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        長絲芯類填充料的開發(fā)與研制

        2021-06-22 06:06:26周宏輝
        紡織報(bào)告 2021年5期
        關(guān)鍵詞:填充料蓬松度回彈性

        周宏輝

        (中山宗德無紡科技有限公司,廣東 中山 528441)

        1 保暖材料概況

        人類憑借自己的智慧持續(xù)地追尋更實(shí)用的保暖材料。不管是有上千年歷史的蠶絲,還是近年涌現(xiàn)的高端羽絨;不管是優(yōu)質(zhì)的天然棉絮,還是質(zhì)輕的仿絲棉、水洗棉,在近幾十年人們物質(zhì)文化需求日益高漲、生活體驗(yàn)愈發(fā)豐富的情況下,這些材料原有的缺陷(沉重、難壓縮、移位、板結(jié)、怕曬、怕潮、怕機(jī)洗)依然存在。因此,開發(fā)一款既輕盈又保暖、可機(jī)洗不位移、不怕潮、蓬松性好又易壓縮、耐用的高性能保暖材料,滿足國人日益增長的物質(zhì)文化需要,是紡織和非織造布科技工作者的不懈追求,也是一項(xiàng)重要任務(wù)。

        目前,市面上的短纖類填充物,不論是噴膠粘合成型,還是熱熔粘結(jié)纖維粘合成型,或是兩者的結(jié)合;不論是化學(xué)功能性纖維,還是天然纖維,都存在下述問題或不足。

        (1)蓬松性差,且蓬松性隨著使用周期的延長而降低;(2)不易壓縮(壓縮性差),體積較大,占用較大的空間,給儲(chǔ)存、運(yùn)輸造成極大的不便;(3)容易分離并產(chǎn)生位移,形成塊狀,造成被褥、衣服、睡袋、枕頭、手套等在使用過程中產(chǎn)生冷斑,嚴(yán)重影響保暖性;(4)壓縮回彈性差,由于短纖類填充物本身壓縮性差,經(jīng)壓縮后,回彈性會(huì)隨著使用次數(shù)增加而顯著減弱;(5)不耐水洗和機(jī)洗,短纖類填充物基本不耐機(jī)洗,稍加機(jī)洗就會(huì)形成塊狀、團(tuán)狀,有些短纖類填充物雖然耐水洗,但水洗次數(shù)有限,大部分都不耐水洗。

        目前,市面上國產(chǎn)短纖填充物大部分用于中低端產(chǎn)品,極少數(shù)用于高端產(chǎn)品。被戶外愛好者津津樂道的T棉、P棉和C棉,幾乎占據(jù)了所有高端睡袋及其他戶外用品市場。世界前十大戶外品牌,如始祖鳥、北面、猛犸象等,戶外產(chǎn)品中的睡袋,特別是戶外高端睡袋(耐寒或耐極寒),填充物全部指定用T棉或P棉或C棉。這類用于高端產(chǎn)品的填充料都有一些共性:輕盈保暖、良好的蓬松性、壓縮率及回復(fù)率很高。運(yùn)用具有這些共性的填充料成為未來的發(fā)展方向。

        2 開發(fā)長絲芯類填充料的可能性

        人們對(duì)物質(zhì)水平的追求,特別是在保暖材料方面,趨向于輕盈保暖、易打理的產(chǎn)品。短纖類填充料(絮片)的問題和不足制約了市場的深入發(fā)展和更高端的應(yīng)用。

        長絲作為填充料,顯著的特點(diǎn)是非常輕盈、超強(qiáng)的蓬松性以及非常保暖,用較少的材料可以達(dá)到最佳的保暖性能,這樣可以降低裝備質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)裝備輕量化。超強(qiáng)的壓縮性能又可以減小裝備的體積,便于野外作訓(xùn)攜帶;具有超強(qiáng)的壓縮回復(fù)性,反復(fù)壓縮仍能保持很高的回復(fù)率,保持產(chǎn)品的蓬松性,也就保證了產(chǎn)品優(yōu)異的保溫性能。長絲芯類填充料(保溫棉)不像其他短纖維噴膠棉、仿絲棉那樣因撕開或位移產(chǎn)生塊狀,因而不會(huì)像短纖維保溫棉或者羽絨那樣產(chǎn)生冷斑。因其特殊的3D結(jié)構(gòu),長絲保溫棉能保持大量的空氣,發(fā)揮持久高效的保溫作用;可以水洗、機(jī)洗。

        長絲芯類填充料(保溫棉)是新型絕熱保溫填充材料,性價(jià)比非常高,是軍隊(duì)服裝和戶外睡袋、雪衣、夾克、棉被、枕頭、手套等御寒用品的首選,也是高檔民用家紡和高檔戶外睡袋行業(yè)的首選,應(yīng)用前景廣闊。

