聚酯纖維防水卷材基布拉伸性能與熱壓性能研究

文/何曉蓉 易沙沙

1 引言

隨著防水卷材工業(yè)的不斷發(fā)展，防水卷材的原料和生產(chǎn)技術(shù)也在發(fā)生不斷變化。瀝青防水卷材的骨架是防水卷材基布，它使瀝青防水卷材具有一定的形狀、強(qiáng)度和韌性，所以在做瀝青防水卷材前對(duì)于基布的選擇尤為關(guān)鍵。剛開始生產(chǎn)油氈基布大多選擇使用棉纖維、石棉纖維和玻璃纖維。但是因?yàn)槊蘩w維強(qiáng)度低，石棉纖維長(zhǎng)期使用易致癌和玻璃纖維脆性大，而聚酯纖維的強(qiáng)度高且韌性大，并能承受生產(chǎn)油氈基布所需的180℃左右的高溫。因此聚酯纖維在生產(chǎn)油氈基布方面得到了廣泛應(yīng)用[1]。

由于聚酯纖維防水卷材基布的拉伸強(qiáng)力、熱壓后影響等性能對(duì)后面瀝青上漿，做成防水卷材會(huì)產(chǎn)生影響，所以選取了聚酯紡粘基布、聚酯紡粘上漿基布和有涂層的聚酯短纖針刺基布3種試樣，對(duì)其進(jìn)行拉伸強(qiáng)力以及熱壓后基布的厚度、透氣性、拉伸強(qiáng)力的檢測(cè)與分析。

2 聚酯纖維防水卷材基布的生產(chǎn)工藝

2.1 聚酯纖維紡粘防水卷材基布生產(chǎn)工藝

長(zhǎng)絲聚酯切片需要干燥，這樣可以使無定形結(jié)構(gòu)的濕切片降低含水率、提高結(jié)晶度，然后經(jīng)過螺桿擠壓機(jī)熔融擠出后進(jìn)入紡絲箱體，經(jīng)過紡絲計(jì)量泵準(zhǔn)確計(jì)量并從噴絲孔中高壓擠出形成初生絲，初生絲經(jīng)過空氣冷卻和中壓氣流牽伸變細(xì)變長(zhǎng)成為滿足基布指定指標(biāo)要求的連續(xù)長(zhǎng)絲[2]。然后借助氣流和機(jī)械作用將連續(xù)長(zhǎng)絲鋪成纖網(wǎng)，由針刺機(jī)加固成布，并獲得一定強(qiáng)力。最后經(jīng)過壓光、浸膠和圓網(wǎng)烘干，以獲得聚酯胎體所需的各項(xiàng)物理性能。

生產(chǎn)工藝流程：聚酯切片→結(jié)晶干燥→螺桿擠壓→熔體過濾→紡絲→氣流拉伸→擺絲成網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺→熱定型→分切（剛開始生產(chǎn)出來的紡粘基布門幅有5m左右，將其分切成2.5m)→成卷→檢驗(yàn)。

2.2 聚酯纖維短纖防水卷材基布生產(chǎn)工藝

不同的短纖維原料經(jīng)過搭配、混合和開松，由梳理機(jī)將纖維原料加工成基本上由單纖維組成的纖維網(wǎng)。經(jīng)過雜亂輥或者雜亂機(jī)的作用 ，再由鋪網(wǎng)機(jī)將梳理機(jī)輸出的呈單向排列的纖維鋪疊成縱橫向盡量均勻的纖網(wǎng)，接著進(jìn)行針刺，將蓬松的纖網(wǎng)加固成非織造布，然后熱定型獲得初步尺寸穩(wěn)定性。最后經(jīng)浸膠、烘干工序制成聚酯短纖基布。該產(chǎn)品有抗拉強(qiáng)力極高，230℃以上熱穩(wěn)定性優(yōu)良、延伸性能良好、耐穿刺能力強(qiáng)、抗腐蝕、耐老化的諸多特點(diǎn)。

生產(chǎn)工藝流程：聚酯短纖維→混合、開松→梳理成網(wǎng)→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主針刺→ 熱定型→分切→成卷→檢測(cè)。

