辛長征，遲長龍，鄧照西

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，河南 鄭州 450007；2.鄭州華信學(xué)院 藥學(xué)系，河南 新鄭 451500)

滌綸保暖熱熔絮片是非織造材料中一個重要的生產(chǎn)品種，具有回潮率低、回彈性高、保暖、輕盈等優(yōu)點(diǎn)，在床上用品和保暖充填類材料中應(yīng)用廣泛，其產(chǎn)品有滑雪衫、保暖服、被胎、被褥等，但由于聚酯大分子結(jié)構(gòu)具有高度的立構(gòu)規(guī)整性，結(jié)晶度和取向度較高，缺乏親水性基團(tuán)，吸濕性很差，體積比電阻高達(dá)1011～1013Ω·cm，極易產(chǎn)生靜電，給生產(chǎn)和使用帶來極大的不便.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對滌綸保暖絮片品質(zhì)的要求也從過去的單一保暖功能向安全、舒適等功能化方向發(fā)展[1-4].本研究通過在線撒粉法將PES熱熔粉與納米級竹炭粉按一定比例施加于滌綸纖網(wǎng)上，研究了熱熔粉與納米級竹炭粉在纖網(wǎng)中的最佳施加比例.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

纖網(wǎng)300 g/m2，20%的3.3 dtex×51 mm中空滌綸短纖維，儀征化纖股份有限公司；80%的1.67 dtex×51 mm滌綸短纖維，洛陽石化股份有限公司；M-PESZC-991型熱熔粉，顆粒直徑為60～90 μm，滄州化工實(shí)驗(yàn)有限責(zé)任公司；納米竹炭粉，顆粒直徑為200～400 nm，上海海諾炭業(yè)有限公司.

1.2 測試儀器

YG461A/B型定壓式透氣量儀，武漢集思儀器設(shè)備有限公司；YG606D型平板式保暖儀，無錫方圓儀器有限公司；SFYLFY-406型體積比電阻測試儀，北京中慧天誠科技有限公司；HD026N型電子織物強(qiáng)力儀，南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DL型撒粉機(jī)，常州市達(dá)力塑料機(jī)械有限公司.

1.3 工藝流程

中空滌綸短纖維、普通滌綸短纖維→開松→八倉混和→梳理→雙道夫→雙雜亂→單纖維網(wǎng)→撒粉→交叉鋪網(wǎng)→熱熔加固→熱輥面修飾→冷卻→切邊→卷取.

2 結(jié)果與分析

2.1 熱熔粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)對熱熔絮片黏合效果的影響

熱熔粉在本研究中有兩個重要作用，一是在熱空氣的加熱下變?yōu)槿垠w，對纖網(wǎng)進(jìn)行黏結(jié)，冷卻后固結(jié)纖網(wǎng)，二是作為納米竹炭粉的載體，通過撒粉裝置將納米竹炭粉均勻地撒在纖網(wǎng)中，賦予絮片抗靜電的功能.

用于熱熔黏結(jié)的熱熔粉種類較多，由于本研究的主體纖維為滌綸短纖維，為了保證絮片的強(qiáng)度和透氣性并節(jié)約能源，應(yīng)該選擇與聚酯結(jié)構(gòu)相似且自身熔點(diǎn)較低的熱熔粉[5]，通過多次試驗(yàn)，本研究最終采用了PES型熱熔粉.

PES熱熔粉即改性聚酯型熱熔粉，其表面張力為44.6 Dyne/cm，和聚酯的表面張力(43 Dyne/cm)相當(dāng)，兩者的熔度參數(shù)也比較接近.同時，PES熱熔粉在較低的溫度下可以熔融，熔體的流動速率較高，流變性能較好，利于熱熔粉流體對纖網(wǎng)的擴(kuò)散和滲透，能夠形成點(diǎn)黏合結(jié)構(gòu)(見圖1)，得到的絮片強(qiáng)度高、透氣性好.

圖1 PES熱熔粉在纖網(wǎng)中形成的點(diǎn)黏合結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The structural diagram of adhesion point of PES heat-bonded powder and fiber net

2.2 熱熔粉施加量的確定

熱熔粉的施加量主要從對絮片的黏合效果和透氣性的影響兩方面來考慮.當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例較大時，絮片的強(qiáng)度會增加，但同時絮片的透氣量則會降低[6].圖2和圖3定量地表征了熱熔粉的施加量對絮片強(qiáng)度和透氣性的影響.

