后整理對(duì)丙綸針刺非織造材料表觀與孔隙結(jié)構(gòu)的影響

陳曙光，孫新增，徐廣標(biāo),1b

(1.東華大學(xué)a.紡織學(xué)院；b.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201620；2.浙江嚴(yán)牌過濾技術(shù)股份有限公司，浙江 臺(tái)州317200)

后整理對(duì)丙綸針刺非織造材料表觀與孔隙結(jié)構(gòu)的影響

陳曙光1a，孫新增2，徐廣標(biāo)1a,1b

(1.東華大學(xué)a.紡織學(xué)院；b.紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201620；2.浙江嚴(yán)牌過濾技術(shù)股份有限公司，浙江 臺(tái)州317200)

選取3種以不同線密度和配比的丙綸纖維原料制備的針刺非織造布試樣進(jìn)行燒毛和燒毛-軋光整理，并對(duì)未整理、燒毛整理和燒毛-軋光整理的試樣的表觀形態(tài)、孔徑及透氣性進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià).結(jié)果表明：丙綸針刺非織造材料的表面經(jīng)燒毛整理后會(huì)有熔融固結(jié)點(diǎn)，這種熔融固結(jié)點(diǎn)經(jīng)軋光后會(huì)被壓平鋪展，造成孔隙的堵塞；經(jīng)燒毛整理的丙綸針刺非織造布的孔徑分布會(huì)變寬，而經(jīng)燒毛-軋光整理的丙綸針刺非織造布的孔徑分布會(huì)變得集中；經(jīng)燒毛整理后試樣的透氣量與未整理的相比變化不大，而燒毛-軋光整理后試樣的透氣量與未整理的相比則下降了15%以上.

丙綸針刺非織造布；后整理；表面結(jié)構(gòu)；孔徑；孔隙率；透氣性

丙綸纖維的耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、成本低廉且易得，因此在非織造材料領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.關(guān)于丙綸纖維的可染性[1]、細(xì)旦化[2]及吸油性能[3]等方面已有系統(tǒng)研究.另外，也有研究者從丙綸非織造布的接枝改性[4]、丙綸熔噴非織造材料的吸聲性能[5]、含不銹鋼纖維的丙綸抗靜電過濾布的生產(chǎn)工藝[6]，以及針刺密度對(duì)丙綸非織造布性能的影響[7]等方面進(jìn)行探討.

目前已有研究者在燒毛軋光后整理技術(shù)對(duì)針刺非織造材料性能的影響方面進(jìn)行研究[8-9]，但沒有系統(tǒng)地探討后整理對(duì)丙綸針刺非織造材料性能的影響.實(shí)際生產(chǎn)中，通常也僅靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)來確定后整理工藝.本文選取燒毛及燒毛-軋光兩種后整理方法，通過試驗(yàn)探討燒毛和軋光工序?qū)Ρ]針刺濾料表觀及孔隙結(jié)構(gòu)的影響，為濾料透氣性能預(yù)測(cè)提供參考依據(jù).

1 試 驗(yàn)

1.1 材料

采用浙江某企業(yè)在相同工藝條件下生產(chǎn)的3種面密度基本相同的丙綸針刺非織造布，由于試織的米數(shù)有限，短時(shí)間內(nèi)機(jī)器性能并不穩(wěn)定，再加上同規(guī)格纖維之間也有一定差異，造成每卷布的面密度不均勻.利用不同的后整理工藝包括未整理、燒毛和燒毛-軋光分別對(duì)試樣進(jìn)行加工，燒毛和軋光過程中導(dǎo)布輥與卷布輥的運(yùn)行速度均設(shè)為24 m/min,軋光時(shí)上下軋輥的壓力設(shè)置為5×105Pa.丙綸針刺非織造布的主要參數(shù)如表1所示，其中針刺非織造材料的孔隙率根據(jù)如下公式計(jì)算[10].

式中：n為孔隙率(%)；m為面密度(g/m2)；ρ為纖維密度(g/m3)；δ為材料厚度(m).

表1 丙綸針刺非織造布參數(shù)

1.2 試樣性能測(cè)試

1.2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試

采用TM 3000型掃描電子顯微鏡對(duì)3種丙綸針刺非織造布整理前后的表觀形態(tài)進(jìn)行觀察.

1.2.2 試樣孔徑測(cè)定

采用CFP-1100A 型毛細(xì)管流動(dòng)孔徑測(cè)定儀(簡(jiǎn)稱 PMI)，利用泡點(diǎn)法原理測(cè)試丙綸過濾材料孔徑特征.泡點(diǎn)法測(cè)試?yán)w維過濾材料孔徑特征的原理:試樣經(jīng)已知表面張力的潤(rùn)濕劑充分浸潤(rùn)后放入試樣室，氣體在壓力作用下分別通過試樣干態(tài)和濕態(tài)時(shí)的毛細(xì)孔，通過計(jì)算氣體通過試樣時(shí)壓力和氣流的變化，分析和計(jì)算試樣的孔徑及其分布.測(cè)試原理示意圖如圖1所示.

