超細纖維合成革用針刺非織造布剝離強度的研究

上海華峰超纖材料股份有限公司，上海 201508

針刺非織造布因透氣性好、力學性能優異等特點，在非織造布產品中發展迅速[1-2]。但針刺非織造布結構復雜，目前很難找到合理的模型來表達其真實的結構并進行定性研究，故關于它的結構與性能的研究大多集中在原料選擇、針刺工藝參數、后整理技術等方面[3-4]。

超細纖維合成革采用針刺非織造布生產。影響超細纖維合成革剝離強度的因素有很多，針刺非織造布自身的剝離強度是最主要的一項。

針刺非織造布的剝離強度主要受針刺非織造布中纖維的抱合狀態及自身強度等的影響。纖維的抱合狀態高及自身強度高，則針刺非織造布的剝離強度高。若纖維抱合不好，則剝離時纖維易被拉出，這樣纖維的自身強度就得不到體現。因此，為體現出纖維的自身強度，需加強針刺非織造布中纖維的抱合狀態。本文重點研究了針刺工藝對超細纖維合成革用針刺非織造布剝離強度的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原料及設備

3種不同規格的PA 6/LDPE纖維，上海華峰超纖材料股份有限公司生產，纖維物理性能見表1。

表1 纖維的物理性能

非織造布設備，德國Dilo公司；G3017 R100(1個鉤)、G3017 R222(6個鉤)、G3017 R333(9個鉤)型非織造布用刺針，青島錦鉆針業有限公司；503A型微機控制電力萬能試驗機，深圳萬測試驗設備有限公司。

1.2 針刺工藝

纖維網經針刺機針刺后，得到不同面密度的針刺非織造布。具體針刺工藝參數見表2。

表2 具體針刺工藝參數

1.3 剝離強度測試

針刺非織造布的幅寬為175 cm。在針刺非織造布的左中右部各取10塊50.00 mm×130.00 mm樣條，采用503A型微機控制萬能試驗機，參照GB/T 8949—2008《聚氨酯干法人造革》標準，測試試樣的剝離強度，結果取平均值。

2 結果與討論

2.1 纖維類型對剝離強度的影響

針刺時，纖維自身的物理性能會嚴重影響針刺非織造布的剝離強度[5]。本文采取針刺深度8.50 mm、鉤刺深度0.06 mm及G3017 R100型刺針的針刺工藝，研究針刺密度的增加對由不同規格纖維加工的針刺非織造布剝離強度的影響，試驗結果見圖1。

圖1 纖維類型對針刺非織造布剝離強度的影響

從圖1可以看出，即使纖維類型不同，針刺非織造布剝離強度的變化趨勢仍相似。由纖維1加工的針刺非織造布，在針刺密度為1 350刺/cm2時，剝離強度達到最大11.6 N/(5 cm)；由纖維2加工的針刺非織造布，在針刺密度為2 250刺/cm2時，剝離強度達到最大14.3 N/(5 cm)；由纖維3加工的針刺非織造布，在針刺密度為2 475刺/cm2時，剝離強度達到最大15.0 N/(5 cm)。

結合表1的數據可以分析得出：(1)隨著纖維自身強度的增加，耐針刺應力增加，纖維不易被刺斷，且隨著針刺密度的增加，纖維可以更好地抱合，故針刺非織造布剝離強度增加；(2)由纖維1、纖維2加工的針刺非織造布的最大剝離強度低于由纖維3加工的針刺非織造布，這是由于纖維1、纖維2的伸長率較小，它們隨著針刺密度的增加，纖維易出現斷絲所致。

2.2 刺針鉤數對剝離強度的影響

正確地選用刺針，對提高超細纖維針刺非織造布的物理性能有很大的幫助[6]。本文選擇針刺深度為8.50 mm、鉤刺深度為0.06 mm的針刺工藝，研究型號相同但鉤數不同的G3017 R100(1個鉤)、 G3017 R222(6個鉤)、 G3017 R333(9個鉤)型刺針隨針刺密度的增加，對以纖維3為原料的針刺非織造布剝離強度的影響，試驗結果見圖2。

