醫用聚丙烯PP紡粘非織造布綜合性能測試與分析

摘 要：結合生產實踐，對幾種紡粘非織造布的面密度、厚度、細度、克重、斷裂強力、斷裂伸長、頂破性能、撕裂性能、耐磨性、接觸角、力學性能、硬挺度、熱收縮性、冷水收縮性、透氣性、透濕性、拒水性等進行了測試，并從外觀和非織造布纖維形態結構等角度，分析了紡粘非織造布的性能和特點，同時分析比較了不同克重和厚度的試樣。通過實驗得出了不同克重的非織造布具有不同的力學性能和較為穩定的結構，發現非織造布的克重、厚度和結構特征等對以上性能影響較大，并有一定的相關關系，得出紡粘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：聚丙烯PP;紡粘非織造布;性能測試與分析

中圖分類號：TS177? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：C? ? ? ? ? ?文章編號：1674-2346（2019）03-0008-12

1? ? 引言

紡粘法非織造布工藝是非織造布工業一項較新的技術，它是利用化學纖維熔融紡絲成形原理，在聚合物紡絲過程中使連續長絲纖維鋪置成網，形成的纖網經過機械、化學或自身粘合等方法加固形成非織造布。常用的原料包括聚烯烴類（聚丙烯、聚乙烯等）、聚酯類、聚酰胺類等。而使用聚丙烯為原料的紡粘非織造布占第一位。目前，紡粘非織造布是全球非織造布行業發展最快的品種之一，我國已成為年產量最多的國家之一。由于其生產流程短、產品強力高、產品適應面廣、透氣性好等優良性能，因此市場對紡粘法非織造布的需求非常大。隨著技術的快速提高，應用領域也越來越廣，目前已應用在建筑結構材料、醫療衛生材料等方面[1-4]。

本研究通過對聚丙烯紡粘非織造材料的紡粘非織造布性能測試和纖維結構觀察，發現試樣面密度和厚度和細度的不同，它們對非織造材料透氣量、透濕量、厚度、接觸角、力學性能、硬挺度等相關性能有一定的相關關系，對比了幾種紡粘非織造布的性能之間的關系和規律，以便為企業提供產品質量而提供一定的參考依據。

2? ? 試驗條件

2.1 試驗材料 選用5種聚丙烯紡粘非織造布。

2.2 試驗方法[5-12] 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，使用厚度測試儀測織物的厚度，用數字式織物透氣量儀測透氣性，采用織物強力儀測強力，使用織物透氣量儀測透氣性能等，其它物理性能測試均采用有關國家標準的測試方法。

2.3 試驗條件 溫度20℃，相對濕度65%。

2.4 試驗儀器 VHX-600型數字式三維電子顯微鏡、Fast-1型厚度測試儀、電子天平、ZHX-600D型電子顯微鏡、YG（B）141D型厚度測試儀、FA2004型電子天平、YG065H電子織物強力儀、YG065-250多功能織物強力儀、YG026-250型多功能織物強力儀、YG501N-Ⅱ型紡織品透濕量儀、透濕杯、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。

3 性能測試與分析[5-12]

3.1 紡粘法非織造布的工藝 （切片）烘干、喂入 → 熔融擠壓→ 熔體過濾器 → 計量泵 → 噴絲孔噴出細流、紡絲→氣流牽伸 → 分絲鋪網 → 熱軋成布（或針刺、水刺成布）。具體工藝流程如圖1。

3.2 聚丙烯紡粘非織造布的原料特性 聚丙烯PP的結晶速度隨溫度不同而變化，當溫度過高時，形成晶核困難，結晶緩慢;當溫度過低時，不能形成結晶。隨著相對分子質量的提高，MI值會逐漸減小。MI值的大小一般在30～40g/min。聚丙烯分子中并不含親水性基團，而且水解速度緩慢，所以對切片水分含量要求不高，不影響可紡性，常用的在0.05%以內。

