濕法玻璃纖維墻紙的研究

陽 葉，張得昆

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西 西安 710048)

濕法玻璃纖維墻紙的研究

陽 葉，張得昆

(西安工程大學 紡織與材料學院，陜西 西安 710048)

采用直徑9 μm的短切玻璃纖維，通過對玻璃纖維的分散性能、產品成形工藝及干燥工藝的研究，確定用稀釋至pH=4的硫酸酸化玻璃纖維，輕度打漿3 min，待纖維稍微松解后加入PEO和PVA。PEO和PVA對絕干纖維的百分比為0.01%。在濕法成型器中成形和干燥，再對最終形成的濕法玻璃纖維墻紙產品做定量、厚度、透氣性、拉伸強力等性能的測試，獲得較為滿意的產品。

濕法；玻璃纖維；墻紙

玻璃纖維具有高比電阻和低介電常數，在建筑工程方面得到很大應用，具有較大發展空間[1]。孫召霞[2]等人關于玻璃纖維在造紙中的應用研究中指出，玻璃纖維可應用在玻璃纖維紙、過濾紙、屋面材料及板材飾紙、纖維復合電池隔板、耐高溫絕緣紙等方面。玻璃纖維行業“十二五”發展規劃提出要大力開發玻璃纖維制品的應用領域，尤其是在耐火、耐熱、增強等方面與下游產品相銜接。

濕法玻璃纖維墻紙是以玻璃纖維為原料，經濕法非織造技術制成底布，再與涂料搭配使用，既達到阻燃效果又可輕易變臉。如主對墻面顏色不滿意，可直接在原墻面涂刷新涂料換裝，第一次的涂料顏色淺一些，下次的涂料直接蓋住前面的，且絕對環保，裝飾性強，耐擦洗，可消毒，不發霉，防開裂蟲蛀，防火性強，應用廣泛。本課題通過對玻璃纖維分散性能、濕法加工工藝過程以及干燥工藝等的研究，通過對定量、厚度、拉伸強力等性能的測試分析，生產出較好的濕法玻璃纖維非織造布。

1 實驗部分

1.1 產品設計

原料：短切E-玻璃纖維，直徑9 μm(中級纖維10～20 μm[3])，長度4 mm；分散劑聚氧化乙烯(PEO)(0.01%)；黏合劑聚乙烯醇(PVA)，131205。

實驗流程：纖維前處理—成網—干燥。

將玻璃纖維在酸中浸泡并輕度打漿幾分鐘，再加入分散劑使其分散效果更好。根據產品性能需要，施加黏合劑以增加其黏結強度，然后再進行干燥。

1.2 玻璃纖維的分散性能

玻璃纖維紙的生產工藝比一般造紙流程簡單，只需要分散，在抄造時也不需要壓榨。但是纖維的分散是很大的問題，這對分散劑的研發、生產工藝及設備都有較高要求。玻璃纖維的表面含有大量的SiO-和AlO-，這兩種基團吸附水分子中的氫離子，使水分子極化，其負電端朝向玻璃纖維外部，因此玻璃纖維表面帶負電。但這種負電荷不穩定，容易使纖維之間纏繞，從而產生靜電現象[4]。酸處理可以破壞玻璃間的靜電現象，使玻璃纖維的疏水基團朝外，從而均勻分散在水中。用硫酸來進行酸化，當溶液中加入的硫酸較少時，pH相對較高，加入的H+不能完全中和玻纖表面的負電荷，纖維之間仍有纏繞而不能完全分散；當酸性過強，溶液本身的黏度等又會影響玻纖的正常分散，并且pH<3時會對設備造成腐蝕。因此酸化至pH=4再在碎漿機中短暫打漿幾分鐘，不對玻璃纖維造成損傷[5]。

添加分散劑可以增加水溶液的黏度，在水中形成大分子網絡結構，使漿料中的纖維具有較好的懸浮性而不至于過快的下沉。同時，分散劑具有的黏附性作用類似于潤滑劑，可以吸附在纖維表面，形成一層水合膜，漿料中的纖維與纖維、纖維與水等摩擦時纖維與纖維之間不再是直接接觸，不容易纖維絮聚。PEO完全溶于水和某些有機溶劑，其溶液在低濃度下有很高的黏度，是具有柔軟性、高強度的熱塑性樹脂。加入PEO后，漿料的黏度增高，相當于在漿料的表面附著了一層起潤滑劑作用的薄薄的潤滑膜，使纖維不至于纏結。漿料濃度增大后，纖維在水中的運動自由度被大大限制了，纖維間絮聚的機會減少，改善了纖維成形交織的能力。黏性介質使得許多纖維在停止攪拌時還沒有相互接觸就松弛而且變為鈍態，因而可以在減小了內應力的懸浮液中形成纖維網絡。纖維在介質中的懸浮性隨懸浮液黏度增加而增大，延長了纖維沉降的時間。

