竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈的性能研究

梁佳琦 陳慰來 祝國成 龍婷 劉春麗 夏未鋒

摘 要：采用物理方法將竹纖維與雙組份低熔點(diǎn)滌綸按一定比例混合，經(jīng)過開松、梳理、鋪網(wǎng)等工序制備出多層纖維網(wǎng)，利用熱風(fēng)烘壓方法將多層纖維網(wǎng)制成氈基材料。利用掃描電鏡觀察并表征了竹纖維和復(fù)合氈的形態(tài);測(cè)試分析了竹纖維的結(jié)晶度、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、纖維直徑及其分布、拉伸斷裂強(qiáng)力性能;對(duì)雙組份低熔點(diǎn)滌綸的長度與熔點(diǎn)進(jìn)行了表征分析;對(duì)竹纖維/雙組份低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈的拉伸斷裂強(qiáng)力性能、透氣性與傳熱性能進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，纖維復(fù)合氈的性能與竹纖維的含量相關(guān)，斷裂強(qiáng)力與傳熱性能及竹纖維含量呈正相關(guān)，透氣性隨著竹纖維含量的增加先變大后變小。

關(guān)鍵詞：竹纖維;雙組份低熔點(diǎn)滌綸;復(fù)合氈;透氣性;傳熱性

中圖分類號(hào)：TS174.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2020）01-0014-06

Abstract：Bamboo fiber and two-component low-melting-point polyester were blended in a certain ratio by physical method， a multilayer fiber web was prepared by opening， carding， and lapping， and the multilayer fiber web was made into felt base material with hot air drying and pressing method.The morphology of bamboo fiber and that of composite felt were observed and characterized under scanning electron microscope.The crystallinity， functional group structure， fiber diameter and distribution， and tensile breaking strength of bamboo fiber were tested and analyzed.The length of two-component low-melting-point polyester was measured， and its melting point was characterized and analyzed.The tensile fracture strength， air permeability and heat transfer performance of bamboo fiber/two-component low-melting-point polyester composite felt were analyzed and evaluated.The experimental results show that the performance of fiber composite felt is related to the content of bamboo fiber， and the breaking strength is positively related to heat transfer performance and the content of bamboo fiber.The air permeability increases first and then decreases as the content of bamboo fiber increases.

Key words：bamboo fiber; two-component low-melting-point polyester fiber; composite felt; air permeability; heat transfer

近年來，市場(chǎng)上對(duì)復(fù)合材料的要求不僅只關(guān)注于高的比強(qiáng)度、比模量，好的抗沖擊性能，以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)環(huán)保的要求也越來越高。李貴陽[1]利用再生滌綸和丙綸纖維制備再生滌綸/丙綸纖維復(fù)合板材，此類材料側(cè)重于研究復(fù)合板材的隔音隔熱性能，并且復(fù)合板材的原料都是高分子聚合物，原料消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重。因此利用天然纖維制備復(fù)合氈急需得到開發(fā)。牛海濤[2]利用亞麻纖維與低熔點(diǎn)纖維進(jìn)行組合制備復(fù)合材料，制備的復(fù)合材料屬于硬質(zhì)板材材料，透氣性能較差。程遙輝[3]制備的麻纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料在汽車內(nèi)飾中的應(yīng)用也僅僅是限于車門內(nèi)飾，起到支撐的作用。王瑞等[4]利用亞麻纖維和低熔點(diǎn)纖維制備熱塑性復(fù)合材料，得到在180 ℃溫度下，制作的復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。當(dāng)前的復(fù)合材料中天然纖維的選擇以麻纖維為主，例如亞麻、黃麻等。但是傳統(tǒng)的天然纖維已經(jīng)滿足不了現(xiàn)人們對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)日益增長的需求，因此選用新型天然纖維成為趨勢(shì)。竹纖維具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征[5]，賦予含竹纖維織物良好的透氣性和耐磨性，并且具備抗菌、防臭的功能[6]，成為產(chǎn)業(yè)用紡織品的新寵。隨著環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)格，化學(xué)粘合劑的選擇主要以綠色、環(huán)保為主。低熔點(diǎn)滌綸利用自身作為粘合劑，在180 ℃左右的溫度下進(jìn)行加工，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，成為越來越多非織造工藝中復(fù)合材料制備的選擇。本文綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，制備了竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈，并研究評(píng)價(jià)了其各方面性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與樣品制備

