粉高度對撒粉效果和產(chǎn)品外觀的影響。

表6 撒粉高度對撒粉效果和產(chǎn)品外觀的影響

從表6可以看出，撒粉高度過小，單位面積纖維網(wǎng)上容納的粉末多，造成粉末積累在纖維網(wǎng)中，若超過纖維負荷，則會破壞纖維結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生落粉，產(chǎn)品蓬松度大大下降;撒粉高度過高，單位面積纖維網(wǎng)上落得的粉末少，黏合效果差，產(chǎn)品分離度大，雖蓬松但保溫性能不佳，故撒粉高度一般在8～20 cm之間為最佳。

生產(chǎn)車間濕度不宜過大，否則會造成粉末團結(jié)和結(jié)塊，阻塞振動篩的篩網(wǎng)，造成實際施加量下降，影響產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)，一般相對濕度控制在65% ±2%。

2.6 熱熔加固工藝的影響

本試驗選用的ZC-991型PES熱熔粉的熔融溫度范圍是90～118℃，熱黏合溫度120～145℃，若熱熔溫度過高會造成布面發(fā)黃變形。通過多次在線試驗，將熱熔溫度定在130℃ ±2℃、熱熔時間控制在120～130 s時，可獲得較好的黏合效果。

2.7 試生產(chǎn)產(chǎn)品的測試結(jié)果

采用以上討論的工藝參數(shù)，在鄭州豫力無紡布有限公司試生產(chǎn)了面密度為200 g/m2的滌綸絮片，在天津大學(xué)理學(xué)院和河南省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心進行測試，測試結(jié)果見表7和表8。

表7 兩種絮片在遠紅外燈照射下的溫升情況對比 (單位:℃)

表8 在線熱熔法滌綸保暖絮片性能指標(biāo)

從表7和表8可以看出，在遠紅外燈光的照射下，兩種絮片的溫度都有所升高，但在線熱熔法滌綸保暖絮片的升溫速率要大于普通滌綸絮片，兩者的溫差最后接近5℃，說明熱熔法滌綸保暖絮片能非常有效地吸收外界的遠紅外能量，且產(chǎn)品的綜合指標(biāo)均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

(1)為了使在線熱熔法滌綸保暖非織造絮片獲取較好的黏結(jié)效果，選用PES改性聚酯型熱熔粉，其用量控制在占纖維網(wǎng)質(zhì)量10%左右時，絮片具有較好的保暖性、透氣性和黏結(jié)強度。

(2)復(fù)合遠紅外粉在滌綸絮片中的均勻加入，可明顯提高絮片的保暖效果，當(dāng)復(fù)合遠紅外粉在熱熔粉中的質(zhì)量分數(shù)為11%時，絮片的CLO值達到1.5左右，溫升速度3～5℃/min。

(3)為了獲取綜合性能較好的滌綸保暖非織造絮片，還應(yīng)嚴格控制纖維原料的配比、纖維網(wǎng)的蓬松度、撒粉高度、加固溫度和加固時間。

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Development on line of hot melting PET nonwoven wadding with warmth retention property

Xin Changzheng，Wang Lina
(Henan Institute of Engineering)

In order to manufacture the hot melting warmth retention PET nonwoven wadding，the ratio of the heatbonded powder，far infrared powder and fiber material，the bulkiness of the fiber net，the process of powdering and heat-bonded strengthening were studied.The results indicated that better warmth retention PET nonwoven wadding can be achieved with the amount of heat-bonded powder as 10%of fiber net，the far infrared powder as 11%of heat-bonded powder，the bulkiness of the fiber net as 35 ～40 g/cm3，the height of powdering is 8～20 cm.

polyester wadding，heat-bonded powder，far infrared powder，warmth retention

TS176.7

A

1004－7093(2010)03－0006－05

2009－12－08

辛長征，男，1969年生，副教授，東華大學(xué)在讀博士研究生。主要從事高分子材料和非織造材料的功能改性、產(chǎn)品開發(fā)與教學(xué)工作。