含水率對(duì)纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料手感性能的影響*

張寅江 吳晶瑾 占海華 鄒專勇 洪劍寒 孟 旭

1.紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 紹興 312000；3.浙江天圣控股集團(tuán)有限公司，浙江 紹興312000

纖維素纖維基水刺非織造材料因纖維間的纏繞、抱合而固結(jié)，其干濕強(qiáng)度高、手感柔軟、吸水保水性好，且不含化學(xué)黏合劑，是良好的擦拭衛(wèi)生護(hù)理用材料[1]。在衛(wèi)生護(hù)理過程中，擦拭材料會(huì)與人體皮膚摩擦接觸，這便涉及到擦拭材料的手感品質(zhì)，即各種觸感如柔軟、平滑、硬挺等的綜合反映[2]。然而，通過手的觸摸來評(píng)價(jià)擦拭材料的手感品質(zhì)，只能對(duì)擦拭材料本身進(jìn)行簡單的定性評(píng)價(jià)，感觸靈敏性較低，無法對(duì)擦拭材料之間進(jìn)行精確地區(qū)分[3]。

手感柔軟度分析儀(tissue softness analyzer，TSA)通過模擬人手觸感獲取被測(cè)材料的手感性能參數(shù)值，是當(dāng)前有效測(cè)定和評(píng)價(jià)擦拭衛(wèi)生護(hù)理用薄型材料手感性能的一種設(shè)備[4]。其測(cè)試機(jī)制是依據(jù)所測(cè)定的手感性能參數(shù)如手感柔軟度(其值用kTS7表示)、平滑度(其值用kTS750表示)和硬挺度(其值用kD表示)等，客觀地評(píng)價(jià)被測(cè)材料的綜合手感 (其值用kHF表示)[5]。在以往的有關(guān)紙基擦拭衛(wèi)生護(hù)理用材料的手感研究中，手感柔軟度分析儀有廣泛的應(yīng)用，且隨著系統(tǒng)算法的升級(jí)，手感柔軟度分析儀也正逐漸被應(yīng)用到擦拭衛(wèi)生護(hù)理用水刺非織造材料的研究中[6]161-162，[7]。

在衛(wèi)生護(hù)理過程中，擦拭材料往往需要在濕態(tài)時(shí)使用。擦拭材料的含水率既影響擦拭材料的手感性能，又影響擦拭材料在市場(chǎng)上的銷售價(jià)格[8]。纖維素纖維本身具有良好的吸水性能，同時(shí)纖維素纖維基水刺非織造材料的結(jié)構(gòu)又具有良好的保水性能。因此，研究不同含水率的纖維素纖維基水刺非織造材料的手感性能具有重要的意義。

本研究設(shè)計(jì)并制備了6種面密度相同的常用纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料試樣，通過對(duì)6種試樣進(jìn)行表觀形貌的觀察，測(cè)定并比較不同含水率的6種試樣的手感性能參數(shù)，找尋一定的規(guī)律，以期為開發(fā)具有較好手感的擦拭衛(wèi)生護(hù)理用材料產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

1.1.1 原材料

棉纖維線密度為2.00 dtex，平均長度為30 mm；黏膠纖維線密度為1.67 dtex，滌綸纖維線密度為1.56 dtex，兩者長度均為38 mm；天絲纖維線密度為1.40 dtex，長度為40 mm。4種纖維均由浙江寶仁和中科技有限公司提供。

棉纖維脫脂用試劑：氫氧化鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；過氧化氫，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；低溫精煉劑Goon1011與氧漂穩(wěn)定劑，嘉宏科技有限公司。

1.1.2 試樣的制備

本文將設(shè)計(jì)并制備6種面密度均為(40±2) g/m2的常用纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料試樣[9]。其中：試樣A為全棉水刺交鋪后漂非織造材料，試樣B為全棉水刺交鋪前漂非織造材料，試樣C為黏膠水刺交鋪非織造材料，試樣D為黏膠/滌綸(質(zhì)量比50∶50)水刺交鋪非織造材料，試樣E為天絲平紋水刺交鋪非織造材料，試樣F為天絲網(wǎng)孔水刺交鋪非織造材料。