竹纖維與雙組份低熔點(diǎn)滌綸由杭州鼎緣紡織品科技有限公司提供。

竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈試樣為筆者自行研制，樣品制備過程如下：將竹纖維與雙組份低熔點(diǎn)滌綸纖維按照質(zhì)量比30∶70，40∶60，50∶50，60∶40，70∶30混合，經(jīng)過開松、梳理、鋪網(wǎng)等工序形成纖維網(wǎng)，然后將纖維網(wǎng)放入烘箱（型號(hào)：DGG-9240B，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），烘箱溫度控制在（180±3） ℃之間，放置時(shí)間4 min，隨后將纖維網(wǎng)從烘箱中取出，對(duì)其施加0.4 MPa的壓力，自然冷卻后得到竹纖維/雙組份低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈樣品。

2.3 纖維復(fù)合氈的平均米質(zhì)量

制備竹纖維/雙組份低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈時(shí)，控制復(fù)合氈的厚度為（10±0.2）mm。不同竹纖維含量復(fù)合氈的平均米質(zhì)量如表3所示。由表3可知，竹纖維的含量越高，復(fù)合氈的面密度越大，這與纖維密度有關(guān)。竹纖維的密度大于雙組份低熔點(diǎn)滌綸的密度，因此竹纖維的含量越高，單位面積內(nèi)所含有的竹纖維數(shù)量越多，復(fù)合氈的平均米質(zhì)量就會(huì)增大。平均米質(zhì)量與產(chǎn)品性能有著直接的關(guān)系。

2.4 纖維復(fù)合氈傳熱性能

竹纖維含量對(duì)纖維復(fù)合氈傳熱性能的影響如圖5所示。從圖5可以看出，復(fù)合氈的傳熱系數(shù)隨著竹纖維含量的增加而增大。靜止的干空氣具有很好的絕熱性能，但是隨著竹纖維含量的增加，復(fù)合氈的面密度逐漸增大，材料的緊實(shí)度變大，纖維之間的聯(lián)系更加復(fù)雜，纖維氈內(nèi)部的大孔隙逐漸減少，空氣含有量也逐漸減少，復(fù)合氈的傳熱系數(shù)逐漸變大，竹纖維含量最多的復(fù)合氈的傳熱系數(shù)能達(dá)到22.05 W/m2·℃;另外，隨著竹纖維含量的增加，竹纖維的結(jié)晶度也會(huì)對(duì)復(fù)合氈的傳熱性能產(chǎn)生一定的影響，結(jié)晶度越高，有序排列的部分越多，有序排列的晶格有利于熱振動(dòng)的傳遞，因此，復(fù)合氈的傳熱系數(shù)逐漸變大。

2.5 纖維復(fù)合氈透氣性能

圖6是不同竹纖維含量對(duì)纖維復(fù)合氈透氣性的影響。從圖6可以明顯看出，隨著竹纖維含量的增加，復(fù)合氈的透氣性能先增大后減小。材料的透氣性與復(fù)合氈的孔隙率有關(guān)，當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)滌綸的含量降低時(shí)，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，復(fù)合氈中含有的未熔融的滌綸也會(huì)下降，未熔融的滌綸與熔融的低熔點(diǎn)滌綸以及竹纖維之間相互粘結(jié)，因纖維的粗細(xì)不一樣以及粘結(jié)狀態(tài)（有點(diǎn)狀粘結(jié)，塊狀粘結(jié)以及片狀粘結(jié)）的差異會(huì)形成大小不一的空隙，在一定程度下，熔融的低熔點(diǎn)滌綸占比越多，所能組成的空隙就越多，但當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)滌綸的含量降低到一定程度時(shí)，幾乎能全部融化，片狀粘結(jié)狀態(tài)的比例增大，孔隙率就會(huì)下降，并且隨著竹纖維含量的增加，竹纖維之間的纏結(jié)更加復(fù)雜，也會(huì)減少復(fù)合氈內(nèi)部的空隙，因此透氣性也會(huì)隨之下降。復(fù)合氈透氣性能最好的是竹纖維與低熔點(diǎn)滌綸的比例為50∶50，每秒透氣量達(dá)到885.35 mm。

