復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的設(shè)計與性能

張靜峰 (北京大源非織造有限公司，北京，102308)

熱黏合非織造布分為熱風(fēng)、熱軋和超聲波黏合三種工藝方式，其中熱風(fēng)非織造布廣泛應(yīng)用于個人衛(wèi)生護(hù)理用品領(lǐng)域。個人衛(wèi)生護(hù)理用品包括嬰兒尿褲、婦女衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護(hù)墊、成人尿褲、成人失禁墊和成人護(hù)理墊等，這些用品已逐步進(jìn)入我國人民的日常生活中。據(jù)中國造紙協(xié)會生活用紙專業(yè)委員會統(tǒng)計，2013年我國衛(wèi)生巾和嬰兒尿褲的市場滲透率分別是91.1%和47.0%，成人失禁用品尚處于萌芽階段，但其消費(fèi)量比2012年增長36.5%［1］。整個個人衛(wèi)生護(hù)理用品行業(yè)正處在快速發(fā)展階段，因而對于原材料的需求量增長迅猛，對于原材料的創(chuàng)新也提出了更高的要求。熱風(fēng)非織造布作為個人衛(wèi)生護(hù)理用品的表面層、側(cè)翼和導(dǎo)流層，更需要不斷推陳出新，從物理性能和外觀上滿足客戶的要求。

熱風(fēng)非織造布在非織造工業(yè)中屬于規(guī)模較小的產(chǎn)業(yè)，使用的原材料是復(fù)合纖維，類型比較特殊，從創(chuàng)新的角度上來看，發(fā)揮的空間較小，因而要從設(shè)備設(shè)計、纖維配伍和后處理加工等多方面著手來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新。復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布是順應(yīng)研發(fā)需求，從設(shè)備技術(shù)和纖維兩方面進(jìn)行研究而開發(fā)出來的新產(chǎn)品。目前國內(nèi)能夠制作該類非織造布的企業(yè)較少。本文主要是針對復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的工藝過程、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)進(jìn)行探討和分析。

1 熱風(fēng)非織造布的形成原理

熱風(fēng)非織造布屬于短纖維梳理成網(wǎng)，經(jīng)過熱空氣加熱、加固而形成的干法非織造布，其生產(chǎn)過程需要使用皮芯型雙組分復(fù)合纖維。通常皮層為聚乙烯(PE)，芯層為聚丙烯(PP)或者聚酯(PET)。圖1為最常見的皮芯型復(fù)合纖維的橫截面的SEM照片，其中中心的暗色部分為PP或者PET，外圍的白色部分為PE。由于兩種組分的熔點(diǎn)不同，皮層熔點(diǎn)低，芯層熔點(diǎn)高，當(dāng)溫度設(shè)定為大于皮層聚合物熔點(diǎn)、低于芯層聚合物熔點(diǎn)時，表層的聚合物熔融，而芯層的聚合物不發(fā)生熔融。表層熔融的纖維相互搭接而黏合在一起;芯層的聚合物不變化，在整個過程中起到支撐作用，使得纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不被破壞。整個纖網(wǎng)在加熱黏合后從熱風(fēng)烘箱輸出，經(jīng)冷卻形成具有一定強(qiáng)伸度的熱風(fēng)非織造布。圖2是熱風(fēng)非織造布的SEM照片?？梢钥吹?，低熔點(diǎn)組分在纖維的交叉點(diǎn)上形成熔融黏著，非交叉點(diǎn)處于自然狀態(tài)。經(jīng)冷卻后，非交叉點(diǎn)上的纖維仍保持原來的狀態(tài)，交叉點(diǎn)上的纖維經(jīng)高聚物的“焊接”黏合在一起。這是一種點(diǎn)狀黏合形式，因而熱風(fēng)非織造布具有非常好的蓬松性、柔軟性和較高的彈性［2］。

