合成纖維的濕法非織造技術(shù)及其應(yīng)用

楊棹航， 關(guān)曉宇， 錢曉明

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 天津市非織造布技術(shù)工程中心， 天津 300387)

合成纖維的濕法非織造技術(shù)及其應(yīng)用

楊棹航1,2， 關(guān)曉宇1,2， 錢曉明1,2

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 天津市非織造布技術(shù)工程中心， 天津 300387)

為拓寬濕法成網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)流程，將濕法成網(wǎng)工藝更好的應(yīng)用于非織造領(lǐng)域。通過(guò)回顧濕法成網(wǎng)工藝相關(guān)研究，對(duì)合成纖維在濕法成網(wǎng)過(guò)程中的難點(diǎn)進(jìn)行分析；探討了合成纖維在非織造和造紙工藝中的異同點(diǎn)；討論了堆積因子系數(shù)、親水改性處理、剪切力分散等分析手段，歸納了合成纖維濕法成網(wǎng)的常用分散方法；應(yīng)用圖像對(duì)比分析、動(dòng)電電位、纖維分散圖像分析等分析方法對(duì)合成纖維濕法成網(wǎng)分散程度進(jìn)行了表征。指出合成纖維憑借多樣的性能和結(jié)構(gòu)，為合成纖維在濕法成網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

合成纖維； 濕法成網(wǎng)； 原纖化； 非織造

濕法成網(wǎng)是非織造行業(yè)中常見(jiàn)的成網(wǎng)方式，借鑒于傳統(tǒng)的造紙產(chǎn)業(yè)。其原理是利用湍流等方式將水介質(zhì)中的纖維原料開(kāi)松成單纖維狀態(tài)，使不同纖維原料混合制成纖維懸浮液，將纖維懸浮液傳輸?shù)匠删W(wǎng)裝置上，使纖維在濕態(tài)下形成纖網(wǎng)，再經(jīng)過(guò)后續(xù)的固網(wǎng)等一系列加工形成濕法非織造布。傳統(tǒng)的造紙行業(yè)中大都采用植物纖維或天然纖維作為主要原材料，通過(guò)在水溶液中添加分散劑等助劑制成纖維漿粕。隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品要求的升級(jí)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的研究人員已經(jīng)開(kāi)始嘗試向產(chǎn)品中添加例如合成纖維、無(wú)機(jī)纖維等不同性能的非傳統(tǒng)造紙?jiān)蟍1]來(lái)制備功能紙或非織造材料，合成纖維固有的特性賦予了纖網(wǎng)不同于傳統(tǒng)紙張的優(yōu)良性能。與傳統(tǒng)植物纖維相比，合成纖維在尺寸穩(wěn)定性、物理力學(xué)性能等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有阻燃、絕緣、高回彈、過(guò)濾和保鮮等多種特殊功能[2]。

但是在濕法成網(wǎng)的抄造中，由于合成纖維的固有屬性，如纖維長(zhǎng)度、剛度、吸濕性等，造成合成纖維濕法抄造時(shí)易產(chǎn)生諸多問(wèn)題，例如：由于合成纖維的親水性能較差，表面電荷與植物纖維相異，導(dǎo)致纖維在懸浮液中分散不勻，纖維易蓄聚，進(jìn)而纖網(wǎng)成型均勻度較差[3]。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，從合成纖維在濕法成網(wǎng)中的難點(diǎn)以及在非織造和造紙中的異同點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)合成纖維濕法成網(wǎng)影響因素和分散程度進(jìn)行探討，為合成纖維在濕法成網(wǎng)技術(shù)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

1 合成纖維的特點(diǎn)

1.1 合成纖維在濕法成網(wǎng)中的難點(diǎn)