圖1 泡點(diǎn)法測(cè)試?yán)w維過濾材料孔徑原理Fig.1 Principle of bubble point method to test pore size of fiber filter material

1.2.3 試樣透氣性測(cè)試

依據(jù)GB/T 5453—1997，采用YG 461G型全自動(dòng)透氣量?jī)x，試樣面積為20 cm2,壓差為200 Pa,每種試樣分別測(cè)10次，取平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 表面結(jié)構(gòu)

丙綸針刺非織造布的表面經(jīng)燒毛和燒毛-軋光整理后均呈現(xiàn)纖維本色.經(jīng)燒毛整理后的丙綸針刺非織造布的表面摸起來有粗糙感，而經(jīng)燒毛-軋光整理后的表面比較光滑.通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，丙綸針刺非織造材料表面的纖維隨機(jī)排列，纖維相互穿插糾纏，形成三維立體網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu),如圖2～4所示.

從圖2(b)、3(b)、4(b)可以看出，3種試樣經(jīng)燒毛處理后，由于火焰溫度的作用，丙綸纖維在非織造布表面發(fā)生熔融固結(jié)，這樣會(huì)使布面變得光潔，也可以避免松散的纖維脫落.從圖2(c)、3(c)、4(c)可以看出，3種試樣經(jīng)燒毛-軋光處理后，由于壓輥間壓力的作用，丙綸針刺非織造材料表面的熔融固結(jié)點(diǎn)被壓平鋪展，造成孔隙的堵塞，使一些孔隙變小.

圖2 試樣1經(jīng)整理前后的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 Scanning electron micrograph of sample 1 before and after finishing

圖3 試樣2經(jīng)整理前后的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 Scanning electron micrograph of sample 2 before and after finishing

圖4 試樣3經(jīng)整理前后的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 Scanning electron micrograph of sample 3 before and after finishing

2.2 孔徑分布

通過試驗(yàn)得到的3種丙綸針刺非織造布整理前后的孔徑分布如圖5～7所示.丙綸針刺非織造材料的孔徑并非均勻分布，孔徑大小有較大差異.3種試樣的孔徑分布由于所用纖維原料的不同而各有差異，但總體分布規(guī)律是相似的.

由圖5～7可以看出，3種試樣的孔徑由小到大在較寬范圍內(nèi)呈左偏不對(duì)稱分布，較大孔所占比例較小，較小孔的分布比較集中，占總孔徑的比例較大.從圖5(b)、6(b)、7(b)可以看出，丙綸針刺非織造材料經(jīng)燒毛后孔徑分布范圍變寬，較大孔所占的比例增加.因?yàn)闊珪?huì)使布面變得光潔，熔結(jié)點(diǎn)大部分存在于表面，不會(huì)堵塞孔隙.另外，從圖5(c)、6(c)、7(c)可以看出，丙綸針刺非織造材料經(jīng)燒毛-軋光后的孔徑分布趨于集中，較小孔所占的比例增加.這是由于在上下壓輥間壓力的作用下，試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得緊密，纖維間空隙減小，同時(shí)，表面的纖維熔結(jié)點(diǎn)也會(huì)被壓平鋪展，造成一些孔隙的堵塞.

圖5 試樣1經(jīng)整理前后的孔徑分布Fig.5 Distribution of pore size of sample 1 before and after finishing

圖6 試樣2經(jīng)整理前后的孔徑分布Fig.6 Distribution of pore size of sample 2 before and after finishing

圖7 試樣3經(jīng)整理前后的孔徑分布Fig.7 Distribution of pore size of sample 3 before and after finishing

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到丙綸針刺非織造材料的孔徑大小及各孔徑范圍所占的比例，如表2所示.

表2 丙綸針刺非織造材料的孔徑大小及比例

由表2可以看出，3種試樣經(jīng)燒毛-軋光后的平均孔徑較燒毛后的平均孔徑分別下降了21.16%、24.45%、14.82%，并且較小孔徑的孔徑范圍比例增大.由于3種試樣所用纖維的線密度不同，所以在面密度基本相同的條件下，孔徑大小存在較大的差異.

