孫西超 奚柏君 陳 聰

(紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院,浙江 紹興312000)

制備工藝對針刺非織造布性能的影響

孫西超 奚柏君 陳 聰

(紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院,浙江 紹興312000)

研究制備工藝與針刺非織造布的基本性能和力學(xué)性能之間的關(guān)系,用掃描電鏡測試非織造布的微觀結(jié)構(gòu),分析影響其力學(xué)性能的內(nèi)在因素.結(jié)果表明,當(dāng)針刺頻率為13次/s,針刺次數(shù)為3次,輸出速度為0.6m/s時,針刺非織造布的綜合性能最優(yōu);影響非織造布力學(xué)性能的主要因素為針刺頻率和針刺的次數(shù).

針刺非織造布;制備工藝;針刺密度;力學(xué)性能

針刺非織造布由于其透氣性好和機械性能優(yōu)異等特點而在非織造布產(chǎn)品中發(fā)展迅速[1-2],特別是近幾年來,水刺、紡粘、熔噴等技術(shù)突飛猛進[3-4],對針刺非織造的制備工藝及產(chǎn)品的性能和多元化發(fā)展提出了更高的挑戰(zhàn)和要求.關(guān)于針刺非織造布的研究[5-6],由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前很難找到合理的模型來表達其真實結(jié)構(gòu)和進行定性研究,學(xué)者[7-8]大多集中在原料選擇、針刺工藝參數(shù)、后整理技術(shù)等方面來研究針刺非織造布的結(jié)構(gòu)與性能.本文主要研究和分析非織造布的制備工藝參數(shù)對其結(jié)構(gòu)和性能的影響,并從微觀結(jié)構(gòu)探討影響其機械性能的因素和內(nèi)在規(guī)律.

1 實驗部分

1.1 實驗的主要原料和設(shè)備

原料:棉纖維(紹興華通色紡有限公司).

設(shè)備:WL-12D01型針刺設(shè)備(太倉市雙鳳非織造布設(shè)備有限公司);YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀(溫州大隆紡織儀器有限公司);ME103型電子天平(梅特勒托利多設(shè)備有限公司); YG065H電子織物強力機(紹興元茂機電設(shè)備有限公司);SNG-3000型掃描電子顯微鏡(韓國SECCO.LTD).

1.2 棉針刺非織造布的制備

制備工藝流程:開松→梳理→鋪網(wǎng)→針刺;植針密度:3500枚/m2.

1.3 測試方法與依據(jù)

針刺密度是指單位面積內(nèi)非織造布受到的針刺數(shù),根據(jù)參考文獻[7]可知針刺密度的計算公式如式(1)所示:

式中:Dn—針刺密度(刺/cm2);

Nn—植針密度(枚/m);

F—針刺頻率(次/s);

VC—纖網(wǎng)速度(m/s).

參照GB/T3820-1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》,采用數(shù)字式織物厚度儀測試非織造布的厚度;依照FZ/T60003-1991《非織造布單位面積質(zhì)量的測定》,采用電子天平測試非織造布的面密度;按照GB FZ/T 6005-1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》,采用電子織物強力機測試非織造布的力學(xué)性能;利用掃描電子顯微鏡觀察非織造布的形態(tài)結(jié)構(gòu).

2 測試結(jié)果與討論

2.1 針刺工藝對非織造布的結(jié)構(gòu)影響

表1 非織造布的性能測試結(jié)果

表1中針刺次數(shù)是指主刺設(shè)備對棉網(wǎng)進行重復(fù)針刺的次數(shù).隨著針刺頻率和針刺次數(shù)的增加,非織造布的厚度和面密度減少,其針刺密度增加,而纖網(wǎng)速度則變化不大.這是因為在針刺過程中,提高針刺頻率相當(dāng)于增加單位時間內(nèi)的針刺數(shù)量,根據(jù)公式可知,針刺密度增加.纖維網(wǎng)受到針刺的壓力產(chǎn)生擴散變形,部分纖維隨著刺針進入纖維網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生糾纏與抱合,進而部分纖維被固定在新位置,同時輸出與輸入的速度差使得纖維網(wǎng)進一步牽伸,因此非織造布的厚度和面密度減少,但纖網(wǎng)速度因纖維網(wǎng)在前進過程中受到不同的阻力而發(fā)生微小波動.

