熱風(fēng)復(fù)合非織造保暖材料的制備與性能

劉靜+錢曉明

摘要：基于熱風(fēng)非織造材料和超細(xì)纖維的特性，本文利用超聲波粘合工藝將熱風(fēng)非織造材料與超細(xì)纖維非織造材料進(jìn)行復(fù)合，開發(fā)出了一種新型復(fù)合非織造保暖材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行測(cè)試分析，探討了超細(xì)纖維非織造材料以及復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料性能的影響，為復(fù)合保暖材料的研究開發(fā)提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)粘合；超細(xì)纖維；非織造材料；復(fù)合；保暖

中圖分類號(hào)： TS176.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Preparation and Properties of Composite Thermal-bonded Nonwovens for Thermal Insulation

Abstract： Based on the properties of thermal-bonded nonwovens and superfine fiber， an advanced composite nonwoven material was developed by combining the thermal-bonded nonwovens with superfine fiber nonwovens through ultrasonic bonding process. The structure and properties were tested and analysed. In addition， the effects of superfine fiber nonwovens and their composite structures on the performance of the composite material were investigated. The article provided a reference for the research and development of composite thermal insulation materials.

Key words： thermal bonding； superfine fiber； nonwovens； composite； thermal insulation

熱風(fēng)非織造材料是一種采用熱熔粘合技術(shù)加工而成的高孔隙率纖維質(zhì)材料。與普通機(jī)織物、針織物相比，這種材料由于纖維之間交叉呈雜亂的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料內(nèi)部能夾持更多的靜止空氣，保暖性更好，同時(shí)具有蓬松度高、手感柔軟、彈性好等特點(diǎn)，在保暖領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要以絮料形式用于防寒服、被褥、睡袋等產(chǎn)品的填充料。

隨著保暖材料的不斷革新，一些新型纖維如中空纖維、超細(xì)纖維等被越來(lái)越多地應(yīng)用于保暖材料中。選用超細(xì)纖維來(lái)設(shè)計(jì)保暖材料是一種很好的途徑，但在高壓縮水平下，纖維細(xì)度小的優(yōu)點(diǎn)無(wú)法充分發(fā)揮。而熱風(fēng)非織造材料具有蓬松度高、壓縮回復(fù)性好等特點(diǎn)。因此，可將超細(xì)纖維非織造材料與熱風(fēng)非織造材料結(jié)合，形成一種經(jīng)濟(jì)型復(fù)合非織造材料。本研究基于熱風(fēng)非織造材料和超細(xì)纖維的特性，將兩者復(fù)合，開發(fā)出了一種輕薄型復(fù)合非織造保暖材料，并對(duì)其保暖性、透氣性、透濕性等基本熱濕舒適性指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。

1 原材料選擇

1.1 熱風(fēng)非織造材料

本研究使用PE/PP皮芯型復(fù)合纖維作為纖維原材料，經(jīng)開松、梳理成網(wǎng)、熱烘、定形后形成平均克重為30 g/m2的薄型熱風(fēng)非織造材料。與傳統(tǒng)噴膠棉不同，使用低熔點(diǎn)復(fù)合纖維加工而成的熱風(fēng)非織造材料不含任何化學(xué)粘合劑，且表面光潔、耐水洗。PE/PP皮芯型復(fù)合纖維線密度為1.8 ～ 3.3 dtex，皮層熔點(diǎn)130 ℃，芯層熔點(diǎn)165 ℃，使用溫度設(shè)置為140℃時(shí)，PP組分保持原有形態(tài)不變，PE組分熔融，纖維在交叉點(diǎn)上粘結(jié)，加工后的成品手感柔軟、彈性好。

1.2 超細(xì)纖維非織造材料

本研究使用的超細(xì)纖維非織造材料包括兩種 —— 海島型超細(xì)纖維非織造材料和桔瓣型超細(xì)纖維非織造材料。其中，前者是將海島型短纖維經(jīng)開松梳理成網(wǎng)后，使用針刺技術(shù)加固成非織造布，再利用一定濃度的堿液溶去“海”的組分，使單根纖維變成一束纖維，形成超細(xì)纖維非織造材料。利用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡S4800對(duì)海島纖維的縱向形態(tài)進(jìn)行表征，用Image-ProPlus軟件對(duì)纖維細(xì)度進(jìn)行測(cè)量。圖 1、圖 2 分別為64島和36島雙組分纖維堿減量前后的對(duì)比，可以看出，堿減量后纖維分散成束狀，形成超細(xì)纖維。