2.3 透氣性

材料透氣性以單位時(shí)間通過單位面積的氣體體積來表征[11]，整理前后3種丙綸針刺非織造布的透氣量測(cè)試結(jié)果如表3所示.由表3可知，未整理的丙綸針刺非織造布的透氣量都在400 L/(m2·s)以上，經(jīng)后整理的丙綸針刺非織造布的透氣量都在200 L/(m2·s) 以上.與未整理試樣相比，經(jīng)燒毛整理的丙綸針刺非織造布的透氣量會(huì)上升或者下降，這與試樣的面密度不均勻和所用纖維性能的不同有關(guān). 經(jīng)燒毛整理后試樣的透氣量與未整理的相比變化不大，而經(jīng)燒毛-軋光整理的丙綸針刺非織造材料的透氣量下降幅度較大，與未整理試樣的透氣量相比分別下降了31.75%、17.85%、25.60%.這是因?yàn)闊梢允贡]針刺非織造布表面變得光潔，而軋光過程在壓輥壓力作用下，丙綸針刺非織造布表面的熔結(jié)點(diǎn)被壓平鋪展的同時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也變得更加緊密，纖維內(nèi)部的空隙減小.因此，經(jīng)燒毛-軋光后整理的丙綸針刺非織造材料的透氣量比未整理的要小得多.

表3 整理前后丙綸針刺非織造布的透氣量

丙綸針刺非織造材料的透氣性與孔隙率之間的關(guān)系如圖8所示.

圖8 丙綸針刺非織造材料孔隙率與透氣量的關(guān)系Fig.8 Relationship between porosity and air permeability of polypropylene needle-punched nonwoven fabrics

從圖8可以看出，經(jīng)燒毛和燒毛-軋光后3種試樣的孔隙率均下降，這主要是由于試樣的厚度經(jīng)后整理會(huì)減小.3種丙綸針刺非織造材料的透氣性與孔隙率變化趨勢(shì)并不完全相似，這與試樣所用的纖維性能有關(guān)，但是經(jīng)燒毛-軋光后的透氣量和孔隙率都為最小.

丙綸針刺非織造材料的透氣性與纖維線密度間的關(guān)系如圖9所示.從圖9可以看出，不同后整理方式下的透氣量變化規(guī)律是相似的，即隨著線密度較大的丙綸纖維的加入，其透氣量呈上升趨.這是因?yàn)槔w維越粗，在相同的工藝條件下，纖維與纖維間的纏結(jié)會(huì)比較松弛.所以，在相同的后整理方式下，所用的纖維越粗，丙綸針刺非織造材料的透氣量越大.

圖9 丙綸針刺非織造材料纖維線密度與透氣性的關(guān)系Fig.9 Relationship between fiber linear density and permeability of polypropylene needle-punched nonwoven fabrics

3 結(jié) 論

(1) 丙綸針刺非織造材料表面經(jīng)燒毛整理后會(huì)有熔融固結(jié)點(diǎn)，這種熔融固結(jié)點(diǎn)經(jīng)軋光后會(huì)被壓平鋪展，造成孔隙的堵塞.

(2) 經(jīng)燒毛整理的丙綸針刺非織造布的孔徑分布會(huì)變寬，而經(jīng)燒毛-軋光整理的丙綸針刺非織造布的孔徑分布會(huì)變得集中.

(3) 經(jīng)燒毛整理后試樣的透氣量與未整理的相比變化不大，而燒毛-軋光整理后試樣的透氣量與未整理的相比則下降了15%以上.

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(責(zé)任編輯：杜 佳)

Effect of Finishing on Apparent and Pore Structure of Polypropylene Needle-Punched Nonwoven Fabrics

CHENShuguang1a,SUNXinzeng2,XUGuangbiao1a, 1b

(a. College of Textiles; b. Key Laboratory of Textile Science & Technology, Ministry of Education,1. Donghua University, Shanghai 201620, China; 2. Zhejiang Yanpai Filtration Technology Co.Ltd. , Taizhou 317200, China)

Three different linear density and ratio of polypropylene fibers of needle-punched non-woven fabrics were selected and treated by singeing and singeing with calendaring process. Then the surface structure, pore size and permeability of the samples were tested. The results show that, after singeing, the surface has melt consolidation points, these points will be flattened after calendaring finishing，resulting in the blockage of pores; the pore size distribution of samples become wider after singeing finishing, but it becomes concentrated after singeing with calendaring finishing; the air permeability of the samples have small changes compared to the unfinished，and the air permeability of samples after singeing with calendaring finishing decrease more than 15% compared to the unfinished.

polypropylene needle-punched nonwoven fabrics; finishing; surface structure; pore size; porosity; air permeability

1671-0444 (2017)03-0359-05

2016-05-17

陳曙光(1992—)，男，河南信陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)楸]非織造材料設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià). E-mail:csgbp21@126.com 徐廣標(biāo)(聯(lián)系人)，男，教授，E-mail:guangbiao_xu@dhu.edu.cn

TS 172

A