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几种水刺非织造布性能的测试与分析

作者：赵博

来源：《浙江纺织服装职业技术学院学报》2018年第01期

摘 要：测试了水刺非织造布的性能，通过对比几种水刺非织造布的测试结果，分析比较了不同试样的纤网结构、厚度、面密度、透气性、透湿性、力学性能、断裂强力、断裂伸长率、顶破强度、耐磨性、尺寸稳定性、拒水性、硬挺度等，实验发现非织造布材料的断裂强力、断裂伸长率，透气性、透湿性、尺寸稳定性、拒水性、硬挺度等均与面密度和厚度有一定关系，得出水刺非织造布材料具有独特的性能，适合开发各类功能性产品，在医用等方面有着广泛的应用前景。

关键词：水刺非织造布；工艺流程；生产特点；工艺原理；性能；测试；分析

中图分类号：TS176 文献标识码：C 文章编号：1674-2346（2018）01-0011-07

1 前言

水刺法的加工特点是能有效地利用各种纤维，从中长纤维、漂白棉、蚕丝、合成纤维到木浆纤维都可以加工，产品手感柔软；可以保护纤维本身的性能，纤维不会受到损伤；大多数产品不使用粘合剂，具有良好的卫生性；外观近似于传统纺织品，具有良好的悬垂性、柔软性和吸水性，且不易掉绒毛；在相对纤维和相同定量情况下，其断裂强度能达到纺织品面料的70%～80%；可以加工复合基布，亦可以形成不同的花纹。水刺法非织造布具有无化学添加剂、无环境污染、不含杂质、吸湿性好、手感柔软、强力高、吸湿透气等特点，表观性能和手感与传统纺织品非常接近[1-3]。目前，水刺产品主要用于医疗用品、家庭生活用品和服装装饰布等方面，例如生活当中常见的湿面巾、擦手巾等。水刺法非织造布材料的品种较多，使用范围较广，为了对水刺法非织造布的性能和特点有一个较为详细的了解，本文结合实际生产过程，测试和分析了影响几种水刺法非织造布基本性能的因素，为进一步设计、开发和提高产品质量提供参考依据。

2 试验条件

2.1 水刺设备的组成

水刺系统由预湿器、水刺头、输送网帘、脱水装置、烘燥装置及水处理系统等组成。

2.2 水刺法的原理

水刺法采用高压产生的多股微细水射流喷射纤网。水射流穿过纤网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤网。由此，纤网中纤维在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤网得到加固。[4] 龙源期刊网

生产的工艺流程：开松→混合→梳理→铺网→牵伸→水刺→烘干→卷取

加工水刺非织造布的关键设备：采用自动称量混合→多重喂料机→输送帘+混合辊→开松机→储棉箱→喂棉箱→梳理机→交叉铺网机→多辊牵伸机→水刺机→烘干机→卷绕机→分切机→成包。

2.3 试验方法

采用数字式三维电子显微镜对测试材料中纤维分布及纤维细度进行观察及测量，使用厚度测试仪测量织物的厚度，采用织物强力仪测量强力，使用织物透气量仪测量透气性能等，其它物理性能测试均采用有关国家标准的测试方法。

2.4 试验条件

温度25℃，相对湿度65%。

2.5 试验仪器

数字式三维测量纤维系统VHX-600型电子显微镜、Fast-1型厚度测试仪、FA2004型电子天平、FAST-1压缩性测试仪、YG065-250多功能织物强力仪、Y522织物磨损试验机、YG601-Ⅰ/Ⅱ型电脑式织物透湿仪、透湿杯、电子天平、ZHX-600D型电子显微镜、Y522型圆盘式织物平磨仪、VHX-600型数字式三维电子显微镜、YG（B）141D型厚度测试仪、YG501N-Ⅱ型纺织品透湿量仪、YG（B）461D（N）型数字式织物透气量仪、平板式保温仪、GZX-9140MBE型电热鼓风干燥箱等。

