再生纖維氈的制備和性能研究

劉春麗 陳慰來 曾滔

摘 要：為了提高廢舊紡織品資源化利用技術(shù)，加快建立再生資源回收利用網(wǎng)絡(luò)，本研究以回收的滌綸、麻纖維及低熔點滌綸短纖為原料，采用熱風(fēng)粘合工藝制備了再生纖維氈，并探究了熱熔溫度對其結(jié)構(gòu)特性、力學(xué)性能、壓縮性能和透濕性能的影響。結(jié)果表明：熱熔溫度對纖維氈的厚度及蓬松度沒有明顯影響，厚度在8.98～10.03 mm之間，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之間；熱熔溫度與纖維氈的拉伸斷裂強(qiáng)力成正比，與斷裂伸長率成反比；熱熔溫度對其壓縮性能和透濕性能影響不大，且透濕率在0.096 3～0.105 0 g/（m2·h·Pa）之間，產(chǎn)品具有良好的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：廢舊紡織品；再生纖維氈；低熔點滌綸短纖；熱風(fēng)粘合

中圖分類號：TS174.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2018）06-0018-05

Abstract：In order to improve the utilization technology of waste textiles and accelerate the establishment of renewable resources recycling network， the recycled polyester fiber， recycled flax fiber and polyester staple fiber with low melting point were used as raw materials. The regenerated fiber felt was prepared by hot air bonding process， and the effects of hot melting temperature on its structural properties， mechanical properties， compressive properties and moisture permeability were investigated. The results showed that the hot melting temperature has no obvious influence on the thickness and bulkiness of the fiber felt. The thickness is between 8.98 and 10.03 mm， and the bulkiness is between 15.16 and 16.96 cm3/g. The hot melting temperature is proportional to the tensile breaking strength of the fiber felt， and the temperature is inversely proportional to the elongation at break. The hot melting temperature has little influence on its compressibility and moisture permeability， and the moisture permeability is between 0.096 3 and 0.105 0 g/（m2·h·Pa）. The products have good industrial application value.

Key words：waste textile； regenerated fiber felts； polyester staple fiber with low melting point； hot air bonding

面對資源短缺和環(huán)境污染兩大困境，人們越來越重視對廢舊紡織品的回收再利用[1]。歐美日本等發(fā)達(dá)國家對紡織材料的回收意識比較強(qiáng)，政府建立了相關(guān)的法律體系，對廢舊紡織品回收再利用技術(shù)的研究比較成熟[2-4]，并且部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，如將經(jīng)過無害化處理后的廢舊紡織材料廣泛用作地毯[5]、汽車內(nèi)飾材料、建筑隔音保溫材料、農(nóng)用保溫材料、家具用品、花草種植基材等[6]。雖然與國外發(fā)達(dá)國家相比中國的廢舊紡織品回收利用率較低，也沒有形成完整的循環(huán)再利用體系，但是近年來政府的扶持力度一直在不斷加大，如在“十二五”和“十三五”規(guī)劃中均已明確提出要加強(qiáng)、加快對廢舊資源的循環(huán)再利用[7]、樹立節(jié)約集約循環(huán)利用的資源觀、提高技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)美麗中國建設(shè)[8]。為了響應(yīng)國家號召，實現(xiàn)舊衣零拋棄，本文以回收衣物中獲得的廢舊滌綸、麻纖維和低熔點滌綸短纖為原料，采用熱風(fēng)粘合工藝制備了再生纖維氈，并探究了熱熔溫度對其性能的影響，可為其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實 驗

1.1 實驗材料

回收的廢舊麻纖維、廢舊滌綸衣物（杭州鼎緣紡織品科技有限公司）；低熔點滌綸短纖（韓國東麗化工公司）。

1.2 實驗儀器

浙江理工大學(xué)非織造實驗室復(fù)合實驗線（常州市豪峰機(jī)械有限公司）；紫外消毒燈、切割機(jī)（杭州鼎緣紡織品科技有限公司）；DGG-9240B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥烘箱（上海森信實驗有限公司）；電子天平（上海方瑞儀器有限公司）；DSC8000型差示掃描量熱儀（美國珀金埃爾默公司）；JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡（日本電子JEOL）；YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀（溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠）；YG026D型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)（寧波紡織儀器廠）；萬能材料試驗機(jī)（美國ITW集團(tuán)應(yīng)斯特朗公司）；YG606G熱阻濕阻測試儀（寧波紡織儀器廠）。