        3 長絲芯類填充料的制造方法

        3.1 研發(fā)路線的選擇

        化學(xué)短纖維填充料,包括仿絲棉和洗水棉,一般是通過非織造布制造方法實(shí)現(xiàn)的。化學(xué)短纖維經(jīng)過混合、開松、梳理、鋪網(wǎng)、噴膠(針刺)、烘燥、卷取等工序獲得較為蓬松的噴膠棉(絮片)、仿絲棉或洗水棉。如何讓化學(xué)纖維長絲變成化學(xué)短纖維填充料?經(jīng)過調(diào)研、查閱文獻(xiàn)[1-4],通過技術(shù)創(chuàng)新,決定采用傳統(tǒng)紡織和非織造布兩者相結(jié)合的方式自主開發(fā)研究路線。

        3.2 研發(fā)方案的確定

        根據(jù)研發(fā)路線的需要,第一步選擇材料;第二步設(shè)計(jì)制造專用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,選購合適的配套設(shè)備;第三步完成實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線的配套、改造和組合;第四步采取小試、中試、量產(chǎn)這種循序漸進(jìn)、穩(wěn)妥的研制步驟,使產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)超過目前國內(nèi)仿絲棉、洗水棉的性能指標(biāo)。小試和中試在自主開發(fā)的小型實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線上進(jìn)行,量產(chǎn)在擴(kuò)大版的實(shí)驗(yàn)線上進(jìn)行。

        3.3 方案實(shí)施

        3.3.1 原材料種類的選擇

        本研究選擇了滌綸纖維長絲(DTY)、丙綸纖維長絲、再生滌綸纖維長絲、錦綸纖維長絲作為實(shí)驗(yàn)用材料種類[1]。

        3.3.2 原材料規(guī)格的選擇

        材料種類確定后,選擇材料規(guī)格:300 D/96 f、 200 D/96 f、600 D/192 f、450 D/144 f。

        3.3.3 專用設(shè)備的設(shè)計(jì)制造

        要使長絲變得像短纖那樣有卷曲、有彈性、有較好的壓縮率和壓縮回彈性,就必須有專用的設(shè)備,因此,專門設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)卷曲蓬松成型設(shè)備。為了保證優(yōu)良的蓬松性和壓縮回彈性,專門設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)熱空氣收縮定型機(jī)和冷空氣松弛定型機(jī)。對(duì)非織造布生產(chǎn)工序中用到的鋪網(wǎng)機(jī)進(jìn)行改造,使之能夠適合纖維長絲的鋪網(wǎng)。

        3.3.4 工藝路線

        工藝路線為:退紗→上扣分絲→拉伸→卷曲→鋪網(wǎng)→熱空氣定型→冷卻定型→(噴膠)→(熱烘)→壓燙→卷取→包裝。

        將筒子架上退卷下來的多根化學(xué)纖維長絲通過分絲裝置,在卷曲蓬松成型的設(shè)備上依次進(jìn)行拉伸、自然松弛,使得化學(xué)纖維長絲形成蓬松的螺旋卷曲狀。

        將螺旋卷曲狀化學(xué)纖維長絲通過鋪網(wǎng),形成均勻的、有一定厚度和寬度的纖維長絲網(wǎng)(芯類填充物雛形)。

        將鋪網(wǎng)成型后的纖維長絲網(wǎng)通過熱空氣收縮定型和冷空氣松弛定型。根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境的不同,可以向定型后的纖維長絲網(wǎng)噴灑膠水或膠粉,經(jīng)過烘燥壓燙,卷取包裝。

        3.3.5 產(chǎn)品性能分析

        經(jīng)過研發(fā)創(chuàng)新的專門實(shí)驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)出來的長絲芯填充料(保溫棉)性能優(yōu)異,產(chǎn)品的有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以常用規(guī)格120 g/m2為例,測試其熱阻、克羅值、蓬松度、壓縮彈性率(壓縮率、回彈率)、透氣率、水洗性能[5]。測試結(jié)果見表1。

        表1 長絲芯填充料(保溫棉)性能測試

        對(duì)長絲芯填充纖維生產(chǎn)的仿絲棉、洗水棉和噴膠棉樣品的性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,并進(jìn)行了性能指標(biāo)測試。對(duì)比結(jié)果見表2。

        表2 長絲芯填充纖維生產(chǎn)的仿絲棉、洗水棉和噴膠棉樣品的性能測試

        對(duì)小試和中試試樣進(jìn)行分析測試、量產(chǎn)樣測試、同類產(chǎn)品對(duì)比,從表1~2可以看出:產(chǎn)品達(dá)到研發(fā)設(shè)計(jì)方案的要求,特別是蓬松度、壓縮率、壓縮回彈性這3個(gè)直接反映填充料性能優(yōu)劣的指標(biāo),非常優(yōu)秀。高度蓬松的材料能夠容納更多的空氣,鎖住熱量。優(yōu)異的壓縮性能便于收藏,易壓縮、回彈性好,經(jīng)久耐用,主要性能指標(biāo)超過目前國內(nèi)其他的填充料,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,達(dá)到國際先進(jìn)水平。