2.6 试验材料

本次试验选用了4种水刺非织造布材料，试样编号及品种见表1。

规格：1#试样CR252：20%粘胶、80%涤纶，平纹；2#试样CR580：50%粘胶、50%涤纶，平纹；3#试样WP21-82-68：80%粘胶、20%涤纶，其中下标“2”代表粘胶，下标“1”代表涤纶，W代表网眼，P代表平纹；4#试样WP21-65/35-78：65%粘胶、35%涤纶，下标“2”代表粘胶，下标“1”代表涤纶，W代表网眼，P代表平纹。

3 性能测试结果与分析[5-12]

3.1 材料的形态结构

材料的形态结构实验采用数字式三维测量纤维系统VHX-600型电子显微镜，分别在200、400、1000倍放大情况下观察4 种水刺非织造布材料的纤维形态结构分布，观测到的试样微观状态下的水刺非织造布内部纤维结构如图1～图12所示。 龙源期刊网

分析图1～图12可以得到如下结论：

1）样品中的短纤维均是纠结交缠在一起，呈无规则形状排列，这与水刺的工艺机理是相吻合的。

2）样品在1000倍电镜下可以明显看到有2种不同纤维纠缠在一起，一种单纤维在扫描下呈类似不规则的锯齿状，另一种则较为均匀光滑。呈不规则锯齿状的纤维为粘胶纤维，其独特的皮芯结构在电镜下呈现出与涤纶完全不同的风格。

3）在相同的倍率下4种规格的水刺非织造布结构类似，但并不相同，这可能与这4种非织造布的粘胶和涤纶含量不同有关，造成其面密度不同，在显微镜下纤维的稀疏程度有所异同。

4）同种规格水刺非织造布不同倍率下形态清晰，纤网结实，有些单纤维穿插在纤维束之中。这是样品在形成过程中由于水针的冲击作用产生的水柱冲击力和反弹力使纤维在其交结处逐渐收缩形成的结，从而使纤维在这些结之间形成一种立体包覆网，纤维既是被包覆着，又是包覆的构成体。这一现象直接说明了水刺法非织造布在生产过程中水针作用下的纤维缠结机理。

5）不同规格水刺样品相同倍率下的纤维孔隙大小不甚相同，这对其各自的产品透气率会产生一定的影响。

3.2 材料的厚度（表2）

由表2可知，1#样品CR252最薄，4#样品WP21-65/35-78最厚，2#和3#样品厚度接近。由表2、表3可以看出，材料的厚度与面密度大小具有正相关的关系，当面密度的增大时，其厚度增加；反之，厚度减小。

3.3 材料的面密度（表3）

由表3可知，4种样品面密度数值大小规律与厚度规律一致，1#最小，4#最大，2#和3#基本接近，这也间接说明了克重、厚度与面密度的关系，克重越大织物越厚，越小则织物越薄。

3.4 材料的断裂强力（表4）

由表4可以看出：1）水刺非织造布的断裂强力与材料的厚度、面密度以及纤维中涤纶纤维的含量有关，厚度越厚，克重越大，非织造布的断裂强力就越大。2）涤纶的强力大，粘胶纤维的强力小，随着涤纶纤维含量越高，非织造布的断裂强力就越大；反之，断裂强力越小。3）断裂伸长量越低的材料，其在拉伸时表现得就越为“脆弱”，更容易被拉断。4）水刺非织造布内部纤维结构的抱合紧密程度对材料的断裂强力有很大的影响。 龙源期刊网

3.5 材料的顶破强力（表5）

由表5可以看出：1）从实验数据来看，1#样品顶破强力最大，顶破时间最长；2#样品顶破强力最小；3#样品顶破时间最久；4#样品顶破数据居中。2）水刺非织造布中的纤维具有独特的缠结机理，其内部纤维之间的抱合力大，纤维抱合紧密程度大，纠缠交结在一起，不容易被分开，顶破性能与材料内部纤维的排列状况有关系。3）顶破强力与材料的厚度、面密度以及纤维中涤纶纤维的含量有关，当材料的厚度、面密度大时，涤纶纤维的含量高时，材料顶破断裂时需要较大的力。

