聚乳酸水刺非織造布的開發與研究

胡銳 俞一瑛 張國炎 佘衛軍 吳軍

摘 要：本文簡述了聚乳酸材料研究開發的必要性和前景，介紹了聚乳酸水刺非織造布的生產過程，并針對生產中遇到的問題進行分析，重點探討了生產工藝上的調整方法。

關鍵詞：聚乳酸纖維;水刺;生產問題;調整方法

中圖分類號：TS176 文獻標識碼：A

近年來，人類逐漸認識到生態環境的重要性，綠色環保可持續發展意識不斷加強，綠色產品已經融入到生活的方方面面，成為當代人關注的焦點。國際原油價格的持續上漲和石油資源的日益緊缺，在影響高分子材料產業的同時，也直接影響到非織造布行業的發展。加上合成纖維材料不可降解，其廢棄物對地球環境已造成越來越嚴重的威脅，使用可降解材料成為人類迫切的愿望[1]。

聚乳酸（Polylactic acid，簡稱PLA）是一種新型綠色環保的生物可降解材料，其以玉米、小麥、甜菜、木薯等植物中的淀粉為原料，經過細菌發酵或化學合成的方式而制得。在自然環境中，通過堆肥掩埋，聚乳酸制品廢棄物可以被微生物完全降解成二氧化碳和水，不污染環境。這不僅擺脫了對石油資源的依賴，還符合當前可持續發展、低碳經濟的需

要[2-3]。目前，聚乳酸在非織造布領域的應用開發有很多，但主要采用紡粘和熔噴工藝生產而成。本文主要介紹聚乳酸纖維在水刺工藝下的開發與生產。

1 聚乳酸水刺非織造布的生產工藝

1.1 水刺用聚乳酸纖維的選擇

目前，國內有很多聚乳酸纖維供應商，但主要供紡織行業使用，并不一定適合梳理水刺工藝，故需對聚乳酸纖維的性能有相應的要求。本研究選用的聚乳酸纖維的主要性能指標如表1所示。

纖維細度在1dtex-3dtex內比較適合梳理水刺工藝，低于1dtex的纖維一般就很難梳理，需要配置特殊的針布。含油率和比電阻對纖維的可梳理性影響較大，若含油率低、比電阻大，纖維梳理過程中就容易產生靜電形成飛花，增大纖維消耗，并影響布面均勻性。但纖維含油率過高，會造成纖維粘纏，容易纏繞羅拉等部件，造成針布損傷[4]。

1.2 聚乳酸水刺非織造布工藝原理及過程

聚乳酸纖維先經過開松梳理，形成均勻的纖維網，鋪網方式可選擇平行鋪網、交叉鋪網及其組合，本研究采用平行鋪網和交叉鋪網相結合的方式。鋪疊好的纖網經預濕后進入水刺區，在高速高壓水射流的作用下，纖維相互纏結抱合，達到加固纖網的目的，加固后的濕纖網再經過烘干卷繞，即得到聚乳酸水刺無紡布。

其主要工藝過程為：聚乳酸纖維→開松→梳理成網→交叉鋪網→水刺→后整理→烘干→成品卷繞等。

在開發聚乳酸水刺非織造布的過程中，主要遇到的問題有：（1）聚乳酸纖維原料中的疵點、雜質較多;（2）聚乳酸纖維易產生靜電;（3）聚乳酸纖維熔點較低，烘燥溫度控制不好易造成布的手感變硬。

聚乳酸纖維的疵點雜質，主要是纖維生產加工過程中絲束的斷頭所致。目前，國內聚乳酸纖維的生產技術還略有不足，尚無法達到滌綸纖維的疵點控制水平（≤1mg/100g）。聚乳酸纖維屬于聚酯類纖維，其纖維特性與滌綸很接近，吸濕性差，很容易產生靜電。此外，聚乳酸纖維的熔點僅170℃左右，烘燥溫度過高，易導致纖網變硬。針對以上問題，對生產過程中的各道工序進行工藝上的調整。

1.3 開松混合工藝

聚乳酸纖維開包后，稍有些緊實，不及滌綸那么蓬松，考慮到疵點多的問題，纖維的喂入上采用“高頻低喂”的方式進行，即喂入頻率提高，每次喂入量降低。這樣既提高了纖維開松除雜的程度，又能保證喂入總量的均衡，如表2所示。

同時，調整喂棉輥、打手和塵棒的隔距，如表3所示。

適當減小打手、喂棉輥與塵棒的隔距，增加塵棒之間的隔距，可以提升除雜效果，減少纖維硬疵。考慮到聚乳酸纖維的低熔點特性，為防止開松過程中纖維過度梳理而摩擦生熱，形成熔融晶體，整體線速降低10m/min。這樣調整后，最終材料布面的硬疵點明顯減少，但生產效率相比常規產品降低了15%左右。

