木棉纖維保暖絮片的探究

樊 星 薛少林 (西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

1 木棉纖維保暖絮片的工藝設(shè)計及制備

1.1 加工工藝流程設(shè)計

根據(jù)西安工程大學非織造實驗室的設(shè)備情況，木棉纖維保暖絮片的加工工藝流程設(shè)計為：混合纖維→WL-GK-A-500開松機→WL-GK-D-500給棉機→WL-GS-A-500梳理機→WL-GP-B-800鋪網(wǎng)機→進料機→WL-GZ-A-800預針刺機→成卷機。

1.2 纖維混紡配比

本文主要開發(fā)以木棉纖維為原料的保暖絮片，同時用到棉纖維、滌綸，設(shè)計了5組不同組分及工藝的保暖絮片，對比分析木棉纖維非織造保暖絮片的工藝及性能。同時以棉纖維、滌綸作為參考對照，開發(fā)出了面密度為200 g/m2的幾種不同規(guī)格的非織造保暖絮片。

由于木棉纖維具有長度短，強度低，容易飛揚、漂浮等特性，在傳統(tǒng)紡織設(shè)備上很難加工木棉纖維［1］。經(jīng)多次試驗，將木棉纖維的比例提高到最大限度，以更好地反映木棉保暖絮片的特性［2］。按照質(zhì)量分數(shù)木棉30%、滌綸70%的比例進行配比，將試樣分成5組，其中第1、2、3組為30%木棉與70%滌綸進行混合，第4組為100%滌綸，第5組為30%棉與70%滌綸進行混合(見表1)。第4、5組與第1、2、3組在不同的工藝參數(shù)下進行比較。

1.3 針刺工藝參數(shù)設(shè)計

1.3.1 針刺密度設(shè)計

非織造保暖材料的加固方法有針刺、黏合等，針刺法非織造布更加環(huán)保無污染，本文采用針刺法加固。利用刺針使得纖網(wǎng)中的纖維纏結(jié)、壓縮、抱合，由二維變成三維立體空間結(jié)構(gòu)，獲得所需的強力［3］。本文選用太倉市雙鳳非織造布設(shè)備有限公司制造的小型針刺非織造布生產(chǎn)線，該套設(shè)備的所有機器均采用變頻調(diào)速。采用WL-GZ-A-800型預針刺機進行加固，該機植針密度為1 750枚/m2。機器速度由頻率表示，每赫茲對應(yīng)的針刺速度為20次/min，預進料及預出料速度為0.085 m/min。針刺時預進料速度設(shè)計為0.51 m/min，預出料速度設(shè)計為 1.02 m/min。

保暖絮片的質(zhì)量與加工工藝參數(shù)的合理選擇有著密切的關(guān)系，尤其是絮片的針刺密度直接影響其保暖性和彈性［4］。針刺保暖絮片較為理想的針刺密度為110～160刺/cm2。

表1為設(shè)計5組試樣的針刺密度。

1.3.2 針刺深度設(shè)計

針刺時，適當?shù)卦黾俞槾躺疃瓤梢约哟蟠蹄^帶動纖維移動的距離，加強纖維間的糾纏，增加纖維之間的抱合力及摩擦力，從而提高纖網(wǎng)的強度。但刺得過深，纖網(wǎng)中的纖維損傷太大，其強力反而下降［5］。隨著針刺密度的增大，織物的面密度減小，密度增大，厚度及孔隙率先減小、后有上升趨勢，拉伸斷裂強度、初始模量先上升達到最高值，然后開始下降，斷裂伸長下降，回彈性增加，透氣性先減小后增大［6］。經(jīng)過查閱資料及試驗研究，為了更好地體現(xiàn)保暖絮片的保暖性能，本文將針刺深度設(shè)置為7 mm。

表1 試樣的針刺密度

2 保暖絮片的性能測試及分析

2.1 拉伸性能測試結(jié)果與分析

測試儀器：YG(B)026D-500型電子織物強力機。

測試條件：試樣尺寸20 cm×5 cm，試驗次數(shù)為5。

測試依據(jù)：FZ/T60005—1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》。

測試結(jié)果見表2，表中數(shù)值為平均值。

表2 保暖絮片的拉伸性能測試結(jié)果

由表2可以看出，針刺保暖絮片的橫向拉伸強力遠大于縱向拉伸強力，這與針刺保暖絮片的生產(chǎn)工藝有關(guān)。本次開發(fā)時采用交叉折疊鋪網(wǎng)［1］，由于交叉折疊鋪網(wǎng)方向與纖維輸出方向垂直，所以使得其橫向強力大于縱向強力。同時受到鋪網(wǎng)方式的影響，橫向拉伸斷裂伸長率遠小于縱向拉伸斷裂伸長率。

對比試樣1、2、3可以看出，對于相同組分材料，隨著針刺密度的增加，橫向拉伸強力逐漸增大;而針刺密度的變化對縱向拉伸強力的影響不是很大。這是由于隨著針刺密度的增大，纖維網(wǎng)中纖維與纖維之間相互糾纏的概率增加，纖維間的糾纏得到增強，纖維與纖維之間的抱合力和摩擦力增加，因此纖維網(wǎng)的強力提高［5］。

