熱風(fēng)非織造布厚度提升研究

覃俊東 焦曉寧

1. 天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387； 3. 天津工業(yè)大學(xué)先進(jìn)復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387

熱風(fēng)非織造布厚度提升研究

覃俊東1焦曉寧2,3

1. 天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387； 3. 天津工業(yè)大學(xué)先進(jìn)復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387

著重研究熱風(fēng)非織造布部分生產(chǎn)工藝對(duì)厚度的影響。結(jié)果表明，增加梳理雜亂度、使用空調(diào)風(fēng)冷冷卻方式、降低冷卻輥-熱風(fēng)爐牽伸速差等，均能不同程度地提升熱風(fēng)非織造布的厚度，以及其作為衛(wèi)生用品表層的干爽舒適感。

熱風(fēng)非織造布， 厚度， 梳理雜亂度， 冷卻方式， 牽伸速差

熱風(fēng)非織造布是干法熱黏合非織造布中的一種，其是在纖維梳理成網(wǎng)后，利用烘燥設(shè)備上的熱風(fēng)穿透纖網(wǎng)，使之受熱并黏合形成的[1]。熱風(fēng)非織造布產(chǎn)品具有蓬松度高、手感柔軟、干爽性佳、透氣性好等特點(diǎn)，其配合復(fù)合型纖維[2-3]制造出的薄型產(chǎn)品，纖維間空隙大，使用時(shí)液體能迅速通過(guò)纖維縫隙滲透到吸收層，因此被廣泛應(yīng)用于用即棄產(chǎn)品，如嬰兒尿褲、成人失禁墊、婦女衛(wèi)生用品，以及餐巾、浴巾、一次性桌布等；厚型產(chǎn)品則用于制作防寒服、被褥、嬰兒睡袋、床墊、沙發(fā)墊等[4-5]。高密度的熱風(fēng)非織造產(chǎn)品可用于制作過(guò)濾材料、隔聲材料、減震材料等。與紡黏非織造布和熱軋非織造布相比，熱風(fēng)非織造布厚度更大，液體穿過(guò)表層材料后會(huì)更難返滲到表層，所以使用熱風(fēng)非織造布做衛(wèi)生用品的表層會(huì)更加干爽、舒適[6-7]。

熱風(fēng)非織造布應(yīng)用于衛(wèi)生用品表層是近兩年由日本和韓國(guó)市場(chǎng)引領(lǐng)的，其因優(yōu)良的性能迅速風(fēng)靡全球，故熱風(fēng)非織造布生產(chǎn)廠家的規(guī)模在迅速擴(kuò)大，他們對(duì)熱風(fēng)非織造布性能的研究也在更加地深入。本文所研究的厚度的提升便是眾多廠家研究最多的內(nèi)容之一[8-9]。隨著國(guó)內(nèi)個(gè)人衛(wèi)生用品市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，熱風(fēng)非織造布在個(gè)人衛(wèi)生用品方面的用量呈不斷上升的趨勢(shì)，前景十分看好。寶潔[10]、金佰利[11]、花王[12]、尤妮佳[13]、恒安[14]等國(guó)內(nèi)外知名衛(wèi)生用品制造商對(duì)熱風(fēng)非織造布進(jìn)行對(duì)比分析得出，厚度越大、蓬松性越好的非織造布，液體穿透、返滲性能越好，越干爽舒適。非織造布生產(chǎn)廠家為提高厚度，多數(shù)從纖維的選擇與配比、梳理工藝的調(diào)整、熱風(fēng)工藝的調(diào)整等方面進(jìn)行改善，但由于影響非織造布厚度的因素較多，加之生產(chǎn)產(chǎn)能較緊張，故厚度的提升效果并不理想[15]。

本文著眼于研究非織造布生產(chǎn)工藝，探討生產(chǎn)工藝對(duì)非織造布厚度的影響，通過(guò)調(diào)整梳理雜亂度、冷卻方式、牽伸速差等提高熱風(fēng)非織造布的厚度，確保同質(zhì)量的非織造布能生產(chǎn)出更多的衛(wèi)生用品。目前，在不增加非織造布面密度的前提下提高其厚度，是非織造布生產(chǎn)廠家的核心競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)容之一[16-17]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 設(shè)備選擇

