水刺非织造布专用涤纶短纤维性能的研究
摘要:分析了普通棉型涤纶短纤维、水刺专用一般亲水涤纶短纤维、水刺专用高亲水涤纶短纤维的结构和性能,研究表明亲水处理对水刺专用涤纶短纤维的表面形态、摩擦性能、比电阻、吸湿性能等有较大的改善,介绍了3 种涤纶短纤维在水刺非织造布产品中的应用特点。

0 引言
在水刺非织造布所用原料中, 涤纶短纤维占50 %左右。

随着市场竞争的日趋激烈,普通涤纶短纤维和水刺专用一般亲水涤纶短纤维在吸湿和舒适性能方面己经不能满足水刺高档产品的需求。

为此,市场上出现了水刺专用高亲水涤纶短纤维。

本文对普通棉型涤纶短纤维、水刺专用一般亲水涤纶短纤维、水刺专用高亲水涤纶短纤维的结构和性能进行了分析研究,为进一步开发高性能的水刺专用涤纶短纤维和高亲水涤纶短纤维提供了实验依据。

1 实验部分
1. 1 试样
实验用试样见表1 。

纤维的亲水处理采用表面涂覆亲水油剂的方法,两种油剂都是油剂供应商提供给厂家的专用油剂。

上油方法采用浸渍法,即纺丝丝束在拉伸过程中,通过油槽浸渍上油。

表1 三种涤纶纤维性能一览表
涤纶短纤维的亲水油剂是由两种物质组成的一种表面活性剂,其中一种物质是含有亲水基团的水溶性聚合物,另一种物质是将水溶性聚合物交联到纤维大分
子上的交联剂。

在亲水过程中,含有亲水性基团的单体在纤维上聚合、交联,以一层薄膜状态固着在纤维表面,从而形成一层连续性的亲水薄膜。

亲水薄膜具有一定的导电性,可以提高材料的抗静电性能。

亲水整理的实质就是提高非织造材料的表面张力,降低材料与水之间的接触角[1 ] 。

水刺专用的一般亲水涤纶短纤维和水刺专用高亲水涤纶短纤维所使用的油剂分别是日本竹本油剂和日本松本油剂。

1. 2 测试项目与仪器
a) 表面形态:J SM25600LV 扫描电子显微镜;
b) 卷曲性能: YG362B 卷曲弹性测试仪,采用GB/ T14338 —2008 标准;
c) 摩擦性能: Y151 纤维摩擦系数测定仪;
d) 比电阻: YG321 纤维比电阻仪,采用GB/T14342 —2008 标准;
e) 强度:L Y206E 电子单纤维强力仪,采用GB/T14337 —2008 标准;
f) 回潮率: Y802A 型八篮恒温烘箱,采用GB/T6503 —2008 标准;
g) 吸水率和下沉时间:采用EDANA 标准;
h) 接触角:OCA40 接触角测量仪。

这些颗粒的出现,一方面由于其带有亲水基团,会增加纤维的吸水速度和吸水量,从而达到亲水改性的目的;另一方面还会明显增加纤维之间的接触点或接触面积,从而增加纤维之间的水刺缠结效果和纤维相对滑移的阻力,提高产品的强度。

经日本竹本油剂和日本松本油剂处理后,涤纶短纤维表面的颗粒变化不同:竹本油剂产生的颗粒细小、稀疏、不明显;松本油剂产生的颗粒清晰明朗、颗粒较多。

油剂对纤维亲水改性效果的不同,对纤维的各项性能也会产生不同的变化,最终也将影响水刺工艺和水刺非织造布的性能。

2. 2 纤维卷曲性能的变化
纤维的卷曲性能不仅对开松、梳理工序有影响,而且对纤维成网的均匀度和水刺加工时的缠结效果有影响。

表2 为3 种涤纶短纤维的卷曲性能指标。

涤纶短纤维经过亲水处理之后,纤维的卷曲性能变化不大,可见亲水处理并未改变纤维的卷曲特征。

2 实验结果与分析
2. 1 纤维表面形态变化
图1 为3 种涤纶短纤维表面形态的扫描电镜照片。

高亲水涤纶纤维与普通涤纶纤维相比较,在纤维的表面形态结构上有较明显的差别。

从电镜照片上看,高亲水涤纶纤维表面有一些大小不等的凸起颗粒。

这可能是由于涤纶短纤维在表面涂覆亲水油剂形成亲水薄膜的过程中,亲水油剂与纤维发生了接枝、聚合、交联等作用,从而在纤维的表面形成细小的颗粒。

2. 2纤维摩擦性能的变化
纤维的摩擦性能对水刺加工工艺和产品性能都有显著的影响。

表3 为3 种纤维的摩擦系数,可见纤维的摩擦系数并没有因为产生亲水性油膜而下降,反而呈上升的趋势。

这可能是由于亲水处理使纤维表面产生颗粒的结果。

这样纤维在成网时,纤维之间的抱合力会增加;在水刺加工中,纤网的缠结效果会更好,水刺非织造布的性能也会得到改善。

2. 3纤维比电阻性能的变化
在干法成网水刺加固非织造布时,纤维与纤维或纤维与机件之间的密切接触、摩擦,容易产生静电,进而破坏纤维网的均匀性,给水刺工艺和产品造成不利的影响。

表4 为3 种涤纶短纤维的体积比电阻值,从表4可以看出,高亲水涤纶的体积比电阻下降明显。

这是由于亲水处理的涤纶短纤维表面具有一层亲水薄膜,具有较好的导电性。

因此,它不但可以降低纤维的比电阻,提高纤维的抗静电性能,而且还可以提高成网加工时纤网的梳理速度和成网均匀性,适合于高速生产。

2.4 纤维力学性能的变化
纤维的拉伸性能和弯曲性能是表征材料力学性能的重要指标。

在水刺非织造布加工过程中,纤维会受到拉伸、弯曲、压缩、摩擦和扭曲作用,产生不同的变形,从而对水刺非织造布的缠结效果带来影响。

表5 为3 种涤纶短纤维的力学性能测试结果。

图2为3 种涤纶短纤维的强力—伸长曲线。

初始模量反映为曲线上起始直线段的斜率,其大小表示纤维在较小负荷作用下变形的难易程度,反映了纤维的刚性。

从表5 可以看出纤维经过亲水处理后,纤维的断裂强度变化不大,断裂伸长率变化较为明显。

纤维断裂伸长率变大,可以使纤维在断裂前承受较大的形变;纤维
初始模量的变小,可以增加纤维的柔韧性,这样纤维在高压水针冲击作用下更容易变形,水刺缠结效果更好。

2. 6 纤维吸湿性能的变化
纤维的吸湿性能对水刺工艺和水刺产品的性能影响显著。

表6 为3 种涤纶短纤维的回潮率、吸水率和下沉时间的实验数据。

纤维的回潮率和吸水率随着亲水处理程度的增加而增加(见图3 和图4) ,这表明经亲水处理后,涤纶短纤维的吸湿性能改善明显。

这是由于经亲水处理后,纤维表面亲水基团增加,从而改善纤维的吸湿性能。

而高亲水涤纶短纤维的亲水薄膜由于其特殊的亲水基团,故其吸湿性能更好。

纤维吸湿性能的提高,可提高纤维的抗静电性能,从而提高纤维的梳理速度和成网均匀性。

同时,在水刺加工时,亲水涤纶吸湿后会产生较大的膨胀,从而增大纤维的迎水面积和芯吸效应,提高水刺能量的利用效率,这样会使纤维之间的缠结更加牢固,水刺产品的吸湿性能和柔韧性能更好。

2. 7 纤维浸润性能的变化
纤维表面的浸润性能是指纤维表面同特定性能的液体相互接触时,纤维对这种液体的吸收性能的好坏。

接触角是表征纤维相对浸润性能的一个指标。

当接触角θ= 0°时,液体完全浸润到纤维的表面;当接触角θ= 180°时,液体完全不可浸润到纤维的表面。

本实验采用去离子水与纤维接触时的接触角来表征纤维浸润性能的变化。

表7 为3 种涤纶短纤维的接触角。

从表7 中可以看出涤纶短纤维经亲水处理后,纤维的接触角呈下降的趋势,这
是由于纤维表面形成了一层亲水薄膜,从而使水滴更加容易的浸润到纤维的表面。

3 结论
a) 涤纶短纤维经过亲水油剂处理之后,其摩擦性能、比电阻性能、柔韧性能、吸湿性能、浸润性能得到明显的改善,特别是高亲水涤纶短纤维。

这些性能的提高有利于非织造材料成形过程中的开松、梳理和水刺加工,将会提高纤维成网的均匀度和水刺加工时的缠结效果。

b) 水刺专用一般亲水涤纶短纤维,在纤维的抗静电性能和吸湿性能方面得到了一定的改善,多采用与粘胶混合的方式使用[8 ] ,产品主要应用在卫生材料、家用揩布、高档次的合成革基布等方面。

水刺专用高亲水涤纶短纤维,在纤维亲水性能方面得到了明显的改善,可取代粘胶,节省原料成本,用做高档次的卫生材料、工业揩布、过滤材料、电池隔膜等方面。