3.3 聚丙烯紡粘非織造布的用途 主要用在以下幾個方面：一次性醫用衛生材料;農業用品;工業用布;家具行業用布;日常生活用品，如旅行包、茶幾布等;建筑結構材料，如瀝青屋頂和橡膠屋頂材料。

3.4 實驗材料種類 本課題實驗過程選用的原料為聚丙烯紡粘非織造布，共5種，試樣編號如表1。

3.5? ? 實驗步驟

圖2～圖11分別為5種聚丙烯紡粘非織造布，在實驗中每一個試樣都取了5個樣本，分別在200、500、1000、2000倍的顯微鏡情況下觀察紡粘非織造布的纖維形態排列;最后發現只有在500倍放大情況下可以觀察到纖維形態結構圖片分布清晰，其它不同放大情況下觀察到的纖維形態結構分布不清晰。在每個樣本上隨機取10個位置進行觀察，發現最后的照片幾乎一樣。

3.6? ? 材料的形態結構

在500倍放大情況下觀察纖維的形態結構分布。試樣微觀形態及軋點形狀說明：圖2～圖6為試樣微觀形態;圖7～圖11為軋點形狀及分布。

3.7? ? 實驗結果及分析

圖2～圖11是在500倍放大情況下觀察纖維形態的排列情況。通過測試和分析，得出以下結論：

1）從觀察的圖片可以看出，5種樣品中的纖維均為透明的連續長絲，因為其中4塊試樣都為不同顏色，所以觀察到的透明連續長絲均會反射出布面的顏色，而另一塊純白紡粘布觀察到的是沒有顏色的透亮連續長絲，而且每個試樣纖維直徑相差不大。這完全符合PP紡粘布中纖維的特點，與它的生產工藝有關，非織造布工藝是與化纖生產結合，牽伸之前工藝相同，所以得到的纖維為粗細均勻的連續長絲。

2）從所選取的照片中可以觀察到，圖片中存在著矩形和橢圓形的塊狀，且排列均勻整齊，并有一定的規律性。因此，根據照片可以推斷出PP紡粘非織造布試樣的加固方法為熱軋粘合，與現在最廣泛PP紡粘非織造布生產工藝情況和常用的加固方法是一樣的。

3）不同規格的PP紡粘樣品在相同的放大倍數下所觀察到的直徑是不同的，但都是連續長絲，這將有可能影響產品的力學性能，具體數據在后面實驗中得到驗證。但是樣品中的纖維排列并無絲毫規律可尋，且可以明顯看出疏密程度，但在樣品表面沒有任何顯示。

3.8? ? 材料的纖維直徑

5種聚丙烯紡粘非織造布試樣的纖維直徑測試結果見表2和圖12。

通過測試和分析，得出以下結論：3#、4#試樣的纖維平均直徑幾乎是相同的，1#、2#、5#試樣雖相差不多，但明顯是不同的。雖然5種試樣的細度不同，但總體都在17～25 m之間，還是符合PP紡粘非織造布的細度范圍的（細度一般為17～34 m）。

3.9? ? 材料的面密度

5種聚丙烯紡粘非織造布試樣的面密度測試結果見表3和圖13。

由表3和圖13數據分析可以得出：5種試樣的不勻程度為：5#>3#>4#>2#>1#。從上表中可以看出，這5種PP紡粘非織造布試樣的CV值均小于3%。查閱資料可知：薄型紡粘非織造布的不勻率低于或等于8%即是一等品，且小于10%屬于合格品，因此所測試的5種試樣不僅都合格，而且都屬于一等品。

