濕態下水刺非織造布性能研究分析

劉雙營,張瓊杰,楊景璇,史曉慧,靳向煜

(1.山東永信非織造新材料股份有限公司,山東 濟南 250200;2.東華大學 紡織學院,上海 201620)

水刺非織造布因其具有良好的柔軟度、舒適性以及透氣吸濕性能成為了制作濕巾、衛生巾表層的最佳原材料之一,其中水刺非織造布的厚度、斷裂強力以及耐磨性是評價其包裝效果、機械性能和使用性能的關鍵指標,體現了材料的固有屬性及質量。無論是衛生用水刺非織造布行業標準,還是濕巾國家標準,對這些指標都有明確要求。在其濕態應用中,水刺非織造布受到液體浸潤、機械拉伸、折疊成垛等外部因素影響,水刺非織造布物理性能是否受到影響,是非常值得關注的問題。

FZ/T 64012—2013《衛生用水刺法非織造布》行業標準中,規定了產品的斷裂強力標準,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》、GB/T 24218.3—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第3部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》中,明確了非織造布厚度、斷裂強力的檢驗方法。基于此,本文對干、濕態條件下不同水刺非織造布厚度、拉伸力學性能以及耐磨性的變化進行研究,以期為水刺非織造布更好地應用于生產實踐提供經驗。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與設備

樣品A:30%粘膠纖維、70%滌綸纖維,50 g/m2,直鋪水刺非織造布,平紋;樣品B:70%粘膠纖維、30%滌綸纖維,50 g/m2,直鋪水刺非織造布,平紋;樣品C:70%粘膠纖維、30%滌綸纖維,70 g/m2,直鋪水刺非織造布,提花。

YG141LA型數字式織物厚度儀(青島蘭德電子儀器有限公司);YG026C型電子織物強力機(大榮紡織設備有限公司);YG401G型織物平磨儀:馬丁代爾耐磨儀(寧波紡織儀器廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1厚度測試

首先將裁剪好的樣品A、樣品B放置在水平基準板上,用與基準板平行的壓腳對試樣施加規定壓力,將基準板與壓腳之間的垂直距離作為試樣厚度。壓腳表面面積為2500 mm2,壓力為100 cN,縱、橫向各裁剪10塊尺寸為200 mm×200 mm的樣布進行測試。

濕態樣布的制備:本試驗中濕態樣布的制備是模仿濕巾制備工藝制成,首先將裁剪好的試樣在蒸餾水中浸潤10 min,之后取出試樣并擠出多余水分,直至含水量約為原始試樣質量的3.5倍,再對濕態試樣的厚度進行測試,最后對所測數據取平均值。

1.2.2拉伸強力性能測試和纏結系數計算

將樣品A、樣品C沿縱向和橫向各裁切20片尺寸為200 mm×50 mm的樣布,并在夾持距離為100 mm,拉伸速度為200 mm/min的條件下,對干、濕態下的試樣各測10次,并取其平均值作為最終的測試結果。

水刺非織造布的纏結系數(CJ)計算公式[1]如下:

CJ=(MD+CD)/G

(1)

式中:MD為水刺非織造布的縱向斷裂強力(N/50 mm),CD為水刺非織造布的橫向斷裂強力(N/50 mm);G為產品克重(g/m2)。

1.2.3耐磨性能測試

從樣品A、樣品C中裁剪直徑為42 mm圓形干、濕態試樣各20片,將裁剪好的試樣夾在夾持器中,與同樣材料織物在給定的壓力下,以李莎如(Lissajous)圖形運動軌跡進行摩擦,摩擦次數分別為30次、50次。達到規定的轉數后,查看摩擦起毛起球程度,并評定試樣起毛起球等級。起毛起球等級按5級標準進行評判:5-無起球、4-輕微起球、3-中等起球、2-嚴重起球、1-非常嚴重起球。