合成纖維最早用于紡織工業(yè)中，為迎合紡絲的多種要求,纖維大都經(jīng)過(guò)卷曲處理增加抱合性。而濕法成網(wǎng)利用合成纖維多呈直棒狀，長(zhǎng)度根據(jù)固網(wǎng)工藝的不同再進(jìn)行短切[4]。在密度方面大多數(shù)合成纖維相對(duì)密度在0.9～1.4 g/cm3之間，而植物纖維或天然纖維相對(duì)密度大都在1.5 g/cm3以上，這意味著相同質(zhì)量的合成纖維和植物纖維，前者體積通常略大，再加上生產(chǎn)工藝的差別，使得濕法非織造布產(chǎn)品在緊度方面要遠(yuǎn)低于同樣面密度為90 g/m2的熱黏合非織造布和特種紙[5-6]，前者緊度僅為0.02 g/cm3,厚度卻達(dá)到了4.5 mm，而特種紙緊度約為0.827 g/cm3,厚度僅為0.11 mm。

1.2 合成纖維的特殊性能優(yōu)勢(shì)

利用合成纖維制造濕法非織造布最主要的原因是合成纖維具有多種植物纖維不具備的優(yōu)良特性，如表1所示?？商岣叻强椩飚a(chǎn)品的質(zhì)量并豐富產(chǎn)品品種。這些性能包括絕緣性、耐高溫性、耐化學(xué)腐蝕性等等，雖然合成纖維在分散成網(wǎng)方面有諸多難題，但即使是以填料的形式加入易于濕法成網(wǎng)的植物纖維中也能提升非織造布的各項(xiàng)性能。

表1 常見(jiàn)合成纖維熔點(diǎn)及特性Tab.1 Characteristics and melting point of common synthetic fibers

2 合成纖維在非織造和造紙中的異同

2.1 合成纖維在造紙成網(wǎng)中的原纖化處理

原纖化在傳統(tǒng)紡織中是指纖維表面分裂出來(lái)的細(xì)小的微纖維，在織造過(guò)程中易纏結(jié)成球，需要及時(shí)處理掉否則會(huì)影響服裝的穿著舒適度和外觀，但在造紙業(yè)中植物纖維的原纖化卻是促使纖網(wǎng)纖維結(jié)合的一個(gè)重要手段，植物纖維有許多羥基，細(xì)胞吸收水分體積膨大，減弱了纖維的內(nèi)聚力使纖維變得柔軟可塑[7]，再在機(jī)械力作用下產(chǎn)生原纖化。

通過(guò)打漿加深纖維原纖化程度，使得纖維變彎變細(xì)，加強(qiáng)分絲帚化效果，使得紙張內(nèi)纖維交織更為緊密，提高纖維的比表面積對(duì)紙業(yè)強(qiáng)度有重要影響[8]。另一方面原纖化過(guò)程中纖維被磨碎切斷，通過(guò)控制纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)來(lái)控制纖網(wǎng)的孔徑大小和分布，從而獲得理想的紙漿濾水速率。

2.2 在造紙及非織造布生產(chǎn)中的異同

不同于傳統(tǒng)的植物纖維，合成纖維表面比較光滑，大多數(shù)不能形成氫鍵結(jié)合，不能吸水產(chǎn)生潤(rùn)脹，且更具剛性，纖維大都呈伸直狀且表面光滑，在特種紙制造過(guò)程中合成纖維在充分帚化達(dá)到工藝加工要求的同時(shí)，還需要考慮到保留合成纖維絕大部分的優(yōu)異性能，例如耐磨、耐熱、尺寸穩(wěn)定性等，而濕法非織造布利用合成纖維成網(wǎng)并沒(méi)有磨漿帚化這一步驟，在成網(wǎng)時(shí)大都利用不同種類分散劑和動(dòng)力將纖維束打開(kāi)，使不同成分的纖維充分混合均勻并分散成網(wǎng)，所以濕法非織造布比化纖特種紙的纖維形態(tài)更完整，產(chǎn)品厚度更大，緊度更低。