3.10? ? ?材料的厚度

5種試樣厚度測試結果見表4和圖14。

由表4和圖14數據分析可以得出：5種PP紡粘非織造布的厚度不均率可反映試樣的均勻程度。CV值的大小可以反映出樣品的均勻程度。由上圖可得，5種試樣的不勻程度為3#>1#>2#>5#>4#。一般情況下厚度是隨著面密度的增加而增加的，樣品厚度隨著面密度增加而有所增加，也符合這一規律。但2#和5#試樣雖然面密度幾乎相同，但是厚度卻不完全一樣，有可能是因為纖維的細度不同，不過總體還是隨著克重增加而增加的。

3.11? ? 材料的硬挺度

5種試樣縱橫向伸出長度實驗測試結果見表5和圖15。

由表5和圖15數據分析可以得出： 1#至5#試樣的縱橫向彎曲長度都隨面密度增大依次逐漸增加。這是因為PP紡粘非織造布隨著面密度的增加，其厚度會增加，而纖維細度雖然不同，但面密度增加，纖維根數也會相應增加。纖維根數增加會增加纖維之間糾纏的程度，試樣的厚度就有可能增加，所以厚度是隨著面密度增大而增加。厚度增大，纖維不能自由運動，所以柔軟度變差，即彎曲長度會變長。

由圖15可以看出，每種試樣縱向的彎曲長度都要明顯大于橫向的彎曲長度，因為所測試的PP紡粘非織造布試樣中的纖維主要沿縱向排列，而橫向是依靠纖維長絲之間的固結，所以彎曲長度要小于縱向，也就是說，橫向的柔軟度要比縱向好。

3.12? ? 材料的熱收縮性

5種試樣受熱先后縱橫向實驗數據見表6。

由表6數據分析可以得出：5種樣品在100℃溫度下縱橫向收縮率非常小，可忽略不計，說明5種樣品在100℃高溫下熱烘3個小時尺寸幾乎沒有改變，5種試樣的尺寸穩定性都較好。

3.13? ? 材料的冷水收縮性

5種試樣浸漬洗滌前后縱橫向實驗數據見表7所示。

由表7數據分析可以得出：5種樣品在冷水浸漬洗滌烘干后縮水率非常小，可忽略不計，說明5種樣品在冷水中尺寸基本保持穩定，5種試樣的尺寸穩定性都較好。

通過上述實驗結果分析可知，聚丙烯紡粘非織造布的尺寸穩定性特別好。因為聚丙烯紡粘非織造布不僅有紡粘工藝的優良性能，更是具有聚丙烯的優良特性，比如具有較高的耐熱性，在不受外力時，即使在150℃時也不會發生變形，這些性能決定了聚丙烯紡粘非織造布的尺寸穩定好，不論是在熱、冷環境中都可以保持不變。但是單純的聚丙烯縮率在1%～2%，紡粘用品大多數用于醫用衛生材料，大多是用即棄產品，像一次性手術服、探視服、手術帽等，所以用于這些用途時的縮率可以忽略不計，但用于尺寸精度要求較高的產品，這個縮率就不可忽視了，所以更多的用于紡粘產品，可以發揮PP優良特性，可以提高紡粘非織造布用品的很多性能。

3.14? ? 材料的力學性能

5種樣品的斷裂強力實驗數據見表8和圖16所示。

由表8和圖16數據分析可以得出：

1）當面密度增加時，1#、2#、4#的拉伸斷裂強力也增加，因為單位克重增大，樣品內的纖維數量會增多。3#和5#布樣有些特殊，雖然5#的面密度大于3#，但是3#的纖維直徑要大于5#，所以在拉伸斷裂時，纖維直徑增大也會增加斷裂強力。但從縱橫的拉伸斷裂強力來講，不論是哪種規格的試樣，縱向強力都要大于橫向強力，而且這2個數據差值非常大，這是由于鋪網時纖維的分布有差異，在鋪網時，大部分纖維會沿著布面縱向分布，然而布面的橫向卻是依靠各根纖維之間的凝結和粘連，就會導致縱向強力會大于橫向強力。

