粘膠纖維水刺非織造布的性能測試與研究

趙博

摘 要：測試了4種粘膠纖維水刺非織造布的性能，通過對比4種水刺非織造布的測試結(jié)果，分析了不同試樣的纖網(wǎng)微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)、厚度、面密度、透氣性、透濕性、力學(xué)性能、斷裂強力、斷裂伸長率、頂破強度、耐磨性、硬挺度等。實驗發(fā)現(xiàn)，非織造布材料的斷裂強力、斷裂伸長率、透氣性、透濕性、硬挺度等均與面密度和厚度有一定關(guān)系，得出粘膠纖維水刺非織造布材料具有獨特的性能，適合開發(fā)各類功能性產(chǎn)品，在醫(yī)用等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：粘膠纖維;水刺非織造布;性能;測試;分析

中圖分類號：TS176? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：C? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-2346（2021）01-0007-06

1? ? 前言

通過噴射到多層細密纖維網(wǎng)上的高壓水流，使得纖維抱纏粘結(jié)獲得相對的纖網(wǎng)強力，從而形成織物，這種織物叫做水刺無紡布或者水刺非織造布。近年來，由于技術(shù)進步，水刺非織造布因具有較強的吸水透氣性、懸垂性和光滑柔順的手感等特征，愈來愈受到人們的歡迎，成為愈發(fā)有競爭力的紡織產(chǎn)品。并且，水刺非織造布由于產(chǎn)量高、成本低、品質(zhì)好等特點，已被逐步廣泛應(yīng)用。

在各種非織造加工工藝中，水刺法是發(fā)展最快，且具有良好發(fā)展前景的生產(chǎn)工藝之一。為了對粘膠纖維水刺法非織造布的性能有詳細了解，本文結(jié)合實際生產(chǎn)過程，對幾種粘膠纖維水刺法非織造布進行了測試，分析了影響幾種水刺法非織造布基本性能的因素，為提高企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提供一定的參考價值。

2? ? 水刺非織造布的工藝過程

2.1? ? 工藝原理與流程

水刺非織造布的工藝過程：首先對纖網(wǎng)進行梳理，然后對其進行預(yù)潤濕，進而排出纖網(wǎng)內(nèi)的空氣，接著使用水刺頭噴水板噴出高速水流，對托網(wǎng)簾上的纖網(wǎng)進行持續(xù)高壓噴射，使得纖網(wǎng)中纖維發(fā)生位移，并且互相纏結(jié)、抱合，從而使得纖網(wǎng)得到加固。同時為了節(jié)約水資源和成本，使用后的水進入水循環(huán)系統(tǒng)，以便重復(fù)利用（通過真空吸水箱）。其工藝原理如圖1所示。

2.2? ? 水刺設(shè)備的組成? ? 由預(yù)濕器、水刺頭、輸送網(wǎng)簾、脫水裝置、烘燥裝置及水處理系統(tǒng)等組成。

2.3? ? 水刺法工藝流程及原理

其工藝流程為：原料準備→開松、混合→梳理成網(wǎng)→鋪網(wǎng)→牽伸→預(yù)濕→正反水刺→水循環(huán)→預(yù)烘燥→后整理→烘燥→卷繞→包裝。

水刺法采用高壓產(chǎn)生的多股微細水射流噴射纖網(wǎng)。水射流穿過纖網(wǎng)后，受托持網(wǎng)簾的反彈，再次穿插纖網(wǎng)，由此，纖網(wǎng)中纖維在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，產(chǎn)生位移、穿插、纏結(jié)和抱合，從而使纖網(wǎng)得到加固。

3 試驗條件

3.1 試驗方法 采用數(shù)字式三維電子顯微鏡對測試材料中纖維分布及纖維細度觀察及測量，使用厚度測試儀測織物的厚度，采用織物強力儀測強力，使用織物透氣量儀測透氣性能等，其它物理性能測試均采用有關(guān)國家標準的測試方法。

3.2 試驗條件 溫度25℃，相對濕度65%。

3.3 試驗儀器 XDP-1 型織物懸垂性測試儀、字式三維測量纖維系統(tǒng)VHX-600型電子顯微鏡、Fast-1型厚度測試儀、FA2004型電子天平、FAST-1壓縮性測試儀、YG065H電子織物強力儀、YG065-250多功能織物強力儀、Y522織物磨損試驗機、LLY-01B電腦控制硬挺度儀、YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀、透濕杯、電子天平、ZHX-600D型電子顯微鏡、Y522型圓盤式織物平磨儀、YG（B）461D型數(shù)字式織物透氣量儀等。

