玻璃纖維濕法非織造墻紙的增強性能研究

2016-12-05 02:12:33張得昆

紡織科學與工程學報 2016年4期

賈芳，張得昆

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

玻璃纖維濕法非織造墻紙的增強性能研究

賈芳，張得昆

(西安工程大學紡織與材料學院，陜西西安 710048)

探討了聚丙烯醇、水性聚氨酯兩種粘合劑對濕法玻璃纖維紙進行增強。結果表明，粘合劑的使用能夠提高玻璃纖維濕法墻紙的強力，并且隨著濃度的增加，粘合效果愈加明顯。不同的粘合劑對于玻璃纖維濕法墻紙具有不同的粘結效果，其中水性聚氨酯能夠在較小的濃度下，有效地提高玻璃纖維濕法紙的強力，而且其透氣性等其他物理性能也較為理想。

玻璃纖維玻璃纖維濕法墻紙增強粘合劑

0 引言

近些年室內火災頻繁發生，傳統的墻紙一經燃燒就會放出大量的毒氣或者這些墻紙本身就會燃燒，造成二次傷害。防火墻紙的使用可以有效地阻止火勢的繼續蔓延，減少火災造成的危害。玻璃纖維為圓形截面而且直徑不變，纖維的尺寸穩定性較高。具有耐水耐油性能，耐酸堿性和耐熱性較好，而且還有很好的吸音效果[1]。以玻璃纖維為纖維原料，采用濕法非織造生產工藝，生產出玻璃纖維墻紙。這種玻璃纖維濕法墻紙具有不燃、透氣、吸音等優點[2]。但是由于玻璃纖維表面光滑、質脆，纖維之間沒有像植物纖維那樣的結合力，雖然利用100%的玻璃纖維能夠制成濕法玻璃纖維墻紙，但是其強力較低，很難達到后續加工及使用中強力的需求[3]。故需要采取措施對玻璃纖維紙進行增強，玻璃纖維紙的增強具有外涂和內施兩種方式[4]。其中，內施法包括在玻璃纖維分散液中加入打好漿的植物纖維分散液,打好的植物纖維漿粕之間的強力是由植物纖維之間的氫鍵提供[5]。外涂法包括，在制成的濕法纖維網上施加一定比例的粘合劑，比如PVA、環氧樹脂、水溶性聚氨酯等各種粘合劑，這些黏合劑附著在玻璃纖維上通過這些粘合劑可以使得纖維之間相互粘結，故而可以增加玻璃纖維墻紙的強力。

本文通過對玻璃纖維濕法薄氈表面分別施加一定濃度的PVA、水溶性聚氨酯等粘合劑。分別測試施加不同粘合劑后玻璃纖維濕法薄氈的克重、強力等一些物理性能，確定出粘合性能和物理性能相對較好的一種粘合劑，探討不同的粘合劑對濕法玻璃纖維物理性能的影響，有助于推動玻璃纖維造紙領域的不斷壯大。

1 實驗

1.1 實驗原料

表面處理過的無堿玻璃纖維，直徑約12um，長度約為10mm，中度聚丙烯酰胺(分子量200萬—500萬單位)鹽酸、濕增強劑，粘合劑(環氧樹脂、PVA、水性聚氨酯)等等。

1.2 產品的制備

1.2.1 纖維分散液的配制

顯微鏡下的玻璃纖維與玻璃棒相似，單根硬挺而細長，長寬比較大，再加上玻璃纖維表面帶有負電荷，故在配成漿料時纖維間相互交纏，形成大量絮聚的纖維團[6]，故在配制漿液時需要采取一定措施對玻璃纖維進行分散，玻璃纖維漿液的分散程度決定了成網均勻[7]。在分散時可以采取以下措施，(1)使用稀酸來調節懸浮液的pH值使得其值在3-4之間；(2)盡可能的降低纖維懸浮液的濃度；(3)加入一定量的分散劑，將制好的纖維分散液加入打漿機中，五分鐘后取出。

1.2.2 玻璃纖維紙的成型

將重3g的玻璃纖維分散液均勻添加到濕法成網器中，利用濕法非織造布快速成型器，經過成型等程序制成玻璃纖維濕法薄氈。

1.2.3 粘合劑的添加

在成型好的玻璃纖維紙上分別施涂水性聚氨酯粘合劑與聚乙烯醇粘合劑，根據所涂布的粘合劑的種類及濃度的不同，分別制出十種樣品，其中：試樣一到試樣五為水性聚酰胺粘合劑，濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%。試樣六到試樣十為聚乙烯醇粘合劑，濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%。

2 產品性能測試及結果分析

將施加不同的粘合劑的玻璃纖維紙分別進行物理性能測試，分析討論其不同粘合劑對玻璃纖維紙物理性能的影響。

2.1 平方克重

按照國家標準GB/T24218-2009《紡織品非織造布實驗方法第一部分：單位面積質量的測定》試樣大小為20cm×20cm,每種試樣測試五塊求其平均值。測試結果見表1和表2。

表1 聚乙烯醇粘合劑玻璃纖維紙的克重單位：g/m2

表2 水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維紙的克重單位：g/m2

從上表中可以看出，對于同一種粘合劑而言，隨著粘合劑濃度的增加，上漿量也逐漸增加，這是因為隨著粘合劑濃度的增加，粘合劑中有效地成分也就增加，故隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的克重也會增加。上表中還可以看出在同一濃度下兩種粘合劑下玻璃纖維紙的克重相差不大，在粘合劑濃度為50%時，其玻璃纖維紙的克重達到了最大，分別為106.5g和97.25g，相對于市場上純紙材質的壁紙的克重150g/m2，濕法玻璃纖維紙的質量較輕，方便后期在墻上的粘貼。

