趙 博

(中原工學(xué)院，河南 鄭州 450007)

隨著醫(yī)療、衛(wèi)生、防護(hù)及汽車等領(lǐng)域發(fā)展，市場對非織造布的需求越來越大，同時對非織造布的要求和標(biāo)準(zhǔn)也越來越高[1-2]。淋膜非織造布又稱為淋膜復(fù)合非織造布，作為一種新型非織造布，以高強(qiáng)度非織造布為支撐層，大部分是紡黏非織造布，運(yùn)用淋膜復(fù)合工藝加工制備，具有工藝流程短、成本低廉、性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，可用于防水阻隔材料、醫(yī)用一次性防護(hù)服和其他產(chǎn)業(yè)用布，具有巨大的應(yīng)用前景[3-4]。

聚丙烯(PP)紡黏非織造布是以PP為原料，經(jīng)過熔融拉絲、鋪網(wǎng)、熱軋黏合等過程制備而成的一種非織造布，具有透氣性好、成本低廉和力學(xué)性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其液體阻隔性能較差，無法滿足醫(yī)用一次性防護(hù)服的要求[5-6]。

作者采用淋膜復(fù)合工藝，以PP紡黏非織造布為基布，將聚乙烯(PE)熔融涂覆在PP紡黏非織造布表面，再經(jīng)冷卻、定型后制備了PP/PE醫(yī)用淋膜非織布，研究了其力學(xué)性能、拒水性、透氣性、透濕性等，以期為PP/PE醫(yī)用淋膜非織布在醫(yī)用一次性防護(hù)服領(lǐng)域的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

PP紡黏非織造布：1#試樣面密度為30 g/m2,2#試樣面密度為20 g/m2，江蘇奧特隆公司產(chǎn)；PE：牌號為5200B，中國石化燕山石化公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備與儀器

GWS型PE流延膜生產(chǎn)設(shè)備：合肥高貝斯無紡布有限公司制；VHX-600型數(shù)字式三維電子顯微鏡: 基恩士 (中國) 有限公司制；FA2004型電子天平：瑞士梅特勒托利多公司制；YG065-250多功能電子織物強(qiáng)力儀：上海精密儀器儀表有限公司制；LSA60 接觸角測量儀：北京東方德菲儀器有限公司制；YG501N-Ⅱ型紡織品透濕量儀、透濕杯：南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司制；YG(B)461D(N)型數(shù)字式織物透氣量儀：南通三思科技機(jī)電科技有限公司制。

1.3 PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備

PE經(jīng)螺桿擠壓機(jī)熔融擠出進(jìn)入淋膜模頭，然后從模頭的縫隙中擠出至PP紡黏非織造布表面，在擠壓輥的作用下，處于熔融狀態(tài)下的PE和PP紡黏非織造布黏合，最后經(jīng)過冷卻輥的降溫、定型，隨著卷繞機(jī)的收卷成為卷狀PP/PE淋膜非織造布成品。制備過程中，熔融擠出溫度控制在270～290 ℃，如果溫度過高，淋膜非織造布表面會變得僵硬，如果溫度過低，熔融塑化會不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀質(zhì)量下降，復(fù)合牢固度下降；冷卻輥的表面溫度控制在10～20 ℃，如果溫度過高，淋膜非織造產(chǎn)品會出現(xiàn)卷曲、粘膜等不良現(xiàn)象，如果溫度過低，復(fù)合牢固度會下降[7-9];加工速度控制在55 m/min左右，如果加工速度小，牽引速度慢，PE膜厚度會變大，如果加工速度大，牽引速度快，PE膜厚度會變小；PE淋膜量控制在10 g/m2，如果淋膜量偏大，會導(dǎo)致薄膜的透明度下降，縱向取向變大，如果淋膜量偏小，會導(dǎo)致淋膜不充分。由1#、2#試樣制備的PP/PE淋膜非織造布分別標(biāo)記為3#、4#試樣。PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備流程如圖1所示。

圖1 PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的制備流程Fig.1 Preparation process of PP/PE medical coated nonwovens1—料斗;2—螺桿擠壓機(jī);3—淋膜模頭;4—放卷布;5—壓輥;6,7—冷卻輥; 8—卷繞機(jī)

1.4 分析與測試

微觀形態(tài)：采用顯微鏡觀察試樣的纖維排列和微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為500倍。

面密度：將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下調(diào)濕24 h后，將試樣裁剪成100 cm2, 采用電子分析天平準(zhǔn)確稱取試樣的質(zhì)量并計(jì)算面密度，每個試樣測試30次取平均值。

厚度：將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下調(diào)濕24 h后，采用厚度儀沿對角線方向測試試樣厚度，厚度儀壓盤自重50 g, 每次壓盤停留時間30 s, 每個試樣測試30次取平均值。

力學(xué)性能：按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》采用電子織物強(qiáng)力儀測試試樣的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率，夾持距離為200 mm，拉伸速率為100 mm/min；按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 (鋼球法)》采用電子織物強(qiáng)力儀測試試樣的頂破強(qiáng)力，頂破速率為100 mm/min；按照GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分：沖擊擺錘法撕破強(qiáng)力的測定》采用電子織物強(qiáng)力儀測試試樣的撕破強(qiáng)力，夾持距離為25 mm,拉伸速率為100 m/min。

透濕性：按照GB/T 12704—2009《織物透濕量測定方法 透濕杯法》采用織物透濕量測定儀按透濕杯蒸發(fā)法測試試樣的透濕量，測試溫度38 ℃，相對濕度2%，氣流速度0.5 m/s，每個試樣測試30次取平均值。