羅果[6]等人對玻璃纖維與植物纖維的配抄性能進行了研究，通過對在不同處理劑濃度下不同比例的玻璃纖維與植物纖維混合配抄出來的成紙物理性能進行研究和比較，得出了較佳的處理劑濃度。肖仙英[7]等人針對玻璃纖維在水中不易均勻分散的問題，通過正交實驗分析表面活性劑、漿液的pH值和黏度對纖維分散性的影響，并得出改善玻璃纖維分散的助劑配比。

1.3 成形工藝

本課題使用的濕法儀器是根據濕法造紙的原理制造的，該儀器主要是由以下部分構成，壓縮空氣制造機，濕法成網機構。濕法成網機的主要功能是將上一步打好的漿液經過成網和烘燥工藝而形成濕法非織造布。成網機的操作步驟：Filling(填充)，Whirling(攪拌)，Down(沉降)，Fall through(濾水)，Suck off(抽真空)，Draining(排水)，Drying(烘燥)。

使用手動操作，將分散好玻璃纖維的漿料400 ml倒入成形器中，注水到4 000 ml時攪拌3 min，然后沉降，進行上膠，再真空抽吸，排水。由于添加了PEO，在攪拌時發現有很多較穩定的氣泡，并且成網后一直存在，造成產品不均勻，可使用消泡劑來消除。有些纖維束沒有分開，以至于在沉降后呈現出不勻。造成這個問題的原因可能有纖維長度較長；使用稀釋的硫酸時酸性不夠；在向酸液中加入纖維時沒有邊加纖維邊攪拌，有些黏著的短纖不容易分開；打漿度不夠。纖維網的強度來自于纖維本身和纖維間的纏繞，但是這兩種方式提供的強度都很小，大部分強度需要由黏合劑提供。受設備條件限制，噴灑黏合劑時出現上膠不均勻的現象。

1.4 干燥工藝

黏合劑使用后必須對布進行干燥，由于紙頁比較疏松，容易黏在烘缸的表面。濕法成形機器的烘缸無法用來烘燥這個玻璃纖維紙，要在短時間帶走大量的水并且保證紙的平整，膠液分布均勻且有較高的保留率，需要使用特殊的干燥方式。

微波干燥可以快速使濕布內部達到一定干度，但是干燥時間不能太長，一般在30 s內。長時間的干燥會使紙收縮變形，表面出現褶皺，影響成紙質量。利用玻璃纖維紙透氣阻力小的特點，采用熱風穿透干燥，讓熱風穿過紙幅直接和玻纖表面吸附的水分接觸，具有一定速度的熱風可以降低界面的蒸汽分壓，利于熱風將蒸發的水分帶走。

結合實驗室情況，采用風速較小溫度稍高的吹風機在成網后正反面用熱風吹，稍干的時候將纖網從成形器中取出磕下，小心將成網放烘燥器上。繼續用吹風機吹紙，可以明顯感覺到玻纖紙的強度隨著濕度減小而增大，待紙頁不太黏的時候采用不剝離連續熱壓的方式熱壓數次。若紙還不太干就進行熱壓，則前幾次熱壓都需要剝離紙頁，否則容易黏在設備上，后面可以連續熱壓而不黏連，直至完全干燥。熱壓后玻纖紙的透明度、緊度都有所提高，表面光澤度、平滑度和硬挺度等也都增大了。

1.5 性能測試

(1)定量 參照國標GB/T 24218.1-2009《紡織品 非織造布實驗方法 第1部分：單位面積質量的測定》標準進行測試。

(2)厚度 參照國標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》，用壓腳面積2 500 mm2，基準板直徑大于壓腳直徑50 mm以上的織物厚度儀進行測試[7]。

(3)透氣性 參閱國標GB/T 24218.1-2009《紡織品織物透氣性的測定》，使用YG461L型透氣性能測試儀。

(4)拉伸性 參閱國標GB/T 24218.3-2010《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》、GB/T15788-2005《土工布及其有關產品 寬條拉伸試驗》，試驗儀器為CRE型拉伸強力。

2 結果和分析

2.1 定量

纖維原料為3 g，試樣面積為0.031 4 m2，理論上單位面積克重為96 g。測試結果平均平方米克重為108 g/m2。

試驗中造成這個結果的原因主要有以下：(1)在配制分散漿料時，增加PVA的量會使產品的定量增加。(2)人工進行噴膠對成網進行處理，若噴膠的時間長、量多，則會造成克重增大。(3)產品還未完全干燥就進行測試。控制各個影響因素后測試發現誤差減小，測試結果平均平方米克重為100 g/m2。

2.2 厚度及透氣性

本實驗產品屬于普通型非織造布，測量厚度時加壓0.5 kPa，透氣性測試的測量壓力為200 Pa。定量108 g/m2原料為第1組，定量100 g/m2的為第2組，測試結果見表1。

