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        熔噴保暖材料的工藝制備與產(chǎn)品性能研究

        2018-09-20 10:53:28李萌萌
        山東紡織科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:纖網(wǎng)蓬松度保暖性

        陳 影,周 蓉,李萌萌

        (青島大學(xué),山東 青島266071)

        1 引言

        保暖材料是指具有輕而保暖特點(diǎn)的,通常以絮料形式存在的一種填充材料[1]。熔噴非織造材料具有三維網(wǎng)狀的立體結(jié)構(gòu),使用的材料是超細(xì)纖維,分布均勻,纖網(wǎng)中有很多立體通道,孔隙率高且孔徑小,可使靜止空氣長久地保留在纖網(wǎng)中,大幅度地增強(qiáng)保暖效果[2-3]。經(jīng)我國國家檢測單位測定,相同重量的服裝保溫材料中,熔噴法非織造布的保溫效果最好[4]。

        近年來,國內(nèi)外許多單位和個人開發(fā)和研究新型的功能型保暖纖維和保暖材料。天津工業(yè)大學(xué)的石磊等人[5]探究了不同工藝參數(shù)對熔噴材料性能的影響,并制備了混雜多種材料的熔噴復(fù)合保暖材料;上海工程技術(shù)大學(xué)的劉茜[6]對比了羊毛、腈綸、木棉及鵝絨4種集合體的保暖性能與透氣性之間的關(guān)系,分析了纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及集合體的體積密度對集合體保暖性能的影響;美國3M公司開發(fā)的Thinsulate保暖材料,加入粗特三維卷曲PET纖維,提高了材料的蓬松度[7]。同時,非織造保暖材料在軍用服裝領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛,其產(chǎn)品顯現(xiàn)出傳統(tǒng)保暖材料不可比擬的巨大優(yōu)越性[8]。

        熔噴法非織造技術(shù)已經(jīng)成為近年來發(fā)展最快的非織造生產(chǎn)技術(shù)之一[9],本文以聚丙烯為原料,重點(diǎn)討論了接收距離和熱空氣速度的改變對材料性能的影響,并且基于纖維卷曲度對其蓬松性及保暖性的影響,通過添加側(cè)吹風(fēng)裝置進(jìn)一步探討了提高材料保暖性的工藝。本文的研究將為新型保暖材料的制備提供一個新的思路。

        2 實(shí)驗(yàn)部分

        2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

        熔噴非制造保暖材料制備及性能測試用到的材料和儀器見表1。

        表1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

        2.2 實(shí)驗(yàn)過程及方案

        熔噴法是將高聚物切片通過螺桿擠壓機(jī)使其熔融,經(jīng)高溫高速氣流牽伸細(xì)化后,形成超細(xì)長絲,并在氣流作用下凝集到凝網(wǎng)簾或滾筒上,同時自身粘合,進(jìn)而形成非織造材料的一種方法[10]。圖1是熔噴法非織造布的制備工藝流程。

        圖1 熔噴技術(shù)原理

        本實(shí)驗(yàn)設(shè)置三個方案:方案I只改變接收距離,方案Ⅱ只改變熱空氣速度,方案Ⅲ在熔噴模頭與接收裝置之間加入側(cè)吹風(fēng)裝置,方案參數(shù)設(shè)置如表2。

        表2 實(shí)驗(yàn)方案及參數(shù)設(shè)置

        3 結(jié)果與討論

        3.1 接收距離對熔噴材料性能的影響

        對方案I的樣品進(jìn)行性能測試與數(shù)據(jù)分析,結(jié)果如表3所示。

        表3 方案Ⅰ樣品性能參數(shù)

        由表3得,當(dāng)接收距離增大時,纖網(wǎng)的克重變化不大,但厚度增大。有研究[5]表明,熔噴非織造工藝中,接收距離在11cm時熱空氣速度與纖維速度相等,超過這個臨界值后,纖維不再受熱空氣的牽引,纖維直徑也不再減小,故本實(shí)驗(yàn)所選取的接收距離對克重的影響不大。當(dāng)纖維在逐漸遠(yuǎn)離噴絲孔時,會逐步脫離氣流的牽伸力,噴到接收裝置上的纖維雜亂度增大,蓬松度也變大,因此熔噴保暖材料的厚度會變大。同時,接收距離的增大,使纖維到達(dá)接收裝置時速度和溫度都降低,纖維之間的粘合點(diǎn)減少,故纖網(wǎng)的孔徑增大,蓬松度增加,更容易在纖網(wǎng)內(nèi)形成熱量的對流,使得熔噴纖網(wǎng)的透氣率更好。另外,纖網(wǎng)孔徑增大和蓬松度的增加,使得纖網(wǎng)更容易被壓縮,即壓縮率增大;由于纖維相互之間的粘合力下降,當(dāng)外力作用去除后,纖維相互之間易滑移,所以纖網(wǎng)的壓縮回復(fù)率變差。

        圖2 接收距離對克羅值、傳熱系數(shù)、保溫率的影響

        對樣品保暖性能進(jìn)行測試,結(jié)果如圖2所示。總的來說,當(dāng)接收距離增大時,一方面由于纖網(wǎng)的雜亂程度和蓬松度增加,在熔噴材料中靜止的空氣變多,所以傳熱系數(shù)減小;另一方面,由于試樣的厚度增加,散熱更困難,所以纖網(wǎng)的保暖性增強(qiáng),保溫率和克羅值都增大。

        3.2 熱空氣速度對熔噴材料性能的影響

        對方案Ⅱ的樣品進(jìn)行性能測試與數(shù)據(jù)分析,結(jié)果如表4所示。

        由表4得,隨著熱空氣速度的提高,牽伸形成的纖維直徑較細(xì),且單位時間內(nèi)噴出的纖維數(shù)量增多,故材料的克重呈增大趨勢,同時更多更細(xì)更卷曲的纖維使纖網(wǎng)蓬松,孔隙率高,且纖網(wǎng)的無效孔隙增多,同時纖網(wǎng)厚度的增加,共同導(dǎo)致了氣流經(jīng)過纖網(wǎng)內(nèi)部的路程增加,所以透氣性能下降。

        熱空氣速度的提高使纖維直徑變細(xì)數(shù)量增多,同時纖維剛性下降,纖網(wǎng)蓬松度提高,故壓縮性能增強(qiáng);纖維剛性的下降也使其形變回復(fù)性能變差,即壓縮回復(fù)性下降。

        表4 方案Ⅱ樣品性能參數(shù)

        對樣品保暖性能進(jìn)行測試,結(jié)果如圖3所示。當(dāng)熱空氣速度增大時,纖網(wǎng)蓬松度提高,孔隙率增大,厚度增大,使材料的保溫率和克羅值變大,傳熱系數(shù)減小,即保暖性能增強(qiáng)。

        圖3 熱空氣速度對克羅值、傳熱系數(shù)、保溫率的影響

        3.3 側(cè)吹風(fēng)對熔噴材料性能的影響

        對方案Ⅲ的樣品進(jìn)行性能測試,結(jié)果如表5所示,其中樣品10與樣品6、樣品11與樣品8除側(cè)吹風(fēng)條件不同外,其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)完全相同,具體參數(shù)設(shè)置見表2。

        由表5得,添加側(cè)吹風(fēng)裝置后,材料的克重、厚度增大,透氣性減小,保暖性能有小幅提高。原因是在纖維從熔噴模頭中噴出到接收裝置時加入側(cè)吹風(fēng),使纖維在落到接收裝置前發(fā)生不同方向的卷曲,使形成的纖網(wǎng)更蓬松且厚度增大,克重也增大,纖維卷曲增大可以使纖網(wǎng)的空隙增多從而使孔隙率增大,纖網(wǎng)空隙的增多使空氣流經(jīng)纖網(wǎng)的路徑加長,空氣不易通過纖網(wǎng),透氣率減小,同時意味著可以儲存更多的靜止空氣,使材料的保暖性能增強(qiáng)。

        表5 方案Ⅲ樣品性能參數(shù)

        4 結(jié)論

        熔噴纖網(wǎng)的保暖性能受到制備工藝參數(shù)影響較大。接收距離增大時,纖維雜亂度和蓬松度增大,材料克重變化不大,厚度增大,透氣性增強(qiáng),纖網(wǎng)被壓縮的程度越大,但是壓縮回復(fù)率降低,熔噴纖網(wǎng)的保暖性變好;熱空氣速度增大時,纖維直徑減小,形成纖網(wǎng)的空隙增多,靜止空氣含量也增多,材料克重增大,厚度增大,透氣性減小,壓縮率提高,壓縮回復(fù)率下降,保暖性變好;在纖維成網(wǎng)之前加入側(cè)吹風(fēng),會使纖維卷曲增加,纖維在不同方向的雜亂程度增加,可以使材料的克重增大,厚度增大,透氣性減小,保暖性增加。隨著技術(shù)的完善,生產(chǎn)加工工藝的成熟,相信在不久的將來,更加保暖舒適的功能性保暖材料將會進(jìn)入人們的生活。

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