李偉岸，劉 諾，聶 渡，李素英

（1.江蘇金三發(fā)衛(wèi)生材料科技有限公司，江蘇 南通 226114；2.南通大學(xué)，江蘇 南通 226019）

近年來，市場(chǎng)對(duì)擦拭布消耗品的需求進(jìn)一步增大，有待開發(fā)綠色、安全性能更加優(yōu)異的新材料，而采用一種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品往往因功能單一或存在某些缺陷等而受到應(yīng)用上的限制，為彌補(bǔ)不足，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)合加工[1]。天然纖維與合成纖維的結(jié)合賦予了非織造布產(chǎn)品多樣化、木漿價(jià)低且吸濕性好、紡粘縱橫向強(qiáng)力高的優(yōu)勢(shì)，水刺復(fù)合非織造布的研制方興未艾[2-4]。本研究以光降解PP/木漿為原料，利用紡粘成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)和水刺工藝，制備非織造復(fù)合擦拭材料，實(shí)現(xiàn)了工藝融合和優(yōu)化，同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及設(shè)備

原料：PP光降解母粒，北木木漿漿粕（白色，84.0 cm×82.0 cm×0.1 cm）。

設(shè)備：試樣制備采用江蘇金三發(fā)濕法水刺及紡粘設(shè)備，試樣性能測(cè)試分別采用YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀、BSA224S-CW電子分析天平、YG065C電子織物強(qiáng)力儀。

1.2 試樣制備

PP/木漿配比為20∶80，濕紙頁經(jīng)濕法成網(wǎng)預(yù)水刺加固成形，與PP紡粘纖網(wǎng)經(jīng)五道水刺復(fù)合制得不同規(guī)格的非織造復(fù)合材料，水刺壓力分別為15、25、50、50、60 MPa，具體工藝如圖1所示。

圖1 PP/木漿復(fù)合材料工藝流程

2 性能測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

2.1 試樣外觀形貌

非織造技術(shù)作為一種靈活高效的工藝技術(shù)，將木漿濕紙頁和PP紡粘網(wǎng)水刺復(fù)合成形（圖2～3）。從圖2中的宏觀外觀形貌可以看出，材料均勻性好，外觀平整；從圖3（a）可以看出，將較短的木漿纖維在水針柔性力作用下均勻緊密地植入紡粘長(zhǎng)絲的孔隙間，并且牢固地纏結(jié)在其周圍，不易在外力作用下浮動(dòng)，從而脫離纖網(wǎng)出現(xiàn)掉屑現(xiàn)象；從圖3（b）可以看出，部分PP纖維在水刺力作用下，也發(fā)生了位置遷移，更提高了木漿纖維與PP纖維抱合的有效性。復(fù)合材料不僅擁有較強(qiáng)的容塵能力，又能保持紡粘長(zhǎng)絲的高強(qiáng)度和濕法水刺材料的柔軟光潔、高吸收性能，同時(shí)，整個(gè)工藝過程無需化學(xué)黏合劑，安全環(huán)保。

圖2 PP/木漿復(fù)合材料宏觀外觀形貌

圖3 PP/木漿復(fù)合材料SEM圖

2.2 均勻性及結(jié)果分析

材料規(guī)格見表1，其中，面密度和干態(tài)厚度的關(guān)系如圖4所示。

表1 材料規(guī)格

圖4 PP/木漿復(fù)合材料

由表1可以得知，PP/木漿復(fù)合材料的實(shí)際面密度在41.30～66.20 g/m2，PP紡粘網(wǎng)面密度在8.26～13.24 g/m2，木漿濕紙頁面密度在33.04～59.96 g/m2，干態(tài)厚度在0.24～0.34 mm。從圖4可以明顯看到，隨著材料面密度的增大，干態(tài)厚度幾乎呈線性增長(zhǎng)。盡管在水刺復(fù)合過程中，水流會(huì)帶走極少部分木漿，但總體上材料面密度均勻性及厚度均勻性良好。

2.3 力學(xué)性能及結(jié)果分析

PP/木漿復(fù)合材料強(qiáng)度由兩部分組成：其一是PP紡粘長(zhǎng)絲本身具有的高強(qiáng)度，在水刺柔性纏結(jié)下，纖維高度穿插具有各項(xiàng)良好的力學(xué)性能；其二是木漿粕在濕法及水刺力作用下形成的強(qiáng)力，濕紙頁通過纖維素分子間結(jié)合的氫鍵作用加固，水刺后不僅自身纏結(jié)，而且牢牢地穿插在紡粘長(zhǎng)絲間，使材料整體結(jié)合在一起，強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升。材料橫向干態(tài)抗張強(qiáng)度在16.2～28.0 N/5 cm，縱向干態(tài)抗張強(qiáng)度在42.8～61.8 N/5 cm；橫向濕態(tài)抗張強(qiáng)度在11.5～18.4 N/5 cm，縱向濕態(tài)抗張強(qiáng)度在31.1～43.8 N/5 cm（圖5～6）。