2 實驗結果與分析

2.1 厚度

表1為干、濕態下樣品A與樣品B的厚度數據。生產中使用的滌綸纖維規格為1.56 dtex×38 mm,粘膠纖維規格為1.67 dtex×38 mm。纖維線密度越大,纖維越粗,相同長度時纖維的質量越大。由表1可知,相同克重條件下,粘膠纖維所占比例越大,樣品厚度越小。因此,干態條件下,樣品A的厚度要小于樣品B。樣品A和樣品B的干態厚度都明顯小于其濕態下的厚度;與干態樣品相比,濕態下樣品A的厚度減小了8.3%,樣品B的厚度減小了14.9%。這一結果表明,濕態條件下,水刺非織造布的厚度減小,而且粘膠纖維含量越高,厚度降低比例越大。這是由于水刺非織造布的吸水率較高,為保證樣品吸水率為自身質量的3.5倍,在樣品充分浸潤后需要對其進行擠壓,擠壓后的水刺非織造布結構變致密,纖維與纖維之間的空隙減小,因此厚度降低。另外水刺非織造布的吸水性能主要取決于纖維自身特性,由于粘膠纖維具有較強的吸水性并且吸濕后會發生膨脹,直徑可增加50%[2]。粘膠纖維占比越大,吸濕后占據的空間越多,水刺非織造布纖維間的排列更為緊密,非織造布空隙減少[3]。經過擠壓,纖網之間以及纖維內部孔隙儲存的水分被擠出,纖網空隙減小,并且粘膠纖維吸水后變硬,彈性降低,纖維結構變緊實且不易回彈,纖網厚度減小。因此濕態條件下,樣品厚度減小,并且粘膠纖維占比增大,厚度降低比例增加。

表1 厚度檢測結果

2.2 拉伸力學性能

由表2可知,相對于干態條件,樣品A在濕態下的斷裂強力和斷裂伸長率均有所下降。粘膠纖維中含有較多的親水基團,這些親水基團的存在使得粘膠纖維具有較好的親水性,吸濕后纖維內水分子的存在削弱了纖維大分子間的作用,分子間鍵合力減小;并且粘膠纖維結晶度低,纖維大分子內存在較多的無定形區以及空泡[4],吸濕后纖維結構膨脹,一定負荷作用下分子鏈或晶體間的相對滑移量增加,粘膠纖維濕強減小,濕態下樣品A的斷裂強力與斷裂伸長率均有所下降。吸水膨脹后的粘膠纖維會占據水刺非織造布更多的空間,纖維間排列更為緊密。但由于粘膠纖維所占比例較低,僅為30%,粘膠纖維濕強下降對水刺非織造布斷裂強力的影響較小,并且干、濕條件對滌綸纖維的影響較小,因此潤濕后樣品A的強力變化幅度較小。

表2 樣品A斷裂強力及斷裂伸長率檢測結果

此外,由圖1可知干、濕態下樣品A的纖維纏結系數一致(干態:3.1 N·m2·g-1,濕態:3.1 N·m2·g-1),因此干、濕態條件對樣品A中纖維的纏結能力無太大影響,即干、濕態條件并不會對樣品A拉伸斷裂強力產生明顯影響,這一結果與強力測試結果基本一致。

圖1 樣品A與樣品C干濕態下的纖維纏結系數

由如表3可知,與干態條件相比,樣品C在濕態下的縱、橫向斷裂強力與斷裂伸長率都明顯降低。樣品C中粘膠纖維占比較大,為70%,而且滌綸纖維干濕態強力基本相同,因此樣品C濕態下的強力變化主要受粘膠纖維影響。吸濕溶脹后粘膠纖維內分子鏈間的距離增加,分子間鍵合的強力下降,大分子鏈之間的滑移量增加,粘膠纖維強力降低,因此濕態條件下樣品C的斷裂強力明顯減小。同時,纖維纏結系數作為影響纖維強力的重要因素之一,也能夠從側面反映水刺非織造布強力的變化。纖維纏結系數越大表明纖維間的纏結效果越好,水刺非織造布的拉伸斷裂強力越高[5]。由圖1可知,樣品C在干態的纖維纏結系數是濕態條件下的1.6倍,這一結果也說明相對于干態條件,濕態下樣品C的拉伸斷裂強力會有所下降。

2.3 耐摩擦性

由表4可知,樣品A與樣品C的耐摩擦性能呈現相同的變化趨勢,即摩擦次數的增加,試樣起毛起球變嚴重;當摩擦次數相同時,由于粘膠纖維濕態強力低于干態強力,因此濕態下試樣的耐摩擦性更差,起毛起球更加嚴重。

表4 干濕態下樣品的起毛起球結果

3 結語

通過研究干、濕態下不同水刺非織造布的厚度、拉伸強力以及耐摩擦性能,得出以下結論:干態水刺非織造布的厚度大于濕態水刺非織造布,而且粘膠纖維所占比例越大,濕態下的水刺非織造布厚度變化越明顯;濕態條件對平紋水刺非織造布拉伸強力的影響較小;但珍珠小圓點水刺布的濕態縱、橫向斷裂強力與斷裂伸長率都明顯小于干態條件;相同情況下,與干態相比,濕態下水刺非織造布的起毛起球性能更差,摩擦后起毛起球更嚴重。