利用雙組分紡粘工藝紡制出桔瓣型長(zhǎng)絲后鋪成纖網(wǎng)，再利用高壓水流的沖擊作用使纖網(wǎng)中的雙組分長(zhǎng)絲裂離為超細(xì)纖維，同時(shí)使其相互纏結(jié)加固，形成桔瓣型超細(xì)纖維非織造材料。其生產(chǎn)工藝綠色環(huán)保，無(wú)環(huán)境污染，產(chǎn)品安全性高。準(zhǔn)備好原材料后，對(duì)超細(xì)纖維非織造材料和熱風(fēng)非織造材料的基本性能進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表 1 所示。

2 復(fù)合結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)合結(jié)構(gòu)（圖 3）

3 種不同超細(xì)纖維非織造材料分別采用兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)與熱風(fēng)非織造材料復(fù)合，如圖 3（a）、圖 3（b）所示，復(fù)合結(jié)構(gòu)一為“熱風(fēng)層+超纖層+超纖層+熱風(fēng)層”，復(fù)合結(jié)構(gòu)二為“超纖層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+超纖層”。為了便于比較，選擇“熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層”作為第 3 種復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，如圖 3（c）所示。3 種不同復(fù)合結(jié)構(gòu)均為 4 層式結(jié)構(gòu)。

2.2 超聲波粘合工藝

本研究使用常州奧恒機(jī)械有限公司的 AH-1530超聲波復(fù)合機(jī)，將超細(xì)纖維非織造材料與熱風(fēng)非織造材料進(jìn)行超聲波粘合。超聲波粘合利用壓力和高頻振動(dòng)的共同作用，使纖維質(zhì)材料內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，熱塑性纖維軟化、熔融，從而使材料在接點(diǎn)處粘合。與針刺和水刺工藝相比，超聲波粘合對(duì)纖維的損傷小，符合本研究對(duì)成品性能的要求。

3 熱風(fēng)復(fù)合非織造保暖材料的結(jié)構(gòu)與性能

3.1 復(fù)合保暖材料的結(jié)構(gòu)

桔瓣型超纖層與熱風(fēng)層分別采用兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)加工而成的復(fù)合保暖材料，其斷面結(jié)構(gòu)如圖 4、圖 5 所示。其中，圖 4 中樣品結(jié)構(gòu)為“桔瓣超纖層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+桔瓣超纖層”，圖 5 中樣品結(jié)構(gòu)為“熱風(fēng)層+桔瓣超纖層+桔瓣超纖層+熱風(fēng)層”。

3.2 復(fù)合保暖材料的性能

對(duì) 7 種復(fù)合保暖材料的性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表 2 所示。其中，克重參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T24218.1 — 2009《非織造布試驗(yàn)方法第一部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》，采用電子天平測(cè)定；厚度參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T24218.2 — 2009《非織造布試驗(yàn)方法第二部分：厚度的測(cè)定》，采用YG141型厚度測(cè)試儀測(cè)定；保暖性依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11048 — 1989《紡織品保溫性能試驗(yàn)方法》，采用ASTM保溫性試驗(yàn)機(jī)測(cè)量；透氣性依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T5453 — 1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，使用YG461型織物透氣量?jī)x測(cè)量；透濕性參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T12704.2 — 2009《織物透濕性試驗(yàn)方法 蒸發(fā)法》，使用YG（B）216-II型織物透濕量?jī)x測(cè)量。

4 測(cè)試結(jié)果分析

圖 6 — 圖 8 分別為 3 種不同復(fù)合結(jié)構(gòu)下材料的保暖性、透氣性和透濕性測(cè)試結(jié)果。

對(duì)比 7 種不同樣品的保暖性能，如圖 6 所示，同種超纖層和熱風(fēng)層復(fù)合時(shí)，保暖性1#>2#，3#>4#，5#>6#，其中，樣品1#、3#、5#采用復(fù)合結(jié)構(gòu)二，樣品2#、4#、6#采用復(fù)合結(jié)構(gòu)一，樣品7#為 4 層熱風(fēng)非織造材料復(fù)合。可以明顯看出，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)二比復(fù)合結(jié)構(gòu)一具有更好的保暖性，即超纖層貼近皮膚一側(cè)比蓬松層貼近皮膚一側(cè)更具優(yōu)勢(shì)。超纖層置于復(fù)合結(jié)構(gòu)的表層和底層時(shí)，由于比表面積大，能吸附更多的靜止空氣，同時(shí)其表面致密、孔徑較小，能有效減少熱損失，因此具有更好的保溫效果。樣品7#為 4 層熱風(fēng)非織造材料復(fù)合，其保暖性與2#、6#很接近，但小于1#、3#、5#的保暖性。說(shuō)明超纖層與熱風(fēng)層復(fù)合，且置于復(fù)合材料的表層、底層時(shí)，比普通熱風(fēng)非織造材料復(fù)合具有更好的隔熱保暖效果。