3 合成纖維濕法成網(wǎng)常見(jiàn)分散手段

纖維在水中的分散程度也是影響纖網(wǎng)成型的重要因素之一，其對(duì)纖網(wǎng)的均勻度、孔隙大小和分布有重要的影響。對(duì)于非織造濕法成網(wǎng)中的合成纖維而言，大部分合成纖維不具備親水基團(tuán)，所以纖維在水中的分散性能很差且易蓄聚，因此如何提高合成纖維的分散性能并對(duì)分散程度進(jìn)行表征是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。

3.1 調(diào)整堆積因子指數(shù)

在纖維懸浮液分散體系的研究中，Kerekes等提出“堆積因子”的概念[9]，定義在直徑為單根纖維長(zhǎng)度的球形介質(zhì)中纖維的根數(shù)，用N表示：

式中：CV為纖維體積濃度，%；L為纖維長(zhǎng)度，m；D為纖維直徑，m。

早期研究證明：當(dāng)N≤1時(shí)，纖維可平移運(yùn)動(dòng)，纖維之間只會(huì)發(fā)生暫時(shí)接觸；當(dāng)N=60時(shí)，纖維會(huì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維的流動(dòng)會(huì)受到限制而局限于轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)N>60時(shí)，纖維的可流動(dòng)性會(huì)明顯下降[10]。從堆積因子表達(dá)式中也可推算出，當(dāng)N值過(guò)大即纖網(wǎng)在水中蓄聚無(wú)法均勻成網(wǎng)時(shí)，減小L/D值即切短纖維，增加纖維的粗度和挺度可在一定程度上改善懸浮液中纖維絮聚的問(wèn)題[11]。但很多研究人員根據(jù)這一公式在研究合成纖維抄造的時(shí)候，回避其他技術(shù)難題，僅僅是通過(guò)混合植物纖維或一味切短纖維降低其長(zhǎng)度的方式來(lái)解決分散問(wèn)題，這樣抄造出來(lái)的非織造材料難以達(dá)到高性能水平[12]。3.2 親水改性處理

盡管利用植物纖維和合成纖維在濕法成網(wǎng)抄造工序上很相似，但纖維之間的化學(xué)性質(zhì)差別很大，其中最關(guān)鍵的原因是大部分合成纖維缺少親水基團(tuán)導(dǎo)致纖維憎水性強(qiáng)而且纖維表面光滑，再加上絕大部分合成纖維靜電要高于植物纖維，所以導(dǎo)致其在水中不易分散并且易絮聚，很難形成連續(xù)均勻的纖網(wǎng)。為提高纖維在水中的分散能力，對(duì)纖維進(jìn)行親水改性是一種很常用的方法。親水改性主要指的是在盡可能保持纖維及其紡織品原有性能的前提下，提高纖維的親水性能[13]，提高成網(wǎng)均勻度同時(shí)減少生產(chǎn)中對(duì)分散劑的消耗。對(duì)合成纖維的改性方法主要?dú)w納為3類，即化學(xué)改性、物理改性和生物酶改性。其中以化學(xué)改性和物理改性的方法最為常見(jiàn)，物理改性包括將合成纖維與親水性物質(zhì)進(jìn)行共混和復(fù)合，或通過(guò)增加纖維的微孔結(jié)構(gòu)來(lái)提高親水性能?；瘜W(xué)改性包括接枝、共聚、堿處理以及光化學(xué)處理和等離子體處理等方法，以此對(duì)纖維表面進(jìn)行改性。其中關(guān)于堿處理法的研究最為充分，也是目前最為常用的纖維改性方法，在工業(yè)生產(chǎn)中也已經(jīng)形成一整套成熟的工藝。但常規(guī)的堿處理方法存在一個(gè)弊端，這種處理會(huì)對(duì)纖維的表面產(chǎn)生大量刻蝕，使得纖維的物理性能下降很多。除此之外近年來(lái)對(duì)等離子體處理方法的研究也逐漸變多，但這種方法工業(yè)化程度不高，主要原因是設(shè)備成本高，并且無(wú)法進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)[14-16]。

3.3 剪切力分散

在纖維懸浮液中施加動(dòng)力，其產(chǎn)生的湍流是促使纖維分散的主要因素。由于合成纖維具有很強(qiáng)的疏水性，在水中易直接絮聚成團(tuán)且具有一定強(qiáng)力無(wú)法均勻分散，這就需要施加一定量的剪切力克服其他力促使纖維分散。1985年，Shiffler根據(jù)纖維動(dòng)力分散原理提出一個(gè)剪切力不等式[17]：

FS>Fσ+Fμ+Ff

式中：FS為施加在纖維束上的剪切力，N；Fσ為表面張力，N；Fμ為阻力，N；Ff為垂熔力，N。

根據(jù)不等式所示，只有當(dāng)纖維束上施加的剪切力滿足此不等式并且持續(xù)一定時(shí)間之后，纖維束才能打開(kāi)分散成單根纖維狀態(tài)。如果剪切力不夠，即使時(shí)間再長(zhǎng)，纖維束也無(wú)法分散，仍然會(huì)在抄造之后的纖網(wǎng)上留下未分散的纖維束疵點(diǎn)[18]。此外，通過(guò)改變施加剪切力的頻率也能夠有效降低纖維絮聚的情況，在多種纖維混合抄造的情況下還起到原料充分混勻的作用，并且產(chǎn)生的湍流能夠改變纖維在纖網(wǎng)中的取向，維持懸浮液中分散劑所帶來(lái)的纖維分散效果，從而進(jìn)一步擴(kuò)展?jié)穹ǚ强椩觳嫉膽?yīng)用[19-21]。合適的剪切力能夠改善纖網(wǎng)的成型，進(jìn)一步增加產(chǎn)品密度，減少疵點(diǎn)數(shù)量，從而提升產(chǎn)品的均勻度[22]。

3.4 分散劑分散

在懸浮液中添加分散劑是目前研究最常使用的一種方式，采用分散劑后的非織造布面疵點(diǎn)會(huì)明顯減少[23]。根據(jù)分散機(jī)制的不同，分散劑的種類主要分為離子型和非離子型。目前針對(duì)合成纖維的分散研究實(shí)驗(yàn)中大都采用羧甲基纖維素(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)和陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)等高分子分散劑[24-25]，通過(guò)提高纖維懸浮液黏度，從而限制纖維在水介質(zhì)中的自由移動(dòng)，同時(shí)在纖維表面形成潤(rùn)滑膜，使得纖維在接觸時(shí)減少糾纏絮聚的可能性。此外絕大部分合成纖維表面帶有負(fù)電荷，在懸浮液中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)或CPAM等陽(yáng)離子型分散劑，其分散效果甚至優(yōu)于PEO等高分子分散劑[26-27]，這也進(jìn)一步印證相反電荷離子分散劑分散效果要優(yōu)于高分子型分散劑。

但在目前非織造產(chǎn)業(yè)濕法產(chǎn)品生產(chǎn)中分散劑并沒(méi)有大規(guī)模的使用，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小是其影響因素之一，分子質(zhì)量太小不利于分散，分子質(zhì)量太大難于溶解并且溶液黏度過(guò)高會(huì)影響分散系流動(dòng)性[28]，對(duì)后續(xù)抄造纖網(wǎng)造成阻礙。除此之外，部分分散劑會(huì)殘留在非織造布表面難于分解，也限制了濕法非織造產(chǎn)品最后的應(yīng)用范圍。

