聚乳酸水刺非織造布的開發(fā)與研究

胡銳 俞一瑛 張國炎 佘衛(wèi)軍 吳軍

摘 要：本文簡述了聚乳酸材料研究開發(fā)的必要性和前景，介紹了聚乳酸水刺非織造布的生產(chǎn)過程，并針對生產(chǎn)中遇到的問題進(jìn)行分析，重點(diǎn)探討了生產(chǎn)工藝上的調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞：聚乳酸纖維;水刺;生產(chǎn)問題;調(diào)整方法

中圖分類號：TS176 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

近年來，人類逐漸認(rèn)識到生態(tài)環(huán)境的重要性，綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展意識不斷加強(qiáng)，綠色產(chǎn)品已經(jīng)融入到生活的方方面面，成為當(dāng)代人關(guān)注的焦點(diǎn)。國際原油價(jià)格的持續(xù)上漲和石油資源的日益緊缺，在影響高分子材料產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，也直接影響到非織造布行業(yè)的發(fā)展。加上合成纖維材料不可降解，其廢棄物對地球環(huán)境已造成越來越嚴(yán)重的威脅，使用可降解材料成為人類迫切的愿望[1]。

聚乳酸（Polylactic acid，簡稱PLA）是一種新型綠色環(huán)保的生物可降解材料，其以玉米、小麥、甜菜、木薯等植物中的淀粉為原料，經(jīng)過細(xì)菌發(fā)酵或化學(xué)合成的方式而制得。在自然環(huán)境中，通過堆肥掩埋，聚乳酸制品廢棄物可以被微生物完全降解成二氧化碳和水，不污染環(huán)境。這不僅擺脫了對石油資源的依賴，還符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展、低碳經(jīng)濟(jì)的需

要[2-3]。目前，聚乳酸在非織造布領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)有很多，但主要采用紡粘和熔噴工藝生產(chǎn)而成。本文主要介紹聚乳酸纖維在水刺工藝下的開發(fā)與生產(chǎn)。

1 聚乳酸水刺非織造布的生產(chǎn)工藝

1.1 水刺用聚乳酸纖維的選擇

目前，國內(nèi)有很多聚乳酸纖維供應(yīng)商，但主要供紡織行業(yè)使用，并不一定適合梳理水刺工藝，故需對聚乳酸纖維的性能有相應(yīng)的要求。本研究選用的聚乳酸纖維的主要性能指標(biāo)如表1所示。

纖維細(xì)度在1dtex-3dtex內(nèi)比較適合梳理水刺工藝，低于1dtex的纖維一般就很難梳理，需要配置特殊的針布。含油率和比電阻對纖維的可梳理性影響較大，若含油率低、比電阻大，纖維梳理過程中就容易產(chǎn)生靜電形成飛花，增大纖維消耗，并影響布面均勻性。但纖維含油率過高，會造成纖維粘纏，容易纏繞羅拉等部件，造成針布損傷[4]。

1.2 聚乳酸水刺非織造布工藝原理及過程

聚乳酸纖維先經(jīng)過開松梳理，形成均勻的纖維網(wǎng)，鋪網(wǎng)方式可選擇平行鋪網(wǎng)、交叉鋪網(wǎng)及其組合，本研究采用平行鋪網(wǎng)和交叉鋪網(wǎng)相結(jié)合的方式。鋪疊好的纖網(wǎng)經(jīng)預(yù)濕后進(jìn)入水刺區(qū)，在高速高壓水射流的作用下，纖維相互纏結(jié)抱合，達(dá)到加固纖網(wǎng)的目的，加固后的濕纖網(wǎng)再經(jīng)過烘干卷繞，即得到聚乳酸水刺無紡布。

其主要工藝過程為：聚乳酸纖維→開松→梳理成網(wǎng)→交叉鋪網(wǎng)→水刺→后整理→烘干→成品卷繞等。

在開發(fā)聚乳酸水刺非織造布的過程中，主要遇到的問題有：（1）聚乳酸纖維原料中的疵點(diǎn)、雜質(zhì)較多;（2）聚乳酸纖維易產(chǎn)生靜電;（3）聚乳酸纖維熔點(diǎn)較低，烘燥溫度控制不好易造成布的手感變硬。

聚乳酸纖維的疵點(diǎn)雜質(zhì)，主要是纖維生產(chǎn)加工過程中絲束的斷頭所致。目前，國內(nèi)聚乳酸纖維的生產(chǎn)技術(shù)還略有不足，尚無法達(dá)到滌綸纖維的疵點(diǎn)控制水平（≤1mg/100g）。聚乳酸纖維屬于聚酯類纖維，其纖維特性與滌綸很接近，吸濕性差，很容易產(chǎn)生靜電。此外，聚乳酸纖維的熔點(diǎn)僅170℃左右，烘燥溫度過高，易導(dǎo)致纖網(wǎng)變硬。針對以上問題，對生產(chǎn)過程中的各道工序進(jìn)行工藝上的調(diào)整。

1.3 開松混合工藝

聚乳酸纖維開包后，稍有些緊實(shí)，不及滌綸那么蓬松，考慮到疵點(diǎn)多的問題，纖維的喂入上采用“高頻低喂”的方式進(jìn)行，即喂入頻率提高，每次喂入量降低。這樣既提高了纖維開松除雜的程度，又能保證喂入總量的均衡，如表2所示。

同時(shí)，調(diào)整喂棉輥、打手和塵棒的隔距，如表3所示。

適當(dāng)減小打手、喂棉輥與塵棒的隔距，增加塵棒之間的隔距，可以提升除雜效果，減少纖維硬疵?？紤]到聚乳酸纖維的低熔點(diǎn)特性，為防止開松過程中纖維過度梳理而摩擦生熱，形成熔融晶體，整體線速降低10m/min。這樣調(diào)整后，最終材料布面的硬疵點(diǎn)明顯減少，但生產(chǎn)效率相比常規(guī)產(chǎn)品降低了15%左右。