圖1 皮芯結(jié)構(gòu)的雙組分熱熔纖維

圖2 熱風(fēng)非織造布的SEM照片

目前世界范圍內(nèi)的熱風(fēng)非織造布以單層熱風(fēng)非織造布為主，其厚度比相同面密度的熱軋和紡黏非織造布的厚度大一倍左右。更高的材料厚度和更均勻的外觀感覺能使非織造布的液體滲透速度加快，返濕量降低，并能在其表面壓出清晰的花紋或溝槽。這對于用作衛(wèi)生巾和尿褲的面層材料而言頗為有利，因而熱風(fēng)非織造布類的材料更能受到客戶的關(guān)注和青睞。

實(shí)現(xiàn)高厚度熱風(fēng)非織造布有多種方法：可以使用不同種類的纖維，比如同等面密度下，PET/PE熱風(fēng)非織造布比PP/PE熱風(fēng)非織造布的厚度高，或者可以在復(fù)合纖維中加入少量的PET單組分纖維，以便提升整個材料的回彈性和厚度;也可以通過調(diào)整熱風(fēng)烘箱參數(shù)，如風(fēng)壓和溫度，使材料柔軟度和厚度增加等。但是，這些方法對提升非織造布厚度和增加材料豐滿感的程度非常有限，往往經(jīng)過分切和包裝工序，厚度又回到原來的狀態(tài)。而復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的設(shè)計，對客戶要求的厚度提升和網(wǎng)面均勻度的改善則有明顯的突破。

2 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的設(shè)計

2.1 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的形成原理

復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布是運(yùn)用設(shè)備的特點(diǎn)，使熱風(fēng)非織造布由兩層結(jié)構(gòu)復(fù)合而成。兩層結(jié)構(gòu)使用不同的纖維設(shè)計，可以提高非織造布的厚度和彈性，從而達(dá)到個人衛(wèi)生護(hù)理用品設(shè)計者的要求，也使得衛(wèi)生產(chǎn)品的使用者感到更舒適和不潮濕。

復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布生產(chǎn)線需要配置至少兩個纖維喂入單元和兩個梳理單元。兩個喂入單元分別喂入復(fù)合纖維原料，原料經(jīng)充分開松后，分別通過各自的梳理機(jī)將其梳理成為纖網(wǎng)，兩層纖網(wǎng)在第二個梳理單元末端上下結(jié)合在一起，通過輸送帶將纖網(wǎng)送入熱風(fēng)裝置。熱風(fēng)裝置最好用平網(wǎng)熱風(fēng)烘箱，因其對纖網(wǎng)的牽伸變形較小，可較好地保持最終材料的厚度。纖網(wǎng)從梳理機(jī)輸送出來后，在經(jīng)過熱風(fēng)烘箱時，遇到溫度高于PE熔點(diǎn)的熱空氣，皮芯結(jié)構(gòu)的PE熔融并使纖維相互“焊接”在一起，固結(jié)成非織造布，經(jīng)過冷卻定型和卷繞分切，即可完成生產(chǎn)。

2.2 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的產(chǎn)品設(shè)計

具備雙梳理硬件設(shè)備后，還需要對纖維的配伍進(jìn)行研究，才能達(dá)到客戶要求的厚度和網(wǎng)面效果。本研究是針對現(xiàn)有單梳理熱風(fēng)技術(shù)存在的不足，克服現(xiàn)有熱風(fēng)非織造布板實(shí)、單薄的缺點(diǎn)，通過雙層纖網(wǎng)復(fù)合，并使用三維螺旋卷曲纖維，得到一種成型良好、手感柔軟、厚度加倍的非織造布。

將非織造布的結(jié)構(gòu)設(shè)計為上、下兩層。上層是衛(wèi)生用品中貼合人體的一層，下層是衛(wèi)生用品中貼合吸收芯體的一層。根據(jù)客戶需求，上層需要接觸使用者的皮膚，因而要細(xì)膩、柔軟、光滑，盡量減少與皮膚的摩擦力，讓使用者感覺到舒適;下層不接觸人體，需要具有高彈力、能支撐和提高整個布面的厚度，對于材料的細(xì)膩度和光滑度沒有特殊要求。

