康桂田1 高 超2 黃配文2 張 恒 章 偉 張一風

1. 鄭州紡機工程技術有限公司，河南 鄭州 450001；2. 上海盈茲無紡布有限公司，上海 201501；3. 中原工學院紡織服裝產業(yè)河南省協同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 451191

熱風非織造材料的成型機理：熱風穿透蓬松的纖網(纖網面密度一般為20～200 g/m2)后，纖網表層的熱塑性纖維軟化熔融并在纖維交叉處相互固結，最終形成具有一定厚度和穩(wěn)定結構的非織造材料。其中，纖網表層的熱塑性纖維主要包括低熔點熱塑性纖維(如聚酯、聚丙烯、聚乙烯等)和雙組分纖維[5-7]等。簡言之，纖網在軟化、熔融及固結過程中受溫度和熱氣流的作用而成型[8-9]。因此，現有研究[10-11]認為，基于熱風穿透低熔點熱塑性纖維而成型的熱風非織造材料，無需在生產過程中添加化學黏合劑，生產工藝環(huán)保，符合現代綠色生產的觀念。

本文從熱風非織造材料生產工藝流程入手，通過對各關鍵工藝參數進行配置，探討生產工藝對熱風非織造材料性能的影響，以期優(yōu)化生產工藝、提高產品性能，為熱風非織造材料在吸收性衛(wèi)生材料中的高品質應用提供參考。

1 試驗部分

1.1 原料及制備工藝

纖維原料：試驗選用兩種規(guī)格的聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)雙組分纖維，即2.22 dtex×38 mm(蘇州鵬宏紡織化纖有限公司)和1.67 dtex×38 mm(寧波遠東復合纖維有限公司)，均為皮芯結構，即皮層為聚乙烯(PE)，其熔點為125.00～130.00 ℃，芯層為聚丙烯(PP)，其熔點為165.00～170.00 ℃。

制備工藝：采用直鋪工藝。將兩種纖維按照1 ∶1的質量配比分別喂入開松機后混合均勻，經氣壓棉箱均勻輸送到雙錫林雙道夫梳理機進行梳理，形成兩層纖維網；兩層纖維網上下鋪疊后送至平網式熱風烘箱內，在一定溫度和速度的熱風作用下，皮層PE軟化熔融，并在纖維交叉處黏合固結，形成具有一定強力的熱風非織造材料。表1為制備的樣品規(guī)格及其工藝參數。

表1 制備的樣品規(guī)格及其工藝參數

1.2 結構與性能測試

1.2.1 面密度與厚度

根據GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第1部分：單位面積質量的測定》，使用CZ1002A型電子天平(上海碩群電子科技有限公司)測定樣品質量，然后對面密度進行計算。

根據GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第2部分：厚度的測定》，使用YG141D型數字式厚度儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)測定樣品厚度。

1.2.2 力學性能

其中，x0、y0、z0分別為X、Y、Z的迭代初值，xin、yin、θin分別為X、Y、Z的輸入值，zout為輸出值。

根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》測試樣品的縱向拉伸斷裂強力和橫向拉伸斷裂強力。使用QJ210H型電子萬能試驗機(上海傾技儀器有限公司)進行測試，測試樣品寬度為50 mm，夾距為100 mm，拉伸速度為100 mm/min。

1.2.3 液體穿透特性

液體穿透特性采用液體穿透時間和液體返滲量表征。

液體穿透時間是指在規(guī)定條件下，模擬尿液以一定速度穿透非織造布樣品所需的時間。參照GB/T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第13部分：液體多次穿透時間的測定》，使用Lister AC L6057型無紡布水分滲透儀(Lenzing Instruments奧地利)測試液體3次先后穿透樣品表面所需的時間，測試用液體為質量分數為0.9%的生理鹽水。

液體返滲量是指液體穿透非織造材料后，將規(guī)定的重物和吸紙置于非織造材料表層，吸紙所吸收液體質量即為液體返滲量。參照GB/T 24218.14—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第14部分：包覆材料返濕量的測定》對樣品的液體返滲量進行測試。測試時所用重物的質量為4 kg，尺寸為10 cm×10 cm。

