竹纤维/低熔点涤纶复合毡的性能研究

梁佳琦 陈慰来 祝国成 龙婷 刘春丽 夏未锋

摘 要：采用物理方法将竹纤维与双组份低熔点涤纶按一定比例混合，经过开松、梳理、铺网等工序制备出多层纤维网，利用热风烘压方法将多层纤维网制成毡基材料。利用扫描电镜观察并表征了竹纤维和复合毡的形态;测试分析了竹纤维的结晶度、官能团结构、纤维直径及其分布、拉伸断裂强力性能;对双组份低熔点涤纶的长度与熔点进行了表征分析;对竹纤维/双组份低熔点涤纶复合毡的拉伸断裂强力性能、透气性与传热性能进行了分析评价。结果表明，纤维复合毡的性能与竹纤维的含量相关，断裂强力与传热性能及竹纤维含量呈正相关，透气性随着竹纤维含量的增加先变大后变小。

关键词：竹纤维;双组份低熔点涤纶;复合毡;透气性;传热性

中图分类号：TS174.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2020）01-0014-06

Abstract：Bamboo fiber and two-component low-melting-point polyester were blended in a certain ratio by physical method， a multilayer fiber web was prepared by opening， carding， and lapping， and the multilayer fiber web was made into felt base material with hot air drying and pressing method.The morphology of bamboo fiber and that of composite felt were observed and characterized under scanning electron microscope.The crystallinity， functional group structure， fiber diameter and distribution， and tensile breaking strength of bamboo fiber were tested and analyzed.The length of two-component low-melting-point polyester was measured， and its melting point was characterized and analyzed.The tensile fracture strength， air permeability and heat transfer performance of bamboo fiber/two-component low-melting-point polyester composite felt were analyzed and evaluated.The experimental results show that the performance of fiber composite felt is related to the content of bamboo fiber， and the breaking strength is positively related to heat transfer performance and the content of bamboo fiber.The air permeability increases first and then decreases as the content of bamboo fiber increases.

Key words：bamboo fiber; two-component low-melting-point polyester fiber; composite felt; air permeability; heat transfer

近年來，市场上对复合材料的要求不仅只关注于高的比强度、比模量，好的抗冲击性能，以及优良的化学稳定性，对环保的要求也越来越高。李贵阳[1]利用再生涤纶和丙纶纤维制备再生涤纶/丙纶纤维复合板材，此类材料侧重于研究复合板材的隔音隔热性能，并且复合板材的原料都是高分子聚合物，原料消耗大，环境污染严重。因此利用天然纤维制备复合毡急需得到开发。牛海涛[2]利用亚麻纤维与低熔点纤维进行组合制备复合材料，制备的复合材料属于硬质板材材料，透气性能较差。程遥辉[3]制备的麻纤维/酚醛树脂复合材料在汽车内饰中的应用也仅仅是限于车门内饰，起到支撑的作用。王瑞等[4]利用亚麻纤维和低熔点纤维制备热塑性复合材料，得到在180 ℃温度下，制作的复合材料具有较好的力学性能。当前的复合材料中天然纤维的选择以麻纤维为主，例如亚麻、黄麻等。但是传统的天然纤维已经满足不了现人们对于产品开发日益增长的需求，因此选用新型天然纤维成为趋势。竹纤维具有独特的结构特征[5]，赋予含竹纤维织物良好的透气性和耐磨性，并且具备抗菌、防臭的功能[6]，成为产业用纺织品的新宠。随着环境保护要求越来越严格，化学粘合剂的选择主要以绿色、环保为主。低熔点涤纶利用自身作为粘合剂，在180 ℃左右的温度下进行加工，生产工艺简化，成为越来越多非织造工艺中复合材料制备的选择。本文综合了两者的优点，制备了竹纤维/低熔点涤纶复合毡，并研究评价了其各方面性能。

1 实 验

1.1 实验材料与样品制备

竹纤维与双组份低熔点涤纶由杭州鼎缘纺织品科技有限公司提供。

竹纤维/低熔点涤纶复合毡试样为笔者自行研制，样品制备过程如下：将竹纤维与双组份低熔点涤纶纤维按照质量比30∶70，40∶60，50∶50，60∶40，70∶30混合，经过开松、梳理、铺网等工序形成纤维网，然后将纤维网放入烘箱（型号：DGG-9240B，上海森信实验仪器有限公司），烘箱温度控制在（180±3） ℃之间，放置时间4 min，随后将纤维网从烘箱中取出，对其施加0.4 MPa的压力，自然冷却后得到竹纤维/双组份低熔点涤纶复合毡样品。

2.3 纤维复合毡的平均米质量

制备竹纤维/双组份低熔点涤纶复合毡时，控制复合毡的厚度为（10±0.2）mm。不同竹纤维含量复合毡的平均米质量如表3所示。由表3可知，竹纤维的含量越高，复合毡的面密度越大，这与纤维密度有关。竹纤维的密度大于双组份低熔点涤纶的密度，因此竹纤维的含量越高，单位面积内所含有的竹纤维数量越多，复合毡的平均米质量就会增大。平均米质量与产品性能有着直接的关系。