制備流程：將纖維包在開包機(jī)上開包(制備試樣B時(shí)，還需對(duì)開包后的棉纖維先進(jìn)行脫脂漂白、中和清洗、烘干)；按試樣的制備要求對(duì)一種或兩種纖維進(jìn)行混合，并在BG038-100型開松機(jī)上進(jìn)行開松，接著轉(zhuǎn)入BG058-120型混棉箱進(jìn)行混合，最后輸入到BG179-70型氣壓混棉箱做進(jìn)一步開松混合；在BG218A-100型梳理機(jī)上進(jìn)行有效梳理，形成纖網(wǎng)；在BG258-60型交叉鋪網(wǎng)機(jī)上鋪網(wǎng)，并進(jìn)行雜亂牽伸和疊合；進(jìn)入Aquajet Y500-2型水刺加固系統(tǒng)進(jìn)行水刺加固(制備試樣A時(shí)，水刺加固后還需對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行脫脂漂白、中和清洗)；在ZK100B型真空干燥烘箱中進(jìn)行烘干，然后卷繞、分切、打包。

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 表觀形貌

利用TM3000型掃描電子顯微鏡(日立公司生產(chǎn))對(duì)6種試樣進(jìn)行表觀形貌的觀察。

1.2.2 手感性能

在測(cè)定不同含水率的6種試樣的手感性能前，各剪取10 cm×10 cm的試樣放入玻璃皿中，用裝有去離子水的自制噴射裝置對(duì)試樣均勻地噴射去離子水，進(jìn)行預(yù)濕處理(圖1)。

圖1 試樣的預(yù)濕處理

根據(jù)試樣含水率(W)的計(jì)算式，制備含水率分別為0、100%、200%、300%、400%和500%的纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料試樣。

式中：m1——試樣干態(tài)質(zhì)量，g；

m2——試樣濕態(tài)質(zhì)量，g。

試驗(yàn)使用的手感柔軟度分析儀(Emtec公司生產(chǎn))如圖2所示。測(cè)定試樣手感性能參數(shù)時(shí)，先將試樣固定在測(cè)試槽上，旋翼刀頭壓于試樣表面，給予試樣100 mN的壓力；接著旋翼刀頭以2 r/s的速度開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水平與垂直振動(dòng)頻率被傳感器監(jiān)測(cè)到，并轉(zhuǎn)化為試樣的手感柔軟度和平滑度；然后，給予試樣600 mN的壓力，測(cè)定試樣的硬挺度[6]162-163；最后，主機(jī)基于傳送來的手感柔軟度、平滑度和硬挺度，以及被測(cè)試樣的基本參數(shù)(如面密度、厚度等)，通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)計(jì)算式(選擇擦拭衛(wèi)生護(hù)理用材料常用評(píng)價(jià)算法TPⅡ)，計(jì)算得到試樣的綜合手感。每種試樣重復(fù)測(cè)5次，各項(xiàng)結(jié)果取均值。

圖2 手感柔軟度分析儀

2 表觀形貌

圖3是6種試樣干態(tài)時(shí)的電鏡照片。從圖3明顯可見，經(jīng)高速水針射流作用后，各試樣中的纖維因相互纏繞、抱合而固結(jié)。

試樣A與試樣B同為全棉水刺交鋪非織造材料，其中的棉纖維經(jīng)水刺與漂洗后均出現(xiàn)了纏繞和扭曲，只是試樣A的水刺條紋及纖維間的纏繞抱合不及試樣B明顯。這主要是因?yàn)樵嚇覣是先水刺后漂洗的，漂洗過程中棉纖維的溶脹削弱了高速水針射流造成的水刺條紋效果[10]。

試樣C和試樣D中均含有黏膠纖維。試樣C中黏膠纖維間的纏繞抱合明顯，但材料厚薄不勻。這主要是因?yàn)轲つz纖維彈性模量較小，濕態(tài)時(shí)彎曲剛度較低，故高速水針射流易引起黏膠纖維間的纏繞抱合，且少量黏膠纖維被沖散，導(dǎo)致材料出現(xiàn)局部厚薄不勻的現(xiàn)象[11]。試樣D中滌綸與黏膠纖維間也發(fā)生了纏繞抱合，但水刺條紋痕跡不明顯，這主要?dú)w因于滌綸具有較高的彈性模量與彎曲剛度，其在高速水針射流的作用下不易形變與被沖散[12]126-127。

試樣E與試樣F同為天絲水刺交鋪非織造材料。兩種試樣纖維間的纏繞抱合均不強(qiáng)，這主要是天絲纖維在濕態(tài)下彎曲剛度依然較大，纖維間不易

a) 試樣A b) 試樣B c) 試樣C

形成纏繞抱合所致[13]38-40。同時(shí)，試樣F具有明顯的網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，而試樣E中纖維縱向排列明顯，且具有顯著的水刺條紋痕跡，這是兩者輸網(wǎng)簾的結(jié)構(gòu)不同所致。

