PE原料对PE/PP双组分纺粘非织造布性能影响的研究*

杨 光 靳向煜 张 梅

(1.东华大学纺织学院，上海，201620; 2.吉林大学军需科技学院，长春，130062;3.东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心，上海，201620)

PE原料对PE/PP双组分纺粘非织造布性能影响的研究*

杨 光1靳向煜1张 梅2，3

(1.东华大学纺织学院，上海，201620; 2.吉林大学军需科技学院，长春，130062;3.东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心，上海，201620)

基于PE/PP皮芯结构双组分纺粘技术，保持芯层PP原材料不变，皮层分别使用三种不同熔融指数的PE原材料，制取三种PE/PP双组分纺粘非织造布，通过对其性能的测试，探讨了皮芯结构PE/PP双组分纺粘非织造布中皮层PE原材料对产品物理性能的影响。研究结果表明，PE/PP双组分非织造布的纵横向强力随着PE熔融指数的升高而降低，而伸长率则随着PE熔融指数的升高而增大。

双组分纺粘非织造布，聚乙烯，熔融指数，性能

双组分复合纺粘法非织造材料技术是纺粘技术的发展方向，国外也正处于发展阶段。目前世界上掌握和正在开发双组分纺粘技术的国家和公司还不多，主要集中在美国、德国、日本、荷兰等国家［1］。国内上海市合成纤维研究所、东华大学等也在积极进行双组分纺粘生产线的研制以及技术和产品的研发。在研发过程中，原材料的选择和使用决定了生产线的成功与否和工艺的合理性，同时也影响着产品的性能。

聚丙烯(PP)是纺粘工艺常用的一种高聚物，主要性能参数有等规度、熔融指数和灰分等。

聚乙烯(PE)是热塑性高聚物，也可用于生产纺粘非织造布。最先发明的PE生产工艺是高压法，产品是低密度聚乙烯(LDPE);后来有低压法及中压法，产品是高密度聚乙烯(HDPE)。

PE熔体同PP熔体一样，具有非牛顿假塑性行为，且有弹性材料的特性。当熔体所受应力去除后表现出一定的弹性回复，在高剪切速率下熔体会产生熔体破裂的不稳定流动，其表现与不同PE树脂的物性相关。因此，每种牌号树脂均存在一临界的剪切速率及应力，超过该临界值便会产生不规则流动，同时该现象随挤出速率、压力的增加而加剧。

高聚物熔体具有流动性是高聚物可以被加工成型的依据，高聚物的加工成型是在黏流态下进行的，研究高聚物熔体的流变行为对高聚物成型工艺的合理设计和正确操作，并获得性能良好的制品具有重要意义［2］。

在实际应用中，通常用熔融指数来表征熔体的流动性能。熔融指数是纺粘法和熔喷法生产中控制原料性能的主要指标，其定义为:在一定的温度下，熔融状态的高聚物在一定负荷(21 N)下，10 min内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量，单位为g/10 min［3］。不同的原材料采用的测试温度不同，PP为230℃，表示为MFR;PE为190℃，表示为MI。熔体熔融指数越大，流动性越好。从熔融指数的定义可知，实际上测定的是给定切变速率下的流度，即黏度的倒数1/η。熔融指数是反映熔体流变性能的一个参数，用于纺粘非织造工艺中的PP、PE原料的熔融指数范围通常在10～50 g/10 min之间。

本文基于皮芯结构PE/PP双组分纺粘技术，使用不同MI的PE原料，通过产品性能以及原材料性能的测试，探讨PE原料的MI对产品性能的影响。

1 实验

1.1 原材料选择

本实验所采用的原材料是:芯层材料为PP，皮层为PE。

选用的PP切片的MFR为35 g/10 min，PE的MI分别为18、19 和20 g/10 min。

芯层原材料PP保持不变，编号为A;皮层采用国内外三种不同的原材料，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。详见表1。

表1 原材料型号和性能指标

1.2 实验条件

皮芯比为50/50(体积比)，通过PP和PE计量泵的速比来控制;通过改变网帘运行速度来控制成品面密度，面密度分别为10、20、30、40 和50 g/m2。其他相关工艺保持不变:

1.3 实验方案

本实验分别采用三种不同的皮层PE原材料，每种原材料试验5次，总计15次。实验方案见表2。

1.4 测试方法

1.4.1 非织造布断裂强力和断裂伸长率的测试

根据EDANA(欧洲用即弃及非织造材料协会)标准EDANA ERT20.2测试:

试样要求:5块，50 mm×250 mm;

测试仪器:YG26B型电子织物强力仪;

表2 实验方案

测试条件:拉伸速度 100 mm/min，隔距200 mm，定速拉伸。

1.4.2 非织造布面密度的测量

使用圆盘取样机和电子天平来测定试样的面密度。圆盘取样机取样的固定面积是0.01 m2，每个实验方案的成品纺粘非织造布各取样10个，用电子天平测定试样的质量，乘以100后所得结果即为产品的面密度。

1.4.3 流变性能测量

利用毛细管［4］可方便地测定高聚物熔体的管壁剪切应力和剪切速率，由此可求得熔体的表观黏度，并作出流变曲线。

式中:Q，ΔP——分别为毛细管中体积流量和压力降;

R，L——分别为毛细管半径和长度;

ηa，γa，τa——分别为表观黏度、表观剪切速率和表观剪切应力。

实验仪器:

哈克转矩流变仪，型号RC90，德国HAAKE公司;毛细管直径1.000 0 mm，长径比40。

电子天平，JA12002，上海天平仪器厂。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

表3为在相同实验条件下测得的PE/PP双组分纺粘非织造布试样的性能数据。

表3 PE/PP双组分纺粘非织造布试样性能测定结果

从表3可以看出，用同一种PE原材料制成的双组分非织造布，随着面密度的增大，纵横向强力均呈上升趋势。这与用其他工艺制得的非织造布的性能规律基本一致，即参与加固的纤网量增加，总体上非织造布强力上升。同时，采用不同PE原材料制成的同一面密度的双组分非织造布，其纵横向强力和伸长率的差异较明显，见图1～图4。

从图1和图2可以看出，使用Ⅰ号PE原材料(MI=18 g/10 min)生产的PE/PP双组分纺粘非织造布，其纵横向强力均好于用其他两种PE原材料制成的双组分纺粘非织造布;而使用Ⅲ号PE原材料(MI=20 g/10 min)生产的双组分纺粘非织造布强力最差。

从图3和图4可以看出，使用Ⅰ号PE原材料生产的PE/PP双组分纺粘非织造布，其纵横向的伸长率均小于用其他两种PE原材料制成的双组分纺粘非织造布，相对伸长率最小;而使用Ⅲ号PE原材料生产的双组分纺粘非织造布伸长率最大。

图1 不同MI的PE原材料对非织造布纵向强力的影响

图2 不同MI的PE原材料对非织造布横向强力的影响

图3 不同MI的PE原材料对非织造布纵向伸长率的影响

图4 不同MI的PE原材料对非织造布横向伸长率的影响

对实验编号为1、6和11所制成的面密度为10 g/m2的PE/PP双组分纺粘非织造布进行机械拉伸，拉伸曲线示于图5。用MI为18 g/10 min的PE原材料制成的双组分纺粘非织造布强力明显高于用其他两种PE原材料制成的双组分纺粘非织造布，而伸长率则明显小于其他两种。从拉伸曲线的起始斜率来看，斜率大的拉伸强力也大。拉伸强力与PE的MI成反比，而伸长率与PE的MI成正比，即随着MI的增大，双组分纺粘非织造布的伸长率变大，而断裂强力变小。从拉伸曲线的初始模量来看，拉伸曲线初始斜率越大，柔软性越差。

图5 用不同MI的PE原材料制成的非织造布拉伸曲线

2.2 结果讨论

大多数高聚物属于假塑性流体，其黏度随着剪切速率的增大而减小，即所谓剪切变稀。这是因为高分子在流动时各液层间总存在一定的速度梯度，细而长的大分子若同时穿过几个流速不等的液层时，同一个大分子的各个部分就要以不同的速度前进，这种情况显然是不能持久的。因此，在流动时每个长链分子总是企图使自己全部进入同一流速的流层。不同流速液层的平行分布就导致了大分子流动方向的取向。假塑性流体的流动曲线是非线性的，一般可以用指数关系来描述其剪切应力和剪切速率的关系。

为进一步验证，在220℃条件下对三种不同的PE原材料进行流变实验，结果示于图6和图7。实验表明，在同样的剪切应力和剪切速率下，MI越大，表观剪切黏度越小。由于三种原材料同为PE，其分子结构相同。相同分子结构的高聚物，其表观剪切黏度随相对分子质量的增大而升高，而相对分子质量的升高使MI相应减小。由于其他纺丝工艺和成网工艺条件保持不变，原材料MI的降低使单丝强度增大，从而使PE/PP双组分纺粘非织造布的强力提高。

图6 220℃时剪切应力与黏度的关系

图7 220℃时剪切速率与黏度的关系

3 结论

PE/PP双组分纺粘非织造布在原材料PP不变的情况下，用不同MI的PE制成的双组分纺粘非织造布强力和伸长率明显不同，纵横向强力随MI的升高而降低，伸长率则随MI的升高而增大。

在原材料选择时，如果希望所制取的PE/PP双组分纺粘非织造布具有较高强力，在PP原材料不变的情况下，可选择MI较低的PE原材料，但会降低非织造布伸长率;如果希望制得伸长率较大的PE/PP双组分纺粘非织造布，则可选用MI较高的PE原材料，但会相应降低非织造布强力。

［1］赵永霞.双组分纺粘技术的新进展［J］.纺织导报，2008(6):104.

［2］李文刚.PET-PBT共聚酯的流变性能研究［J］.合成纤维，2001(4):13-16.

［3］何曼君.高分子物理［M］.上海:复旦大学出版社，1990:268.

［4］PERRY R H.化学工程手册［M］.北京:化学工业出版社，1992:117.

Study on the effect of PE raw mateirals on the properties of PE/PP bi-component spunbond nonwovens

Yang Guang1，Jin Xiangyu1and Zhang Mei2
(1.College of Textiles，Donghua University; 2.College of Quartermaster Technology，Jilin Univerisyt;3.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University)

Based on the technology of the PE/PP sheath-core structure bi-component spunbond，keeping polypropylene as the raw material in the core，three kinds of polyethylene with different melting index being used respectively in order，by comparison between the property test of three types of products and the property test of the raw materials，the effect of the polyethylene raw materials in the sheathcore structure the physical properties of PE/PP bi-component spunbond nonwovens was disccused.The research result shows that the MD and CD strength of the PE/PP bicomponent nonwovens decreases with the increase of the PE MI，and its elongation increases with the increase of the PE MI.

bi-component spunbond nonwowens，polyethylene，melting index，property

TS174.8

A

1004－7093(2010)03－0018－05

*产业用纺织品教育部工程研究中心开放课题(2007-2009)

2009－11－13

杨光，男，1976年生，在读博士研究生。主要从事纺粘非织造布开发及性能研究。