PET/PU彈性非織造材料的制備

仇 何,謝檸蔚,張 偉,張 瑜

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019)

PET/PU彈性非織造材料的制備

仇 何,謝檸蔚,張 偉,張 瑜*

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019)

以聚氨酯(PU)纖維和聚酯(PET)纖維為原料，根據(jù)彈性非織造材料的性能要求，以PET纖維為剛性支撐成分，PU纖維為彈性和粘結(jié)成分，經(jīng)梳理成網(wǎng)、熱壓成型得到PET/PU彈性非織造材料，對材料的性能進行了測試。結(jié)果表明：采用梳理成網(wǎng)法，在熱壓溫度為160 ℃，熱壓壓力為30 kPa，熱壓時間為1 min時，材料的透氣性能優(yōu)異，拒水效果好；當(dāng)PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，材料均勻性、回彈性及力學(xué)性能最佳，其彈性回復(fù)率達100%。

聚氨酯纖維 聚酯纖維 彈性非織造材料 熱壓 梳理成網(wǎng) 回彈性

近年來，非織造材料在原料和加工工藝選擇上不斷創(chuàng)新，產(chǎn)品性能不斷提升，功能更加多元化，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。其中，彈性非織造材料作為一種功能性材料，因其優(yōu)異的回彈性能，廣泛應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生和服裝領(lǐng)域，如嬰兒尿布、衛(wèi)生巾、醫(yī)用繃帶、運動服、內(nèi)衣等，得到了國內(nèi)外諸多專家學(xué)者的青睞,成為非織造材料行業(yè)的研究熱點。

所謂彈性非織造材料，就是指該材料在一定的拉伸外力作用下，伸長率可以達到60%以上，去除外力后，材料又能自行恢復(fù)原伸長的55%[1]。與普通的非織造材料相比，彈性非織造材料有著自身優(yōu)越的特殊功能，是非織造材料新原料、新工藝和新技術(shù)的產(chǎn)物[2]。彈性非織造材料與當(dāng)今世界非織造材料技術(shù)創(chuàng)新與高附加值開發(fā)的發(fā)展趨勢相一致,市場潛力巨大，發(fā)展前景十分廣闊[3]。目前，國內(nèi)關(guān)于熔噴法彈性非織造材料的研究較多，但關(guān)于梳理成網(wǎng)法彈性非織造材料的相關(guān)文獻資料還較少。作者以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維和聚氨酯(PU)纖維為原料，采用梳理成網(wǎng)法制備PET/PU彈性非織造材料，探究彈性體含量對材料性能的影響，尋求最佳配比，為復(fù)合彈性非織造材料的生產(chǎn)加工提供一定的理論指導(dǎo)，從而降低彈性非織造材料的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

1 實驗

1.1 原料

PU纖維：直徑為0.12 mm，熔點為170～190 ℃，回潮率約1.1%，新綠葉非織造材料有限公司提供；PET纖維：直徑為0.046 mm，熔點為256 ℃，回潮率約0.4%，新綠葉非織造材料有限公司提供。

1.2 設(shè)備與儀器

FZG500型給棉機、FZSCDZ型梳理機、FZP1000型鋪網(wǎng)機：常熟市偉成非織造成套設(shè)備有限公司制；TDY71-45A型液壓機：天津市天鍛液壓有限公司制；TT500型電子天平：常熟市雙杰測試儀器廠制；Model G065型織物厚度試驗儀：常州第二紡織機械廠制；PC/YG065型電子織物強力機：萊州市電子儀器有限公司制；YG(IB)461E型數(shù)字式織物透氣性能測試儀、YT020型土工布透水性測定儀：溫州市大榮紡織儀器有限公司制；JC2000C型接觸角測量儀：上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司制。

1.3 PET/PU彈性非織造材料的制備

將不同配比的PET纖維和PU纖維混合均勻后喂入梳理機，梳理成薄纖網(wǎng)，再經(jīng)鋪網(wǎng)機將一層層薄纖網(wǎng)進行鋪疊，從而使產(chǎn)品獲得預(yù)期的面密度和厚度。經(jīng)過梳理后，纖網(wǎng)中的纖維呈縱向排列，取向度較高，利用已有工藝，再經(jīng)過交叉鋪網(wǎng)改善纖維取向性[4]。以PU纖維占原料的比例為單一因素設(shè)計實驗方案[5-6]，經(jīng)過梳理成網(wǎng)形成4組不同配比的纖網(wǎng)，再經(jīng)熱壓成型制備4組試樣(見表1)，PET/PU彈性非織造材料的制備工藝流程見圖1。其中，PU纖維在材料中主要起拉伸和回彈作用，而PET纖維主要起結(jié)構(gòu)支撐作用。產(chǎn)品克重設(shè)定為250 g/m2，厚度設(shè)定為1 mm。熱壓成型工藝參數(shù)設(shè)定:溫度為160 ℃，壓力為30 kPa，時間為1 min。