3 試驗(yàn)

3.1 聚酯纖維基布拉伸性能

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：FZ/T 60005—1991《非織造布斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》；

試驗(yàn)儀器：HD026N多功能電子織物強(qiáng)力儀；

試驗(yàn)參數(shù)：夾持長(zhǎng)度為200mm，預(yù)加張力為5N（非織造布150g/m2～500g/m2，則預(yù)加張力為5N），拉伸速度為100mm/min、150mm/min、200mm/min，試樣形狀為剪切法條樣， 試樣大小分別為50mm×250mm、30mm×250mm、25mm×250mm、20mm×250mm 。

圖1 不同拉伸速度時(shí)的聚酯紡粘基布縱、橫向拉伸強(qiáng)力曲線

如圖1所示，為50mm寬度的聚酯紡粘基布，在3個(gè)不同的拉伸速度（100mm/min、150mm/min、200mm/min）時(shí)的縱、橫拉伸過程曲線。從中可見，同一種基布的初始模量是差不多的；聚酯紡粘基布縱向的拉伸強(qiáng)力均大于橫向的拉伸強(qiáng)力；隨著拉伸速度的增大，基布的強(qiáng)力也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。橫向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加42N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加102N?？v向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加101.3N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加81N。

圖2 不同拉伸速度時(shí)的聚酯紡粘上漿基布拉伸強(qiáng)力曲線

如圖2所示，為50mm寬度的聚酯長(zhǎng)絲上漿后的基布，在3個(gè)不同的拉伸速度（100mm/min、150mm/min、200mm/min)時(shí)的縱、橫向拉伸過程曲線。從中可見，同一種基布的初始模量仍然是差不多的。聚酯紡粘上漿基布縱向的拉伸強(qiáng)力均大于橫向的拉伸強(qiáng)力；隨著拉伸速度的增大，基布的強(qiáng)力也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。橫向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加12.3N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加41.6N。縱向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加54.7N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加64.6N。

圖3 聚酯紡粘基布與紡粘上漿基布拉伸強(qiáng)力曲線

如圖3所示，為寬度50mm的聚酯紡粘基布和紡粘上漿基布的橫向拉伸強(qiáng)力曲線，拉伸速度為100mm/min。由圖可見，在拉伸為20mm的時(shí)候，上漿后的聚酯紡粘基布的模量比未上漿的聚酯紡粘無紡布大47.0N/dtex，即聚酯紡粘上漿基布的剛性明顯比未上漿的聚酯紡粘無紡布大很多，即聚酯紡粘上漿基布明顯比未上漿無紡布硬挺。

圖4 不同拉伸速度時(shí)的聚酯短纖基布縱、橫向拉伸強(qiáng)力曲線

如圖4所示，是25mm寬度的聚酯短纖基布在不同拉伸速度（100mm/min、150mm/min、200mm/min)時(shí)的拉伸強(qiáng)力。由圖4可見，聚酯短纖縱、橫向基布的初始模量非常接近。聚酯由于經(jīng)過涂層處理，所以縱、橫向強(qiáng)力都比較接近，產(chǎn)品穩(wěn)定性很好。橫向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加26N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加2.5N?？v向拉伸速度從100mm/min變?yōu)?50mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加28N；拉伸速度從150mm/min變?yōu)?00mm/min時(shí)，拉伸強(qiáng)力增加22N。當(dāng)試樣寬度一定的時(shí)候，隨著拉伸速度的增大，基布各方向上的拉伸強(qiáng)力大致呈遞增的趨勢(shì)。