圖 7 為 7 種不同樣品透氣性能的比較，圖中數(shù)據(jù)顯示，4 層熱風(fēng)非織造材料復(fù)合下材料的透氣率很高，但當(dāng)超纖層與熱風(fēng)層復(fù)合后，材料的透氣率顯著下降，下降幅度為43% ～ 87%，說(shuō)明使用超纖層能提高材料的抗風(fēng)性能，在外界環(huán)境有風(fēng)壓存在時(shí)，具有更好的抗風(fēng)防寒效果。另外，同種超纖層與熱風(fēng)層復(fù)合時(shí)，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)一比結(jié)構(gòu)二具有更小的透氣率，透氣率減小范圍在19% ～40%區(qū)間，即采用“熱風(fēng)層+超纖層+超纖層+熱風(fēng)層”結(jié)構(gòu)具有更好的抗風(fēng)性，同時(shí)也代表著人體向外散熱的速率會(huì)減小。從圖 8 可以看出，超纖層與熱風(fēng)層復(fù)合后，材料的透濕率無(wú)明顯變化，不同復(fù)合結(jié)構(gòu)、超纖層對(duì)材料的透濕性影響很小，64島超細(xì)纖維非織造材料的厚度在 3 種超纖層中最大，與熱風(fēng)非織造材料復(fù)合后透濕率最小，比 4 層熱風(fēng)復(fù)合材料減少9%左右。

5 結(jié)論

本研究利用超細(xì)纖維非織造材料與熱風(fēng)非織造材料復(fù)合，制備出一種新型復(fù)合式保暖材料，其克重在120 ～ 260 g/m2之間，外觀細(xì)密，手感柔軟，質(zhì)輕舒適，保暖性和抗風(fēng)性好，符合當(dāng)前保暖材料的發(fā)展趨勢(shì)。將 3 種不同復(fù)合結(jié)構(gòu)通過(guò)超聲波復(fù)合，探究不同復(fù)合結(jié)構(gòu)、超細(xì)纖維層對(duì)復(fù)合材料熱濕舒適性能的影響，結(jié)論如下。

（1）采用超細(xì)纖維非織造材料與熱風(fēng)非織造材料復(fù)合，能提高普通熱風(fēng)非織造材料的保暖及抗風(fēng)性能。

（2）超纖層置于復(fù)合結(jié)構(gòu)兩側(cè)（面層和底層）時(shí)，隔熱性能提高，說(shuō)明“超纖層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+超纖層”結(jié)構(gòu)比“熱風(fēng)層+超纖層+超纖層+熱風(fēng)層”結(jié)構(gòu)具有更好的保暖效果；同時(shí)，在達(dá)到抗風(fēng)效果的前提下，超纖層置于復(fù)合結(jié)構(gòu)兩側(cè)，其透氣率增加，這將有利于一定強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)條件下汗液能順利通過(guò)服裝，從而提高人體的熱濕舒適性。

（3）同克重下，3 種不同超細(xì)纖維非織造材料對(duì)復(fù)合材料的保暖性影響不同。桔瓣型超纖非織造材料比其他兩種海島型超纖非織造材料更具優(yōu)勢(shì)，其中，“桔瓣超纖層+熱風(fēng)層+熱風(fēng)層+桔瓣超纖層”結(jié)構(gòu)的成品保暖性最好。

（4）從整體上分析，利用超細(xì)纖維非織造材料與熱風(fēng)非織造材料復(fù)合來(lái)開發(fā)新型保暖材料的方案具有可行性，但鑒于超細(xì)纖維非織造材料的種類、復(fù)合結(jié)構(gòu)等不同，會(huì)對(duì)復(fù)合后的成品有一定影響。因此，如何進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，使其熱濕舒適性得到進(jìn)一步提高，仍需進(jìn)一步研究。

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