表1 單因素實驗設(shè)計表Tab.1 Single factor experiment design

圖1 PET/PU彈性非織造材料的制備工藝流程

Fig.1 Flow chart of PET/PU elastic nonwoven material production

1.4 分析與測試

掃描電鏡(SEM)：將制得的PET/PU非織造材料鍍金后，再在掃描電鏡下觀測PU彈性纖維在梳理過程中的分布情況。

接觸角(θ)：一般用來表征材料的濕潤程度[7]。當(dāng)θ為0°～90°，液滴能在固體表面自然鋪展；當(dāng)θ為90°～180°，液滴在固體表面不能鋪展，且θ越大，材料的拒水效果越好。將每組試樣剪成1cm×10cm的試樣，使用接觸角測量儀對每組試樣測量10個數(shù)據(jù)并取平均值，再作出折線圖反映其變化趨勢。

透氣性：常以透氣率(Bp)來表征材料的透氣性。測試時，每組試樣上選擇5個不同地方測得Bp并取平均值。參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5453—1997《織物透氣性測定》。

透水性：采用靜水壓法測試材料的透水性能。靜水壓法是指在材料的一側(cè)施加靜水壓，測量在此靜水壓下的透水量。

斷裂強力：參考GB/T3917.2.1—1997《織物拉伸性能》測試。拉伸速度為10cm/min，夾持距離設(shè)置為10cm。

回彈性：參考標(biāo)準(zhǔn)為FZ/T70006—2004 《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗方法》測試，測試給定壓力為4N。

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM分析

由圖2可知：PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%(3#試樣)時，纖維分散更加均勻，纖維之間的粘合、交叉糾纏更明顯；PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%時，由于PU纖維較少，在梳理機發(fā)生梳理作用時，PU纖維受到梳理作用較少，所以PU纖維較多的纏結(jié)一起；PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，PU纖維數(shù)量過多，出現(xiàn)相互之間抱合在一起的情況，導(dǎo)致PU纖維與PET纖維之間的作用力較弱，纖維之間極易發(fā)生滑脫，試樣的力學(xué)性能迅速下降，但是伸長性變好。

圖2 PET/PU彈性非織造材料的SEM照片F(xiàn)ig.2 SEM images of PET/PU elastic nonwoven material

2.2 潤濕性

由圖3可知，PET/PU彈性非織造材料的θ為114°～120°， 具有一定的疏水性。但是，由于PU纖維的回潮率較大，所以隨著PU纖維含量的增加，疏水性能有所下降。

圖3 PET/PU彈性非織造材料θ隨PU纖維含量的變化Fig.3 Plot of θ versus PU fiber content of PET/PU elastic nonwoven material

2.3 透氣性

由圖4可以看出：PU基彈性非織造材料的透氣性能優(yōu)異，這是由于傳統(tǒng)的鋪網(wǎng)工藝使得材料中存在大量的空隙；另外，當(dāng)PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%時，材料的透氣性能較佳，隨著PU纖維含量的進一步增大，透氣性能逐漸降低，這是因為PU纖維的熔點遠小于PET纖維的熔點，在熱壓成型加工過程中PU纖維充分熔融，而PET纖維未受到損傷，保持其原有狀態(tài)，PU纖維越多，使得材料內(nèi)部孔隙越少，不利于氣體分子透過材料，由此導(dǎo)致材料的透氣性能明顯降低。

圖4 PET/PU彈性非織造材料Bp隨PU纖維含量的變化Fig.4 Plot of Bp versus PU fiber content of PET/PU elastic nonwoven material

2.4 透水性

由圖5可知，隨著水壓的增大，非織造材料的透水量越來越大。

圖5 不同水壓下PET/PU彈性 非織造材料的透水性能Fig.5 Permeability of PET/PU elastic nonwoven material under different water pressure■—70 Pa；●—60 Pa；▲—50 Pa