2）當面密度增大時，2#和4#試樣的斷裂伸長的長度也會增大，由于面密度的增大，樣品中纖維網內部的纖維根數也會增多，纖維就會聚集的越密集，糾纏也增加，拉伸至斷裂時就要使更多的纖維發生斷裂。因為纖維受拉伸時不是在同一時間斷裂，如果根數越多，纏結又緊密，斷裂伸長也增加。可是隨著面密度的增大，1#、3#、5#斷裂伸長的長度卻在減小，雖然面密度在增大，可是纖維直徑卻在減小，在拉伸至斷裂時，直徑大的纖維要比直徑小的纖維伸長的更多，所以會導致這3種試樣的斷裂伸長長度沒有隨著面密度的增大而變長。

3.15? ? 材料的頂破強度

5種樣品的頂破數據如表9和圖17所示。

由表9和圖17數據分析可以得出：

1）5種樣品頂破強力的大小為4#>5#>2#>3#>1#，在1#、3#、4#試樣中都是隨著面密度和厚度的增加而增加，因為隨著面密度和厚度增加時，內部纖維之間排列會更緊密，纏結的機會更多，固結點上的纖維就會變多。所以，當樣品受到頂破時，面密度和厚度的增大會使纖維數量增多，糾纏更加緊密，纖維不容易因為受到力的作用而移動，因此需要受更強的力才能頂破。

2）2#和5#試樣卻與之相反，雖然2#的面密度和厚度稍大于5#，但是5#的纖維直徑卻大于2#，所以在面密度接近的情況下，纖維直徑越大，就需要更大的力來將它頂破，頂破強力也增加。同時我們觀察到2#和3#的頂破強力卻幾乎相等，2#試樣的面密度和厚度遠大于3#，而3#的纖維直徑又遠大于2#，所以面密度的增加和纖維直徑的增大可以看成相互抵消，因此即使在面密度和纖維直徑都不同的情況下，卻出現了兩種試樣需要相同頂破強力的情況。

3）3#試樣的CV值都超過了6%，雖然其他試樣有5%、4%和2%，這說明3#試樣的均勻度不如其他4種試樣。不勻率CV值是權衡織物是否均勻的一個指標。不過總體來說，5種試樣的CV值都沒有超過7%，整體雖然不算太好，但都還是在可以接受的范圍內。而頂破時間及頂破位移所有試樣的差值不大，說明它們不受面密度和厚度的影響。

3.16? ? 材料的撕裂性能

5種樣品的撕裂實驗測試結果，如表10和圖18所示。

由表10和圖18數據分析可以得出：

1）1#、2#，、4#樣品的縱向撕裂強力會逐漸增加，與前邊的一些實驗結果類似，都是隨著面密度和厚度的增加而增加，這些實驗數據可以說明面密度和厚度2個因素對聚丙烯紡粘非織造布的撕裂強力有很大的影響，同時也影響其他性能。

2）由于面密度和厚度的增加會導致試樣內纖維的根數增多，使纖維之間糾纏程度變大，這些現象都會增大纖維間的摩擦力和抱合力。所以在試驗中受到重錘力的作用時，纖維轉移就比較困難，所以試樣的撕裂強力會變大。

3）因為5#的面密度大于3#，但3#的纖維細度卻大于5#，所以，樣品在這2個方面都影響到強力的大小，由于面密度和纖維細度2個方面的相互作用，使得3#的撕裂強力大于5#。所以不僅面密度和厚度會影響試樣的性能，纖維的細度也會影響纖維的性能。

4）縱橫向撕裂強力有一定的變化規律，縱向撕裂強力的CV值較小，橫向撕裂強力的CV值沒有規律，雖然橫向撕裂強力會稍大于縱向，這是因為在聚丙烯紡粘非織造布中的纖維基本上是沿縱向排列的，而橫向主要是依靠纖維之間的固結或粘連，這些現象在前面的實驗中也驗證過，縱向撕裂強力要遠大于橫向撕裂強力。