圖2 刺針鉤數對針刺非織造布剝離強度的影響

從圖2可以看出，隨著針刺密度的增加：

(1) 由1個鉤的G3017 R100型刺針加工所得針刺非織造布的剝離強度呈上升趨勢，且最終剝離強度達到14.6 N/(5 cm)，明顯高于其他刺針加工所得針刺非織造布的剝離強度。究其原因在于，盡管1個鉤的刺針每次刺下的纖維較少，但都是一束一束地被刺下，完全實現了纏結，同時表面纖維的自由度也不易失去，故增加針刺密度更易形成高抱合狀態，所得針刺非織造布剝離強度也隨之增加。

(2) 由6個鉤的G3017 R222型刺針加工所得針刺非織造布，當針刺密度增加到900刺/cm2時，針刺非織造布剝離強度達到最大值11.6 N/(5 cm)，之后繼續增加針刺密度則針刺非織造布剝離強度變化不大并有下降的趨勢。這是由于，相較于1個鉤的刺針，6個鉤的刺針每次刺下的纖維束更多，所以每刺1次就有更多的纖維在厚度方向上纏結抱合，故開始時剝離強度快速上升，但隨后因開始有斷絲故而影響了剝離強度的增加。

(3) 由9個鉤的G3017 R333型刺針加工所得針刺非織造布，當針刺密度增加到490刺/cm2時，剝離強度達到最大值5.5 N/(5 cm)，之后繼續增加針刺密度則針刺非織造布剝離強度下降。這是由于，隨著鉤數的增加(9個鉤)，每刺1次抓住的纖維束更多，針刺后表層失去自由度的纖維堆積纏結，形成緊密的結構，導致無法再繼續抱合，若此時繼續增加針刺密度，則纖維易斷裂，致使影響最終剝離強度。

2.3 針刺深度對剝離強度的影響

針刺深度即為刺針針刺時穿過纖網后伸出纖網的最大長度。只有針刺過程保持一定的針刺深度，方能保證刺入纖網的刺數滿足纖維纏結和束縛的要求。針刺深度宜適中，太淺則針刺非織造布的物理性能達不到要求，太深則容易造成斷針和損傷纖維，降低針刺非織造布的物理性能[7-8]。本文選用鉤刺深度為0.06 mm及G3017 R100型刺針的針刺工藝，研究不同的針刺深度(6.50、 8.50、 11.50 mm)隨針刺密度的增加，對以纖維3為原料的針刺非織造布剝離強度的影響，結果見圖3。

圖3 針刺深度對針刺非織造布剝離強度的影響

從圖3可以看出，隨著針刺密度的增加，針刺非織造布的剝離強度上升較快。針刺深度為8.50 mm的針刺非織造布，在針刺密度達到2 475刺/cm2時剝離強度達到最大值15.0 N/(5 cm)；針刺深度為11.50 mm的針刺非織造布，在針刺密度達到1 800刺/cm2時剝離強度達到最大值13.5 N/(5 cm)；針刺深度為6.50 mm的針刺非織造布，在針刺密度達到2 250刺/cm2時剝離強度達到最大值13.2 N/(5 cm)。

針刺時，針刺深度太大，則纖維抱合速度變快，但當針刺密度達到一定值后，纖維的自由度易失去，這便不再利于纖維的纏結抱合，并會很早出現斷絲，導致制得的針刺非織造布剝離強度下降。

2.4 鉤刺深度對剝離強度的影響

本文選用針刺深度為8.5 mm及G3017 R100型刺針的針刺工藝，研究不同鉤刺深度(0.04、0.06 mm)隨針刺密度的增加，對以纖維3為原料的針刺非織造布剝離強度的影響，結果見圖4。

圖4 鉤刺深度對針刺非織造布剝離強度的影響

通過圖4可以看出，增加鉤刺深度可使針刺非織造布剝離強度在較低針刺密度下便可很快達到最大值。當鉤刺深度為0.06 mm時，針刺密度為 990刺/cm2時剝離強度達到最大值16.2 N/(5 cm)；當鉤刺深度為0.04 mm時，針刺密度為2 475刺/cm2時剝離強度達到最大值15.0 N/(5 cm)。

這是因為鉤刺深度增加使得每刺1次所帶走的纖維束中纖維數量增加，這等同于加強了纖維的纏結，故而針刺非織造布剝離強度上升快速。

3 結論

基于上述研究可得，采用高強度纖維、1個鉤的

G3017 R100型刺針、針刺深度為8.5 mm、鉤刺深度為0.06 mm的針刺工藝，可獲得高剝離強度的針刺非織造布，適用于超細纖維合成革的生產。

參考文獻

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