4 合成纖維濕法成網(wǎng)分散程度的表征

4.1 圖像對(duì)比分析

對(duì)分散介質(zhì)中纖維分散程度進(jìn)行表征的方法主要有2種，最簡(jiǎn)便和直觀的方法是對(duì)分散結(jié)果進(jìn)行圖像分析，通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)參數(shù)下纖維分散圖片的對(duì)比來(lái)證明參數(shù)對(duì)纖維分散性能的影響，如圖1所示。這是一個(gè)主觀判斷的過(guò)程，纖維長(zhǎng)度從2 mm到8 mm形成的纖維分布勻度明顯不同，隨著纖維長(zhǎng)度的增加，蓄聚規(guī)模變大，均勻度變差，纖維之間也出現(xiàn)明顯的糾纏現(xiàn)象。多組圖像對(duì)比確實(shí)能夠直觀地反映出纖維分散的變化趨勢(shì)，但是很難量化成數(shù)據(jù)，找到最佳的工藝參數(shù)。

4.2 動(dòng)電電位

除直觀對(duì)比之外，另一類方法是在纖維分散的理論基礎(chǔ)之上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定合成纖維表面與分散劑溶液的接觸角、分散劑水溶液的表面張力等參數(shù)反映纖維的潤(rùn)濕性能[29]。還有的研究人員通過(guò)測(cè)量纖維懸浮液的動(dòng)電電位來(lái)判斷纖維分散系統(tǒng)中電荷的一致性和纖維懸浮液的分散均勻性。根據(jù)斯特恩雙電子層理論，帶電固體表面周圍的反離子由于靜電吸引和范德華吸引的雙重作用，存在擴(kuò)散層和斯特恩層2部分，溶液內(nèi)部與兩相之間的滑動(dòng)面的電勢(shì)差稱為動(dòng)電電位(ζ電位), 是對(duì)顆粒之間相互吸引或排斥力強(qiáng)度的一種度量，反映了分散體系的穩(wěn)定性。動(dòng)電電位絕對(duì)值越大，靜電斥力愈大，纖維越易分解，整個(gè)分散體系就越穩(wěn)定；電位絕對(duì)值越小，分散體系就越易凝聚。基于這一原理，不同行業(yè)研究中利用動(dòng)電電位來(lái)反映添加分散劑后懸浮溶液整體的穩(wěn)定性或分散程度，以此來(lái)表征助劑的種類、加入量和纖維分散之間的關(guān)系[30-31]。

4.3 纖維分散圖像分析

對(duì)纖維分散圖像進(jìn)行分析主要是利用光的投射原理對(duì)纖網(wǎng)形成后的圖像進(jìn)行分析，將纖維形態(tài)的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再利用多種統(tǒng)計(jì)方法或圖像分析對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，從而將單純的纖維圖像轉(zhuǎn)化成點(diǎn)在空間中的形態(tài)和分布來(lái)進(jìn)行研究，以此來(lái)表征纖維在水介質(zhì)中的分散程度[32]，這種圖像分散表征方式在多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都有應(yīng)用[33]。常見(jiàn)的分析方法主要包括亮度(灰度)直方圖[34]和疵點(diǎn)像素分布[35-36]，其中灰度直方圖是最簡(jiǎn)單有用的工具，利用少量數(shù)據(jù)表達(dá)每種亮度像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，從而表達(dá)圖像的灰度統(tǒng)計(jì)特征。如圖2所示將纖維分散圖像通過(guò)灰階變換、反色處理再增強(qiáng)圖像對(duì)比度突出纖維形態(tài)，最后刪除不是纖維的細(xì)小的噪音等步驟得到纖維的二值化圖像，再分析處理后的圖像，運(yùn)用亮度直方圖分布、未分散并排纖維的像素點(diǎn)數(shù)或其他數(shù)理統(tǒng)計(jì)方式[37-39]來(lái)表征纖維的分散程度，用來(lái)反映不同工藝參數(shù)下纖維的分散優(yōu)劣。