2.2 厚度

采用GB/T24218-2009《紡織品非織造布測試方法第二部分：厚度的測試》利用YG(B)141D型數字織物厚度儀，在0.5kPa的壓強，壓腳面積為2500mm2,測量玻璃纖維紙的厚度，每種試樣測五次求其平均值。測試結果如下。

表3 聚乙烯醇粘合劑玻璃纖維的厚度單位：mm

表4 水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維的厚度單位：mm

由表3和表4可以看出隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的厚度逐漸增加，但是增加的幅度不大，聚乙烯醇粘合劑的濃度為10%時，厚度為1.39mm，而當濃度增加到50%時，它的厚度為1.48mm，只相差了0.09mm。而水性聚氨酯粘合劑玻璃纖維紙的厚度由濃度為10%時的1.39mm到濃度為50%時的1.46mm，厚度增加0.07mm，變化不大，這可能的原因是，在玻璃纖維紙中，玻璃纖維之間糾纏較少，制成的玻璃纖維紙之間的孔隙較大，在對這些玻璃纖維紙進行施涂粘合劑時，大量的粘合劑進入到玻璃纖維紙的孔隙中，故在濃度增加時，玻璃纖維紙的厚度變化不大。

2.3 透氣性

按照GB/T5453-1997《紡織品織物透氣性的測試》進行測試，采用YG-461L型數字織物透氣量儀，在規定的壓差條件下，測試一定時間內垂直通過給定試樣和面積的氣流流量，試樣面積為20cm2,壓降為200Pa，每個試樣測十次求其平均值。測試結果如下：以聚乙烯醇為粘合劑的玻璃纖維紙其透氣率為：試樣一為2830mm/s，試樣二為2770mm/s，試樣三為1410mm/s，試樣四為1059.5mm/s，試樣五為998mm/s；以水性聚氨酯為粘合劑的玻璃纖維紙其透氣率分別是：試樣六為3280mm/s，試樣七為3120mm/s，試樣八為2920mm/s，試樣九為1248mm/s，試樣十為1076mm/s。

對于墻紙而言，透氣性能是十分重要的，玻璃纖維墻紙利用濕法成網技術，所生產出的墻紙內部空隙較大，透氣性好，有利于水蒸氣的自然散發，從而大大的促進室內氣候的調節。然而粘合劑的加入會使得透氣性降低。當粘合劑的濃度從10%到50%時，玻璃纖維紙的透氣性直接下降，這可能是由兩方面原因，一方面，隨著粘合劑濃度的增加，粘合劑中有效成分增加，粘合劑會滲入到玻璃纖維紙的空隙中，這樣會使得空隙變小甚至會將空隙堵住，故使得其透氣性能降低。另一方面，對于聚乙烯醇與水性聚氨酯而言，隨著其濃度增加粘合劑成膜性能也就越好，其多余的粘合劑會附著在玻璃纖維紙的表面，形成一種致密的膜，這樣也會導致透氣性能的下降。

2.4 斷裂強力與斷裂伸長率

依據GB/T24218.3-2010《非織造布斷裂強力及斷裂伸長率的測定方法(條樣法)》進行測試，采用UTM4304型電子萬能試驗機，試樣大小300mm×50mm，測試結果見表5。

表5 玻璃纖維紙的斷裂強力及斷裂伸長率

由圖1玻璃纖維的顯微鏡照片可以看出，玻璃纖維表面光滑，纖維之間沒有植物纖維那樣的結合力，玻璃纖維撓曲、扭轉性能也較差，再加上濕法墻紙所使用的玻璃纖維長度只有10mm左右，這就使得玻璃纖維濕法紙的強力幾乎為零，很難適應后期的加工強力要求。在本文中試圖利用添加粘合劑的方式來增加玻璃纖維紙的強力。

圖1 玻璃纖維顯微鏡照片(×100)

從表5中可以看出，粘合劑的添加對于玻璃纖維紙的強度有著顯著的提高，而且隨著粘合劑濃度的增加，玻璃纖維紙的強力不斷增加。這是因為在未加粘合劑之前，玻璃纖維紙之間孔徑較大，再加上玻璃纖維自身的物理特征，在進行拉伸試驗時，纖維之間沒有一定的相互糾纏和纏繞，很容易產生滑移，這就導致了玻璃纖維墻紙的強力較低。在添加了一定濃度的粘合劑之后，一方面粘合劑的加入使得玻璃纖維紙內部孔徑變小，在拉伸過程中，玻璃纖維之間不容易滑移，故使得玻璃纖維紙的強力增加，另一方面，作為粘合劑聚乙烯醇和水性聚氨酯均具有一定的強度，且隨著他們濃度的增加強度越大。從表中還可以看出，對于同一濃度而言，以水性聚氨酯為粘合劑的玻璃纖維紙的強力要高于以聚乙烯醇為粘合劑的玻璃纖維墻紙的強力，這可能是因為水性聚氨酯主要是靠分子內極性基團產生的內聚力和粘附力進行固化，并且水性聚氨酯中還含有羧基、羥基等基團，使粘合劑產生交聯，從而提高粘合劑的粘合性能。從表5中可以看出，當水性粘合劑的濃度僅為30%時，玻璃纖維墻紙的強力已經達到了126N。而且當水性聚氨酯濃度達到30%時，玻璃纖維墻紙的透氣性為3120mm/s，其透氣性已經相對較大。