3.6 材料的耐磨性（表6）

由表6可以看出，从磨损的平均转数来看，1#、2#、3#、4#样品呈现出逐级递增的特点，1#样品转数最少，4#样品转数最多，说明1#耐磨性最差，4#最好，这与前边所做实验中厚度克重的情况类似，说明厚度、克重对水刺非织造产品的耐磨性是有一定影响的，厚度越厚，耐磨性越好；反之，耐磨性越差。

3.7 材料的尺寸稳定性（表7）

热收缩性的测定，是在自然状态下或者受张力的情况下，将试样放入恒定温度的烘箱内进行烘烤，经过规定时间烘烤后取出，测量其纵横向标注范围内尺寸变化，计算热收缩率。

热收缩率单位为%，计算公式为：

式中：L-试样受热前经向或纬向平均长度（mm）；L1-试样受热后经向或纬向平均长度（mm）

按照公式（1），计算每块试样的纵横向热收缩率：

根据表7和公式（1）、公式（2），计算得出4种样品在100℃的温度下的纵向热收缩率，4种样品的热收缩率都较低，均小于1.25%，横向热收缩率也低于1.25%，说明4种水刺非织造布在100℃的温度下尺寸基本保持稳定。

3.8 材料的透湿性能（表8）

由表8可以看出，根据实验数据，1#样品透湿量最小，4#样品透湿量最大，1#和3#样品透湿量接近，2#和4#透湿量接近，1#、3#的透湿量要低于2#、4#的透湿量，这与材料厚度、面密度呈现出同样的变化规律。织物厚度越厚，克重越大，纤维之间纠结紧密，抱合力加强，纤维间孔隙减小，透气和透湿性也会随之降低。粘胶纤维吸湿性较强，涤纶纤维回潮率小，吸湿性较差，所以4种样品中粘胶含量最高的3#样品透湿率反而下降，不如2#和4#样品；2#和4#样品在基本性能测试中面密度、厚度相差不大，二者透湿量也相差无几，粘胶含量分别为龙源期刊网

50%和65%，这说明在面密度、厚度为定量的前提下，透湿量与材料中吸湿性纤维的含量呈正相关。

3.9 材料的透气性 （表9）

由表9可知，1#样品的透气性是高于2#、3#、4#样品的。透气性取决于材料内部纤维结构的紧密程度，纤维结构越紧密，则纤维抱合纠结程度越高，孔隙就越小，面密度越大，透气性越小；反之，透气性越大。由于1#样品的面密度是4种样品中最小的，透气性最好，这与事实相吻合。而2#、3#、4#样品在同样采用7号#喷嘴的情况下，透气率分别为952mm/s、1055mm/s、826mm/s，4#样品在4种材料中面密度最大，因此其透气量最小；2#大于3#，与测得的数据相符合，原因是吸湿性差的纤维，吸湿后纤维直径明显不膨胀，会导致织物紧度下降，使透气性提高。

3.10 材料的硬挺度（表10）

由表10可以看出：1）4种样品的横向抗弯长度平均值，无论是正面还是反面，从1#到4#都是依次递增；纵向抗弯长度1#和2#较大，3#和4#次之。2）4种样品的纵向抗弯长度均要高于其对应的横向抗弯长度，说明4种样品在纵向的硬挺度要高于横向。其中1#、2#样品纵向抗弯长度远远高于横向，这2种材料在纵向硬挺度是优于横向的；3#、4#样品纵横向抗弯长度差别不是很大，只是纵向略高横向，这2种材料的整体硬挺性能比较平均，说明材料的纤维在混合水刺时比较均匀。

4 结语

通过测量4种水刺非织造布材料的性能和特点，可以得出以下结论：

1）各种材料的性能都与纤维直径、纤网厚度、纤维结构等有关，厚度越大，保暖絮片材料的保暖性越好；

2）材料中纤维的直径与透湿量有关，随着纤维直径的减小，空隙减小，水蒸气通过的能力降低，因此透湿性能明显降低；

3）材料中纤维的孔隙率决定了其透气性的大小；

4）非织造布保暖絮片的横向断裂强力﹥斜向的横向断裂强力﹥纵向的横向断裂强力，纤维形态分布杂乱度越大，其断裂强力越低；

5）厚度越大，克罗值越大，其保暖效果越好。

参考文献