這是因為隨著水壓增大，PU纖維因其高彈性受水沖擊而被拉伸，纖維的分散性有所增大，材料內(nèi)部孔隙率增大，因而透水量也隨之增大。其中在PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，因其均勻性能好，這種規(guī)律性較弱且其透水性與穩(wěn)定性較好，結(jié)果與SEM電鏡觀測結(jié)果一致。

2.5 斷裂強力

本實驗采用交叉鋪網(wǎng)，纖維在整體上呈現(xiàn)三維雜亂排列，縱、橫向斷裂強力差異不大。由圖6可看出，試樣的斷裂強力呈現(xiàn)先增后減的趨勢，當(dāng)PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，斷裂強力最大，這是因為材料的均勻性是影響材料強力的主要因素之一(SEM電鏡觀測PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時纖維分散最均勻)；其次，隨著PU纖維含量的增大，在熱壓工藝后，纖維材料中的粘結(jié)點也逐步提高，使纖維之間粘結(jié)，這就使得整個材料的強力不僅僅是靠纖維之間的交叉纏結(jié)，還包括粘結(jié)作用產(chǎn)生的一部分強力，但材料的整體強力是由PET纖維提供，所以在PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到20%時，隨著PET纖維的減少，對其強力影響也越來越大。因此，在實際生產(chǎn)中，PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜控制在15%，從而使材料獲得較好的強力。

圖6 PET/PU彈性非織造材料的 斷裂強力與斷裂伸長率Fig.6 Breaking strength and elongation at break of PET/PU elastic nonwoven material■—橫向；●—縱向

從圖6還可以發(fā)現(xiàn)，隨著PU纖維含量的不斷提高，彈性非織造材料的斷裂伸長率不斷提高，最高可達100%。這說明彈性體含量的增加能夠有效提高材料的彈性。

2.6 回彈性

由表2可知：在PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，PET/PU彈性非織造材料的回彈性最好；在PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和20%時，彈性回復(fù)率為0，這是因為當(dāng)PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，材料整體的可供粘結(jié)點太少，PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，PU纖維的整理效果太差，沒有充分梳理，也會造成粘結(jié)點少且不均勻，從而導(dǎo)致材料的整體強力太低，在4 N的定力值下已經(jīng)發(fā)生斷裂，外力去除后，PU纖維雖可以回復(fù)，但材料本身結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，主體支撐材料不再具有回復(fù)性。

表2 PET/PU彈性非織造材料的回彈性Tab.2 Resilient elasticity of PET/PU elastic non-woven material

3 結(jié)論

a. 隨著PU纖維含量的增大，PET/PU彈性非織造材料的Bp呈逐步下降的趨勢，當(dāng)PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%時，材料的透氣性能較佳。

b.PET/PU彈性非織造材料的θ為114°～120°，拒水性能優(yōu)異。

c.PET/PU彈性非織造材料在PU纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，其均勻性最佳，透水性能、斷裂強力、斷裂伸長率以及回彈性效果最佳。

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Preparation of PET/PU elastic nonwoven material

Qiu He, Xie Ningwei, Zhang Wei, Zhang Yu

(SchoolofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong226019)

According to the performance requirement of elastic nonwoven materials, a polyester/polyurethane (PET/PU) elastic nonwoven material was prepared with PET fiber as the rigid support material and PU fiber as the elastic and adhesive material by carding web and hot pressing. The properties of the material were measured. The results showed that the material could be produced with excellent air permeability and good water-repellenting effect by carding web under the conditions as followed: hot pressing temperature 160 ℃, pressure 30 kPa and time 1 min; and the material exhibited the optimal uniformity, elastic resilience and mechanical properties and the elastic resilience reached 100% as the mass fraction of PU fiber was 15%.

polyurethane fiber; polyester fiber; elastic nonwoven material; hot pressing; carding web; elastic resilience

2016-11-14； 修改稿收到日期：2017- 01-23。

仇何(1991—)，男，在讀碩士研究生，主要研究方向為非織造材料的開發(fā)與應(yīng)用。E-mail：1025582673@qq.com。

江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作-前瞻性聯(lián)合研究(BY2015047-14 )，南通大學(xué)研究生科研創(chuàng)新計劃項目(YKC15023)。

TQ342+.85

A

1001- 0041(2017)02- 0017- 04

* 通訊聯(lián)系人。E-mail：z.yu@ntu.edu.cn。