本研究設(shè)計方案是：

(1)上層使用線密度較低的1.67 dtex雙組分增白短纖維。該纖維長度為38 mm，皮芯結(jié)構(gòu)，皮層為高密度聚乙烯(HDPE)，芯層為PP。短纖維在自然狀態(tài)下呈現(xiàn)波浪式二維卷曲，用其鋪置成的纖網(wǎng)的特點(diǎn)是細(xì)膩、柔軟和光滑，在厚度的提升上貢獻(xiàn)不大。

(2)下層使用線密度相對較高的4.4 dtex雙組分短纖維。該纖維的長度亦為38 mm，偏芯結(jié)構(gòu)，皮層為HDPE，芯層為PET，如圖3所示。短纖維在自然狀態(tài)下呈現(xiàn)出三維螺旋狀卷曲，即彈簧狀卷曲。下層材料的厚度有大幅度的提升，這是由三方面重要因素共同作用的結(jié)果。一是纖維本身的三維螺旋卷曲能提升非織造布厚度;二是偏芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維在受熱后，由于兩種聚合物的熔點(diǎn)不同，表層的HDPE發(fā)生熔融，而芯層的PET不發(fā)生變化，在偏芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計下，單根纖維因每個點(diǎn)的受力方向和受力大小不同而扭曲，且相互纏結(jié)得更緊密，形成相互交錯、鉤接的立體結(jié)構(gòu);三是常規(guī)的熱風(fēng)非織造布使用PP/PE復(fù)合纖維，而此纖維是PET/PE復(fù)合纖維，PET纖維的特點(diǎn)是初始模量比PP纖維高，彈性回復(fù)性好。

圖3 皮芯型復(fù)合纖維橫截面示意

依據(jù)上述設(shè)計制造復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布，在設(shè)定烘箱溫度139℃、風(fēng)壓電機(jī)頻率25 Hz的條件下定型，使得熱風(fēng)非織造布在拉伸強(qiáng)度、柔軟度不變的前提下，厚度提升一倍，且表面不起毛，從而滿足客戶對于厚度、液體滲透性和返濕量改善的要求，提高其衛(wèi)生護(hù)理用品的體感舒適度和結(jié)構(gòu)美感。

3 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布性能測試

本研究測試了熱風(fēng)非織造布與其在個人衛(wèi)生護(hù)理用品領(lǐng)域中應(yīng)用密切相關(guān)的性能，主要包括材料厚度、密度、液體穿透時間和返濕量等指標(biāo)。

3.1 試驗(yàn)儀器

FA1004型電子天平，精確到0.1 mg;

L5853型蘭精 Lister AC穿透返濕儀，精確到0.01 s;

YG141D型數(shù)字式織物厚度測定儀，精確到0.01 mm。

3.2 性能測試方法

3.2.1 液體穿透時間和返濕量

液體穿透時間參照EDANA 150.5-02標(biāo)準(zhǔn)，返濕量參照EDANA 151.3-02標(biāo)準(zhǔn)，采用專門用于非織造布穿透時間和返濕量測試的Lister AC穿透返濕儀進(jìn)行測試。

測試方法為：將一塊125 mm×125 mm的正方形非織造布試樣(光面朝上)放在5疊標(biāo)準(zhǔn)吸收濾紙的上面，將穿透盤放在試樣上;在滴定管中注入模擬尿液，保證漏斗的排出閥關(guān)閉;從滴定管中放出5.0 mL的液體至漏斗中;按測試鍵，記錄漏斗電磁閥完全放出液體的時間，即為穿透時間(單位是s)。