表1 產品厚度及透氣性測試結果

由表1可知，第1組產品的厚度較第2組的大，實際因為纖維分散不勻、上膠不勻等原因，使得第1組產品表面不光滑平整，因此測得的厚度有誤差。由于第一組的上膠量較多，所以產品克重大，厚度厚，透氣性較第二組的差。

2.3 產品拉伸性能

產品拉伸最大力的測試結果見表2。

表2 產品拉伸最大力測試結果 單位：N

對比分析表2中的數據發現，第1組的5#和6#，第2組的7#和8#強度都是在本組中相對來說稍高的，此時玻纖布中的黏合劑對絕干纖維的百分比都為9%。第1組的1#和2#是在一個樣品上取的樣，但是強力差異較大，可能是上膠不均勻或者纖維分布不勻，在邊緣地區較薄弱容易撕裂。第2組的強力較第1組低，這是因為第2組的膠含量少，纖維間黏結力不強。而且，在進行強力測試的過程中可能存在些問題，導致測試結果有誤差，原因如下：(1)每個樣品測試完應當等夾頭自動回復到初始位置，并且調零再進行下次實驗。若夾頭還未完全歸位就開始實驗，數據就會有誤差。(2)裁取樣品時，由于試樣較小，邊緣強力較弱的區域被裁取，在實驗時容易從樣品的兩端斷裂，致使結果產生誤差。

3 結論

國內大多數研究都是針對普通造紙的方法生產玻璃纖維紙，本課題采用生產濕法非織造布的方法造紙。以水為介質，纖維和化學助劑在水中均勻分散后形成纖維懸浮，在成形器中脫水后制成纖維網狀物，再經物理或者化學后加工獲得非織造布。經過大量試驗，最終確定了合適的方案。

(1)所用的濕法成網儀器適合長度較短的纖維進行成網，經過多次試驗最終將玻璃纖維長度定為4 mm。玻璃纖維的前處理也就是對其進行分散處理，需要先用稀釋至pH=4的硫酸酸化，輕度打漿3 min，待纖維稍微松解后加入PEO和PVA，攪拌。PEO和PVA對絕干纖維的百分比都為0.01%。對于成形攪拌時產生的氣泡可以通過加入消泡劑來消除。

(2)通過對定量、厚度、透氣性、拉伸強力等性能的測試分析表明，噴膠量過多或過少都會影響產品性能，試驗表明膠含量在9%左右較合適。在成形過程的沉降后上膠，然后抽吸，將表面的膠帶入內部。

(3)干燥時需注意纖維黏在熱壓儀器上，不能直接進行熱壓。先使用熱風穿透烘燥，待稍干后可以不剝離連續熱壓。

[1] 孔 靜. 玻璃纖維產品的應用[J]. 紡織科技進展，2015，(3)：13-14.

[2] 孫召霞，張素風，豆莞莞. 玻璃纖維的性能及其在造紙中的應用[J]. 紙和造紙，2013,32(10)：57-59.

[3] 徐永健，周 彤，朱振峰. 玻璃纖維在造紙領域中的應用[J]. 中華紙業，2012,33(18)：14-17.

[4] 周 彤. 玻璃纖維在造紙法薄頁基材中的應用研究[D]. 西安：陜西科技大學，2013.

[5] 徐勇建，宋夏鴿，左磊剛,等. 玻纖玻棉及其漿料系統分散性能研究[J]. 陜西科技大學學報(自然科學版)， 2014,32(4)：5-9.

[6] 羅 果，鄭熾嵩，胡 健，等.玻璃纖維與植物纖維的配抄性能研究[J]. 造紙科學與技術，2002,21(4)：17-19.

[7] 肖仙英，鄭熾嵩，胡 健，等. 玻璃纖維在水中分散處理的研究[J]. 黑龍江造紙，2003,31(3)：1-2.

Study of the Glass Fiber Wallpaper Produced by Wet Processing

YANG Ye, ZHANG De-kun

(School of Textile and Materials, Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710048, China)

Using 9 μm diameter chopped glass fiber and studying the dispersing performance of glass fiber, forming process and drying process of the product, the glass fiber was proceeded with dilute sulfuric for 3 minutes at pH=4. Until the fibers loosen, added PEO and PVA with percentage on dry fibers 0.01%. It shaped and dried in wet forming vessel. The basis weight, thickness, permeability, tensile strength and other properties of the glass fiber wallpaper were tested.

wet processing; glass fiber; wallpaper

2016-03-04

陽 葉(1994-)，女，在讀碩士研究生，主要從事紡織新工藝、新技術及非織造材料技術的研究工作，E-mail:509813846@qq.com。

TS 106.7

A

1673-0356(2016)04-0010-03