1.4 梳理鋪網工藝

經過開松機多道開混處理以后，纖維疵點問題基本解決，但聚乳酸纖維易產生靜電的問題仍會對生產造成很大影響。靜電大，梳理過程中飛花變多，增加了纖維損耗;飛花增多，必然會有部分區域纖維過少，形成稀網。而大量漂浮的纖維聚積后，落到布面上又會形成云斑或棉塊，造成纖網均勻性變差，影響產品質量。

目前，聚乳酸纖維主要用于紡織行業，纖維油劑并不適配梳理水刺工藝，只能從現有生產工藝進行調整。生產車間新增加濕設備，并定時往地面灑水，將車間環境的濕度增加到80%左右，有效降低了生產環境形成靜電的可能性。降低梳理機的給棉喂入，減小梳理負荷。給棉喂入從35%降低到28%，梳理機主速度從90m/min降低到70m/min，梳理負荷減小，避免纖維長時間聚集在針布上，因反復摩擦生熱而產生熔融晶體，形成新的硬疵點。梳理負荷減小后，單層纖網的克重略有下降，通過增加交叉鋪網的鋪疊層數，來保證輸出纖網的克重。這樣調整以后，不僅疵點問題得到改善，纖網的均勻度也有所提高，只有產品產量稍微降低。

1.5 水刺工藝

聚乳酸纖維與滌綸性能接近，可以參照滌綸產品的水刺工藝進行生產，實際生產使用德國福來司拿（FLEISSNER）公司水刺機，水刺工藝參數如表4所示。

1.6 烘燥工藝

聚乳酸纖維的熔融溫度相對其他水刺原料較低，只有170℃，本研究使用烘筒烘燥的方式進行烘干處理，烘筒的實際表面溫度在130-150℃左右，比聚乳酸纖維的熔點要低，但實際生產時若不調整烘燥溫度，材料手感會變硬，并伴有焦糖味。這可能是因為聚乳酸纖維的降解特性，其在濕熱環境下容易發生水解，導致纖維本身的性能發生改變，反映到材料上就出現了手感變硬的現象。

為解決上述問題，應盡可能降低聚乳酸材料進入烘箱前的含水率。生產中采用抽吸+軋干的組合方式來降低纖網的含水率，抽吸氣壓調整為0.3MPa，軋干氣壓從0.2MPa增加到0.4MPa。經過這樣調整，水刺后聚乳酸纖網的含水率從70%降低到50%。

同時，對烘筒烘燥的溫度進行調整，如表5所示。

當水刺后的濕纖網進入烘箱時，纖網的濕度最高，烘燥溫度不宜過高，故前兩組烘筒的烘燥溫度適當降低，減少聚乳酸纖維高溫下的水解;經過前兩組烘箱以后，纖網里的水分已經減少很多，此時可以適當提高烘燥溫度，加快烘干速度。這樣就縮短了纖網在濕熱狀態下的時間，避免聚乳酸纖維過度水解。

1.7 工藝調整前后聚乳酸水刺非織造布性能對比分析

調整生產工藝后，聚乳酸水刺無紡布的干態強力明顯提高，滑出長度也明顯降低，如表6所示。這是因為，工藝調整前，聚乳酸纖維在濕熱條件下高溫烘燥，纖維本身發生熔融并部分水解，纖維斷裂強力下降。纖維熔融又造成部分纖維間相互粘結，布面手感變硬，滑出長度較大;調整工藝后，有效改善了聚乳酸纖維的熔融和水解問題，強力及柔軟度均有所提高。

2 結語

聚乳酸是可生物降解的環保材料，而水刺無紡布具有生產過程無污染的特點，兩相結合，聚乳酸水刺無紡布必然有廣闊的開發與應用前景。在現有聚乳酸纖維原料的供應大環境下，調整現有的水刺設備工藝，能夠生產出性能優良、滿足用戶需求的產品。但相比聚酯，聚乳酸的價格仍然較高，生產加工成本高，加之水刺用聚乳酸纖維的性能還不盡如人意，使用水刺工藝生產加工的效率還比較低，這都限制了相關產品的推廣應用范圍。隨著聚乳酸生產技術的進步和相關產業鏈的逐步完善，聚乳酸水刺非織造布的發展前景將十分廣闊。

參考文獻

[1] 鄭玉琴，任元林.聚乳酸非織造布的開發及應用[J].非織造布，2009，17（03）：13-15.

[2] 常杰，劉亞，程博聞.聚乳酸紡粘非織造布的研究進展[J].天津工業大學學報，2013，32（04）：37-42.

[3] 佟毅.新型生物基材料聚乳酸產業發展現狀與趨勢[J].中國糧食經濟，2019（08）：49-53.

[4] 郭秉臣.非織造材料與工程學[M].北京：中國紡織出版社，2010.