4 性能測試與分析

4.1 試驗材料 4種樣品均為水刺非織造布材料。編號如表1所示。

4.2 實驗步驟

4.3 材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)

分別在500、1000倍放大情況下觀察纖維排列（圖2），然后進行對比和分析。

試樣纖維直徑測量值見表2。

從測得的數(shù)據(jù)和激光顯微鏡的觀測結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)這4種試樣的纖維直徑大小較為均一，最大值與最小值差異并不算太大， 4#試樣的纖維直徑最小，2#試樣的纖維直徑最大。

從顯微鏡500倍觀測中可以發(fā)現(xiàn)4種試樣纖維的表面都沒有雜質(zhì)附著，這也印證了這4種試樣都是通過水刺加固形成的，并且在這4種試樣中，僅1#試樣纖維排列整齊均一，屬于平行鋪網(wǎng)，其余3種試樣中，2#試樣、4#試樣仍能看出纖維排布規(guī)律，屬于交叉鋪網(wǎng)，而3#試樣排布雜亂無章，毫無規(guī)律可言，為機械雜亂鋪網(wǎng)。

從1000倍放大觀測圖中不難發(fā)現(xiàn)，2#試樣與3#試樣纖維數(shù)量較1#試樣與4#試樣多，這說明2#試樣與3#試樣的纖維排列較為緊密，可能會對它們的手感和透氣、透濕性能造成影響。

4.4? ? 材料的厚度（表3）

由表3可知，1#試樣和4#試樣厚度較2#試樣和3#試樣小。從表中可知，這4種試樣的CV值均不高，也反映材料的厚度均勻度較好。

4.5? ? 材料的面密度（表4）

由表4可知，1#試樣和4#試樣克重值較2#試樣和3#試樣小?？酥刂笜酥庇^表現(xiàn)的是纖維密度，它會顯著影響非織造布通透性等性能。從表中也可以看出這4種試樣CV值均較小，說明這4種試樣均勻度均較好，其中1#試樣均勻度最好，而2#試樣相對較差。

4.6? ? 材料的透氣性（表5）

由表5可知，這4種粘膠纖維水刺非織造布的透氣性能均十分優(yōu)秀，高于一般織物水平（普通純棉織物為1000左右），這是由于水刺非織造布內(nèi)部纖維之間空隙較大。其中，1#試樣與4#試樣透氣性較好，而2#試樣與3#試樣較差，結(jié)合前面測得的結(jié)果，可知是由于1#試樣與4#試樣的厚度、纖維排布緊密程度較小導(dǎo)致而成的。

4.7? ? 材料的透濕性能（表6）

從柱狀圖3中可以看出：1）1#試樣透濕性最佳，這與前文中1#試樣的最小厚度、最疏散的纖維排布有關(guān)。2#試樣和3#試樣厚度較大，定量大，因而透濕性較差，這也可以反映出厚度的增長對于透濕性能會產(chǎn)生負影響。2）與透氣性能的測試相比較，除4#試樣外，其余數(shù)據(jù)對比結(jié)果有驚人的相似性，這也證明了透氣性能和透濕性能在大部分時候是呈正相關(guān)的。3）4#試樣較為特殊，它的定量、厚度均較低，透氣性能也較好。與1#試樣相似，它應(yīng)當擁有較好的透濕性能。但試驗結(jié)果表明，4#試樣的透濕性能是最差的，這說明在厚度、定量性能指標之外還有其他對透濕性能影響較大的指標，可能是后處理工藝的影響。已知3#試樣鋪網(wǎng)方式為機械雜亂鋪網(wǎng)，2#試樣、4#試樣為交叉鋪網(wǎng)，近似克重、厚度的3#試樣比2#試樣透濕性弱了許多，這可能就是雜亂鋪網(wǎng)導(dǎo)致內(nèi)部孔隙較少與不規(guī)律造成的，而4#試樣相對1#試樣弱許多，也應(yīng)當是交叉鋪網(wǎng)不如平行鋪網(wǎng)成型組織排列松散而導(dǎo)致的。