3.17? ? 材料的耐磨性

5種樣品的耐磨性實驗測試結果，如表11和圖19所示。

由表11和圖19數據分析可以得出：從馬丁旦爾平磨儀的平均轉數來看，雖然5種樣品的耐磨性有逐漸增加的特點，但卻沒有表現出按照面密度和厚度的增加而增加的特性。導致出現這種情況的原因是：面密度和厚度增加時，會增加內部纖維數量，從而導致纖維排列更緊密，糾纏也更緊密，使抱合力增加，同時由于纖維細度不同，耐磨程度就不一樣，所以纖維細度對其性能的影響也是非常明顯的。一般來說，耐磨性能（平均圈數）會隨著面密度和厚度的增加而增加。本次實驗因為用肉眼觀察起毛起球時的圈數不準確，加上細度的影響，沒有發現明顯的規律，但是當磨出孔洞之后就如上面實驗一樣隨著單位克重和厚度的增大而增大。起毛起球也是有一定的規律，總體來說，5#試樣的耐磨性最好，1#試樣稍微差些，整體來說5種試樣耐磨性還是比較好的。

3.18? ? 材料的透氣性

5種樣品的透氣性實驗測試結果，如表12和圖20所示。

由表12和圖20數據分析可以得出：非織造布纖維網中孔隙的大小和多少對聚丙烯紡粘非織造布的透氣性起決定性作用，而孔隙率（孔隙率=[1-面密度/（原料密度€綴穸齲€？00%）會隨著試樣的面密度和厚度的增加而減小。5種試樣都屬于薄型試樣，孔隙率都偏大，都達到80%以上，透氣性都好。從上表的數據可以看出透氣性大小為1#>3#>5#>4#>2#，而孔隙率卻為1#>3#>5#>2#>4#，可見孔隙率隨著面密度增加而減小，孔隙率越大，透氣性越好。但2#試樣和4#試樣卻不符合這個規律，因為透氣性雖然主要由孔隙率決定，但也與其纖維的直徑有關，纖維越細，空氣透過的阻力就會增大，同時透氣量就會特別小，2#試樣纖維直徑遠小于4#試樣，所以才會出現這種特殊現象。總體來說，孔隙會隨著面密度和厚度的增加而減小，而透氣性會隨著孔隙的增加而變好。

3.19? ? 材料的透濕性

透濕是指水蒸氣從布面濕度大的一側向低的一側轉移。實驗所用試樣均是聚丙烯紡粘非織造布，所以水蒸氣透過試樣可以通過以下3種方法：一是水分子進入纖維，將內部滲透，通過纖維放濕;二是利用毛細管的功能，水蒸氣從纖維內部透過，然后滲透到另一面;三是水壓作用下，水通過纖維間的空隙流向織物背面。這次實驗的試樣原料為純聚丙烯，所以，應該是通過纖維的毛細管作用來進行透濕，這個結果在以下分析中可得到驗證。

5種樣品的透濕性實驗測試結果，如表13和圖21所示。

由表13和圖21數據分析可以得出：5種試樣透濕量為：3#>4#>5#>2#>1# ，這正好與纖維的細度是相符合的。隨著纖維細度的增加，纖維的毛細管作用增加，透濕量也會增加，所以這是利用纖維毛細管的作用，并不是隨著面密度和厚度的增加，纖維間空隙變小而減少透濕量。在聚丙烯紡粘非織造布的透濕量實驗中，纖維細度對透濕量的影響顯然最大，超出了面密度和厚度的影響。說明在提高聚丙烯紡粘非織造布的性能時，不僅要改善面密度和厚度，纖維的細度也是一個重要的方面。

