湿态下水刺非织造布性能研究分析

刘双营,张琼杰,杨景璇,史晓慧,靳向煜

(1.山东永信非织造新材料股份有限公司,山东 济南 250200;2.东华大学 纺织学院,上海 201620)

水刺非织造布因其具有良好的柔软度、舒适性以及透气吸湿性能成为了制作湿巾、卫生巾表层的最佳原材料之一,其中水刺非织造布的厚度、断裂强力以及耐磨性是评价其包装效果、机械性能和使用性能的关键指标,体现了材料的固有属性及质量。无论是卫生用水刺非织造布行业标准,还是湿巾国家标准,对这些指标都有明确要求。在其湿态应用中,水刺非织造布受到液体浸润、机械拉伸、折叠成垛等外部因素影响,水刺非织造布物理性能是否受到影响,是非常值得关注的问题。

FZ/T 64012—2013《卫生用水刺法非织造布》行业标准中,规定了产品的断裂强力标准,GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分:厚度的测定》、GB/T 24218.3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》中,明确了非织造布厚度、断裂强力的检验方法。基于此,本文对干、湿态条件下不同水刺非织造布厚度、拉伸力学性能以及耐磨性的变化进行研究,以期为水刺非织造布更好地应用于生产实践提供经验。

1 实验部分

1.1 实验原料与设备

样品A:30%粘胶纤维、70%涤纶纤维,50 g/m2,直铺水刺非织造布,平纹;样品B:70%粘胶纤维、30%涤纶纤维,50 g/m2,直铺水刺非织造布,平纹;样品C:70%粘胶纤维、30%涤纶纤维,70 g/m2,直铺水刺非织造布,提花。

YG141LA型数字式织物厚度仪(青岛兰德电子仪器有限公司);YG026C型电子织物强力机(大荣纺织设备有限公司);YG401G型织物平磨仪:马丁代尔耐磨仪(宁波纺织仪器厂)。

1.2 实验方法

1.2.1厚度测试

首先将裁剪好的样品A、样品B放置在水平基准板上,用与基准板平行的压脚对试样施加规定压力,将基准板与压脚之间的垂直距离作为试样厚度。压脚表面面积为2500 mm2,压力为100 cN,纵、横向各裁剪10块尺寸为200 mm×200 mm的样布进行测试。

湿态样布的制备:本试验中湿态样布的制备是模仿湿巾制备工艺制成,首先将裁剪好的试样在蒸馏水中浸润10 min,之后取出试样并挤出多余水分,直至含水量约为原始试样质量的3.5倍,再对湿态试样的厚度进行测试,最后对所测数据取平均值。

1.2.2拉伸强力性能测试和缠结系数计算

将样品A、样品C沿纵向和横向各裁切20片尺寸为200 mm×50 mm的样布,并在夹持距离为100 mm,拉伸速度为200 mm/min的条件下,对干、湿态下的试样各测10次,并取其平均值作为最终的测试结果。

水刺非织造布的缠结系数(CJ)计算公式[1]如下:

CJ=(MD+CD)/G

(1)

式中:MD为水刺非织造布的纵向断裂强力(N/50 mm),CD为水刺非织造布的横向断裂强力(N/50 mm);G为产品克重(g/m2)。

1.2.3耐磨性能测试

从样品A、样品C中裁剪直径为42 mm圆形干、湿态试样各20片,将裁剪好的试样夹在夹持器中,与同样材料织物在给定的压力下,以李莎如(Lissajous)图形运动轨迹进行摩擦,摩擦次数分别为30次、50次。达到规定的转数后,查看摩擦起毛起球程度,并评定试样起毛起球等级。起毛起球等级按5级标准进行评判:5-无起球、4-轻微起球、3-中等起球、2-严重起球、1-非常严重起球。