目前較流行的熱風(fēng)非織造布設(shè)備組合：

(1) 單梳理雙道夫+圓網(wǎng)熱風(fēng)爐；

(2) 單梳理雙道夫+平網(wǎng)熱風(fēng)爐；

(3) 雙梳理單道夫+圓網(wǎng)熱風(fēng)爐；

(4) 雙梳理單道夫+平網(wǎng)熱風(fēng)爐。

一般來(lái)說(shuō)，雙梳理設(shè)備更有利于纖維組合和厚度提升，而平網(wǎng)熱風(fēng)爐設(shè)備更適用于高速生產(chǎn)，故本課題重點(diǎn)研究的設(shè)備為雙梳理單道夫+平網(wǎng)熱風(fēng)爐。

1.2 原料選擇

通常，衛(wèi)生用熱風(fēng)非織造布使用的原料為ES復(fù)合纖維，其多為皮芯結(jié)構(gòu)中的同芯結(jié)構(gòu)，少數(shù)使用并列結(jié)構(gòu)或偏芯結(jié)構(gòu)。材料一般分兩種，一種是PE/PP纖維(皮層PE+芯層PP)，另一種是PE/PET纖維(皮層PE+芯層PET)。纖維長(zhǎng)度一般為38.00～ 51.00 mm，線密度一般為1.1～6.6 dtex。

本文選擇熱風(fēng)非織造布應(yīng)用最廣泛、最普通的一種皮芯結(jié)構(gòu)的PE/PET纖維，線密度為2.2 dtex，長(zhǎng)度為38.00 mm，卷曲數(shù)為13～16個(gè)/(25 cm)，卷曲率為12%～17%。

1.3 工藝原理

本文選擇的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 熱風(fēng)非織造布生產(chǎn)工藝流程

其主要工藝原理：纖維經(jīng)針簾、打手開(kāi)松，以及棉箱混合后，分別送至1#梳理機(jī)和2#梳理機(jī)梳理成網(wǎng)，2臺(tái)梳理機(jī)可獨(dú)立選擇纖維、纖網(wǎng)定量、梳理工藝等；纖網(wǎng)復(fù)合鋪網(wǎng)后送至平網(wǎng)式熱風(fēng)爐，熱空氣穿透纖網(wǎng)，纖網(wǎng)中的纖維通過(guò)點(diǎn)黏合形成具有一定強(qiáng)度的非織造布；再經(jīng)冷卻定型后卷繞成卷，并按客戶要求的規(guī)格分切成子卷，最后包裝成品。

本文生產(chǎn)的熱風(fēng)非織造布面密度為22 g/m2。

1.4 產(chǎn)品性能測(cè)試

1.4.1 儀器測(cè)試厚度

采用YG141N型數(shù)字式織物厚度儀，依據(jù)GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布實(shí)驗(yàn)方法 第2部分 厚度的測(cè)定》進(jìn)行。砝碼質(zhì)量使用170 g，儀器測(cè)試厚度精確到0.01 mm。

鑒于單層熱風(fēng)非織造布厚度較小，測(cè)試蓬松度有一定的難度，本文以生產(chǎn)中慣用的50層非織造布自然狀態(tài)下的厚度即50層自然厚度，間接反映產(chǎn)品的蓬松度。

試驗(yàn)步驟：

(1) 裁取試樣50片，試樣大小為10 cm×10 cm；

(2) 將50片試樣層層碼放在一起，用鋼直尺測(cè)試總高度；

(3) 讀取50片試樣總高度(精確到0.10 mm)，測(cè)試3組數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值。

1.4.3 拉伸斷裂強(qiáng)度

采用HD026H型織物強(qiáng)力儀，依據(jù)GB/T 24218.3—2010《紡織品 非織造布實(shí)驗(yàn)方法 第3部分 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》進(jìn)行。

1.2.1 對(duì)照組 在發(fā)生產(chǎn)后出血后實(shí)施一般護(hù)理，包括遵醫(yī)囑給藥止血，監(jiān)測(cè)產(chǎn)婦心率、血壓等生命體征，如有異常立即告知醫(yī)生進(jìn)行相應(yīng)處理。

1.5 試驗(yàn)方案

1.5.1 梳理雜亂度試驗(yàn)