將底板、樣品和標(biāo)準(zhǔn)吸收介質(zhì)從穿透實(shí)驗(yàn)裝置上取下;將4 kg的重塊輕輕地放在試樣上，放置3 min，保證液體均勻擴(kuò)散，在不破壞非織造布試樣的情況下撤去重塊;稱重兩疊吸液紙(W0)，并將它們的光面朝下(光面貼著非織造布)放在試樣上;擦干重塊的接觸面，重新把重塊放在吸液紙上，保持2 min，移開重塊，重新稱重吸液紙(W1)。W1與W0之差(W1－W0)即為返濕量的數(shù)值(單位是g)。

3.2.2 厚度

厚度參照FZ/T60004—1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。校準(zhǔn)數(shù)字式織物厚度測定儀，在壓腳面積為25 cm2、壓腳壓力為100 cN的儀器上放置試樣，啟動測厚儀，壓腳接觸到基準(zhǔn)板上方的熱風(fēng)非織造布，讀數(shù)指示燈亮，記錄顯示的數(shù)據(jù)。測試10次取平均值，即為產(chǎn)品厚度。

3.2.3 密度

密度指標(biāo)非測定值，而是通過非織造布的面密度除以厚度換算出來的指標(biāo)。目的是在相同的條件下，對比幾種非織造布的蓬松性能。

3.2.4 微觀結(jié)構(gòu)

圖4是復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布橫截面的SEM照片。上層為增白PP/PE纖維，纖維較下層非增白PET/PE略細(xì)。在同一測試光源下，上層纖維明顯亮于下層纖維。從該照片可以清楚地看到熱風(fēng)非織造布的雙層結(jié)構(gòu)。

圖4 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布橫截面的SEM照片

4 結(jié)果與分析

本設(shè)計中的復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布主要用于個人衛(wèi)生護(hù)理用品的面層材料，與其對比的單層熱風(fēng)1和熱風(fēng)2非織造布均用作面層材料，熱軋和紡黏非織造布也是應(yīng)用于個人衛(wèi)生護(hù)理用品的面層材料，因而幾類材料具有可對比性。表1顯示了各類非織造布性能的測試結(jié)果。

表1 各類非織造布面層材料性能的測試結(jié)果

4.1 復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布與單層熱風(fēng)非織造布的比較

從測試結(jié)果可以看出，復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布與單層熱風(fēng)非織造布相比，具有穿透時間短、返濕量小和厚度高的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布手感柔軟、豐滿，在不增加面密度的情況下，可使厚度增加。衛(wèi)生用品生產(chǎn)企業(yè)可以在這類非織造布上進(jìn)行壓花處理，處理過后的熱風(fēng)非織造布其花紋部位凹陷、未壓花部位凸起，使得材料的凹凸感增強(qiáng)，用作面層材料時，與人體皮膚的接觸點(diǎn)從以往材料的面接觸變?yōu)辄c(diǎn)狀接觸，提升了使用者的穿著舒適度。即使在衛(wèi)生用品的使用過程中吸附到少量血液或尿液，人體也不會有強(qiáng)烈的黏濕感。

單層熱風(fēng)非織造布的厚度較低，經(jīng)過壓花后花紋不夠清晰，難以形成凹凸感，從功能性和美觀度上都不能達(dá)到客戶要求。筆者研究結(jié)果表明，單層熱風(fēng)非織造布壓花達(dá)到花紋清晰和凹凸感強(qiáng)烈的最低面密度是30 g/m2，而高面密度非織造布的生產(chǎn)成本高，與客戶的成本要求有很大距離。

4.2 熱風(fēng)非織造布與熱軋和紡黏非織造布的比較

與同面密度的紡黏和熱軋非織造布相比，復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布具有明顯的厚度優(yōu)勢。這是因?yàn)闊犸L(fēng)非織造布的纖維是隨機(jī)排列的，具有良好的空間結(jié)構(gòu)，沒有受到使厚度遭受損失的任何外力的作用。此外，復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布纖維間的孔隙是“開放的”，液體經(jīng)過曲折的孔隙能很快地穿過。