3 手感性能

3.1 手感柔軟度

圖4反映了不同含水率的6種試樣的手感柔軟度。kTS7越小，則試樣越柔軟。

圖4 不同含水率的6種試樣的手感柔軟度

由圖4可以觀察到下述試驗(yàn)結(jié)果。

(1) 含水率在0～500%時(shí)，除試樣F的kTS7隨著含水率的增加先下降后上升外，其他試樣均隨含水率的增加，kTS7先下降后上升再略微下降。

(2) 6種試樣干態(tài)(即含水率為0)時(shí)的kTS7分布在4.0～8.0。其中，試樣C的kTS7最小；試樣D與試樣F的kTS7接近且相對(duì)較大；試樣A、試樣B和試樣E的kTS7接近且相對(duì)居中。分析其原因，試樣C由純黏膠纖維構(gòu)成，黏膠纖維彈性模量較小，彎曲剛度較低，故試樣C的kTS7相對(duì)最小，最為柔軟；試樣D中含有50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的滌綸，試樣F由天絲纖維構(gòu)成且具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，而試樣E無網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，故試樣D和試樣F的kTS7相對(duì)較大，試樣E的kTS7小于試樣F[12]127；棉纖維結(jié)晶度較黏膠纖維大，故試樣A、試樣B的kTS7相對(duì)居中。此外，先漂洗再水刺的工序會(huì)令棉纖維中的棉脂等雜質(zhì)更易去除，故試樣A的kTS7較試樣B小。

(3) 當(dāng)含水率為100%或200%時(shí)，6種試樣的kTS7分布在3.7～6.0，kTS7整體相對(duì)較小，這與試樣含水率較低時(shí)，纖維吸水溶脹，彎曲剛度下降有關(guān)[13]37-38；繼續(xù)增加試樣含水率，則纖維繼續(xù)溶脹，致使纏繞抱合的水刺交鋪非織造材料結(jié)構(gòu)更加緊密，試樣的kTS7整體增加；繼續(xù)增加試樣含水率，水分會(huì)降低旋翼刀頭的摩擦阻力，試樣的kTS7整體又呈下降的趨勢(shì)[14]。

3.2 平滑度

圖5反映了不同含水率的6種試樣的平滑度。kTS750越小，則試樣越平滑。

圖5 不同含水率的6種試樣的平滑度

由圖5可以觀察到下述試驗(yàn)結(jié)果。

(1) 6種試樣干態(tài)(即含水率為0)時(shí)的kTS750在11～22，其中試樣F的kTS750最小，試樣E的kTS750最大，試樣A、試樣B、試樣C和試樣D的kTS750居中。試樣E和試樣F盡管同為天絲水刺交鋪非織造材料，但試樣E表面有明顯的水刺條紋，導(dǎo)致兩種試樣與旋翼刀頭接觸時(shí)摩擦因數(shù)不同，兩者的kTS750差異較大。

(2) 當(dāng)含水率在100%時(shí)，6種試樣的kTS750在6～17，與干態(tài)時(shí)相比均略有降低。原因在于，試樣含水較少時(shí)，纖維素纖維吸水溶脹，削弱了試樣表面水刺條紋的影響，加之水分也降低了旋翼刀頭的摩擦阻力，故試樣變得略微平滑。

(3) 當(dāng)含水率在200%時(shí)，除試樣F的kTS750繼續(xù)下降外，其他5種試樣的kTS750較含水率為100%時(shí)均略有上升；繼續(xù)增加含水率，試樣F的kTS750繼續(xù)下降但降幅減小，其他5種試樣的kTS750均上升明顯。原因在于，隨著含水率的上升，試樣F的網(wǎng)孔區(qū)域?yàn)樘旖z纖維的吸水溶脹提供了空間，加之表面無水刺條紋，故試樣F變得更為平滑[15]；其他5種試樣因纖維進(jìn)一步吸水溶脹，水刺條紋變得更加明顯，試樣表面凹凸程度增加，故變得更加粗糙。