5 合成纖維濕法成網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

雖然大多數(shù)合成纖維的疏水性使得均勻成網(wǎng)相對(duì)困難，但是在強(qiáng)力、拉伸率等物理機(jī)械性能方面具有植物和天然纖維不可比擬的優(yōu)勢(shì)，為使產(chǎn)品獲得一定的干濕強(qiáng)力，通常加入一定比例的聚酯纖維混合抄造成網(wǎng)，或用滌綸短切纖維以填料的形式加入濕法抄造的纖網(wǎng)之中，也能起到提升產(chǎn)品強(qiáng)力的效果。

除常見(jiàn)的聚酯纖維外，芳綸纖維等高性能合成纖維也在特種領(lǐng)域有所應(yīng)用，纖維強(qiáng)度約為鋼的5倍，同時(shí)還具有良好的耐熱性、熱穩(wěn)定性，通過(guò)濕法針刺等非織造工藝加工成復(fù)合材料的基材，通常用于航空軍事等領(lǐng)域的零部件和結(jié)構(gòu)材料，以及汽車產(chǎn)業(yè)的剎車墊片等增強(qiáng)材料。

低熔點(diǎn)的合成纖維具有良好的熱熔性，能夠給予非織造布許多黏合劑無(wú)法比擬的性能，利用聚丙烯(PP)或低熔點(diǎn)聚酯纖維配抄木漿或粘膠等親水纖維制成的非織造產(chǎn)品具有柔軟、蓬松以及高吸收性[40]，同時(shí)有一定的干濕強(qiáng)力，在產(chǎn)業(yè)中常用作醫(yī)用衛(wèi)生材料的吸收芯體[41]。如果利用皮芯型低熔點(diǎn)纖維進(jìn)行黏結(jié)，表層材料融化后不僅能使混抄的其他親水纖維層相互黏結(jié)，里層的芯部材料還能起到骨架作用，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的物理強(qiáng)度。不同品種的合成纖維擁有不同的特性，既有聚對(duì)苯撐苯并雙唑纖維(PBO)等能經(jīng)受300～400 ℃高溫的高性能纖維，也有芳綸這種具有電氣絕緣和高溫過(guò)濾特性的材料，根據(jù)產(chǎn)品的不同需求合成纖維以主體或混抄的形式濕法成網(wǎng)，制成植物纖維不能制成的特種非織造材料。但濕法非織造產(chǎn)品生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，目前以聚酯或其他合成纖維配抄植物纖維的產(chǎn)品為主，針對(duì)功能性濕法產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)還處于空白，僅有一些研究涉及電池隔膜[42]和高溫過(guò)濾材料等。

6 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

盡管濕法成網(wǎng)在造紙行業(yè)研究中早已取得飛速的發(fā)展，多種高性能合成纖維及生產(chǎn)工藝早已應(yīng)用于特種紙的開(kāi)發(fā)與實(shí)際生產(chǎn)之中，而非織造行業(yè)對(duì)于濕法成網(wǎng)的研究和合成纖維在濕法產(chǎn)品中的利用還處于初級(jí)階段，2006年產(chǎn)品在行業(yè)生產(chǎn)中所占份額僅為1.07%，產(chǎn)品也大都為紙巾、皮革和墻紙等，種類豐富程度遠(yuǎn)不及造紙行業(yè)，未能有效利用濕法成網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)目前濕法成網(wǎng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用狀況，未來(lái)合成纖維濕法非織造產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用趨勢(shì)如下。

1)利用纖維加工優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)更輕薄的特色非織造產(chǎn)品。濕法成網(wǎng)相對(duì)于其他非織造成網(wǎng)方式在纖維加工上具有一定的優(yōu)勢(shì)，其纖維加工長(zhǎng)度范圍在1～30 mm之間，且適于加工超細(xì)纖維，相較于氣流成網(wǎng)與梳理成網(wǎng)更適合生產(chǎn)輕薄型材料，更短更細(xì)的纖維也產(chǎn)生更致密的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)[43-44]，2種優(yōu)勢(shì)結(jié)合在過(guò)濾領(lǐng)域能減少過(guò)濾阻力，同時(shí)降低產(chǎn)品的厚度，使厚度接近于紙張厚度。濕法非織造布應(yīng)用于電池隔膜可提高電池的比能，在電池隔膜領(lǐng)域也逐漸成為研究熱點(diǎn)[45]。