4.8? ? 材料的斷裂強力

試驗設(shè)置見表7，測試結(jié)果見表8。

由表8可以看出：1）3#試樣斷裂強力最大，在之前的試驗中我們已經(jīng)證明了3#試樣的克重、厚度都最大。這也再次說明說明厚度、克重等性能指標會對粘膠纖維水刺非織造布的力學(xué)性能產(chǎn)生明顯影響，厚度、克重越大，其在拉伸斷裂時所破壞的纖維就越多，因此拉伸斷裂強力會大。2）從表8中可以看出，1#試樣的橫縱向斷裂強度和伸長率差異最大，這和前文中分析的1#試樣是采用平行鋪網(wǎng)制成相印證，這是由于平行鋪網(wǎng)導(dǎo)致橫縱向排布纖維不均勻而造成的。3#試樣由于采用機械雜亂成網(wǎng)，因此橫縱向強力差異也較大，2#、4#試樣則接近1∶1。3）從表8中的CV值一欄中可以到得到，1#試樣和2#試樣的均勻度較差，而3#、4#試樣略好一些。但在各類紡織品中依然屬于較高的那類。這與水刺非織造布的制成工藝導(dǎo)致非織造布內(nèi)部纖維排布不均有關(guān)，因此在優(yōu)化粘膠纖維水刺非織造布產(chǎn)品性能方面，優(yōu)化產(chǎn)品斷裂強力、伸長率的不勻率是一個重要方向。

4.9? ? 材料的頂破強力（表9）

由表9可以看出：1）1#試樣的頂破強力最小，而3#試樣頂破強力最大，這與1#試樣厚度最小、克重較小有關(guān)。即面密度越小、厚度越小，頂破強力就越小。2）再與之前做的試驗對比，發(fā)現(xiàn)頂破強力的大小對比和斷裂拉伸強力的大小對比，以及厚度、克重的大小對比結(jié)果十分相似。因此可以推論，對于粘膠纖維水刺非織造布而言，這幾個性能指標是互相關(guān)聯(lián)，并且對總體性能影響巨大的。3）從表9中還可看出，平均頂破強力越大的試樣，它的平均頂破位移也越大。

4.10? ? 材料的撕裂強力測定（表10）

由表10可以看出：1）這4種粘膠纖維水刺非織造布的撕裂性能對比表現(xiàn)與它們的頂破強力對比表現(xiàn)高度相似。這又一次說明了這幾個性能指標之間的相互影響和它們對產(chǎn)品整體性能的影響。2）1#試樣的表現(xiàn)與之前的試驗相似，都是由于采用了平行鋪網(wǎng)工藝，導(dǎo)致其測得數(shù)據(jù)偏小，而2#試樣與4#試樣數(shù)值較好，并且橫縱向差異不大，接近1：1。3#試樣雖然強力最高，但是橫縱向強力差異較大，均勻度差。鋪網(wǎng)工藝對于水刺非織造布的撕裂強力影響巨大。3）厚度、克重也是影響撕裂強力的重要因素，在同等條件下，一般來說，試樣越厚、密度越大，撕裂強力就越大。

4.11? ? 材料的耐磨性（表11）

由表11可以看出：1）4種粘膠纖維水刺非織造布耐磨性能的差異較大，其中又以1#試樣的耐磨性能最差，而3#試樣的耐磨性能最優(yōu)，這與前文中分析的厚度、克重等差異大體相似，呈一定的正相關(guān)性。2）將耐磨性能與其他力學(xué)性能，如斷裂強力、頂破強力作對比，發(fā)現(xiàn)其他強力的大小也會很大程度上影響材料的耐磨性能，譬如2#試樣和3#試樣克重、厚度較為相似，但由于強力的差異導(dǎo)致了兩種試樣耐磨性能有較大的差異。

4.12? ? 材料的彎曲性能測試（表12）

由表12可以看出：1#試樣的抗彎長度最小，這可能是由于1#試樣的成網(wǎng)方式是平行鋪網(wǎng)，內(nèi)部纖維形成的柔性纏結(jié)點較少。這4種粘膠纖維水刺非織造布的縱向硬挺度均大于橫向硬挺度，這可能是由于水刺非織造布的橫向密度小于縱向密度的緣故，猜測這4種粘膠纖維水刺非織造布的內(nèi)部纖維大多呈縱向排布。