2 实验结果与分析

2.1 厚度

表1为干、湿态下样品A与样品B的厚度数据。生产中使用的涤纶纤维规格为1.56 dtex×38 mm,粘胶纤维规格为1.67 dtex×38 mm。纤维线密度越大,纤维越粗,相同长度时纤维的质量越大。由表1可知,相同克重条件下,粘胶纤维所占比例越大,样品厚度越小。因此,干态条件下,样品A的厚度要小于样品B。样品A和样品B的干态厚度都明显小于其湿态下的厚度;与干态样品相比,湿态下样品A的厚度减小了8.3%,样品B的厚度减小了14.9%。这一结果表明,湿态条件下,水刺非织造布的厚度减小,而且粘胶纤维含量越高,厚度降低比例越大。这是由于水刺非织造布的吸水率较高,为保证样品吸水率为自身质量的3.5倍,在样品充分浸润后需要对其进行挤压,挤压后的水刺非织造布结构变致密,纤维与纤维之间的空隙减小,因此厚度降低。另外水刺非织造布的吸水性能主要取决于纤维自身特性,由于粘胶纤维具有较强的吸水性并且吸湿后会发生膨胀,直径可增加50%[2]。粘胶纤维占比越大,吸湿后占据的空间越多,水刺非织造布纤维间的排列更为紧密,非织造布空隙减少[3]。经过挤压,纤网之间以及纤维内部孔隙储存的水分被挤出,纤网空隙减小,并且粘胶纤维吸水后变硬,弹性降低,纤维结构变紧实且不易回弹,纤网厚度减小。因此湿态条件下,样品厚度减小,并且粘胶纤维占比增大,厚度降低比例增加。

表1 厚度检测结果

2.2 拉伸力学性能

由表2可知,相对于干态条件,样品A在湿态下的断裂强力和断裂伸长率均有所下降。粘胶纤维中含有较多的亲水基团,这些亲水基团的存在使得粘胶纤维具有较好的亲水性,吸湿后纤维内水分子的存在削弱了纤维大分子间的作用,分子间键合力减小;并且粘胶纤维结晶度低,纤维大分子内存在较多的无定形区以及空泡[4],吸湿后纤维结构膨胀,一定负荷作用下分子链或晶体间的相对滑移量增加,粘胶纤维湿强减小,湿态下样品A的断裂强力与断裂伸长率均有所下降。吸水膨胀后的粘胶纤维会占据水刺非织造布更多的空间,纤维间排列更为紧密。但由于粘胶纤维所占比例较低,仅为30%,粘胶纤维湿强下降对水刺非织造布断裂强力的影响较小,并且干、湿条件对涤纶纤维的影响较小,因此润湿后样品A的强力变化幅度较小。

表2 样品A断裂强力及断裂伸长率检测结果

此外,由图1可知干、湿态下样品A的纤维缠结系数一致(干态:3.1 N·m2·g-1,湿态:3.1 N·m2·g-1),因此干、湿态条件对样品A中纤维的缠结能力无太大影响,即干、湿态条件并不会对样品A拉伸断裂强力产生明显影响,这一结果与强力测试结果基本一致。

图1 样品A与样品C干湿态下的纤维缠结系数

由如表3可知,与干态条件相比,样品C在湿态下的纵、横向断裂强力与断裂伸长率都明显降低。样品C中粘胶纤维占比较大,为70%,而且涤纶纤维干湿态强力基本相同,因此样品C湿态下的强力变化主要受粘胶纤维影响。吸湿溶胀后粘胶纤维内分子链间的距离增加,分子间键合的强力下降,大分子链之间的滑移量增加,粘胶纤维强力降低,因此湿态条件下样品C的断裂强力明显减小。同时,纤维缠结系数作为影响纤维强力的重要因素之一,也能够从侧面反映水刺非织造布强力的变化。纤维缠结系数越大表明纤维间的缠结效果越好,水刺非织造布的拉伸断裂强力越高[5]。由图1可知,样品C在干态的纤维缠结系数是湿态条件下的1.6倍,这一结果也说明相对于干态条件,湿态下样品C的拉伸断裂强力会有所下降。

2.3 耐摩擦性

由表4可知,样品A与样品C的耐摩擦性能呈现相同的变化趋势,即摩擦次数的增加,试样起毛起球变严重;当摩擦次数相同时,由于粘胶纤维湿态强力低于干态强力,因此湿态下试样的耐摩擦性更差,起毛起球更加严重。

表4 干湿态下样品的起毛起球结果

3 结语

通过研究干、湿态下不同水刺非织造布的厚度、拉伸强力以及耐摩擦性能,得出以下结论:干态水刺非织造布的厚度大于湿态水刺非织造布,而且粘胶纤维所占比例越大,湿态下的水刺非织造布厚度变化越明显;湿态条件对平纹水刺非织造布拉伸强力的影响较小;但珍珠小圆点水刺布的湿态纵、横向断裂强力与断裂伸长率都明显小于干态条件;相同情况下,与干态相比,湿态下水刺非织造布的起毛起球性能更差,摩擦后起毛起球更严重。