2.6 纖維復(fù)合氈拉伸性能

竹纖維含量對(duì)纖維復(fù)合氈?jǐn)嗔褟?qiáng)力的影響如圖7所示。由圖7可知，復(fù)合氈的斷裂強(qiáng)力隨著竹纖維含量的增加而增大。當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)滌綸的含量降低到一定程度時(shí)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，低熔點(diǎn)纖維幾乎能全部熔融，與竹纖維之間形成片狀粘結(jié)，片狀粘結(jié)的比例越大，竹纖維之間的粘結(jié)力就越大，因此斷裂強(qiáng)力也隨之增加。另外隨著竹纖維含量的增加，表面粗糙的竹纖維之間的纏結(jié)更加牢固，復(fù)合氈內(nèi)部纖維的滑移更加困難，材料受到的拉伸應(yīng)力更加均勻，也增加了復(fù)合氈的斷裂強(qiáng)力。

2.7 纖維復(fù)合氈?jǐn)嗔焉扉L率

斷裂伸長率是指試樣在拉伸測(cè)試中被拉到斷裂時(shí)所測(cè)得的伸長對(duì)拉伸前試樣長度的百分率，用來評(píng)定復(fù)合氈的伸長能力。如圖8所示，復(fù)合氈的斷裂伸長率總體隨著竹纖維含量的增加而增大。復(fù)合氈的斷裂伸長率與竹纖維含量以及低熔點(diǎn)纖維的熔融狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)竹纖維含量較低時(shí)，低熔點(diǎn)纖維未完全熔融，一部分仍以纖維狀態(tài)存在，復(fù)合氈內(nèi)部的固定較松軟，因此在拉伸時(shí)，較小的力能引起纖維復(fù)合氈的斷裂;當(dāng)表面粗糙的竹纖維含量較大時(shí)，一方面竹纖維之間的纏結(jié)更加的穩(wěn)定，另一方面低熔點(diǎn)滌綸完全熔融起到粘結(jié)的作用，因此，復(fù)合氈內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加較穩(wěn)定，拉伸時(shí)不容易引起斷裂，表現(xiàn)為更大的斷裂強(qiáng)力以及更大的斷裂伸長率。70/30竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈的斷裂伸長率達(dá)到8.775%。

3 結(jié) 論

采用竹纖維與雙組份低熔點(diǎn)滌綸制備復(fù)合氈，探究了最佳的實(shí)驗(yàn)條件，簡(jiǎn)化了復(fù)合氈的工藝流程，并對(duì)復(fù)合氈的原料以及不同比例的竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得到以下結(jié)論：

a）竹纖維/低熔點(diǎn)滌綸復(fù)合氈的原料竹纖維具有可再生的特點(diǎn)，低熔點(diǎn)滌綸作為粘合劑能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，該復(fù)合氈產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景;

b）進(jìn)行不同質(zhì)量比復(fù)合氈性能的對(duì)比，平均米質(zhì)量隨著竹纖維含量的增加而增大，透氣性隨著竹纖維含量的增加先增大后減小，透氣性能最好的是50%竹纖維含量，每秒透氣量達(dá)到885.35 mm，傳熱系數(shù)隨著竹纖維含量的增加而增大，70%竹纖維含量的復(fù)合氈的傳熱系數(shù)能達(dá)到22.05 W/m2·℃;

c）竹纖維含量最低的復(fù)合氈的最大斷裂強(qiáng)力接近100 N，并且隨著竹纖維含量的增加，其斷裂強(qiáng)力增加，其斷裂伸長率總體也在增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]李貴陽.再生滌綸/丙綸纖維復(fù)合板材的制備與研究[D].鄭州：中原工學(xué)院，2015.

[2]牛海濤.亞麻纖維/低熔點(diǎn)滌綸非織造預(yù)成型件增強(qiáng)復(fù)合材料的研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2005.

[3]程遙輝.麻纖維/酚醛樹脂復(fù)合材料在汽車內(nèi)飾上的應(yīng)用技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2017.

[4]王瑞，牛海濤，焦曉寧.亞麻/低熔點(diǎn)聚酯纖維熱塑性復(fù)合材料性能研究[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：1-4.

[5]陶麗珍.竹原纖維、紗線的性能研究及優(yōu)化[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2004.

[6]趙春梅.竹原纖維性能研究及其產(chǎn)品開發(fā)[D].上海：東華大學(xué)，2010.

[7]熊小藝.竹纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2017.

[8]束永健，陳文興，錢軍，等.低熔點(diǎn)再生聚酯皮芯復(fù)合短纖維的性能表征[J].合成纖維，2016，45（4）：15-18.