        3.3.6 關(guān)鍵性能指標(biāo)的研究

        長絲芯類填充料具有高蓬松度且輕盈保暖、易壓縮且易收納、壓縮回彈好、經(jīng)久耐用、可機(jī)洗、易打理等優(yōu)異性能,其關(guān)鍵性能指標(biāo)蓬松度、壓縮率和壓縮回彈性三者相對(duì)平衡,達(dá)到了高度統(tǒng)一。

        3.3.6.1 長絲的卷曲度、排列方向與蓬松度

        一般而言,在非織造布纖網(wǎng)中,排除其他因素的影響,纖維的卷曲度越大,纖網(wǎng)的蓬松性就越好。卷曲度與蓬松度的關(guān)系見表3和圖1。從實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)可以看出,兩者沒有必然的聯(lián)系,但仍然存在正切斜率為正的趨勢。

        表3 卷曲度與蓬松度的關(guān)系

        圖1 卷曲度與蓬松度的關(guān)系

        長絲經(jīng)過拉伸卷曲蓬松成型設(shè)備處理后,沿絲的長度方向形成三維螺旋卷曲,絲與絲之間或相互糾纏,或相互穿插,或相互并列,形成一個(gè)三維立體結(jié)構(gòu)。如果卷曲度大的絲相互糾纏在一起,糾纏的絲越多,蓬松度受到的影響越大。

        3.3.6.2 蓬松度與壓縮率、壓縮回彈性

        長絲在纖維網(wǎng)中的排列方向會(huì)影響長絲芯類填充料(保溫棉)的蓬松度。專用拉伸卷曲蓬松設(shè)備將拉伸卷曲后的長絲進(jìn)行了平行排列與垂直排列[6],改善了纖維網(wǎng)的蓬松度,且蓬松度能夠在后續(xù)工序中繼續(xù)保持甚至提高。

        長絲芯類填充料(保溫棉)就是一個(gè)纖維集合體[7],纖維長絲的排列方向直接影響壓縮性能和壓縮回復(fù)性能。纖維長絲平行排列的蓬松性不及垂直排列,其壓縮率卻優(yōu)于纖維垂直排列。壓縮回彈性剛好相反,即纖維長絲平行排列的壓縮回彈性弱于垂直排列。正是因?yàn)殚L絲芯類填充料這個(gè)纖維集合體的特殊組織結(jié)構(gòu),其蓬松性、壓縮率與壓縮回彈性得以高度平衡與統(tǒng)一。

        4 問題和解決辦法

        盡管長絲芯類填充料已經(jīng)可以在專門研發(fā)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線上規(guī)模化量產(chǎn),但要實(shí)現(xiàn)工廠化量產(chǎn)、產(chǎn)品市場化,還要進(jìn)一步解決專用設(shè)備的設(shè)計(jì)簡化和操作優(yōu)化問題、加大市場宣傳推廣力度。

        4.1 自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的專用設(shè)備操作復(fù)雜、難度大

        自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的專用設(shè)備由于融合了多種工藝,集多功能于一體,具有操作復(fù)雜、難度大的問題,常常需要專人操作。這就需要融合紡織與非織造兩個(gè)領(lǐng)域多學(xué)科的知識(shí),針對(duì)工藝技術(shù)要求,結(jié)合機(jī)電一體化,對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)改造和電氣控制改造,達(dá)到操作簡單、容易控制的效果。

        4.2 產(chǎn)品的市場宣傳推廣與接受使用度亟待提高

        相比于長絲芯類填充料,噴膠棉、仿絲棉、洗水棉采用的原材料短纖維變化多樣,稍微添加一些其他功能性纖維便可成為一個(gè)賣點(diǎn)。長絲芯類填充料所用的纖維長絲原料品種選擇有限,盡管產(chǎn)品本身的功能和性能非常優(yōu)秀,但對(duì)市場來說仍然沒有賣點(diǎn),不但需要加大宣傳推廣力度,更需要各方大力支持。

        5 結(jié)語

        長絲芯類填充料研究開發(fā)的成功,解決了填充料高蓬松度和易壓縮的矛盾,能鎖住高熱能,解決了短纖維填充料常見的不易壓縮、不能機(jī)洗、壓縮回彈性差的問題。長絲芯類填充料的超輕盈保暖性、較好的干燥和潮濕環(huán)境保暖性、持久的蓬松性、優(yōu)異的壓縮性和壓縮回彈性,為家紡和戶外產(chǎn)品的品質(zhì)升級(jí)及新品開發(fā)提供了更為廣闊的選擇空間。用較少的原料、較低的成本,獲得輕盈保暖易打理、具有高蓬松高壓縮高回彈性、使用價(jià)值較高的產(chǎn)品,大幅度提高了品味與檔次,也為家紡和戶外產(chǎn)品進(jìn)入高端市場奠定了基礎(chǔ)。

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