3.3 硬挺度

圖6反映了不同含水率的6種試樣的硬挺度。kD越小，則試樣越硬挺。

圖6 不同含水率的6種試樣的硬挺度

由圖6可以看出觀察到下述試驗(yàn)結(jié)果。

(1) 6種試樣干態(tài)(即含水率為0)時(shí)的kD在1.7～2.3 mm/N。其中，試樣A和試樣B的kD相對(duì)較大，不夠硬挺，這與干態(tài)棉纖維縱向近似呈扁平帶狀，截面慣性矩小，彎曲剛度低，同時(shí)試樣經(jīng)過脫脂漂白、中和清洗后，纖維彈性模量下降有關(guān)；試樣C和試樣D因含有黏膠纖維而kD相對(duì)較小，試樣較硬挺。

(2) 當(dāng)含水率在100%～500%時(shí)，6種試樣的kD與干態(tài)時(shí)相比均有明顯的上升，試樣變得不硬挺，且不同含水率的試樣各自的kD變化較小，都集中在2.2～2.8 mm/N。原因主要與試樣吸水及保水后，棉、黏膠、天絲等纖維溶脹導(dǎo)致纖維間摩擦因數(shù)降低，試樣較干態(tài)易形變有關(guān)。其中，試樣A和試樣B雖同為全棉水刺交鋪非織造材料，但由于試樣A干態(tài)的水刺條紋較弱而試樣B干態(tài)的水刺條紋明顯，故棉纖維吸水溶脹后，試樣A的整體均勻性好于試樣B，故含水后試樣A的kD上升幅度比試樣B??；試樣C和試樣D的kD都較大，這與兩者都含有的黏膠纖維吸水性能好、彎曲剛度較低有關(guān)。

3.4 綜合手感

圖7反映了不同含水率的6種試樣的綜合手感。kHF越大，則試樣的綜合手感越好。

圖7 不同含水率的6種試樣的綜合手感

由圖7可以觀察到下述試驗(yàn)結(jié)果。

(1) 6種試樣干態(tài)(即含水率為0)時(shí)kHF在85～100。其中，試樣C的kHF最大，試樣A和試樣B次之，試樣E、試樣F及試樣D較小。

(2) 當(dāng)含水率在100%或200%時(shí)，6種試樣的kHF為94～106，相較于干態(tài)時(shí)都有所上升，綜合手感整體變好。其中，試樣C和試樣D因含有黏膠纖維而綜合手感相對(duì)更好，全棉制成的試樣A和試樣B次之，天絲纖維制成的試樣E和試樣F相對(duì)較差。隨著含水率的繼續(xù)增加，6種試樣的kHF又略有下降。

4 結(jié)論

對(duì)利用棉纖維、黏膠纖維、滌綸和天絲纖維制備的6種常用纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料進(jìn)行表觀形貌的觀察和不同含水率時(shí)手感性能參數(shù)的測(cè)定，得出以下結(jié)論。

(1) 纖維素纖維基水刺交鋪非織造材料的原材料組成、表觀形貌、材料的均勻性等對(duì)其手感性能均有不同程度的影響。

(2) 含水率在0～500%時(shí)，除了天絲網(wǎng)孔水刺交鋪非織造材料(試樣F)的kTS7隨著含水率的增加先下降后上升外，其他5種試樣的kTS7均先下降后上升再略下降。其中，6種試樣干態(tài)時(shí)的kTS7在4.0～8.0，黏膠水刺交鋪非織造材料(試樣C)最為柔軟；含水率為100%或200%時(shí)，6種試樣的kTS7在3.7～6.0，kTS7整體相對(duì)較小。

(3) 6種試樣干態(tài)時(shí)的kTS750在11～22，其中天絲網(wǎng)孔水刺交鋪非織造材料(試樣F)最平滑；含水率為100%時(shí)，6種試樣的kTS750比干態(tài)時(shí)略低，在6～17；繼續(xù)增加含水率，除天絲網(wǎng)孔水刺交鋪非織造材料(試樣F)的kTS750逐步下降外，其他試樣均逐漸增大。

(4) 6種試樣干態(tài)時(shí)的kD在1.7～2.3 mm/N，其中全棉水刺交鋪非織造材料(試樣A和試樣B)相對(duì)不硬挺；含水后，6種試樣的kD比干態(tài)時(shí)均有明顯上升，且不同含水率的試樣各自的kD變化很小，集中在2.2～2.8 mm/N。

(5) 6種試樣干態(tài)時(shí)的kHF在85～100；當(dāng)含水率在100%或200%時(shí)，6種試樣的綜合手感整體變好，kHF分布在94～106，其中黏膠水刺交鋪非織造材料(試樣C)的kHF最大；繼續(xù)增加含水率，6種試樣的kHF均略有下降。