木棉纖維保暖絮片的探究

樊 星 薛少林 (西安工程大學紡織與材料學院，西安，710048)

1 木棉纖維保暖絮片的工藝設計及制備

1.1 加工工藝流程設計

根據西安工程大學非織造實驗室的設備情況，木棉纖維保暖絮片的加工工藝流程設計為：混合纖維→WL-GK-A-500開松機→WL-GK-D-500給棉機→WL-GS-A-500梳理機→WL-GP-B-800鋪網機→進料機→WL-GZ-A-800預針刺機→成卷機。

1.2 纖維混紡配比

本文主要開發以木棉纖維為原料的保暖絮片，同時用到棉纖維、滌綸，設計了5組不同組分及工藝的保暖絮片，對比分析木棉纖維非織造保暖絮片的工藝及性能。同時以棉纖維、滌綸作為參考對照，開發出了面密度為200 g/m2的幾種不同規格的非織造保暖絮片。

由于木棉纖維具有長度短，強度低，容易飛揚、漂浮等特性，在傳統紡織設備上很難加工木棉纖維［1］。經多次試驗，將木棉纖維的比例提高到最大限度，以更好地反映木棉保暖絮片的特性［2］。按照質量分數木棉30%、滌綸70%的比例進行配比，將試樣分成5組，其中第1、2、3組為30%木棉與70%滌綸進行混合，第4組為100%滌綸，第5組為30%棉與70%滌綸進行混合(見表1)。第4、5組與第1、2、3組在不同的工藝參數下進行比較。

1.3 針刺工藝參數設計

1.3.1 針刺密度設計

非織造保暖材料的加固方法有針刺、黏合等，針刺法非織造布更加環保無污染，本文采用針刺法加固。利用刺針使得纖網中的纖維纏結、壓縮、抱合，由二維變成三維立體空間結構，獲得所需的強力［3］。本文選用太倉市雙鳳非織造布設備有限公司制造的小型針刺非織造布生產線，該套設備的所有機器均采用變頻調速。采用WL-GZ-A-800型預針刺機進行加固，該機植針密度為1 750枚/m2。機器速度由頻率表示，每赫茲對應的針刺速度為20次/min，預進料及預出料速度為0.085 m/min。針刺時預進料速度設計為0.51 m/min，預出料速度設計為 1.02 m/min。

保暖絮片的質量與加工工藝參數的合理選擇有著密切的關系，尤其是絮片的針刺密度直接影響其保暖性和彈性［4］。針刺保暖絮片較為理想的針刺密度為110～160刺/cm2。

表1為設計5組試樣的針刺密度。

1.3.2 針刺深度設計

針刺時，適當地增加針刺深度可以加大刺鉤帶動纖維移動的距離，加強纖維間的糾纏，增加纖維之間的抱合力及摩擦力，從而提高纖網的強度。但刺得過深，纖網中的纖維損傷太大，其強力反而下降［5］。隨著針刺密度的增大，織物的面密度減小，密度增大，厚度及孔隙率先減小、后有上升趨勢，拉伸斷裂強度、初始模量先上升達到最高值，然后開始下降，斷裂伸長下降，回彈性增加，透氣性先減小后增大［6］。經過查閱資料及試驗研究，為了更好地體現保暖絮片的保暖性能，本文將針刺深度設置為7 mm。

表1 試樣的針刺密度

2 保暖絮片的性能測試及分析

2.1 拉伸性能測試結果與分析

測試儀器：YG(B)026D-500型電子織物強力機。

測試條件：試樣尺寸20 cm×5 cm，試驗次數為5。

測試依據：FZ/T60005—1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》。

測試結果見表2，表中數值為平均值。

表2 保暖絮片的拉伸性能測試結果

由表2可以看出，針刺保暖絮片的橫向拉伸強力遠大于縱向拉伸強力，這與針刺保暖絮片的生產工藝有關。本次開發時采用交叉折疊鋪網［1］，由于交叉折疊鋪網方向與纖維輸出方向垂直，所以使得其橫向強力大于縱向強力。同時受到鋪網方式的影響，橫向拉伸斷裂伸長率遠小于縱向拉伸斷裂伸長率。

對比試樣1、2、3可以看出，對于相同組分材料，隨著針刺密度的增加，橫向拉伸強力逐漸增大;而針刺密度的變化對縱向拉伸強力的影響不是很大。這是由于隨著針刺密度的增大，纖維網中纖維與纖維之間相互糾纏的概率增加，纖維間的糾纏得到增強，纖維與纖維之間的抱合力和摩擦力增加，因此纖維網的強力提高［5］。