2 結果與分析

2.1 厚度

圖1為樣品厚度測試結果。由樣品面密度與厚度的關系[圖1(a)]可以看出：面密度從18.20 g/m2增大到25.70 g/m2時，樣品平均厚度從0.44 mm增大到0.65 mm，說明樣品厚度隨面密度的增大而增大。圖1(b)是面密度為23.80 g/m2的樣品在其他工藝不變時，厚度與熱風溫度之間的關系。由其可以看出，當熱風溫度從123.40 ℃升高至137.00 ℃時，樣品的厚度呈減小趨勢。這是因為當熱風溫度高于皮芯纖維的表層熔點溫度時，纖維表層開始軟化熔融，隨著熱風溫度的升高，表層軟化熔融量逐漸增大、纖維交叉點處黏結面積增大，再經后續(xù)加壓、牽伸等作用，樣品會變得更加致密[12]。

(a) 厚度與面密度的關系

(b) 厚度與熱風溫度的關系

2.2 力學性能

對熱風非織造材料而言，影響樣品斷裂強度的主要因素包括面密度和熱風溫度等。

在熱風溫度為131.00 ℃、熱風作用時間為84.3 s時，樣品拉伸斷裂強度隨面密度變化的曲線見圖2。由其可知，隨著樣品面密度的增大，其縱、橫向拉伸斷裂強度均隨之逐漸增大。對比圖2(a)和圖2(b)可以看出，樣品縱向拉伸斷裂強度均大于橫向。這是由于樣品制備時采用的是直鋪工藝，纖網中大部分纖維沿縱向排列。

(a) 縱向斷裂強度

(b) 橫向斷裂強度

在樣品面密度為16.02 g/m2、熱風作用時間為84.3 s時，樣品拉伸斷裂強度隨熱風溫度變化的曲線見圖3。由其可知，當熱風溫度從123.40 ℃增大到139.00 ℃時，樣品縱向拉伸斷裂強度從9.81 N/(5 cm)增大到18.01 N/(5 cm)，橫向拉伸斷裂強度從3.10 N/(5 cm)增大至6.66 N/(5 cm)，表明熱風溫度對樣品縱、橫向拉伸斷裂強度有顯著影響。值得注意的是，在熱風溫度由123.40 ℃升高至127.20 ℃時，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強度的增加幅度均比較大；而溫度由127.20 ℃繼續(xù)升高至139.00 ℃時，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強度的增幅變緩。這是因為雙組分纖維的表層聚合物PE的熔點為125.00～130.00 ℃，當熱風溫度(123.40～127.20 ℃)在其熔點范圍內時，樣品縱、橫向拉伸斷裂強度增長最快[13]。

(a) 縱向斷裂強度

(b) 橫向斷裂強度

2.3 液體穿透特性

熱風非織造材料具有結構蓬松、孔隙大的特點，為液體的快速穿透提供了可能性。液體穿透時間和返滲量隨面密度變化的情況見圖4。

(a) 液體穿透時間

(b) 返滲量

由圖4(a)可以看出：對不同面密度的熱風非織造材料，液體穿透時間隨著面密度的增大而增長。這是因為隨著面密度增大，非織造材料的厚度增大、孔隙增多，故液體的穿透時間會有所增長。此外，當熱風非織造材料的面密度相同時，液體穿透時間t1

由圖4(b)可以看出：隨著熱風非織造材料面密度的增大，液體的返滲量逐漸增大。這是因為面密度越大，材料的厚度越大，導致殘留在熱風非織造材料內的水分總量增加，因而液體返滲量增大。

3 結論

(1) 在相同生產工藝條件下，樣品厚度隨面密度的增大而增大；在面密度一定的情況下，熱風溫度的升高會使樣品的厚度減小。

(2) 樣品面密度對樣品的拉伸斷裂強度影響顯著，在其他工藝不變的條件下，隨著熱風溫度的升高，樣品的縱、橫向拉伸斷裂強度增大，且熱風溫度由123.40 ℃升高至127.20 ℃時，樣品縱、橫向拉伸斷裂強度增長最快。

(3) 面密度是影響液體穿透時間與液體返滲量的重要因素。隨著面密度的增大，樣品的穿透時間和返滲量均有所增加。因此，對吸收性衛(wèi)生用熱風非織造材料而言，降低面密度是提高其舒適性的方法之一。