孙西超 奚柏君 陈 聪

(绍兴文理学院 纺织服装学院,浙江 绍兴312000)

制备工艺对针刺非织造布性能的影响

孙西超 奚柏君 陈 聪

(绍兴文理学院 纺织服装学院,浙江 绍兴312000)

研究制备工艺与针刺非织造布的基本性能和力学性能之间的关系,用扫描电镜测试非织造布的微观结构,分析影响其力学性能的内在因素.结果表明,当针刺频率为13次/s,针刺次数为3次,输出速度为0.6m/s时,针刺非织造布的综合性能最优;影响非织造布力学性能的主要因素为针刺频率和针刺的次数.

针刺非织造布;制备工艺;针刺密度;力学性能

针刺非织造布由于其透气性好和机械性能优异等特点而在非织造布产品中发展迅速[1-2],特别是近几年来,水刺、纺粘、熔喷等技术突飞猛进[3-4],对针刺非织造的制备工艺及产品的性能和多元化发展提出了更高的挑战和要求.关于针刺非织造布的研究[5-6],由于其结构复杂,目前很难找到合理的模型来表达其真实结构和进行定性研究,学者[7-8]大多集中在原料选择、针刺工艺参数、后整理技术等方面来研究针刺非织造布的结构与性能.本文主要研究和分析非织造布的制备工艺参数对其结构和性能的影响,并从微观结构探讨影响其机械性能的因素和内在规律.

1 实验部分

1.1 实验的主要原料和设备

原料:棉纤维(绍兴华通色纺有限公司).

设备:WL-12D01型针刺设备(太仓市双凤非织造布设备有限公司);YG(B)141D型数字式织物厚度仪(温州大隆纺织仪器有限公司);ME103型电子天平(梅特勒托利多设备有限公司); YG065H电子织物强力机(绍兴元茂机电设备有限公司);SNG-3000型扫描电子显微镜(韩国SECCO.LTD).

1.2 棉针刺非织造布的制备

制备工艺流程:开松→梳理→铺网→针刺;植针密度:3500枚/m2.

1.3 测试方法与依据

针刺密度是指单位面积内非织造布受到的针刺数,根据参考文献[7]可知针刺密度的计算公式如式(1)所示:

式中:Dn—针刺密度(刺/cm2);

Nn—植针密度(枚/m);

F—针刺频率(次/s);

VC—纤网速度(m/s).

参照GB/T3820-1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》,采用数字式织物厚度仪测试非织造布的厚度;依照FZ/T60003-1991《非织造布单位面积质量的测定》,采用电子天平测试非织造布的面密度;按照GB FZ/T 6005-1991《非织造布断裂强力及断裂伸长的测定》,采用电子织物强力机测试非织造布的力学性能;利用扫描电子显微镜观察非织造布的形态结构.

2 测试结果与讨论

2.1 针刺工艺对非织造布的结构影响

表1 非织造布的性能测试结果

表1中针刺次数是指主刺设备对棉网进行重复针刺的次数.随着针刺频率和针刺次数的增加,非织造布的厚度和面密度减少,其针刺密度增加,而纤网速度则变化不大.这是因为在针刺过程中,提高针刺频率相当于增加单位时间内的针刺数量,根据公式可知,针刺密度增加.纤维网受到针刺的压力产生扩散变形,部分纤维随着刺针进入纤维网内部产生纠缠与抱合,进而部分纤维被固定在新位置,同时输出与输入的速度差使得纤维网进一步牵伸,因此非织造布的厚度和面密度减少,但纤网速度因纤维网在前进过程中受到不同的阻力而发生微小波动.

2.2 针刺频率对非织造布的力学性能的影响

图1为针刺次数为1次时,针刺非织造布的横向断裂应力和纵向断裂应力与针刺频率的关系图.从图中可知,非织造布的断裂应力随着针刺频率的增加而提高,其纵向断裂应力大于横向断裂应力.造成这一现象的原因是在针刺时倒钩带着表层纤维进入纤维网内部,纤维之间产生锁合与纠缠,随着针刺频率的增加,作用在纤维网的刺针增加,进而使得纤维网结构紧密以及纤维间的摩擦和纠缠增强,当针刺频率为13次/s时,非织造布的力学性能最优异.同时在梳理过程中,大部分纤维沿纵向排列,因此在拉伸过程中非织造布纵向断裂应力大于其横向断裂应力.