4.13? ? 材料的懸垂性

4.13.1? ? 懸垂性能測定

懸垂性是評判非織造布柔軟度的重要指標，本次試驗使用XDP-1型懸垂性測試儀對4種粘膠纖維水刺非織造布進行懸垂性測試。

4.13.2? ? 試驗儀器、方法與數(shù)據(jù)

試驗儀器：XDP-1 型織物懸垂性測試儀

試驗步驟：4種粘膠纖維水刺非織造布分別剪取2塊試樣，試樣直徑為24cm，共計8塊試樣;在每塊試樣中心修剪出一個圓形小孔用于定位，孔大小約為4mm;在試樣上畫出表示4個方向和其45凹薪塹南吆偷?；眶拆}緣縋裕蚩剮圓饈勻砑恍W疾問柚煤湃砑壞縋曰嶙遠鍬際薟⒈4媯恢馗瓷鮮霾僮髦鋇講饈醞晁惺匝？

試驗數(shù)據(jù)：4塊試樣懸垂圖以及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖4、表13。

從表13和圖4、圖5中可以看出：1）懸垂系數(shù)與懸垂性能成反比，因此從柱狀圖中可得1#試樣的懸垂性能最優(yōu)秀，3#試樣的懸垂性能最差。懸垂性和硬挺度是極為相似的性能指標，都代表了織物的柔軟水平，因此這次試驗得到的結(jié)論和硬挺度試驗得到的結(jié)論類似，即織物的柔軟程度極大程度上受織物內(nèi)部組織排布、成網(wǎng)方式影響。2）從CV值上來看， 3 #試樣反而是最低的，而柔軟度最高的1 # 試樣卻是最高的。這是因為機械雜亂成網(wǎng)過程中纖維與纖維之間形成了較多的柔性纏結(jié)點，這些纏結(jié)點能夠顯著提高材料的懸垂系數(shù)，即提高材料硬度，降低柔軟度，因此在實際生產(chǎn)時需要因地制宜。例如雖然平行鋪網(wǎng)成網(wǎng)非織造布力學(xué)性能較差，但其柔軟度最佳，根據(jù)產(chǎn)品所需達到的性能指標來選擇合適的成網(wǎng)方式和纖維排布才最合理。

5? ? 結(jié)語

通過測量4種水刺非織造布材料的性能和特點，可以得出以下結(jié)論：

1）從電子顯微鏡中觀測到的材料內(nèi)部纖維具有排布、抱纏等情況。

2）水刺非織造布的通透性與克重、厚度等性能指標有一定的相關(guān)性，厚度越小，克重越小，非織造布通透性越好。但非織造布通透性又受到其內(nèi)部纖維組織排布的極大影響，通常平行鋪網(wǎng)成網(wǎng)工藝成品通透性大于交叉鋪網(wǎng)與雜亂鋪網(wǎng)。同時后整理工藝等因素也會對粘膠纖維水刺非織造布的通透性能產(chǎn)生很大影響。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)諸如拉伸強力、斷裂強力、撕破強力等參數(shù)都具有相關(guān)性，并且它們的性能都很大程度上與厚度、克重等參數(shù)有關(guān)。

3）硬挺度和懸垂性都是反映粘膠纖維水刺非織造布的柔軟程度，不同的纖維內(nèi)部排布方式和成網(wǎng)方式都會對水刺非織造布的柔軟性產(chǎn)生極大影響。因此企業(yè)在實際生產(chǎn)時，若是想要改善產(chǎn)品的柔軟性，除了原材料選取、后整理之外，還可以考慮使用改變非織造布的成網(wǎng)方式等手段。

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Testing and Research on the Properties of Viscose Fiber Spurs Nonwovens

ZHAO Bo

（ Textiles College，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou，Henan 450007，China）

Abstract： The properties of four kinds of viscose fiber spurs nonwovens were tested.By comparing the test results of four kinds of spurs nonwovens，the micro-structure，thickness，surface density，permeability， moisture permeability，mechanical properties，breaking strength，elongation at break，breaking strength，wear resistance and stiffness of different samples were analyzed.It is found that the breaking strength，elongation at break， permeability，moisture permeability and stiffness of nonwovens are all related to surface density and thickness. It is concluded that viscose fiber spurs nonwovens have unique properties and are suitable for developing various functional products.It has a wide application prospect in medical and other fields.

Key words： viscose fiber;spurs nonwovens;property;test;analysis