2.2 透氣性能測試結(jié)果與分析

測試儀器：YG461L型數(shù)字織物透氣量儀。

測試條件：試樣面積20 cm2。該儀器的孔板直徑為自動調(diào)節(jié)，孔板直徑第(8)組為8.0 mm，其余各組為14.5 mm，試樣壓力為100 Pa，試驗次數(shù)為10。

測試依據(jù)：GB/T5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》。

試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 保暖絮片的透氣性測試結(jié)果 (單位：mm/s)

由表3可以看出，(1)、(2)、(3)孔板組中，隨著針刺密度的降低，針刺保暖絮片的透氣性增加。這是因為針刺密度降低，纖維與纖維之間纏結(jié)的概率減小，從而保暖絮片的孔隙增大［7］，透氣性增加。

2.3 蓬松度與壓縮性能測試

測試儀器：YG141型織物測試儀，壓腳面積2 000 mm2，基板直徑大于壓腳直徑50 mm，2 000 g重錘，靜止30 s。重復3次后，測定試樣四腳高度，求其平均值h0，共測3塊試樣，取平均值。蓬松度測試結(jié)果見表4。

表4 保暖絮片的蓬松度測試結(jié)果

壓縮性能測試如下：按上述方法測定試樣四腳的平均高度h0;然后在模板上加2個重錘(4 000 g)，30 s后再測定四腳高度，計算平均值h1;除去重錘3 min后再測四腳高度，計算平均值h2。共測3塊試樣，求其平均值。按下式計算壓縮率和回復率：

壓縮性能測試結(jié)果見表5。

表5 壓縮性能測試結(jié)果

由表4和表5中試樣1、試樣2、試樣3的數(shù)據(jù)可以看出，隨著針刺密度的增大，木棉保暖絮片的蓬松性和壓縮回復率減小，而且針刺密度為80刺/cm2時蓬松性最好;由試樣2、試樣4、試樣5的數(shù)據(jù)可以看出，相同針刺密度下，木棉保暖絮片的蓬松性優(yōu)于其他纖維保暖絮片，但壓縮回復率不及其他纖維保暖絮片。

2.4 保暖性能測試

非織造保暖絮片的保暖性能是其最重要的性能，它的使用價值就在于保暖性能的好壞。保暖材料在兩面有溫度差的條件下，從溫度較高的一面向溫度較低的一面?zhèn)鬟f熱量的性能稱為導熱性。導熱性越好，非織造保暖絮片的保暖性能就越差。根據(jù)國家標準的規(guī)定，紡織品的保溫性能可用保溫率、導熱系數(shù)、克羅值等表示，本文采用保溫率來反映其保暖性能［2］。

測試儀器：4個相同規(guī)格的易拉罐筒，4個相同規(guī)格的溫度計，保溫發(fā)泡膜和包覆布各4片，橡皮塞4個。

測試標準：GB11048—1989《紡織品保溫性能試驗方法》，室溫(22℃)。

試樣要求：將試樣按照易拉罐側(cè)面面積進行裁剪，每個樣品各5塊，牢固貼緊在易拉罐表面，并且用包覆布片包裹在外表面。

保溫率計算公式：

式中：t2——1 h 后溫度;

t0——起始溫度。

測試結(jié)果見表6。參照組為表面不包裹保暖絮片的一組。

表6 保溫率測試結(jié)果

由表6中的試樣1、試樣2、試樣3數(shù)據(jù)可知，針刺密度對木棉纖維非織造保暖絮片的保暖性能有一定的影響，當針刺密度為80～120刺/cm2時，隨著針刺密度的增加，非織造保暖絮片的保暖性能變差;由試樣2、試樣4、試樣5數(shù)據(jù)可知，在相同工藝參數(shù)下，木棉纖維保暖絮片的保暖性能優(yōu)于其他纖維組分材料。可見木棉非織造保暖絮片是一種較優(yōu)良的保暖材料，由此得到了一條合適的木棉纖維非織造保暖絮片的開發(fā)路徑。

3 結(jié)語

經(jīng)過試驗得到，木棉纖維和滌綸混紡針刺保暖絮片的保暖性能優(yōu)于其他纖維與滌綸混紡的保暖性能;在組分相同的情況下，當針刺深度一定時，針刺密度增加，針刺保暖絮片的保暖性能降低。因此，木棉纖維與滌綸混紡可以開發(fā)出性能較為優(yōu)良的非織造保暖絮片。

［1］姚穆.紡織材料學［M］.北京：紡織工業(yè)出版社，1993.

［2］劉維.木棉保暖材料及其保溫機理的研究［D］.上海：東華大學，2011.

［3］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海：東華大學出版社，2004.

［4］王旭.針刺非織造布的空氣凈化過濾材料的實驗與分析［J］.潔凈與空氣技術(shù)，2006(1)：16-19.

［5］張明.木棉纖維的結(jié)構(gòu)與熱性能［J］.中原工學院學報，2008(3)：49-51.

［6］李波，王秀榮，李彥.針刺非織造布技術(shù)與市場現(xiàn)狀［J］.紡織導報，2007(2)：88-91.

［7］郭秉臣.非織造材料與工程學［M］.北京：中國紡織出版社，2010.