3.20? ? 材料的拒水性

水滴在產品表面附著時，水滴與布表面接觸點的切線所形成的角為接觸角，接觸角的大小可以側面反映出織物拒水性的強弱，接觸角越大，表面水滴與布面之間附著力小，即拒水性就強。一般來說，當接觸角大于90€笆保涂梢勻銜侵觳嫉木芩蘊乇鷙茫壞斃∮？0€笆保捅冉先菀妝蝗笫芩躍筒睢S惺蔽嗽鑾恐錁芩裕匾馓砑泳芊浪惱砑粒杉錁芩允侵涼刂匾摹？

5種樣品拒水性實驗測試結果，如表14所示。

由表14數據分析可以得出：

1）5種試樣的接觸角均在130.0€皛140.0€埃易笥伊獎叩慕嵌炔鉅於急冉閑。舊峽梢院雎圓患啤I廈嬉菜檔劍灰笥？0€埃涂梢勻銜芩粵己謾K？種試樣的接觸角都遠遠大于90€埃員敬問笛櫚木郾┓惱撤侵觳嫉木芩閱芏繼乇鷙謾？

2）聚丙烯紡粘非織造布產品大多數用于一次性醫療衛生材料，其拒水性是否良好，對醫療衛生材料來說至關重要。通過測量接觸角，可以反映產品的拒水性。通過上述數據我們清楚的了解到5種試樣的拒水性能都特別優異，所以應用于一次性醫療衛生材料是滿足條件的。

4? ? 結語

通過測量5種非織造布材料的性能和特點，可以得出以下結論：

1）試樣的面密度和厚度增加會導致內部纖維之間排列緊密，纏結雜亂，伸出長度逐漸增長，也意味著柔軟度越來越差，隨著面密度和厚度的增加，縱橫向拉伸斷裂強度、頂破性能及撕裂性能和耐磨等力學性能都會增大。同時透氣性也可以提高不少。

2）試樣的纖維細度對試樣的影響也漸漸凸顯出來，在試樣力學性能中的體現并不是很明顯，只是存在微弱的影響。而在試樣透濕性中，由于是通過纖維的毛細管作用，所以纖維細度的作用比較明顯，隨著細度增加，透濕量明顯增加，而試樣的面密度和厚度并沒有太大的影響。

3）無論是面密度、厚度及細度的不同，還是在熱、冷條件下，試樣的尺寸穩定性都特別好，雖然單純聚丙烯的縮率在1%左右，但在聚丙烯紡粘非織造布的試樣中，并沒有表現得特別明顯。

4）不論是試樣的面密度和厚度，還是纖維的細度，對試樣性能的影響都不容小覷，可以說所有性能的變化都是基于這三者的變化。

參考文獻

[1]曾恩周.紡粘非織造布新發展[J].紡織科技進展，2010（1）：35-37.

[2]郭素敏.非織造布生產技術概述[J].合成技術及應用，2005，20（1）：34-35.

[3]程旭.非織造布生產市場發展動態分析[J].非織造布，2005，13（4）：3-8.

[4]趙博.紡粘法非織造布技術的發展[J].合成纖維，2006，35（10）：20-23.

[5]趙博.聚丙烯PP紡粘法非織造布工藝參數對纖維直徑的影響[J].非織造布，2010，18（1）：6-10.

[6]丁偉，張元，王海娟.紡粘法非織造布舒適性能評價[J].中國纖檢，2015（12）：86-88.

[7]余序芬，鮑燕萍，吳兆平，劉若華等.紡織材料實驗技術[M].北京：中國紡織出版社，2003.

[8]丁偉，周蓉.紡粘法非織造布服用性能研究[J].產品用紡織品，2010（2）：9-11.

[9]于偉東.紡織材料學[M].北京：中國紡織出版社，2006.

[10]郭合信.紡粘法非織造布[M].北京：中國紡織出版社，2003.

[11]劉玉軍，張軍勝，司徒元舜.紡粘和熔噴非織造布手冊[M].北京：中國紡織出版社，2013.

[12]郭秉承.非織造布材料與工藝學[M].北京：中國紡織出版社，2010.