1.3 實驗方法

1.3.1 再生纖維氈的制備

具體過程：

a）廢舊衣物回收之后首先對其進(jìn)行紫外線消毒處理，將衣物中的各種細(xì)菌和病毒殺死，該方法效率高、成本低同時不引入新的雜質(zhì)；

b）將回收衣物進(jìn)行手工分揀明確其成分和含量，實現(xiàn)有針對性的回收再利用，并去除衣物上的拉鏈紐扣等雜物；

c）分揀后的衣物按比例送入全封閉的開松線，通過自動切割，將衣物切割撕裂成小片，再將小片進(jìn)行深度撕裂并梳理成纖維狀；

d）再按照試樣配比方案將梳理后獲得的纖維進(jìn)行初步開松混合并添加一定的油水；

e）再次進(jìn)行開松混合，梳理成網(wǎng)，制備較蓬松的纖網(wǎng)；

f）為了使纖網(wǎng)進(jìn)一步加固，采用平網(wǎng)型熱風(fēng)穿透烘箱進(jìn)行熱風(fēng)粘合，粘合過程中通過調(diào)節(jié)溫度，制備不同性能的再生纖維氈，最后冷卻成型。再生纖維氈的制備工藝參數(shù)如表1所示。

1.3.2 DSC分析

采用DSC8000型差示掃描量熱儀，升溫速度5 ℃/min，測量溫度范圍30～350 ℃。

1.3.3 再生纖維氈的形貌表征

采用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡觀察纖維氈中各纖維之間的粘合情況，測試前需對樣品進(jìn)行鍍金處理。

1.3.4 基本性能測試

厚度測試標(biāo)準(zhǔn)為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》，依據(jù)FZ/T 64003—2011《噴膠棉絮片》進(jìn)行蓬松度測試，每個樣品測試10次，然后取其平均值。

1.3.5 拉伸性能測試

拉伸性能測試時每個樣品剪取5塊，然后取其平均值，夾持距離200 mm，拉伸速度100 mm/min，樣品尺寸50 mm×300 mm，預(yù)加張力5 N。

1.3.6 壓縮性能測試

試樣尺寸40 mm×40 mm，壓縮速度10 mm/min，壓腳面積10 cm2，最大壓力10 kPa，每個樣品測試5塊，然后取其平均值。

1.3.7 透濕性能測試

透濕性能測試時測試板溫度設(shè)置35 ℃，預(yù)熱周期6次，測試時間600 s，樣品尺寸為350 mm×350 mm。測試時需提前將一種只能透過水蒸汽而不能透液態(tài)水的薄膜在蒸餾水中浸泡4 h左右，再將其覆蓋在多孔板上。試樣的中心上表面15 mm處，控制溫度為35 ℃、相對濕度為40%，水平風(fēng)速為1 m/s，薄膜下表面為35 ℃的飽和水氣壓5 620 Pa，試樣的上表面的水氣壓是2 250 Pa。

2 結(jié)果與討論

2.1 低熔點滌綸短纖DSC分析

低熔點滌綸短纖的差示掃描量熱分析（DSC）曲線如圖1所示。從圖1可知此曲線上出現(xiàn)了2個峰，第一個峰為低熔點滌綸短纖表層玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，范圍為63～75 ℃，峰值為69.07 ℃，第二個為低熔點滌綸短纖芯層熔融峰，范圍為239～258 ℃，峰值為250.51 ℃，再根據(jù)相關(guān)研究表明低熔點纖維的表層熔融峰就在90～200 ℃范圍內(nèi)[9]，只是在此曲線上沒有顯示出來，這可能與低熔點滌綸短纖表層的低熔點改性劑含量有關(guān)，或者是儀器靈敏度問題，導(dǎo)致無法檢測出[10]。因此，本實驗選擇在160～180 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行工藝探究。

2.2 再生纖維氈的形貌表征

為了觀察纖維氈各纖維間的粘合情況，特選取了在160、170 ℃和180 ℃條件下制的纖維氈進(jìn)行測試，具體粘合形態(tài)如圖2所示。

從圖2（a）中可以看出，當(dāng)熱熔溫度為160 ℃時，低熔點滌綸短纖已經(jīng)熔融，并且與其他纖維之間出現(xiàn)了點狀粘合；從圖2（b）中可以看出，當(dāng)熱熔溫度為170 ℃時，低熔點滌綸短纖熔融程度進(jìn)一步增大，形成的流動性黏流體，粘結(jié)點增多；由圖2（c）可知，在180 ℃條件下，低熔點滌綸短纖熔融程度最大，黏流體流動性增強(qiáng)，出現(xiàn)了片狀粘合，并且黏流體冷卻后包裹的纖維也最多，此時各纖維之間粘合的最牢固。

2.3 再生纖維氈的基本性能指標(biāo)