2.2 針刺頻率對非織造布的力學(xué)性能的影響

圖1為針刺次數(shù)為1次時,針刺非織造布的橫向斷裂應(yīng)力和縱向斷裂應(yīng)力與針刺頻率的關(guān)系圖.從圖中可知,非織造布的斷裂應(yīng)力隨著針刺頻率的增加而提高,其縱向斷裂應(yīng)力大于橫向斷裂應(yīng)力.造成這一現(xiàn)象的原因是在針刺時倒鉤帶著表層纖維進入纖維網(wǎng)內(nèi)部,纖維之間產(chǎn)生鎖合與糾纏,隨著針刺頻率的增加,作用在纖維網(wǎng)的刺針增加,進而使得纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密以及纖維間的摩擦和糾纏增強,當(dāng)針刺頻率為13次/s時,非織造布的力學(xué)性能最優(yōu)異.同時在梳理過程中,大部分纖維沿縱向排列,因此在拉伸過程中非織造布縱向斷裂應(yīng)力大于其橫向斷裂應(yīng)力.

圖1 針刺頻率與非織造布力學(xué)性能

2.3 針刺次數(shù)對非織造布的力學(xué)性能的影響

圖2為針刺頻率為13次/s時,針刺非織造布的橫向斷裂應(yīng)力和縱向斷裂應(yīng)力與針刺次數(shù)的關(guān)系圖.由圖可知,隨著針刺次數(shù)的增加,非織造布的斷裂應(yīng)力先增加后減少,當(dāng)針刺次數(shù)為3次時,非織造布的力學(xué)性能最佳.這是因為在一定范圍內(nèi),纖維之間的作用力隨著針刺次數(shù)的增加而增強,進而非織造布的斷裂應(yīng)力增加,當(dāng)針刺次數(shù)為3次時,其斷裂應(yīng)力最大;當(dāng)針刺次數(shù)進一步增加,針刺次數(shù)可能損傷纖網(wǎng)中部分纖維,從而非織造布的斷裂應(yīng)力下降,其縱向斷裂應(yīng)力大于橫向斷裂應(yīng)力的現(xiàn)象和原因也吻合上述.

圖2 針刺次數(shù)與非織造布力學(xué)性能

2.4 非織造布外觀形貌微觀分析

圖3 非織造布的SEM圖片

圖3為試樣針刺前后的SEM圖.從中可以看出,a圖為針刺之前纖維的分布圖,纖維分布無規(guī)律;b圖、c圖和d圖為針刺處理后非織造布的形貌圖,b圖出現(xiàn)了針刺“軌道”和部分纖維的糾纏,c圖可以看到部分纖維在纖維網(wǎng)中垂直分布,d圖中“軌道”附近纖維之間出現(xiàn)鎖合,這從微觀說明了纖維之間的摩擦、鎖合與糾纏與非織造布的結(jié)構(gòu)與性能有直接關(guān)系.

3 結(jié)論

1)隨著針刺頻率和針刺次數(shù)的增加,非織造布的厚度和面密度減少,其針刺密度增加,而纖網(wǎng)速度則變化不大;

2)非織造布的斷裂應(yīng)力隨著針刺頻率的增加而提高,其縱向斷裂應(yīng)力大于橫向斷裂應(yīng)力;在一定范圍內(nèi),非織造布的斷裂應(yīng)力隨著針刺次數(shù)的增加而提高,當(dāng)針刺次數(shù)為3時,非織造布的力學(xué)性能最佳.綜上,針刺頻率和針刺次數(shù)是影響非織造布力學(xué)性能的主要因素.

3)從SEM圖中可知,影響針刺非織造布結(jié)構(gòu)與性能的主要因素有纖維間的分布、摩擦、鎖合和糾纏.

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The Effect of Preparation Process of Needle-punched Nonwoven on Its Properties

Sun Xichao Xi Baijun Chen Cong

(School of Textile Engineering and Apparel Design,Shaoxing University,Shaoxing,Zhejiang 312000)

The relation between the preparation process of needle-punched nonwoven and the basic properties& mechanical property was discussed.Mechanical property of nonwoven fabric was tested by scanning electronmicroscopy(SEM)which was used to analyze the inner factors ofmechanical performance.Results show thatwhen the stroke frequency is13,the number of acupuncture is three times and the output speed is0.6 m/s,the comprehensive performance of needle-punched nonwoven is optimal.The main factors influencing the mechanical property of nonwoven are the stroke frequency and the number of acupuncture.

needle-punched nonwoven;process;needling density;mechanical property

TS176

A

1008-293X(2015)08-0077-04

(責(zé)任編輯 王海雷)

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2015.08.15

2015-04-18

浙江省科技廳公益項目(2014C31067)

孫西超(1988-),男,安徽亳州人,助教,主要研究方向為紡織材料的結(jié)構(gòu)與性能研究及其新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā).