木棉纖維非織造材料性能研究

李素英 王洪云 熊定國

(1.南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，南通，226007;2.南通新綠葉非織造布有限公司，南通，226014;3.北京紅木棉工程科技發(fā)展中心，北京，100027)

木棉纖維非織造材料性能研究

李素英1王洪云2熊定國3

(1.南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，南通，226007;2.南通新綠葉非織造布有限公司，南通，226014;3.北京紅木棉工程科技發(fā)展中心，北京，100027)

利用非織造技術(shù)將天然木棉纖維與滌綸加工成結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的非織造材料，并進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明:非織造技術(shù)可以用于加工木棉纖維，能較好地保持木棉纖維的中空度;合適的工藝條件可以制得性能良好的非織造制品;制品的厚度、透氣量、保暖性和壓縮彈性率等性能都與其面密度有關(guān)。

木棉，非織造技術(shù)，性能

人類社會(huì)發(fā)展至今，天然纖維中的棉一直在紡織原料中占有重要地位。近幾十年來，以石油為主要原料的化學(xué)纖維廣泛應(yīng)用，天然纖維在紡織領(lǐng)域的比重明顯降低，但由于化學(xué)纖維存在吸濕透氣性差的缺陷，目前還難以替代棉。隨著紡織纖維消耗量的飛速增長(zhǎng)、耕地面積的相對(duì)縮小、石油資源銳減，原料成本上升，人類不得不尋找新型可再生纖維資源。木棉樹耐瘠薄土地，可以利用廣袤的石漠化土地種植［1］，木棉纖維是木棉樹的果實(shí)纖維，開發(fā)利用木棉，使其成為繼棉、毛、絲、麻四大天然纖維后的第五類紡織用天然纖維具有重大意義。

木棉纖維是天然纖維中迄今為止獲得的最細(xì)、最輕、中空度最高、保暖性最突出的纖維，線密度僅是棉纖維的1/2，中空率高達(dá)94% ～95%［2］，具有光潔、抗菌、防蛀、防霉、輕柔、不易纏結(jié)、不透水、不導(dǎo)熱、保暖、吸濕導(dǎo)濕等優(yōu)良特性。木棉纖維長(zhǎng)度短、強(qiáng)度低，且含有大量蠟質(zhì)，表面光滑，不顯轉(zhuǎn)曲，抱合力差，缺乏彈性，難以單獨(dú)紡紗［3］，多年來研究重點(diǎn)集中在將木棉纖維與棉纖維等混紡工藝上［4-5］。由于傳統(tǒng)紡織加工技術(shù)工藝流程長(zhǎng)，對(duì)纖維破壞大，在高倍牽伸、加捻、上漿等過程中，木棉纖維的極薄胞壁、高中空原生態(tài)結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，纖維空腔被壓扁，因此自身的優(yōu)越性難以發(fā)揮。而非織造加工技術(shù)工藝流程短，可以較好地保持木棉纖維的原生態(tài)結(jié)構(gòu)。

本文采用非織造技術(shù)，將木棉與其他纖維混合加工成具有一定穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的非織造材料，測(cè)試并分析其性能，研究木棉纖維非織造加工的可行性及優(yōu)越性。

1 非織造材料的制備

本文采用木棉纖維和滌綸為原料，其質(zhì)量比為木棉∶滌綸=60∶40，用非織造和針刺加固等加工工藝制備非織造材料。原料規(guī)格:

(1)木棉:纖維長(zhǎng)度3 ～34 mm，線密度0.8 dtex，強(qiáng)力 1.4 cN/dtex;

(2)滌綸:纖維長(zhǎng)度64 mm，線密度1.67～6.67 dtex，強(qiáng)力 3.8 ～5.3 cN/dtex。

2 性能測(cè)試與分析

2.1 加工方法對(duì)木棉表觀結(jié)構(gòu)的影響

采用KYKY2800-B型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察分別用針織、機(jī)織、非織造不同加工方法所獲得制品的表觀結(jié)構(gòu)。針織、機(jī)織傳統(tǒng)紡織加工方法需要將纖維紡成紗線，再將紗線經(jīng)緯交織或線圈相互穿套形成織物，工藝流程長(zhǎng)，對(duì)纖維的破壞作用大，木棉纖維的空腔結(jié)構(gòu)壓扁嚴(yán)重，纖維在織物中呈扁帶狀［圖1(a)(b)］;而非織造技術(shù)采用特殊的輕柔前處理工藝對(duì)木棉纖維進(jìn)行開松除雜，再將纖維鋪網(wǎng)直接加固成非織造材料，不需要牽伸加捻成紗，工藝流程短，對(duì)纖維破壞作用小，能較好地保持木棉纖維高中空度的原生態(tài)結(jié)構(gòu)［圖1(c)］。

圖1 針織、機(jī)織和非織造加工方法對(duì)木棉表觀結(jié)構(gòu)的影響

采用常規(guī)短纖維前處理技術(shù)處理木棉原纖，再利用非織造技術(shù)獲得木棉非織造材料，其電鏡照片見圖2。由圖2可以看出，不合理的前處理工藝會(huì)影響木棉原生態(tài)中腔的保持度。

圖2 用常規(guī)前處理工藝處理的木棉針刺非織造材料電鏡照片

2.2 非織造材料性能

采用相同配比和相同非織造工藝，制取不同面密度的木棉/滌綸非織造材料，測(cè)試其厚度、透氣性、保暖性(CLO值)和壓縮彈性等，見表1?？梢姴煌婷芏鹊姆强椩觳牧?，其各項(xiàng)性能亦不相同。

表1 非織造材料面密度對(duì)其部分性能的影響

2.2.1 面密度與厚度

依據(jù)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定》，采用Y153型織物厚度儀測(cè)試不同面密度木棉/滌綸非織造材料的厚度。加壓壓力0.5 kPa，加壓壓腳直徑 50.5 mm，加壓時(shí)間 10 s，每種試樣測(cè)試30次，取平均值。非織造材料面密度與厚度的關(guān)系曲線見圖3。隨著纖網(wǎng)鋪疊層數(shù)增多，面密度增加，非織造材料厚度增大，但受工藝等其他因素的影響，并不呈現(xiàn)線性關(guān)系。

圖3 面密度與厚度的關(guān)系曲線

非織造材料厚薄均勻程度采用厚度變異系數(shù)(厚度CV值)表示，非織造材料面密度與厚度CV值的關(guān)系曲線見圖4。非織造材料面密度由115 g/m2增加到200 g/m2，厚度CV值均小于5%;隨著非織造材料面密度的增加，厚度CV值減小，說明非織造材料均勻性提高。木棉/滌綸非織造材料的厚度均勻性指標(biāo)符合類似非織造棉纖維制品標(biāo)準(zhǔn)Q/320602DGE02—2010要求，說明非織造技術(shù)可以用來加工木棉纖維，即在非織造技術(shù)對(duì)原料的要求方面，木棉纖維可以替代棉纖維。

圖4 面密度與厚度CV值的關(guān)系曲線

2.2.2 面密度與透氣量

依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用YG461A型織物中低壓透氣量?jī)x測(cè)試不同面密度木棉/滌綸非織造材料的透氣量。測(cè)試面積20 cm2，壓差127 Pa，每種試樣測(cè)試10次，取平均值。非織造材料面密度與透氣量的關(guān)系曲線見圖5。非織造材料面密度由115 g/m2增加到145 g/m2，透氣量增大;非織造材料面密度由145 g/m2增加到200 g/m2，透氣量減小。針對(duì)透氣量指標(biāo)，目前采用的加工工藝對(duì)于145 g/m2非織造材料是較優(yōu)化的工藝，而對(duì)于其他面密度非織造材料的加工工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

圖5 面密度與透氣量的關(guān)系曲線

2.2.3 面密度與保暖性

本文研究的木棉/滌綸非織造材料的應(yīng)用定位是保暖材料。依據(jù)GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》，采用YG606N平板式織物保暖儀測(cè)試不同面密度木棉/滌綸非織造材料的CLO值。試樣規(guī)格30 cm×30 cm，每種試樣測(cè)試3塊，取平均值。非織造材料面密度與CLO值的關(guān)系曲線見圖6。本文研究的5種不同面密度非織造材料，保暖性均優(yōu)于相同質(zhì)量、相同工藝加工的羊毛非織造材料。非織造材料面密度由115 g/m2增加到145 g/m2，CLO值增大，保暖性提高;非織造材料面密度由145 g/m2增加到200 g/m2，CLO值減小，保暖性降低。結(jié)果表明，針對(duì)保暖性指標(biāo)，目前采用的加工工藝對(duì)于145 g/m2非織造材料是較優(yōu)化的工藝，而對(duì)于其他面密度非織造材料的加工工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

圖6 面密度與CLO值的關(guān)系曲線

2.2.4 面密度與壓縮彈性率

壓縮彈性率是試樣受壓與卸壓過程中產(chǎn)生的變形回復(fù)量對(duì)壓縮變形量的百分率。壓縮彈性率大，表示非織造材料豐厚性的保持能力強(qiáng)。參照GB/T 24442.1—2009《紡織品 壓縮性能的測(cè)定 第1部分:恒定法》，按要求剪取3塊規(guī)格10 cm×10 cm的試樣，將試樣放置在水平桌子上，將相當(dāng)于施加0.5 kPa壓力的薄板放在試樣上，厚度穩(wěn)定后(約10 s)用游標(biāo)卡尺在5個(gè)位置測(cè)量試樣厚度To，再施加30 kPa壓力，300 s后用游標(biāo)卡尺在上述5個(gè)位置測(cè)量其厚度Tm;除去30 kPa壓力，待300 s后再在同一位置測(cè)量其厚度Tr。另外兩塊試樣重復(fù)上述操作，測(cè)試結(jié)果取平均值。非織造材料面密度與壓縮彈性率的關(guān)系曲線見圖7。非織造材料面密度由115 g/m2增加到145 g/m2，壓縮彈性率增大;非織造材料面密度由145 g/m2增加到200 g/m2，壓縮彈性率減小。結(jié)果表明，針對(duì)壓縮彈性率指標(biāo)，目前采用的加工工藝對(duì)于145 g/m2非織造材料是較優(yōu)化的工藝，而對(duì)于其他面密度非織造材料的加工工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

圖7 面密度與壓縮彈性率的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

(1)非織造加工技術(shù)可以用于加工木棉纖維，可以較好地保持木棉纖維的中空度，而傳統(tǒng)前處理工藝會(huì)破壞木棉纖維中空度。

(2)非織造材料的面密度對(duì)其厚度、均勻性、透氣量、保暖性和壓縮彈性等性能均有影響，但非織造的工藝條件對(duì)上述性能也有影響。

(3)采用本文的加工工藝制得的面密度為145 g/m2非織造材料的均勻性、透氣量、保暖性和壓縮彈性最優(yōu)。

［1］李文華，熊定國.木棉產(chǎn)業(yè)導(dǎo)引［M］.北京:中國紡織出版社，2009:111.

［2］姚穆.紡織材料學(xué)［M］.北京:中國紡織出版社，2009.

［3］中國大百科全書編委會(huì).大百科全書紡織卷1［M］//李秉讓.木棉.北京:中國大百科全書出版社，1984:195.

［4］韓玲.木棉纖維性能及其在紡織中應(yīng)用的建議［J］.棉紡織技術(shù)，2010，38(7):61-64.

［5］SUNMONU O K，ABDULLAHI D.Characterization of fibres from the plant ceiba pentandra［J］.J Text Inst，1981(2):46-50.

Study on property of kapok fiber nonwovens

Li Suying1，Wang Hongyun2，Xiong Dingguo3
(1.School of Textile and Clothing，Nantong University; 2.Nantong Xinlüye Nonwovens Co.，Ltd.;3.Center of Red Kapok Engineer and Technology Development，Beijing)

Natural kapok fiber and polyester were manufactured to nonwovens with stable structure and property by nonwoven technique and the test was carried out.The result is that the nonwoven technology could used to process kapok fiber and could maintain hollow degree of kapok fiber and under the feasible technique conditions the good performance nonwoven products were made.Properties of product，such as thickness，gas permeability，heat retention and elasticity of compression were relative to the area density of the product.

kapok fiber，nonwoven technique，property

TS102.2+12

A

1004－7093(2011)07－0016－04

2011－06－08

李素英，女，1964年生，教授。主要從事非織造新材料的研發(fā)和教學(xué)工作。