2)利用成網(wǎng)均勻優(yōu)勢(shì)配合高性能纖維開(kāi)發(fā)特種產(chǎn)品。合成纖維在均勻分散的情況下，纖維隨機(jī)分布效果明顯，通過(guò)濕法成網(wǎng)其縱橫強(qiáng)度比接近各向同性，產(chǎn)品各個(gè)方向強(qiáng)力均勻，配合芳綸等高強(qiáng)力高模量纖維能進(jìn)一步提升產(chǎn)品強(qiáng)力以及穩(wěn)定性，同時(shí)降低產(chǎn)品厚度。這種各向同性的非織造布在對(duì)強(qiáng)力要求均勻的產(chǎn)品中會(huì)有很好的應(yīng)用，例如汽車行業(yè)的剎車墊片，涂層基材以及紡織復(fù)合材料的增強(qiáng)體等[46]都已有研究案例證明其力學(xué)及尺寸穩(wěn)定性，能明顯改善產(chǎn)品各項(xiàng)物理機(jī)械指標(biāo)的CV值。

3)選擇合理固網(wǎng)方式擴(kuò)展產(chǎn)品種類。濕法成網(wǎng)在造紙行業(yè)的研究發(fā)展雖然已有多年歷史，但固網(wǎng)方式還局限于傳統(tǒng)的紙張制造方法，由于濕法成網(wǎng)產(chǎn)品輕薄，大都以低面密度產(chǎn)品為主，不能利用非織造的針刺加工，所以目前固網(wǎng)手段大都為黏合劑固網(wǎng)與水刺固網(wǎng)。其中黏合劑固網(wǎng)由于化學(xué)試劑的添加導(dǎo)致應(yīng)用范圍較小，較為成熟的生產(chǎn)工藝主要是濕法與水刺的結(jié)合，但由于水刺工藝要求以及產(chǎn)品的應(yīng)用工藝中主要利用中長(zhǎng)型的天然纖維為主體，合成纖維主要以填料形式加入，產(chǎn)品多為可沖散紙巾和皮革。在目前的濕法非織造生產(chǎn)和研究中利用熱粘合的固網(wǎng)方式比重很少，這種固網(wǎng)方式不使用化學(xué)試劑黏合，符合衛(wèi)生產(chǎn)品的需求，且熱軋后的纖網(wǎng)更薄，強(qiáng)力更高[47-48]。根據(jù)濕法成網(wǎng)特點(diǎn)及產(chǎn)品應(yīng)用要求，合理選擇固網(wǎng)方式，研究固網(wǎng)方式對(duì)濕法纖網(wǎng)的影響是后續(xù)產(chǎn)品應(yīng)用中的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)。

