PE原料對PE/PP雙組分紡粘非織造布性能影響的研究*

楊 光 靳向煜 張 梅

(1.東華大學紡織學院，上海，201620; 2.吉林大學軍需科技學院，長春，130062;3.東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

PE原料對PE/PP雙組分紡粘非織造布性能影響的研究*

楊 光1靳向煜1張 梅2，3

(1.東華大學紡織學院，上海，201620; 2.吉林大學軍需科技學院，長春，130062;3.東華大學產業用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

基于PE/PP皮芯結構雙組分紡粘技術，保持芯層PP原材料不變，皮層分別使用三種不同熔融指數的PE原材料，制取三種PE/PP雙組分紡粘非織造布，通過對其性能的測試，探討了皮芯結構PE/PP雙組分紡粘非織造布中皮層PE原材料對產品物理性能的影響。研究結果表明，PE/PP雙組分非織造布的縱橫向強力隨著PE熔融指數的升高而降低，而伸長率則隨著PE熔融指數的升高而增大。

雙組分紡粘非織造布，聚乙烯，熔融指數，性能

雙組分復合紡粘法非織造材料技術是紡粘技術的發展方向，國外也正處于發展階段。目前世界上掌握和正在開發雙組分紡粘技術的國家和公司還不多，主要集中在美國、德國、日本、荷蘭等國家［1］。國內上海市合成纖維研究所、東華大學等也在積極進行雙組分紡粘生產線的研制以及技術和產品的研發。在研發過程中，原材料的選擇和使用決定了生產線的成功與否和工藝的合理性，同時也影響著產品的性能。

聚丙烯(PP)是紡粘工藝常用的一種高聚物，主要性能參數有等規度、熔融指數和灰分等。

聚乙烯(PE)是熱塑性高聚物，也可用于生產紡粘非織造布。最先發明的PE生產工藝是高壓法，產品是低密度聚乙烯(LDPE);后來有低壓法及中壓法，產品是高密度聚乙烯(HDPE)。

PE熔體同PP熔體一樣，具有非牛頓假塑性行為，且有彈性材料的特性。當熔體所受應力去除后表現出一定的彈性回復，在高剪切速率下熔體會產生熔體破裂的不穩定流動，其表現與不同PE樹脂的物性相關。因此，每種牌號樹脂均存在一臨界的剪切速率及應力，超過該臨界值便會產生不規則流動，同時該現象隨擠出速率、壓力的增加而加劇。

高聚物熔體具有流動性是高聚物可以被加工成型的依據，高聚物的加工成型是在黏流態下進行的，研究高聚物熔體的流變行為對高聚物成型工藝的合理設計和正確操作，并獲得性能良好的制品具有重要意義［2］。

在實際應用中，通常用熔融指數來表征熔體的流動性能。熔融指數是紡粘法和熔噴法生產中控制原料性能的主要指標，其定義為:在一定的溫度下，熔融狀態的高聚物在一定負荷(21 N)下，10 min內從規定直徑和長度的標準毛細管中流出的質量，單位為g/10 min［3］。不同的原材料采用的測試溫度不同，PP為230℃，表示為MFR;PE為190℃，表示為MI。熔體熔融指數越大，流動性越好。從熔融指數的定義可知，實際上測定的是給定切變速率下的流度，即黏度的倒數1/η。熔融指數是反映熔體流變性能的一個參數，用于紡粘非織造工藝中的PP、PE原料的熔融指數范圍通常在10～50 g/10 min之間。

本文基于皮芯結構PE/PP雙組分紡粘技術，使用不同MI的PE原料，通過產品性能以及原材料性能的測試，探討PE原料的MI對產品性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料選擇

本實驗所采用的原材料是:芯層材料為PP，皮層為PE。

選用的PP切片的MFR為35 g/10 min，PE的MI分別為18、19 和20 g/10 min。

芯層原材料PP保持不變，編號為A;皮層采用國內外三種不同的原材料，編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。詳見表1。

