幾種水刺非織造布性能的測試與分析

摘 要：測試了水刺非織造布的性能，通過對比幾種水刺非織造布的測試結果，分析比較了不同試樣的纖網結構、厚度、面密度、透氣性、透濕性、力學性能、斷裂強力、斷裂伸長率、頂破強度、耐磨性、尺寸穩定性、拒水性、硬挺度等，實驗發現非織造布材料的斷裂強力、斷裂伸長率，透氣性、透濕性、尺寸穩定性、拒水性、硬挺度等均與面密度和厚度有一定關系，得出水刺非織造布材料具有獨特的性能，適合開發各類功能性產品，在醫用等方面有著廣泛的應用前景。

關鍵詞：水刺非織造布；工藝流程；生產特點；工藝原理；性能；測試；分析

中圖分類號：TS176 文獻標識碼：C 文章編號：1674-2346（2018）01-0011-07

1 前言

水刺法的加工特點是能有效地利用各種纖維，從中長纖維、漂白棉、蠶絲、合成纖維到木漿纖維都可以加工，產品手感柔軟；可以保護纖維本身的性能，纖維不會受到損傷；大多數產品不使用粘合劑，具有良好的衛生性；外觀近似于傳統紡織品，具有良好的懸垂性、柔軟性和吸水性，且不易掉絨毛；在相對纖維和相同定量情況下，其斷裂強度能達到紡織品面料的70%～80%；可以加工復合基布，亦可以形成不同的花紋。水刺法非織造布具有無化學添加劑、無環境污染、不含雜質、吸濕性好、手感柔軟、強力高、吸濕透氣等特點，表觀性能和手感與傳統紡織品非常接近[1-3]。目前，水刺產品主要用于醫療用品、家庭生活用品和服裝裝飾布等方面，例如生活當中常見的濕面巾、擦手巾等。水刺法非織造布材料的品種較多，使用范圍較廣，為了對水刺法非織造布的性能和特點有一個較為詳細的了解，本文結合實際生產過程，測試和分析了影響幾種水刺法非織造布基本性能的因素，為進一步設計、開發和提高產品質量提供參考依據。

2 試驗條件

2.1 水刺設備的組成

水刺系統由預濕器、水刺頭、輸送網簾、脫水裝置、烘燥裝置及水處理系統等組成。

2.2 水刺法的原理

水刺法采用高壓產生的多股微細水射流噴射纖網。水射流穿過纖網后，受托持網簾的反彈，再次穿插纖網。由此，纖網中纖維在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，產生位移、穿插、纏結和抱合，從而使纖網得到加固。[4]

生產的工藝流程：開松→混合→梳理→鋪網→牽伸→水刺→烘干→卷取

加工水刺非織造布的關鍵設備：采用自動稱量混合→多重喂料機→輸送簾+混合輥→開松機→儲棉箱→喂棉箱→梳理機→交叉鋪網機→多輥牽伸機→水刺機→烘干機→卷繞機→分切機→成包。

2.3 試驗方法

采用數字式三維電子顯微鏡對測試材料中纖維分布及纖維細度進行觀察及測量，使用厚度測試儀測量織物的厚度，采用織物強力儀測量強力，使用織物透氣量儀測量透氣性能等，其它物理性能測試均采用有關國家標準的測試方法。

2.4 試驗條件

溫度25℃，相對濕度65%。

2.5 試驗儀器

數字式三維測量纖維系統VHX-600型電子顯微鏡、Fast-1型厚度測試儀、FA2004型電子天平、FAST-1壓縮性測試儀、YG065-250多功能織物強力儀、Y522織物磨損試驗機、YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀、透濕杯、電子天平、ZHX-600D型電子顯微鏡、Y522型圓盤式織物平磨儀、VHX-600型數字式三維電子顯微鏡、YG（B）141D型厚度測試儀、YG501N-Ⅱ型紡織品透濕量儀、YG（B）461D（N）型數字式織物透氣量儀、平板式保溫儀、GZX-9140MBE型電熱鼓風干燥箱等。

2.6 試驗材料

本次試驗選用了4種水刺非織造布材料，試樣編號及品種見表1。

規格：1#試樣CR252：20%粘膠、80%滌綸，平紋；2#試樣CR580：50%粘膠、50%滌綸，平紋；3#試樣WP21-82-68：80%粘膠、20%滌綸，其中下標“2”代表粘膠，下標“1”代表滌綸，W代表網眼，P代表平紋；4#試樣WP21-65/35-78：65%粘膠、35%滌綸，下標“2”代表粘膠，下標“1”代表滌綸，W代表網眼，P代表平紋。

