辛長(zhǎng)征，遲長(zhǎng)龍，鄧照西

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，河南 鄭州 450007；2.鄭州華信學(xué)院 藥學(xué)系，河南 新鄭 451500)

滌綸保暖熱熔絮片是非織造材料中一個(gè)重要的生產(chǎn)品種，具有回潮率低、回彈性高、保暖、輕盈等優(yōu)點(diǎn)，在床上用品和保暖充填類材料中應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)品有滑雪衫、保暖服、被胎、被褥等，但由于聚酯大分子結(jié)構(gòu)具有高度的立構(gòu)規(guī)整性，結(jié)晶度和取向度較高，缺乏親水性基團(tuán)，吸濕性很差，體積比電阻高達(dá)1011～1013Ω·cm，極易產(chǎn)生靜電，給生產(chǎn)和使用帶來(lái)極大的不便.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對(duì)滌綸保暖絮片品質(zhì)的要求也從過(guò)去的單一保暖功能向安全、舒適等功能化方向發(fā)展[1-4].本研究通過(guò)在線撒粉法將PES熱熔粉與納米級(jí)竹炭粉按一定比例施加于滌綸纖網(wǎng)上，研究了熱熔粉與納米級(jí)竹炭粉在纖網(wǎng)中的最佳施加比例.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

纖網(wǎng)300 g/m2，20%的3.3 dtex×51 mm中空滌綸短纖維，儀征化纖股份有限公司；80%的1.67 dtex×51 mm滌綸短纖維，洛陽(yáng)石化股份有限公司；M-PESZC-991型熱熔粉，顆粒直徑為60～90 μm，滄州化工實(shí)驗(yàn)有限責(zé)任公司；納米竹炭粉，顆粒直徑為200～400 nm，上海海諾炭業(yè)有限公司.

1.2 測(cè)試儀器

YG461A/B型定壓式透氣量?jī)x，武漢集思儀器設(shè)備有限公司；YG606D型平板式保暖儀，無(wú)錫方圓儀器有限公司；SFYLFY-406型體積比電阻測(cè)試儀，北京中慧天誠(chéng)科技有限公司；HD026N型電子織物強(qiáng)力儀，南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DL型撒粉機(jī)，常州市達(dá)力塑料機(jī)械有限公司.

1.3 工藝流程

中空滌綸短纖維、普通滌綸短纖維→開松→八倉(cāng)混和→梳理→雙道夫→雙雜亂→單纖維網(wǎng)→撒粉→交叉鋪網(wǎng)→熱熔加固→熱輥面修飾→冷卻→切邊→卷取.

2 結(jié)果與分析

2.1 熱熔粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)熱熔絮片黏合效果的影響

熱熔粉在本研究中有兩個(gè)重要作用，一是在熱空氣的加熱下變?yōu)槿垠w，對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行黏結(jié)，冷卻后固結(jié)纖網(wǎng)，二是作為納米竹炭粉的載體，通過(guò)撒粉裝置將納米竹炭粉均勻地撒在纖網(wǎng)中，賦予絮片抗靜電的功能.

用于熱熔黏結(jié)的熱熔粉種類較多，由于本研究的主體纖維為滌綸短纖維，為了保證絮片的強(qiáng)度和透氣性并節(jié)約能源，應(yīng)該選擇與聚酯結(jié)構(gòu)相似且自身熔點(diǎn)較低的熱熔粉[5]，通過(guò)多次試驗(yàn)，本研究最終采用了PES型熱熔粉.

PES熱熔粉即改性聚酯型熱熔粉，其表面張力為44.6 Dyne/cm，和聚酯的表面張力(43 Dyne/cm)相當(dāng)，兩者的熔度參數(shù)也比較接近.同時(shí)，PES熱熔粉在較低的溫度下可以熔融，熔體的流動(dòng)速率較高，流變性能較好，利于熱熔粉流體對(duì)纖網(wǎng)的擴(kuò)散和滲透，能夠形成點(diǎn)黏合結(jié)構(gòu)(見圖1)，得到的絮片強(qiáng)度高、透氣性好.

圖1 PES熱熔粉在纖網(wǎng)中形成的點(diǎn)黏合結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The structural diagram of adhesion point of PES heat-bonded powder and fiber net

2.2 熱熔粉施加量的確定

熱熔粉的施加量主要從對(duì)絮片的黏合效果和透氣性的影響兩方面來(lái)考慮.當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例較大時(shí)，絮片的強(qiáng)度會(huì)增加，但同時(shí)絮片的透氣量則會(huì)降低[6].圖2和圖3定量地表征了熱熔粉的施加量對(duì)絮片強(qiáng)度和透氣性的影響.