1.4 梳理鋪網(wǎng)工藝

經(jīng)過開松機(jī)多道開混處理以后，纖維疵點(diǎn)問題基本解決，但聚乳酸纖維易產(chǎn)生靜電的問題仍會對生產(chǎn)造成很大影響。靜電大，梳理過程中飛花變多，增加了纖維損耗;飛花增多，必然會有部分區(qū)域纖維過少，形成稀網(wǎng)。而大量漂浮的纖維聚積后，落到布面上又會形成云斑或棉塊，造成纖網(wǎng)均勻性變差，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

目前，聚乳酸纖維主要用于紡織行業(yè)，纖維油劑并不適配梳理水刺工藝，只能從現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。生產(chǎn)車間新增加濕設(shè)備，并定時(shí)往地面灑水，將車間環(huán)境的濕度增加到80%左右，有效降低了生產(chǎn)環(huán)境形成靜電的可能性。降低梳理機(jī)的給棉喂入，減小梳理負(fù)荷。給棉喂入從35%降低到28%，梳理機(jī)主速度從90m/min降低到70m/min，梳理負(fù)荷減小，避免纖維長時(shí)間聚集在針布上，因反復(fù)摩擦生熱而產(chǎn)生熔融晶體，形成新的硬疵點(diǎn)。梳理負(fù)荷減小后，單層纖網(wǎng)的克重略有下降，通過增加交叉鋪網(wǎng)的鋪疊層數(shù)，來保證輸出纖網(wǎng)的克重。這樣調(diào)整以后，不僅疵點(diǎn)問題得到改善，纖網(wǎng)的均勻度也有所提高，只有產(chǎn)品產(chǎn)量稍微降低。

1.5 水刺工藝

聚乳酸纖維與滌綸性能接近，可以參照滌綸產(chǎn)品的水刺工藝進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)使用德國福來司拿（FLEISSNER）公司水刺機(jī)，水刺工藝參數(shù)如表4所示。

1.6 烘燥工藝

聚乳酸纖維的熔融溫度相對其他水刺原料較低，只有170℃，本研究使用烘筒烘燥的方式進(jìn)行烘干處理，烘筒的實(shí)際表面溫度在130-150℃左右，比聚乳酸纖維的熔點(diǎn)要低，但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)若不調(diào)整烘燥溫度，材料手感會變硬，并伴有焦糖味。這可能是因?yàn)榫廴樗崂w維的降解特性，其在濕熱環(huán)境下容易發(fā)生水解，導(dǎo)致纖維本身的性能發(fā)生改變，反映到材料上就出現(xiàn)了手感變硬的現(xiàn)象。

為解決上述問題，應(yīng)盡可能降低聚乳酸材料進(jìn)入烘箱前的含水率。生產(chǎn)中采用抽吸+軋干的組合方式來降低纖網(wǎng)的含水率，抽吸氣壓調(diào)整為0.3MPa，軋干氣壓從0.2MPa增加到0.4MPa。經(jīng)過這樣調(diào)整，水刺后聚乳酸纖網(wǎng)的含水率從70%降低到50%。

同時(shí)，對烘筒烘燥的溫度進(jìn)行調(diào)整，如表5所示。

當(dāng)水刺后的濕纖網(wǎng)進(jìn)入烘箱時(shí)，纖網(wǎng)的濕度最高，烘燥溫度不宜過高，故前兩組烘筒的烘燥溫度適當(dāng)降低，減少聚乳酸纖維高溫下的水解;經(jīng)過前兩組烘箱以后，纖網(wǎng)里的水分已經(jīng)減少很多，此時(shí)可以適當(dāng)提高烘燥溫度，加快烘干速度。這樣就縮短了纖網(wǎng)在濕熱狀態(tài)下的時(shí)間，避免聚乳酸纖維過度水解。

1.7 工藝調(diào)整前后聚乳酸水刺非織造布性能對比分析

調(diào)整生產(chǎn)工藝后，聚乳酸水刺無紡布的干態(tài)強(qiáng)力明顯提高，滑出長度也明顯降低，如表6所示。這是因?yàn)椋に囌{(diào)整前，聚乳酸纖維在濕熱條件下高溫烘燥，纖維本身發(fā)生熔融并部分水解，纖維斷裂強(qiáng)力下降。纖維熔融又造成部分纖維間相互粘結(jié)，布面手感變硬，滑出長度較大;調(diào)整工藝后，有效改善了聚乳酸纖維的熔融和水解問題，強(qiáng)力及柔軟度均有所提高。

2 結(jié)語

聚乳酸是可生物降解的環(huán)保材料，而水刺無紡布具有生產(chǎn)過程無污染的特點(diǎn)，兩相結(jié)合，聚乳酸水刺無紡布必然有廣闊的開發(fā)與應(yīng)用前景。在現(xiàn)有聚乳酸纖維原料的供應(yīng)大環(huán)境下，調(diào)整現(xiàn)有的水刺設(shè)備工藝，能夠生產(chǎn)出性能優(yōu)良、滿足用戶需求的產(chǎn)品。但相比聚酯，聚乳酸的價(jià)格仍然較高，生產(chǎn)加工成本高，加之水刺用聚乳酸纖維的性能還不盡如人意，使用水刺工藝生產(chǎn)加工的效率還比較低，這都限制了相關(guān)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用范圍。隨著聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，聚乳酸水刺非織造布的發(fā)展前景將十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

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