图1 针刺频率与非织造布力学性能

2.3 针刺次数对非织造布的力学性能的影响

图2为针刺频率为13次/s时,针刺非织造布的横向断裂应力和纵向断裂应力与针刺次数的关系图.由图可知,随着针刺次数的增加,非织造布的断裂应力先增加后减少,当针刺次数为3次时,非织造布的力学性能最佳.这是因为在一定范围内,纤维之间的作用力随着针刺次数的增加而增强,进而非织造布的断裂应力增加,当针刺次数为3次时,其断裂应力最大;当针刺次数进一步增加,针刺次数可能损伤纤网中部分纤维,从而非织造布的断裂应力下降,其纵向断裂应力大于横向断裂应力的现象和原因也吻合上述.

图2 针刺次数与非织造布力学性能

2.4 非织造布外观形貌微观分析

图3 非织造布的SEM图片

图3为试样针刺前后的SEM图.从中可以看出,a图为针刺之前纤维的分布图,纤维分布无规律;b图、c图和d图为针刺处理后非织造布的形貌图,b图出现了针刺“轨道”和部分纤维的纠缠,c图可以看到部分纤维在纤维网中垂直分布,d图中“轨道”附近纤维之间出现锁合,这从微观说明了纤维之间的摩擦、锁合与纠缠与非织造布的结构与性能有直接关系.

3 结论

1)随着针刺频率和针刺次数的增加,非织造布的厚度和面密度减少,其针刺密度增加,而纤网速度则变化不大;

2)非织造布的断裂应力随着针刺频率的增加而提高,其纵向断裂应力大于横向断裂应力;在一定范围内,非织造布的断裂应力随着针刺次数的增加而提高,当针刺次数为3时,非织造布的力学性能最佳.综上,针刺频率和针刺次数是影响非织造布力学性能的主要因素.

3)从SEM图中可知,影响针刺非织造布结构与性能的主要因素有纤维间的分布、摩擦、锁合和纠缠.

[1]李瑞欣,彭景洋,刘亚,等.非织造布在过滤中的应用[J].非织造布,2011(5):63-66.

[2]RAABE D,CHEN N,CHEN L.Crystallographic texture,amorphization,and recrystallization in rolled and heat treated polyethylene terephthalate (pet)[J].Polymer(Guildf),2004,45(24): 8265-8277.

[3]徐英.针刺非织造布技术的实践应用与思考[J].现代丝绸科学与技术,2011,26(2):55 -57.

[4]李伟,吴海波.针刺深度和纤维定量对涤纶针刺非织造布性能的影响[J].非织造布,2010, 18(1):25-27.

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The Effect of Preparation Process of Needle-punched Nonwoven on Its Properties

Sun Xichao Xi Baijun Chen Cong

(School of Textile Engineering and Apparel Design,Shaoxing University,Shaoxing,Zhejiang 312000)

The relation between the preparation process of needle-punched nonwoven and the basic properties& mechanical property was discussed.Mechanical property of nonwoven fabric was tested by scanning electronmicroscopy(SEM)which was used to analyze the inner factors ofmechanical performance.Results show thatwhen the stroke frequency is13,the number of acupuncture is three times and the output speed is0.6 m/s,the comprehensive performance of needle-punched nonwoven is optimal.The main factors influencing the mechanical property of nonwoven are the stroke frequency and the number of acupuncture.

needle-punched nonwoven;process;needling density;mechanical property

TS176

A

1008-293X(2015)08-0077-04

(责任编辑 王海雷)

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2015.08.15

2015-04-18

浙江省科技厅公益项目(2014C31067)

孙西超(1988-),男,安徽亳州人,助教,主要研究方向为纺织材料的结构与性能研究及其新产品设计与开发.