2.2 透氣性能測試結果與分析

測試儀器：YG461L型數字織物透氣量儀。

測試條件：試樣面積20 cm2。該儀器的孔板直徑為自動調節，孔板直徑第(8)組為8.0 mm，其余各組為14.5 mm，試樣壓力為100 Pa，試驗次數為10。

測試依據：GB/T5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》。

試驗數據見表3。

表3 保暖絮片的透氣性測試結果 (單位：mm/s)

由表3可以看出，(1)、(2)、(3)孔板組中，隨著針刺密度的降低，針刺保暖絮片的透氣性增加。這是因為針刺密度降低，纖維與纖維之間纏結的概率減小，從而保暖絮片的孔隙增大［7］，透氣性增加。

2.3 蓬松度與壓縮性能測試

測試儀器：YG141型織物測試儀，壓腳面積2 000 mm2，基板直徑大于壓腳直徑50 mm，2 000 g重錘，靜止30 s。重復3次后，測定試樣四腳高度，求其平均值h0，共測3塊試樣，取平均值。蓬松度測試結果見表4。

表4 保暖絮片的蓬松度測試結果

壓縮性能測試如下：按上述方法測定試樣四腳的平均高度h0;然后在模板上加2個重錘(4 000 g)，30 s后再測定四腳高度，計算平均值h1;除去重錘3 min后再測四腳高度，計算平均值h2。共測3塊試樣，求其平均值。按下式計算壓縮率和回復率：

壓縮性能測試結果見表5。

表5 壓縮性能測試結果

由表4和表5中試樣1、試樣2、試樣3的數據可以看出，隨著針刺密度的增大，木棉保暖絮片的蓬松性和壓縮回復率減小，而且針刺密度為80刺/cm2時蓬松性最好;由試樣2、試樣4、試樣5的數據可以看出，相同針刺密度下，木棉保暖絮片的蓬松性優于其他纖維保暖絮片，但壓縮回復率不及其他纖維保暖絮片。

2.4 保暖性能測試

非織造保暖絮片的保暖性能是其最重要的性能，它的使用價值就在于保暖性能的好壞。保暖材料在兩面有溫度差的條件下，從溫度較高的一面向溫度較低的一面傳遞熱量的性能稱為導熱性。導熱性越好，非織造保暖絮片的保暖性能就越差。根據國家標準的規定，紡織品的保溫性能可用保溫率、導熱系數、克羅值等表示，本文采用保溫率來反映其保暖性能［2］。

測試儀器：4個相同規格的易拉罐筒，4個相同規格的溫度計，保溫發泡膜和包覆布各4片，橡皮塞4個。

測試標準：GB11048—1989《紡織品保溫性能試驗方法》，室溫(22℃)。

試樣要求：將試樣按照易拉罐側面面積進行裁剪，每個樣品各5塊，牢固貼緊在易拉罐表面，并且用包覆布片包裹在外表面。

保溫率計算公式：

式中：t2——1 h 后溫度;

t0——起始溫度。

測試結果見表6。參照組為表面不包裹保暖絮片的一組。

表6 保溫率測試結果

由表6中的試樣1、試樣2、試樣3數據可知，針刺密度對木棉纖維非織造保暖絮片的保暖性能有一定的影響，當針刺密度為80～120刺/cm2時，隨著針刺密度的增加，非織造保暖絮片的保暖性能變差;由試樣2、試樣4、試樣5數據可知，在相同工藝參數下，木棉纖維保暖絮片的保暖性能優于其他纖維組分材料。可見木棉非織造保暖絮片是一種較優良的保暖材料，由此得到了一條合適的木棉纖維非織造保暖絮片的開發路徑。

3 結語

經過試驗得到，木棉纖維和滌綸混紡針刺保暖絮片的保暖性能優于其他纖維與滌綸混紡的保暖性能;在組分相同的情況下，當針刺深度一定時，針刺密度增加，針刺保暖絮片的保暖性能降低。因此，木棉纖維與滌綸混紡可以開發出性能較為優良的非織造保暖絮片。

［1］姚穆.紡織材料學［M］.北京：紡織工業出版社，1993.

［2］劉維.木棉保暖材料及其保溫機理的研究［D］.上海：東華大學，2011.

［3］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海：東華大學出版社，2004.

［4］王旭.針刺非織造布的空氣凈化過濾材料的實驗與分析［J］.潔凈與空氣技術，2006(1)：16-19.

［5］張明.木棉纖維的結構與熱性能［J］.中原工學院學報，2008(3)：49-51.

［6］李波，王秀榮，李彥.針刺非織造布技術與市場現狀［J］.紡織導報，2007(2)：88-91.

［7］郭秉臣.非織造材料與工程學［M］.北京：中國紡織出版社，2010.