熱軋非織造布是通過加熱加壓的方式，在布面上形成規(guī)則的軋點(diǎn)，從而使非織造布具有一定的強(qiáng)伸性。軋點(diǎn)周圍的纖維黏結(jié)在一起，形成極小面積的“片狀聚合物”，壓縮了纖維與纖維之間的距離，使材料變薄，影響了熱軋非織造布整體的蓬松性、厚度和液體穿過的速度。

紡黏非織造布是通過熔體噴絲后，再經(jīng)過牽伸工藝，熱的熔體長絲鋪置并隨機(jī)搭接在一起，通過殘余的熱量相互黏合，形成了類似薄膜狀的片材，然后經(jīng)過熱軋輥的加熱加壓作用，進(jìn)行加固成布。盡管紡黏非織造布的外觀與熱軋非織造布很相似，但其類似薄膜狀的形成方式，使得布面的貫通孔更少，液體穿透時間更長。通過滴液測試，紡黏非織造布是需要一定的壓力才能使液體滲透下去，而熱風(fēng)非織造布和熱軋非織造布則不需要。

表1中的密度一欄表示了非織造布的蓬松程度。復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布密度最低，單層熱風(fēng)非織造布密度次之，紡黏非織造布密度最高;從穿透時間來看，紡黏非織造布明顯高于其他材料;從返濕量來看，一般熱風(fēng)非織造布高于熱軋和紡黏非織造布，這主要是因?yàn)闊犸L(fēng)非織造布結(jié)構(gòu)蓬松，纖維間隙中易積存水分，在一定的壓力下，少量液體向上返回而導(dǎo)致。從個人衛(wèi)生護(hù)理用品的要求考慮，復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布的綜合性能突出，因此客戶對材料的選擇逐步從紡黏、熱軋非織造布向熱風(fēng)、復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布轉(zhuǎn)變。

5 結(jié)語

從2010年起，亞洲市場開始流行超薄婦女衛(wèi)生巾和嬰兒尿褲，從產(chǎn)品設(shè)計上降低了無塵紙和絨毛漿的使用量，部分增加了吸水紙和高吸水樹脂(SAP)用量，這就需要液體能夠迅速從面層非織造布轉(zhuǎn)移到吸收體中，讓吸收體將液體鎖住，防止因產(chǎn)品超薄而使液體向上返濕，影響使用者的舒適度。

復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布不能作為吸收體將液體鎖住，而是液體傳遞的媒介。在個人衛(wèi)生護(hù)理用品的使用過程中，血液、尿液或體液流到衛(wèi)生產(chǎn)品的面層，并經(jīng)導(dǎo)流層擴(kuò)散到下面的吸收體中，同時面層和導(dǎo)流層也是阻止液體回滲的屏障，防止液體返滲到材料表面而引起人體的不舒適感覺。面層非織造布厚度高，其遮蓋性強(qiáng)，使得整個衛(wèi)生用品細(xì)潔、勻凈，具有高檔感，因而即使在超薄產(chǎn)品流行的時代，對面層材料的要求卻是厚實(shí)。

復(fù)合雙層非織造布在國內(nèi)的發(fā)展剛剛起步，后續(xù)會有更多的企業(yè)引進(jìn)這類生產(chǎn)線，并將設(shè)計出別具特色的復(fù)合雙層熱風(fēng)非織造布，為個人衛(wèi)生護(hù)理用品的創(chuàng)新和開發(fā)提供更多更好的素材。

［1］江曼霞，周楊，張玉蘭.2013生活用紙行業(yè)年度報告［R］.北京：中國造紙協(xié)會生活用紙專業(yè)委員會，2013：98-100.

［2］張靜峰.熱風(fēng)非織造布吸收性能初探［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2008，26(8)：19.