圖5 PP/木漿復(fù)合材料縱橫向抗張強(qiáng)度對(duì)比

圖6 PP/木漿復(fù)合材料干濕態(tài)抗張強(qiáng)度對(duì)比

由圖5可知，材料縱橫向抗張強(qiáng)度差距較大，橫向抗張強(qiáng)度不及縱向抗張強(qiáng)度的1/2。這是因?yàn)椴牧蠌?qiáng)度主要來源于PP紡粘長(zhǎng)絲，在鋪網(wǎng)時(shí)沿縱向排列，盡管在后續(xù)的水刺纏結(jié)中改變了部分纖維方向，也有沿著各方向的木漿纖維，但大體上PP還是在縱向上受力。

由圖6可知，PP/木漿復(fù)合材料在干濕態(tài)條件下的抗張強(qiáng)度有一定差距，干態(tài)強(qiáng)度較大，濕態(tài)強(qiáng)度較小。這是因?yàn)槟緷{濕紙頁的干態(tài)強(qiáng)力是通過氫鍵作用加固的，經(jīng)水刺復(fù)合后，纖維與纖維之間通過分子間的作用力和糾纏力緊密連接，材料干態(tài)強(qiáng)度大；在濕態(tài)下，氫鍵作用被水和纖維間的鍵合取代，纖維間的結(jié)合力減弱，材料濕態(tài)強(qiáng)度也隨之減弱，但在晾干后，木漿纖維之間仍會(huì)以氫鍵的形式緊密結(jié)合，使材料具有較高的強(qiáng)力。

另外，材料抗張強(qiáng)度在低面密度下差異不大，隨著面密度的增大略有減小，但在高面密度下隨著面密度的增大而增大，尤其是在濕態(tài)下更為明顯。當(dāng)材料面密度較小時(shí)，厚度也較小，纖維更容易受到水刺壓力作用，纏結(jié)穩(wěn)定；材料面密度增大，厚度也有所增大，此時(shí)內(nèi)部有部分纖維糾纏不充分，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度有所下降；材料面密度繼續(xù)增大，PP長(zhǎng)絲和木漿纖維的含量也在增加，提高了材料的抗張強(qiáng)度。

2.4 吸液性能及結(jié)果分析

PP/木漿復(fù)合材料吸水倍率如圖7所示。

圖7 PP/木漿復(fù)合材料吸水倍率

由圖7可知，PP/木漿復(fù)合材料的吸水倍率大于500%，具有較好的吸液能力，有利于擦拭。材料的吸液性能主要來源于木漿纖維，分子中含有大量親水基團(tuán)，隨著面密度的增大，木漿纖維含量增加，材料的吸液量也隨之增加，吸水倍率幾乎保持不變。同時(shí)，由于木漿纖維吸水膨脹，在材料復(fù)合過程中受水針作用動(dòng)能大、效率高、纏結(jié)穩(wěn)定，并形成更多孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的吸液和擦拭性能。

3 結(jié)語

（1）木漿濕紙頁、光降解PP紡粘網(wǎng)在水刺加固技術(shù)下高效復(fù)合，復(fù)合非織造材料既具有柔軟、高吸收、防靜電特性，又具備良好的抗張強(qiáng)度，無需化學(xué)粘合，成本低且綠色環(huán)保，可在擦拭材料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

（2）在水刺復(fù)合中，水流會(huì)帶走極少部分木漿，但總體上材料面密度均勻性及厚度均勻性良好。

（3）復(fù)合材料縱向抗張強(qiáng)度大于橫向抗張強(qiáng)度，干態(tài)抗張強(qiáng)度普遍大于濕態(tài)抗張強(qiáng)度，這分別與紡粘纖網(wǎng)沿縱向排列、木漿在干態(tài)下氫鍵作用增強(qiáng)有關(guān)。

（4）當(dāng)面密度較小時(shí)，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度差異不大，隨著面密度的增大略有減小，但其隨著面密度的進(jìn)一步增大而增大，尤其是在濕態(tài)下更為明顯。

（5）木漿纖維獨(dú)特的吸液能力賦予了復(fù)合材料較好的吸液性能。