僅調(diào)整梳理雜亂度，其他條件保持不變。

梳理雜亂度一般用梳理機(jī)道夫與凝聚輥的速比表示，速比越高則梳理雜亂度越高。通過(guò)調(diào)整梳理機(jī)道夫與凝聚輥的速比，改變纖維縱橫向分布，對(duì)比梳理雜亂度對(duì)熱風(fēng)非織造布最終厚度的影響。主要試驗(yàn)參數(shù)及熱風(fēng)非織造布性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 梳理雜亂度主要試驗(yàn)參數(shù)及熱風(fēng)非織造布性能

1.5.2 冷卻定型試驗(yàn)

僅對(duì)熱風(fēng)后的冷卻方式進(jìn)行調(diào)整，其他條件保持不變。

通過(guò)調(diào)整熱風(fēng)后的冷卻方式，對(duì)比對(duì)熱風(fēng)非織造布最終厚度的影響。主要試驗(yàn)參數(shù)及熱風(fēng)非織造布性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 冷卻定型主要試驗(yàn)參數(shù)及熱風(fēng)非織造布性能

1.5.3 牽伸試驗(yàn)

調(diào)整3道牽伸速差，即熱風(fēng)爐-梳理機(jī)牽伸速差、冷卻輥-熱風(fēng)爐牽伸速差、卷取輥-冷卻輥牽伸速差，改變纖維分布狀態(tài)，從而改變熱風(fēng)非織造布的厚度。

本文僅對(duì)以上3道牽伸速差做調(diào)整，每次只調(diào)整其中的1道牽伸速差，其他牽伸速差保持不變。牽伸位置如圖2所示。主要試驗(yàn)參數(shù)及熱風(fēng)非織造布性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

圖2 牽伸位置示意

試驗(yàn)名稱牽伸位置牽伸速差/(m·min-1)生產(chǎn)線速度/(m·min-1)儀器測(cè)試厚度/mm蓬松度/mm拉伸斷裂強(qiáng)度/[N·(5cm)-1]縱向橫向試驗(yàn)6熱風(fēng)爐?梳理機(jī)10800．3266．2033．06．3試驗(yàn)7熱風(fēng)爐?梳理機(jī)7800．3379．9032．06．2試驗(yàn)8冷卻輥?熱風(fēng)爐6800．3175．3035．06．5試驗(yàn)9冷卻輥?熱風(fēng)爐4800．38107．40 32．06．6試驗(yàn)10卷取輥?冷卻輥12800．3266．8032．06．7試驗(yàn)11卷取輥?冷卻輥8800．3269．4033．06．8

2 結(jié)果分析與討論

2.1 梳理雜亂度的影響

從表1的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：同等條件下，梳理雜亂度從1.8調(diào)至2.2時(shí)，熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度從1.32 mm提升到2.11 mm；蓬松度(即50層自然厚度)也從65.10 mm 提升至87.90 mm。這說(shuō)明梳理雜亂度越高，熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度越高。原因在于，梳理雜亂度越高，纖維橫向分布越多，熱風(fēng)非織造布立體感越強(qiáng)，故儀器測(cè)試厚度越大。

但梳理雜亂度并不是越高越好，應(yīng)根據(jù)纖網(wǎng)的轉(zhuǎn)移情況和縱橫向的強(qiáng)力來(lái)調(diào)整。梳理雜亂度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致纖網(wǎng)無(wú)法正常轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生橫向不勻，甚至於網(wǎng)；還可能會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)非織造布的縱向強(qiáng)力偏低，達(dá)不到客戶的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 冷卻定型的影響

2.2.1 風(fēng)冷和表面冷卻對(duì)比

從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：相較于冷卻輥表面冷卻，熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度從1.64 mm分別提高到自然風(fēng)冷的2.14 mm和空調(diào)風(fēng)冷的2.56 mm，分別提高了30.48%、56.09%；蓬松度從67.30 mm分別提升至90.20和102.10 mm，提升幅度達(dá)34.03%和51.71%。

原因之一是表面冷卻時(shí)，熱風(fēng)非織造布表面的熱量被帶走，但內(nèi)部的熱量仍然大量保留，冷卻定型效果差；而風(fēng)冷是立體穿透，整個(gè)熱風(fēng)非織造布的熱量均被帶走，冷卻定型效果優(yōu)于表面冷卻，且纖維間的黏結(jié)點(diǎn)牢固，不易被卷取分切工序拉平，儀器測(cè)試厚度和蓬松度保持性好。