纖維氈的基本性能指標(biāo)如表2所示。在制備過程中由于壓力一定，所以5個樣品的厚度和蓬松度變化不大，厚度在8.98～10.03 mm之間，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之間，在此范圍內(nèi)纖維氈的柔軟性適中，手感較好，實際應(yīng)用中厚度和蓬松度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.4 再生纖維氈的拉伸性能

溫度對再生纖維氈拉伸性能的影響見圖3。

如圖3（a）所示纖維氈的拉伸斷裂強(qiáng)力隨著溫度的升高而逐漸增大，這主要是因為隨著溫度的升高，低熔點滌綸短纖熔融的程度不斷增大，最終形成流動的黏流體，冷卻后凝固在纖維的交叉點上，從而使纖維之間粘結(jié)的越來越牢固，斷裂強(qiáng)力也就越高，而在170 ℃時纖維氈的斷裂強(qiáng)力的增長率突然增大，是因為170 ℃時低熔點纖維的熔融程度進(jìn)一步增大，流動性增強(qiáng)，并開始由點狀粘合變成塊狀粘合。

如圖3（b）所示，纖維氈的拉伸斷裂伸長率隨著溫度的增大而逐漸降低，這是因為隨著溫度的升高，粘結(jié)點的數(shù)量增加，粘結(jié)面積也不斷增大，纖維與纖維之間粘合的越來越牢固，所以纖維之間越來越難滑脫，伸長率逐漸降低。

2.5 再生纖維氈的壓縮性能

5個試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖4所示。壓縮模量是應(yīng)力-應(yīng)變曲線起始段的斜率，常用它來反映材料的柔軟性能，斜率越大，壓縮模量越大，纖維氈越硬，發(fā)生變形時需要的應(yīng)力越大。由圖4可知當(dāng)溫度分別為160、165、170、175、180 ℃時，相應(yīng)纖維氈的壓縮模量分別為0.692 6、0.828 5、1.375 6、2.370 1、3.144 5 MPa，即隨著溫度的升高纖維氈的硬度也越來越大，但是變化范圍不大。這是因為纖維氈中的纖維是隨機(jī)雜亂排列的，纖維與纖維之間有很多接觸點，當(dāng)其受到壓縮時，纖維的變形主要是相鄰接觸點之間纖維段的彎曲變形，當(dāng)溫度升高時粘合面積變大，相鄰接觸點之間的距離變小，壓縮時需要的應(yīng)力也就越大，但纖維氈的蓬松度變化不大，所以壓縮模量只是在小范圍內(nèi)波動。由此可知熱熔溫度會對纖維氈的壓縮性能只會產(chǎn)生小范圍的影響。

2.6 再生纖維氈的透濕性能

再生纖維氈的透濕性測試數(shù)據(jù)如表3所示。透濕性是衡量纖維氈舒適性的一個重要指標(biāo)，濕阻越高，纖維氈的透水汽性能性越差，濕阻越低，則透水汽性能越好。5個試樣的濕阻值為15.13～16.50 m2·Pa/W，透濕率為0.0963～0.105 0 g/（m2·h·Pa），透濕指數(shù)在0.83～0.96之間，纖維氈整體透濕性較好，數(shù)據(jù)波動不大并且與溫度沒有明顯的關(guān)系。這是因為該再生纖維氈具有良好的蓬松度，纖維之間的孔隙較多，還含有麻纖維，所以吸濕、放濕較快，透濕性較好，在使用的過程中比較舒適不且會產(chǎn)生悶熱感。

3 結(jié) 論

通過熱風(fēng)粘合法制備了再生纖維氈，并探究了溫度對纖維氈性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)廢舊麻纖維/廢舊滌綸/低熔點滌綸短纖配比為15/40/45，熱熔時間為10 min，壓力為1 kPa時，溫度分別為160、165、170、175、180℃時纖維氈的厚度在8.98～10.03 mm之間，蓬松度在15.16～16.96 cm3/g之間，產(chǎn)品柔軟性適中，手感較好；溫度對纖維氈的力學(xué)性能影響較大，在一定范圍內(nèi)纖維氈的拉伸斷裂強(qiáng)力隨著溫度的升高而逐漸增大，而拉伸斷裂伸長率隨著溫度的增大而逐漸降低；溫度對纖維氈的壓縮性能雖然能產(chǎn)生一定的影響，但并不是主要影響因素；纖維氈整體透濕性較好，透濕指標(biāo)波動不大并且與溫度沒有明顯的關(guān)系。通過該種方法制備的纖維氈，不僅性能良好，而且實現(xiàn)了對廢舊紡織品的100%循環(huán)利用，制備過程中不會產(chǎn)生二次污染，同時本產(chǎn)業(yè)還可以延伸到汽車、建筑、家居、海洋凈化等領(lǐng)域。

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