3 性能測試結果與分析[5-12]

3.1 材料的形態結構

材料的形態結構實驗采用數字式三維測量纖維系統VHX-600型電子顯微鏡，分別在200、400、1000倍放大情況下觀察4 種水刺非織造布材料的纖維形態結構分布，觀測到的試樣微觀狀態下的水刺非織造布內部纖維結構如圖1～圖12所示。

分析圖1～圖12可以得到如下結論：

1）樣品中的短纖維均是糾結交纏在一起，呈無規則形狀排列，這與水刺的工藝機理是相吻合的。

2）樣品在1000倍電鏡下可以明顯看到有2種不同纖維糾纏在一起，一種單纖維在掃描下呈類似不規則的鋸齒狀，另一種則較為均勻光滑。呈不規則鋸齒狀的纖維為粘膠纖維，其獨特的皮芯結構在電鏡下呈現出與滌綸完全不同的風格。

3）在相同的倍率下4種規格的水刺非織造布結構類似，但并不相同，這可能與這4種非織造布的粘膠和滌綸含量不同有關，造成其面密度不同，在顯微鏡下纖維的稀疏程度有所異同。

4）同種規格水刺非織造布不同倍率下形態清晰，纖網結實，有些單纖維穿插在纖維束之中。這是樣品在形成過程中由于水針的沖擊作用產生的水柱沖擊力和反彈力使纖維在其交結處逐漸收縮形成的結，從而使纖維在這些結之間形成一種立體包覆網，纖維既是被包覆著，又是包覆的構成體。這一現象直接說明了水刺法非織造布在生產過程中水針作用下的纖維纏結機理。

5）不同規格水刺樣品相同倍率下的纖維孔隙大小不甚相同，這對其各自的產品透氣率會產生一定的影響。

3.2 材料的厚度（表2）

由表2可知，1#樣品CR252最薄，4#樣品WP21-65/35-78最厚，2#和3#樣品厚度接近。由表2、表3可以看出，材料的厚度與面密度大小具有正相關的關系，當面密度的增大時，其厚度增加；反之，厚度減小。

3.3 材料的面密度（表3）

由表3可知，4種樣品面密度數值大小規律與厚度規律一致，1#最小，4#最大，2#和3#基本接近，這也間接說明了克重、厚度與面密度的關系，克重越大織物越厚，越小則織物越薄。

3.4 材料的斷裂強力（表4）

由表4可以看出：1）水刺非織造布的斷裂強力與材料的厚度、面密度以及纖維中滌綸纖維的含量有關，厚度越厚，克重越大，非織造布的斷裂強力就越大。2）滌綸的強力大，粘膠纖維的強力小，隨著滌綸纖維含量越高，非織造布的斷裂強力就越大；反之，斷裂強力越小。3）斷裂伸長量越低的材料，其在拉伸時表現得就越為“脆弱”，更容易被拉斷。4）水刺非織造布內部纖維結構的抱合緊密程度對材料的斷裂強力有很大的影響。

3.5 材料的頂破強力（表5）

由表5可以看出：1）從實驗數據來看，1#樣品頂破強力最大，頂破時間最長；2#樣品頂破強力最小；3#樣品頂破時間最久；4#樣品頂破數據居中。2）水刺非織造布中的纖維具有獨特的纏結機理，其內部纖維之間的抱合力大，纖維抱合緊密程度大，糾纏交結在一起，不容易被分開，頂破性能與材料內部纖維的排列狀況有關系。3）頂破強力與材料的厚度、面密度以及纖維中滌綸纖維的含量有關，當材料的厚度、面密度大時，滌綸纖維的含量高時，材料頂破斷裂時需要較大的力。

3.6 材料的耐磨性（表6）

由表6可以看出，從磨損的平均轉數來看，1#、2#、3#、4#樣品呈現出逐級遞增的特點，1#樣品轉數最少，4#樣品轉數最多，說明1#耐磨性最差，4#最好，這與前邊所做實驗中厚度克重的情況類似，說明厚度、克重對水刺非織造產品的耐磨性是有一定影響的，厚度越厚，耐磨性越好；反之，耐磨性越差。