圖2 不同比例的熱熔粉對絮片黏合效果的測試Fig.2 The effect of adhesion of heat-bonded on wadding

圖3 不同熱熔粉含量對絮片透氣性能的影響Fig.3 The effect of heat-bonded on permeability

由圖2中可看出，纖網(wǎng)中不加熱熔粉時，絮片的縱、橫向強(qiáng)度都很低，強(qiáng)度僅僅是由梳理成網(wǎng)得到的.隨著熱熔粉在纖網(wǎng)中含量的不斷增加，絮片的縱、橫向強(qiáng)度都增加較快.當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到9%時，絮片的縱、橫向強(qiáng)度均達(dá)到極值.綜合落粉因素，熱熔粉在纖網(wǎng)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上均可滿足縱向強(qiáng)度8 N/g、橫向強(qiáng)度20 N/g的工藝要求.

熱熔絮片優(yōu)于傳統(tǒng)噴膠棉的特點(diǎn)之一就是產(chǎn)品在保暖的同時還具有較好的透氣性，人體穿著舒適.本研究開發(fā)的絮片不加任何粉劑時的透氣量為1 335 mm/s.從圖3中可以看出，隨著熱熔粉在纖網(wǎng)中比例的增加，絮片的透氣量呈下降趨勢.當(dāng)熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例大于13%時，熱熔絮片的透氣量明顯下降.結(jié)合圖2和圖3，將熱熔粉在纖網(wǎng)中的比例控制在10%～12%時，可以同時滿足熱熔絮片強(qiáng)度與透氣性的要求.

2.3 納米竹炭粉對絮片抗靜電性能的影響

優(yōu)良的抗靜電劑應(yīng)分散性好，能夠高密度地均勻分布在纖維基體上或黏附在纖維表面，以不連續(xù)的分散相存在，并能避免纖維通路中出現(xiàn)高電阻，這樣就可以使電荷極快逸散[7].

竹炭是竹子原材料在高溫及限制性通入氧氣的條件下，使竹材受熱分解而得到的具有一定強(qiáng)度和硬度的黑色炭材.納米竹炭粉具有較大的比表面積和良好的導(dǎo)電性能，易分散，活化性高，和樹脂相容性好，已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)纖維特別是黏膠纖維的生產(chǎn)中[8].將納米竹炭粉直接摻混到熱熔粉中應(yīng)用于熱熔絮片的生產(chǎn)的文獻(xiàn)報(bào)道尚未見到.

本研究將顆粒尺寸小于熱熔粉的納米竹炭粉摻混到熱熔粉中，并使其均勻分布在纖網(wǎng)中，在完成對絮片固結(jié)的同時，賦予了絮片抗靜電的功能.圖4和圖5定量地表征了納米竹炭粉對絮片的體積比電阻和透氣性能的影響.

圖4 不同含量的納米竹炭粉對熱熔絮片體積比電阻的影響Fig.4 The effect of nano charcoal powder on volume specific resistance of wadding

圖5 不同含量的納米竹炭粉對熱熔絮片透氣性能的影響Fig.5 The effect of nano charcoal powder on permeability of wadding

從圖4可以看出，不同比例的納米竹炭粉對絮片的抗靜電性有著較明顯的影響，未加納米竹炭粉時，熱熔絮片的體積比電阻高達(dá)1 012 Ω·cm，靜電現(xiàn)象嚴(yán)重.隨著納米竹炭粉施加量的增多，絮片的抗靜電性明顯變好.當(dāng)納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%以上時，熱熔絮片的體積比電阻值降到了一個較低水平且變化平穩(wěn)，數(shù)量級為109.

從圖5可以看出，由于整個納米竹炭粉在纖網(wǎng)中所占比例不高，所以對熱熔絮片透氣性的影響不太明顯.即使納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12%，熱熔絮片的透氣量也能達(dá)到1 230 mm/s，透氣性保持率為92%左右，這說明熱熔絮片的透氣性在較好的范圍，原因可能是采用納米級竹炭粉對纖維網(wǎng)空隙的影響不大.

結(jié)合圖4和圖5，考慮到施加過程中的損耗，將納米竹炭粉占熱熔粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在11%左右時，就可獲得綜合性能較好的熱熔絮片.

表1是本研究在最佳工藝條件下測試所得的抗靜電熱熔絮片的相關(guān)數(shù)據(jù).

表1 最佳工藝配方下絮片的質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 The quality index of wadding by optimum conditions

3 結(jié)論

(1)將納米竹炭粉摻混到具有較好熱黏合性的PES熱熔粉中，通過熱熔加固的方法，在線生產(chǎn)出抗靜電滌綸保暖熱熔絮片，賦予了普通滌綸絮片抗靜電的功能.

(2)當(dāng)PES熱熔粉含量控制在纖網(wǎng)質(zhì)量的12%、納米竹炭粉占熱熔粉質(zhì)量的11%左右時，所得到的滌綸熱熔絮片具有較低的體積比電阻值和較好的透氣性.

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