3.2 熱壓后對(duì)基布性能的影響

試驗(yàn)溫度：190℃；試驗(yàn)壓力：5MPa、10MPa、15MPa。

（1）熱壓對(duì)厚度的影響

圖5 不同壓力下厚度的變化

由圖5可見，在190℃時(shí)，隨著壓力的增大，聚酯基布厚度變小。壓力從5MPa變?yōu)?0MPa時(shí)，聚酯紡粘基布厚度減小0.457mm，聚酯紡粘上漿基布厚度減小0.14mm，聚酯短纖基布厚度減小0.11mm；當(dāng)壓力從10MPa變?yōu)?5MPa時(shí)，聚酯紡粘基布厚度減小0.04mm，聚酯紡粘上漿基布厚度減小0.39mm，聚酯短纖基布厚度減小0.006mm。在從5MPa變?yōu)?0MPa時(shí)，聚酯紡粘基布和聚酯短纖基布厚度變化接近，但當(dāng)壓力從10MPa變?yōu)?5MPa時(shí)，聚酯紡粘基布變化遠(yuǎn)大于聚酯短纖基布，這可能是因?yàn)榫埘ザ汤w維的結(jié)晶取向比較好，熱壓后對(duì)纖維變形比較??；而聚酯紡粘基布的結(jié)晶取向比較差，熱壓后纖維容易變形。

（2）熱壓對(duì)透氣性能的影響

圖6 不同熱壓力下透氣率的變化

由圖6可知，基布經(jīng)過190℃熱壓后透氣率明顯減小，并且隨著熱壓力的逐漸增大，織物透氣性呈逐漸減小的趨勢(shì)。由于聚酯短纖基布經(jīng)過涂層，所以透氣率變化很小。壓力從5MPa變?yōu)?0MPa時(shí)，聚酯紡粘基布透氣率減小243.95 mm/s，聚酯紡粘上漿基布透氣率減小120.03mm/s，聚酯短纖基布透氣率減小2.35mm/s；當(dāng)壓力從10MPa變?yōu)?5MPa時(shí)，聚酯紡粘基布透氣率減小51.77 mm/s，聚酯紡粘上漿基布透氣率減小80.66mm/s，聚酯短纖基布透氣率減小3.52mm/s。

（3）熱壓對(duì)基布強(qiáng)力的影響

圖7 熱壓后聚酯紡粘上漿基布強(qiáng)力的變化

由圖7可見，在190℃的時(shí)候，當(dāng)壓力從5MPa變?yōu)?0MPa時(shí)，橫向拉伸強(qiáng)力增大16.5N，縱向拉伸強(qiáng)力增大104N；當(dāng)壓力從10MPa變?yōu)?5MPa時(shí)，橫向拉伸強(qiáng)力增大61N，縱向拉伸強(qiáng)力增大82.5N?？梢婋S著壓力（5MPa、10MPa、15MPa）的增大，基布的結(jié)構(gòu)變得緊密，纖維之間的抱合力增加，也使得粘合劑再次進(jìn)行粘合，纖維滑移變得更加困難，從而使得基布強(qiáng)力逐漸增大。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)聚酯紡粘基布、聚酯紡粘上漿基布和聚酯短纖基布的拉伸強(qiáng)力的性能測(cè)試以及熱壓后對(duì)基布性能的影響，得到了以下結(jié)論：

（1）聚酯基布的縱向拉伸強(qiáng)力總體上都大于橫向的強(qiáng)力，但縱、橫向差異不大，因此所得產(chǎn)品穩(wěn)定性能較好。而聚酯短纖基布由于經(jīng)過涂層處理，所以縱橫向強(qiáng)力都比較接近，產(chǎn)品穩(wěn)定性很好。

（2）熱壓對(duì)基布性能的影響：在190℃時(shí)，隨著熱壓力（5MPa、10MPa、15MPa）的增大，聚酯基布厚度變小。熱壓后厚度明顯小于熱壓之前的厚度；基布經(jīng)過190℃熱壓后透氣率明顯減小，并且隨著熱壓力的逐漸增大，織物透氣性呈逐漸減小的趨勢(shì)。在190℃的時(shí)候，隨著壓力（5MPa、10MPa、15MPa）的增大，基布強(qiáng)力也逐漸增大。

[1]查安霞.化纖新品——油氈基布滌綸短纖維生產(chǎn)要點(diǎn)及應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2010(14):7,120.

[2]羨永彪.對(duì)聚酯長(zhǎng)纖和短纖胎基的比較和研究[J].中國建筑防水，2004(03):11-15.