3.7 材料的尺寸穩定性（表7）

熱收縮性的測定，是在自然狀態下或者受張力的情況下，將試樣放入恒定溫度的烘箱內進行烘烤，經過規定時間烘烤后取出，測量其縱橫向標注范圍內尺寸變化，計算熱收縮率。

熱收縮率單位為%，計算公式為：

式中：L-試樣受熱前經向或緯向平均長度（mm）；L1-試樣受熱后經向或緯向平均長度（mm）

按照公式（1），計算每塊試樣的縱橫向熱收縮率：

根據表7和公式（1）、公式（2），計算得出4種樣品在100℃的溫度下的縱向熱收縮率，4種樣品的熱收縮率都較低，均小于1.25%，橫向熱收縮率也低于1.25%，說明4種水刺非織造布在100℃的溫度下尺寸基本保持穩定。

3.8 材料的透濕性能（表8）

由表8可以看出，根據實驗數據，1#樣品透濕量最小，4#樣品透濕量最大，1#和3#樣品透濕量接近，2#和4#透濕量接近，1#、3#的透濕量要低于2#、4#的透濕量，這與材料厚度、面密度呈現出同樣的變化規律。織物厚度越厚，克重越大，纖維之間糾結緊密，抱合力加強，纖維間孔隙減小，透氣和透濕性也會隨之降低。粘膠纖維吸濕性較強，滌綸纖維回潮率小，吸濕性較差，所以4種樣品中粘膠含量最高的3#樣品透濕率反而下降，不如2#和4#樣品；2#和4#樣品在基本性能測試中面密度、厚度相差不大，二者透濕量也相差無幾，粘膠含量分別為50%和65%，這說明在面密度、厚度為定量的前提下，透濕量與材料中吸濕性纖維的含量呈正相關。

3.9 材料的透氣性 （表9）

由表9可知，1#樣品的透氣性是高于2#、3#、4#樣品的。透氣性取決于材料內部纖維結構的緊密程度，纖維結構越緊密，則纖維抱合糾結程度越高，孔隙就越小，面密度越大，透氣性越小；反之，透氣性越大。由于1#樣品的面密度是4種樣品中最小的，透氣性最好，這與事實相吻合。而2#、3#、4#樣品在同樣采用7號#噴嘴的情況下，透氣率分別為952mm/s、1055mm/s、826mm/s，4#樣品在4種材料中面密度最大，因此其透氣量最小；2#大于3#，與測得的數據相符合，原因是吸濕性差的纖維，吸濕后纖維直徑明顯不膨脹，會導致織物緊度下降，使透氣性提高。

3.10 材料的硬挺度（表10）

由表10可以看出：1）4種樣品的橫向抗彎長度平均值，無論是正面還是反面，從1#到4#都是依次遞增；縱向抗彎長度1#和2#較大，3#和4#次之。2）4種樣品的縱向抗彎長度均要高于其對應的橫向抗彎長度，說明4種樣品在縱向的硬挺度要高于橫向。其中1#、2#樣品縱向抗彎長度遠遠高于橫向，這2種材料在縱向硬挺度是優于橫向的；3#、4#樣品縱橫向抗彎長度差別不是很大，只是縱向略高橫向，這2種材料的整體硬挺性能比較平均，說明材料的纖維在混合水刺時比較均勻。

4 結語

通過測量4種水刺非織造布材料的性能和特點，可以得出以下結論：

1）各種材料的性能都與纖維直徑、纖網厚度、纖維結構等有關，厚度越大，保暖絮片材料的保暖性越好；

2）材料中纖維的直徑與透濕量有關，隨著纖維直徑的減小，空隙減小，水蒸氣通過的能力降低，因此透濕性能明顯降低；

3）材料中纖維的孔隙率決定了其透氣性的大小；

4）非織造布保暖絮片的橫向斷裂強力﹥斜向的橫向斷裂強力﹥縱向的橫向斷裂強力，纖維形態分布雜亂度越大，其斷裂強力越低；

5）厚度越大，克羅值越大，其保暖效果越好。

參考文獻

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Test and Analysis of Several Spun Laced Non-woven Fabrics Property

ZHAO Bo

（School of Textiles，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou，Henan，450007，China）

Abstract： The property of spun laced non-woven fabrics has been tested.By comparing the test results，this paper analyzes the web structure，the thickness，the surface density，the air permeability，the moisture permeability，the mechanical properties，the tensile strength，the elongation，the breaking strength，the abrasion resistance，the dimensional stability，the water repellency，and the stiffness，etc.It is found that the breaking strength，the breaking elongation，the air permeability and the moisture permeability，the dimensional stability，the water repellency and the stiffness are all related to the surface density and the thickness.It is concluded that the spun laced non-woven fabrics have unique properties which are suitable for the development of various functional products and have wide application prospect in medical and other aspects.

Key words： spun laced non-woven fabrics； process flow； process principle； property； test； analysis