表1 原材料型號和性能指標

1.2 實驗條件

皮芯比為50/50(體積比)，通過PP和PE計量泵的速比來控制;通過改變網簾運行速度來控制成品面密度，面密度分別為10、20、30、40 和50 g/m2。其他相關工藝保持不變:

1.3 實驗方案

本實驗分別采用三種不同的皮層PE原材料，每種原材料試驗5次，總計15次。實驗方案見表2。

1.4 測試方法

1.4.1 非織造布斷裂強力和斷裂伸長率的測試

根據EDANA(歐洲用即棄及非織造材料協會)標準EDANA ERT20.2測試:

試樣要求:5塊，50 mm×250 mm;

測試儀器:YG26B型電子織物強力儀;

表2 實驗方案

測試條件:拉伸速度 100 mm/min，隔距200 mm，定速拉伸。

1.4.2 非織造布面密度的測量

使用圓盤取樣機和電子天平來測定試樣的面密度。圓盤取樣機取樣的固定面積是0.01 m2，每個實驗方案的成品紡粘非織造布各取樣10個，用電子天平測定試樣的質量，乘以100后所得結果即為產品的面密度。

1.4.3 流變性能測量

利用毛細管［4］可方便地測定高聚物熔體的管壁剪切應力和剪切速率，由此可求得熔體的表觀黏度，并作出流變曲線。

式中:Q，ΔP——分別為毛細管中體積流量和壓力降;

R，L——分別為毛細管半徑和長度;

ηa，γa，τa——分別為表觀黏度、表觀剪切速率和表觀剪切應力。

實驗儀器:

哈克轉矩流變儀，型號RC90，德國HAAKE公司;毛細管直徑1.000 0 mm，長徑比40。

電子天平，JA12002，上海天平儀器廠。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

表3為在相同實驗條件下測得的PE/PP雙組分紡粘非織造布試樣的性能數據。

表3 PE/PP雙組分紡粘非織造布試樣性能測定結果

從表3可以看出，用同一種PE原材料制成的雙組分非織造布，隨著面密度的增大，縱橫向強力均呈上升趨勢。這與用其他工藝制得的非織造布的性能規律基本一致，即參與加固的纖網量增加，總體上非織造布強力上升。同時，采用不同PE原材料制成的同一面密度的雙組分非織造布，其縱橫向強力和伸長率的差異較明顯，見圖1～圖4。

從圖1和圖2可以看出，使用Ⅰ號PE原材料(MI=18 g/10 min)生產的PE/PP雙組分紡粘非織造布，其縱橫向強力均好于用其他兩種PE原材料制成的雙組分紡粘非織造布;而使用Ⅲ號PE原材料(MI=20 g/10 min)生產的雙組分紡粘非織造布強力最差。

從圖3和圖4可以看出，使用Ⅰ號PE原材料生產的PE/PP雙組分紡粘非織造布，其縱橫向的伸長率均小于用其他兩種PE原材料制成的雙組分紡粘非織造布，相對伸長率最小;而使用Ⅲ號PE原材料生產的雙組分紡粘非織造布伸長率最大。

圖1 不同MI的PE原材料對非織造布縱向強力的影響

圖2 不同MI的PE原材料對非織造布橫向強力的影響

圖3 不同MI的PE原材料對非織造布縱向伸長率的影響

圖4 不同MI的PE原材料對非織造布橫向伸長率的影響

對實驗編號為1、6和11所制成的面密度為10 g/m2的PE/PP雙組分紡粘非織造布進行機械拉伸，拉伸曲線示于圖5。用MI為18 g/10 min的PE原材料制成的雙組分紡粘非織造布強力明顯高于用其他兩種PE原材料制成的雙組分紡粘非織造布，而伸長率則明顯小于其他兩種。從拉伸曲線的起始斜率來看，斜率大的拉伸強力也大。拉伸強力與PE的MI成反比，而伸長率與PE的MI成正比，即隨著MI的增大，雙組分紡粘非織造布的伸長率變大，而斷裂強力變小。從拉伸曲線的初始模量來看，拉伸曲線初始斜率越大，柔軟性越差。