圖2 不同比例的熱熔粉對(duì)絮片黏合效果的測(cè)試Fig.2 The effect of adhesion of heat-bonded on wadding

圖3 不同熱熔粉含量對(duì)絮片透氣性能的影響Fig.3 The effect of heat-bonded on permeability

由圖2中可看出，纖網(wǎng)中不加熱熔粉時(shí)，絮片的縱、橫向強(qiáng)度都很低，強(qiáng)度僅僅是由梳理成網(wǎng)得到的.隨著熱熔粉在纖網(wǎng)中含量的不斷增加，絮片的縱、橫向強(qiáng)度都增加較快.當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到9%時(shí)，絮片的縱、橫向強(qiáng)度均達(dá)到極值.綜合落粉因素，熱熔粉在纖網(wǎng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上均可滿足縱向強(qiáng)度8 N/g、橫向強(qiáng)度20 N/g的工藝要求.

熱熔絮片優(yōu)于傳統(tǒng)噴膠棉的特點(diǎn)之一就是產(chǎn)品在保暖的同時(shí)還具有較好的透氣性，人體穿著舒適.本研究開發(fā)的絮片不加任何粉劑時(shí)的透氣量為1 335 mm/s.從圖3中可以看出，隨著熱熔粉在纖網(wǎng)中比例的增加，絮片的透氣量呈下降趨勢(shì).當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例大于13%時(shí)，熱熔絮片的透氣量明顯下降.結(jié)合圖2和圖3，將熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例控制在10%～12%時(shí)，可以同時(shí)滿足熱熔絮片強(qiáng)度與透氣性的要求.

2.3 納米竹炭粉對(duì)絮片抗靜電性能的影響

優(yōu)良的抗靜電劑應(yīng)分散性好，能夠高密度地均勻分布在纖維基體上或黏附在纖維表面，以不連續(xù)的分散相存在，并能避免纖維通路中出現(xiàn)高電阻，這樣就可以使電荷極快逸散[7].

竹炭是竹子原材料在高溫及限制性通入氧氣的條件下，使竹材受熱分解而得到的具有一定強(qiáng)度和硬度的黑色炭材.納米竹炭粉具有較大的比表面積和良好的導(dǎo)電性能，易分散，活化性高，和樹脂相容性好，已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)纖維特別是黏膠纖維的生產(chǎn)中[8].將納米竹炭粉直接摻混到熱熔粉中應(yīng)用于熱熔絮片的生產(chǎn)的文獻(xiàn)報(bào)道尚未見到.

本研究將顆粒尺寸小于熱熔粉的納米竹炭粉摻混到熱熔粉中，并使其均勻分布在纖網(wǎng)中，在完成對(duì)絮片固結(jié)的同時(shí)，賦予了絮片抗靜電的功能.圖4和圖5定量地表征了納米竹炭粉對(duì)絮片的體積比電阻和透氣性能的影響.

圖4 不同含量的納米竹炭粉對(duì)熱熔絮片體積比電阻的影響Fig.4 The effect of nano charcoal powder on volume specific resistance of wadding

圖5 不同含量的納米竹炭粉對(duì)熱熔絮片透氣性能的影響Fig.5 The effect of nano charcoal powder on permeability of wadding

從圖4可以看出，不同比例的納米竹炭粉對(duì)絮片的抗靜電性有著較明顯的影響，未加納米竹炭粉時(shí)，熱熔絮片的體積比電阻高達(dá)1 012 Ω·cm，靜電現(xiàn)象嚴(yán)重.隨著納米竹炭粉施加量的增多，絮片的抗靜電性明顯變好.當(dāng)納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%以上時(shí)，熱熔絮片的體積比電阻值降到了一個(gè)較低水平且變化平穩(wěn)，數(shù)量級(jí)為109.

從圖5可以看出，由于整個(gè)納米竹炭粉在纖網(wǎng)中所占比例不高，所以對(duì)熱熔絮片透氣性的影響不太明顯.即使納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12%，熱熔絮片的透氣量也能達(dá)到1 230 mm/s，透氣性保持率為92%左右，這說(shuō)明熱熔絮片的透氣性在較好的范圍，原因可能是采用納米級(jí)竹炭粉對(duì)纖維網(wǎng)空隙的影響不大.

結(jié)合圖4和圖5，考慮到施加過(guò)程中的損耗，將納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在11%左右時(shí)，就可獲得綜合性能較好的熱熔絮片.

表1是本研究在最佳工藝條件下測(cè)試所得的抗靜電熱熔絮片的相關(guān)數(shù)據(jù).

表1 最佳工藝配方下絮片的質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 The quality index of wadding by optimum conditions

3 結(jié)論

(1)將納米竹炭粉摻混到具有較好熱黏合性的PES熱熔粉中，通過(guò)熱熔加固的方法，在線生產(chǎn)出抗靜電滌綸保暖熱熔絮片，賦予了普通滌綸絮片抗靜電的功能.

(2)當(dāng)PES熱熔粉含量控制在纖網(wǎng)質(zhì)量的12%、納米竹炭粉占熱熔粉質(zhì)量的11%左右時(shí)，所得到的滌綸熱熔絮片具有較低的體積比電阻值和較好的透氣性.

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