2.4 纤维复合毡传热性能

竹纤维含量对纤维复合毡传热性能的影响如图5所示。从图5可以看出，复合毡的传热系数随着竹纤维含量的增加而增大。静止的干空气具有很好的绝热性能，但是随着竹纤维含量的增加，复合毡的面密度逐渐增大，材料的紧实度变大，纤维之间的联系更加复杂，纤维毡内部的大孔隙逐渐减少，空气含有量也逐渐减少，复合毡的传热系数逐渐变大，竹纤维含量最多的复合毡的传热系数能达到22.05 W/m2·℃;另外，随着竹纤维含量的增加，竹纤维的结晶度也会对复合毡的传热性能产生一定的影响，结晶度越高，有序排列的部分越多，有序排列的晶格有利于热振动的传递，因此，复合毡的传热系数逐渐变大。

2.5 纤维复合毡透气性能

图6是不同竹纤维含量对纤维复合毡透气性的影响。从图6可以明显看出，随着竹纤维含量的增加，复合毡的透气性能先增大后减小。材料的透气性与复合毡的孔隙率有关，当低熔点涤纶的含量降低时，在相同的实验条件下，复合毡中含有的未熔融的涤纶也会下降，未熔融的涤纶与熔融的低熔点涤纶以及竹纤维之间相互粘结，因纤维的粗细不一样以及粘结状态（有点状粘结，块状粘结以及片状粘结）的差异会形成大小不一的空隙，在一定程度下，熔融的低熔点涤纶占比越多，所能组成的空隙就越多，但当低熔点涤纶的含量降低到一定程度时，几乎能全部融化，片状粘结状态的比例增大，孔隙率就会下降，并且随着竹纤维含量的增加，竹纤维之间的缠结更加复杂，也会减少复合毡内部的空隙，因此透气性也会随之下降。复合毡透气性能最好的是竹纤维与低熔点涤纶的比例为50∶50，每秒透气量达到885.35 mm。

2.6 纤维复合毡拉伸性能

竹纤维含量对纤维复合毡断裂强力的影响如图7所示。由图7可知，复合毡的断裂强力随着竹纤维含量的增加而增大。当低熔点涤纶的含量降低到一定程度时，在相同实验条件下，低熔点纤维几乎能全部熔融，与竹纤维之间形成片状粘结，片状粘结的比例越大，竹纤维之间的粘结力就越大，因此断裂强力也随之增加。另外随着竹纤维含量的增加，表面粗糙的竹纤维之间的缠结更加牢固，复合毡内部纤维的滑移更加困难，材料受到的拉伸应力更加均匀，也增加了复合毡的断裂强力。

2.7 纤维复合毡断裂伸长率

断裂伸长率是指试样在拉伸测试中被拉到断裂时所测得的伸长对拉伸前试样长度的百分率，用来评定复合毡的伸长能力。如图8所示，复合毡的断裂伸长率总体随着竹纤维含量的增加而增大。复合毡的断裂伸长率与竹纤维含量以及低熔点纤维的熔融状态有关。当竹纤维含量较低时，低熔点纤维未完全熔融，一部分仍以纤维状态存在，复合毡内部的固定较松软，因此在拉伸时，较小的力能引起纤维复合毡的断裂;当表面粗糙的竹纤维含量较大时，一方面竹纤维之间的缠结更加的稳定，另一方面低熔点涤纶完全熔融起到粘结的作用，因此，复合毡内部的结构更加较稳定，拉伸时不容易引起断裂，表现为更大的断裂强力以及更大的断裂伸长率。70/30竹纤维/低熔點涤纶复合毡的断裂伸长率达到8.775%。

3 结 论

采用竹纤维与双组份低熔点涤纶制备复合毡，探究了最佳的实验条件，简化了复合毡的工艺流程，并对复合毡的原料以及不同比例的竹纤维/低熔点涤纶复合毡的性能进行评价分析，得到以下结论：

a）竹纤维/低熔点涤纶复合毡的原料竹纤维具有可再生的特点，低熔点涤纶作为粘合剂能够简化生产工艺，该复合毡产品具有广阔的发展前景;

b）进行不同质量比复合毡性能的对比，平均米质量随着竹纤维含量的增加而增大，透气性随着竹纤维含量的增加先增大后减小，透气性能最好的是50%竹纤维含量，每秒透气量达到885.35 mm，传热系数随着竹纤维含量的增加而增大，70%竹纤维含量的复合毡的传热系数能达到22.05 W/m2·℃;

c）竹纤维含量最低的复合毡的最大断裂强力接近100 N，并且随着竹纤维含量的增加，其断裂强力增加，其断裂伸长率总体也在增大。

参考文献：

[1]李贵阳.再生涤纶/丙纶纤维复合板材的制备与研究[D].郑州：中原工学院，2015.

[2]牛海涛.亚麻纤维/低熔点涤纶非织造预成型件增强复合材料的研究[D].天津：天津工业大学，2005.

[3]程遥辉.麻纤维/酚醛树脂复合材料在汽车内饰上的应用技术研究[D].南京：南京理工大学，2017.

[4]王瑞，牛海涛，焦晓宁.亚麻/低熔点聚酯纤维热塑性复合材料性能研究[J].天津工业大学学报，2005（4）：1-4.

[5]陶丽珍.竹原纤维、纱线的性能研究及优化[D].苏州：苏州大学，2004.

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[7]熊小艺.竹纤维增强聚丙烯复合材料的研究[D].杭州：浙江工业大学，2017.

[8]束永健，陈文兴，钱军，等.低熔点再生聚酯皮芯复合短纤维的性能表征[J].合成纤维，2016，45（4）：15-18.