圖5 用不同MI的PE原材料制成的非織造布拉伸曲線

2.2 結果討論

大多數高聚物屬于假塑性流體，其黏度隨著剪切速率的增大而減小，即所謂剪切變稀。這是因為高分子在流動時各液層間總存在一定的速度梯度，細而長的大分子若同時穿過幾個流速不等的液層時，同一個大分子的各個部分就要以不同的速度前進，這種情況顯然是不能持久的。因此，在流動時每個長鏈分子總是企圖使自己全部進入同一流速的流層。不同流速液層的平行分布就導致了大分子流動方向的取向。假塑性流體的流動曲線是非線性的，一般可以用指數關系來描述其剪切應力和剪切速率的關系。

為進一步驗證，在220℃條件下對三種不同的PE原材料進行流變實驗，結果示于圖6和圖7。實驗表明，在同樣的剪切應力和剪切速率下，MI越大，表觀剪切黏度越小。由于三種原材料同為PE，其分子結構相同。相同分子結構的高聚物，其表觀剪切黏度隨相對分子質量的增大而升高，而相對分子質量的升高使MI相應減小。由于其他紡絲工藝和成網工藝條件保持不變，原材料MI的降低使單絲強度增大，從而使PE/PP雙組分紡粘非織造布的強力提高。

圖6 220℃時剪切應力與黏度的關系

圖7 220℃時剪切速率與黏度的關系

3 結論

PE/PP雙組分紡粘非織造布在原材料PP不變的情況下，用不同MI的PE制成的雙組分紡粘非織造布強力和伸長率明顯不同，縱橫向強力隨MI的升高而降低，伸長率則隨MI的升高而增大。

在原材料選擇時，如果希望所制取的PE/PP雙組分紡粘非織造布具有較高強力，在PP原材料不變的情況下，可選擇MI較低的PE原材料，但會降低非織造布伸長率;如果希望制得伸長率較大的PE/PP雙組分紡粘非織造布，則可選用MI較高的PE原材料，但會相應降低非織造布強力。

［1］趙永霞.雙組分紡粘技術的新進展［J］.紡織導報，2008(6):104.

［2］李文剛.PET-PBT共聚酯的流變性能研究［J］.合成纖維，2001(4):13-16.

［3］何曼君.高分子物理［M］.上海:復旦大學出版社，1990:268.

［4］PERRY R H.化學工程手冊［M］.北京:化學工業出版社，1992:117.

Study on the effect of PE raw mateirals on the properties of PE/PP bi-component spunbond nonwovens

Yang Guang1，Jin Xiangyu1and Zhang Mei2
(1.College of Textiles，Donghua University; 2.College of Quartermaster Technology，Jilin Univerisyt;3.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University)

Based on the technology of the PE/PP sheath-core structure bi-component spunbond，keeping polypropylene as the raw material in the core，three kinds of polyethylene with different melting index being used respectively in order，by comparison between the property test of three types of products and the property test of the raw materials，the effect of the polyethylene raw materials in the sheathcore structure the physical properties of PE/PP bi-component spunbond nonwovens was disccused.The research result shows that the MD and CD strength of the PE/PP bicomponent nonwovens decreases with the increase of the PE MI，and its elongation increases with the increase of the PE MI.

bi-component spunbond nonwowens，polyethylene，melting index，property

TS174.8

A

1004－7093(2010)03－0018－05

*產業用紡織品教育部工程研究中心開放課題(2007-2009)

2009－11－13

楊光，男，1976年生，在讀博士研究生。主要從事紡粘非織造布開發及性能研究。