另一個(gè)原因是表面冷卻時(shí)，布面因直接與輥體接觸而受到較大的擠壓力，使尚未完全定型的纖維受到擠壓變得偏平，厚度減少；而風(fēng)冷對(duì)纖維幾乎無(wú)擠壓，厚度保持性好，故儀器測(cè)試厚度大。

2.2.2 冷卻溫度

表2中空調(diào)風(fēng)冷比自然風(fēng)冷的溫度低，測(cè)得的空調(diào)風(fēng)冷的熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度均較高，說(shuō)明冷卻溫度越低，厚度越高。原因在于冷卻溫度越低，纖維之間的黏結(jié)點(diǎn)越牢固，越不易被卷取分切拉平，厚度保持性較好。

2.3 牽伸工藝的影響

從表3的試驗(yàn)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)：冷卻輥-熱風(fēng)爐牽伸速差對(duì)熱風(fēng)非織造布的影響較大，且牽伸速差越小(如牽伸速差由6變?yōu)?時(shí))，熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度從0.31 mm提升到0.38 mm、蓬松度從75.30 mm提升至107.40 mm。原因在于，纖維在熱風(fēng)爐與冷卻輥之間時(shí)雖然已經(jīng)黏合，但黏結(jié)點(diǎn)仍處于軟化熔融狀態(tài)，此道牽伸速差如果偏大，則纖維之間的黏結(jié)點(diǎn)易被拉開(kāi)、拉平，厚度降低。而熱風(fēng)爐-梳理機(jī)牽伸速差、卷取輥-冷卻輥牽伸速差對(duì)熱風(fēng)非織造布的影響較小。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及分析可以得出：

(1) 通過(guò)提高梳理雜亂度來(lái)增加纖維橫向分布數(shù)量，可提高熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度。

(2) 空調(diào)風(fēng)冷更有利于增加熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松性，且冷卻溫度越低，纖維定型越快，纖網(wǎng)受到的拉伸變形越小，儀器測(cè)試厚度和蓬松度越易保持。

(3) 降低冷卻輥-熱風(fēng)爐牽伸速差可使熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度保持較好；而熱風(fēng)爐-梳理機(jī)牽伸速差、卷取輥-冷卻輥牽伸速差對(duì)儀器測(cè)試厚度和蓬松度的影響較小。

3.2 建議

通過(guò)本課題的3個(gè)方面的試驗(yàn)和分析，提出以下建議供熱風(fēng)非織造布生產(chǎn)廠家參考：

(1) 提高梳理雜亂度可提高熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度。但需注意的是，提升熱風(fēng)雜亂度后要保證纖網(wǎng)的順利轉(zhuǎn)移，避免出現(xiàn)於網(wǎng)等不良現(xiàn)象。

(2) 在冷卻方式的選擇上，盡量選擇風(fēng)冷方式，冷卻溫度宜盡量低，這樣所得熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度越大。

(3) 各級(jí)牽伸速差越小，特別是冷卻輥-熱風(fēng)爐牽伸速差越小，所得熱風(fēng)非織造布的儀器測(cè)試厚度和蓬松度越大。但需要注意的是，牽伸過(guò)小有時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)非織造布不能順利轉(zhuǎn)移出去，形成褶皺，生產(chǎn)中要注意觀察。

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Research on thickness improvement of hot-air nonwovens

QinJundong1,JiaoXiaoning2,3

1. School of Materials, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China; 2. School of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China; 3. Key Laboratory of Advanced Composites, Ministry of Education, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China

The impact of some production processes on thickness of hot-air nonwovens was emphatically studied. The results showed that by increasing combing clutter degrees, using air-cooled cooling method，reducing the draft speed difference between cooling roller and hot air furnace, etc., the thickness of hot-air nonwovens, and the effect of dry and comfortable for hot-air nonwovens as hygiene products, could be increased in different degrees.

hot-air nonwovens, thickness, combing clutter degree, cooling method, draft speed difference

2016-11-05

覃俊東，男，1982年生，工程師，長(zhǎng)期從事非織造布技術(shù)的研究與生產(chǎn)管理工作

焦曉寧， E-mail： xiaoningj@tjpu.edu.cn

TS174.5

A

1004-7093(2017)01-0026-05