4)開(kāi)發(fā)匹配濕法非織造生產(chǎn)特點(diǎn)的合成纖維產(chǎn)品。雖然造紙、紡織和非織造行業(yè)同樣以纖維作為主要生產(chǎn)原料，但對(duì)于合成纖維的要求不盡相同。造紙對(duì)合成纖維主要進(jìn)行原纖化處理，紡織要求合成纖維抱合力強(qiáng)易于成紗，而濕法非織造布要求合成纖維不宜過(guò)長(zhǎng)否則不易分散，但太短又會(huì)影響纖網(wǎng)的性能，同時(shí)還要具有一定的剛度。此外濕法非織造布成網(wǎng)速度大都在300 m/min以上，為適應(yīng)高速大規(guī)模的生產(chǎn)需求，合成纖維最好經(jīng)過(guò)親水處理，以此來(lái)減少分散劑的消耗和溶解時(shí)間，同時(shí)為配合后續(xù)固網(wǎng)，對(duì)合成纖維還有其他的性能要求，例如熱黏合還需要纖維具備低熔點(diǎn)性能。由此可見(jiàn)濕法非織造布對(duì)合成纖維的要求要多于紡織和造紙生產(chǎn)，單純使用紡織生產(chǎn)使用的合成纖維難以得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品。而目前我們生產(chǎn)和研究?jī)H考慮合成纖維分散的難點(diǎn)，過(guò)度采取短切纖維或添加過(guò)量分散劑等不太合理的方式，忽視了針對(duì)滿足濕法非織造要求的纖維的開(kāi)發(fā)，忽視了其可能為產(chǎn)品帶來(lái)的應(yīng)用擴(kuò)展收益，這也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

5)研究合成纖維在實(shí)際生產(chǎn)流漿體系中的分散機(jī)制。不同種類的合成纖維在水介質(zhì)中的懸浮分散是一個(gè)十分復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，涉及眾多交叉學(xué)科，然而合成纖維結(jié)構(gòu)、合成纖維的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)纖維均勻成網(wǎng)具有決定性的影響，合成纖維在非織造流漿過(guò)程中受到的湍流影響直接決定了纖維的分散效果，從而影響濕法非織造產(chǎn)品的實(shí)際性能，因而對(duì)分散機(jī)制的研究顯得格外重要。

7 結(jié)論與展望

隨著合成纖維在濕法成網(wǎng)中的不斷深入應(yīng)用，功能紙和濕法非織造布都被賦予了越來(lái)越多的特有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)越來(lái)越多的研究及生產(chǎn)問(wèn)題逐漸凸顯，這其中有的可以借鑒其他相關(guān)行業(yè)的技術(shù)來(lái)解決，有的還需要我們針對(duì)濕法成網(wǎng)及纖維的特殊關(guān)聯(lián)性來(lái)深入研究。此外，濕法成網(wǎng)在非織造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)合成纖維的分散手段和分散程度的要求又與造紙行業(yè)不同，所以合成纖維的抄造技術(shù)和工藝研究仍處于探索階段，因此加強(qiáng)對(duì)各類化纖分散過(guò)程的認(rèn)識(shí)研究以及特種產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用對(duì)非織造行業(yè)具有很大的意義。

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Application and web formation of synthetic fiber in wet-laid nonwoven

YANG Zhaohang1,2, GUAN Xiaoyu1,2, QIAN Xiaoming1,2

(1. School of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China; 2. Tianjin Nonwoven Technology Engineering Center, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

Wet-laid technology has been applied to the fields of nonwovens by improving the production process. This paper mainly introduces the similarities and differences between wet-laid and synthetic fiber used in papermaking and nonwoven industries, and several commonly used dispersion methods and characterization of synthetic fiber are also analyzed in this paper. Accumulation factor coefficient, hydrophilic modification，shear stress dispersion，image contrast analysis，electrokinetic potential and fiber scattered image analysis are studied. The cause of dispersion commonly methods and degree of dispersion are summarized which used synthetic fiber into wet-laid. With a variety of performance and structural advantages, the synthetic fibers has gradually expanded the scope of application in paper and wet-laid nonwovens, and provide the further application for the synthetic fiber.

synthetic fiber; wet-laid; fibrillation; nonwoven

10.13475/j.fzxb.20150404308

2015-04-23

2016-03-11

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2014BAE091300)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(15JC2DJC38500)

楊棹航(1990—)，女，碩士生。主要研究領(lǐng)域?yàn)榉强椩觳牧吓c工程與服裝工效學(xué)。錢曉明，通信作者，E-mail:qianxiaoming@tipu.edu.cn。

TS 174

A