透氣性：將試樣裁剪成100 cm2，按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》采用織物透氣量儀測試試樣的透氣率，試樣兩側(cè)壓降為200 Pa，每個試樣測試30次取平均值。

拒水性：濕法非織造布的拒水性不能直接測量，可通過測量其靜態(tài)接觸角進(jìn)行表征。將試樣裁剪成30 mm×30 mm，放置到滴水臺上，滴加超純水停留5 s后，采用接觸角測量儀對水滴形狀進(jìn)行拍照并計(jì)算水接觸角。

熱穩(wěn)定性：將一定長度的試樣放入烘箱內(nèi)，升溫至100 ℃，恒溫4 h，然后取出試樣測量其長度。熱收縮率(Hs)按式(1)計(jì)算。

Hs=(H1-H2)/H1×100%

(1)

式中：H1為熱收縮前試樣的長度,H2熱收縮后試樣的長度。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形態(tài)

從圖2可以看出：1#、2#試樣中纖維呈無色透明狀，表面較為光滑，而3#、4#試樣中纖維周圍可觀察到許多微小氣泡，看起來不夠清晰，這是因?yàn)榻?jīng)PE淋膜后，少量PE滲入PP紡黏非織造布內(nèi)部；4種試樣中纖維均排列整齊、有規(guī)律，可以推斷PP紡黏非織造布為熱軋黏合加固方式。

圖2 非織造布試樣的三維電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Three dimensional electron microscope photographs of nonwoven samples

2.2 面密度與厚度

從表1可以看出:經(jīng)過淋膜即與PE膜復(fù)合之后，1#試樣的面密度由29.7 g/m2增大至39.4 g/m2(3#試樣)，2#試樣的面密度由20.2 g/m2增大至30.3 g/m2(4#試樣)；4種試樣的面密度變異系數(shù)均較大，這是由于PP紡黏法非織造布是鋪置成網(wǎng)，容易造成隨機(jī)不均，不勻率較大；1#試樣厚度大于2#試樣，3#試樣厚度大于4#試樣，說明同種類非織造布的厚度和面密度呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢，原因是當(dāng)單位面積內(nèi)的非織造布的質(zhì)量增加時，纖維量增加，在單位面積內(nèi)纖維結(jié)構(gòu)更加緊密，表現(xiàn)為非織造布的孔隙變小、厚度增大[10-11]。

表1 非織造布試樣的面密度和厚度Tab.1 Surface density and thickness of nonwoven samples

2.3 力學(xué)性能

從表2可以看出：淋膜前后PP紡黏非織造布的經(jīng)向斷裂伸長性能均強(qiáng)于緯向，這是由于紡黏非織造布的纖網(wǎng)是沿經(jīng)向排列所致；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造的斷裂強(qiáng)力高于未經(jīng)淋膜的PP紡黏非織造布，這是因?yàn)镻P和PE兩者結(jié)構(gòu)相似、相容性較好，熔融PE很容易滲入PP內(nèi)部并冷卻固化實(shí)現(xiàn)兩者黏合；隨著面密度增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的斷裂強(qiáng)力增大，這是因?yàn)槊婷芏仍酱?，非織造布越厚，纖維結(jié)構(gòu)越緊密，斷裂時需要的能量也越大。

表2 非織造布試樣的斷裂強(qiáng)力Tab.2 Breaking strength of nonwoven samples

從表3可以看出：隨著面密度增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的頂破強(qiáng)力隨之增大，這是因?yàn)轫斊茝?qiáng)力主要受非織造布中纖維強(qiáng)度和纖維間固著點(diǎn)的強(qiáng)度影響，面密度增大，纖維結(jié)構(gòu)變得更緊密，固著點(diǎn)強(qiáng)度增強(qiáng)；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造布的頂破強(qiáng)力優(yōu)于PP紡黏非織造布，這是因?yàn)榱苣ず驪E滲入PP紡黏非織布內(nèi)部，增大了纖維的強(qiáng)度和纖維間固著點(diǎn)的強(qiáng)度。

表3 非織造布試樣的頂破強(qiáng)力Tab.3 Bursting strength of nonwoven samples

從表4可以看出:隨著面密度的提高，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的撕破強(qiáng)力增大；經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造的撕破強(qiáng)力明顯下降，其原因在于撕裂過程中，未淋膜的PP紡黏非織造布中纖維長絲之間產(chǎn)生相對滑移，所以不易撕裂，而經(jīng)淋膜的PP產(chǎn)品形成“纖維嵌膜”和“膜包纖維”的結(jié)構(gòu)，PE的滲透使纖維長絲減少了相互之間的滑移，造成切口處應(yīng)力傳遞，從而使淋膜后產(chǎn)品的撕破強(qiáng)力降低[12]。

表4 非織造布試樣的撕破強(qiáng)力Tab.4 Tearing strength of nonwoven samples

2.4 透氣性和透濕性

從表5可以看出：隨著面密度增大，試樣的透氣率均減小，這是因?yàn)榉强椩觳嫉耐笟庑杂衫w維間的孔隙決定，而孔隙的大小和數(shù)量與面密度呈負(fù)相關(guān)，如果面密度增加，厚度就增加，那么意味著纖維的孔隙率小，透氣率小；經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的透氣率變差，這是因?yàn)榱苣し强椩觳急簧蠈覲E膜阻隔，PE是非極性高聚物,透氣性極差，能夠有效地防止氣體通過。防氣體透過性對提高密封性有著重要作用，能保證材料長期貯存。

表5 非織造布試樣的透氣率和透濕量Tab.5 Air permeability and moisture permeability of nonwoven samples

一般水蒸氣穿過織物有三種方式：一是通過纖維的吸濕，二是纖維的毛細(xì)管作用，三是通過纖維間的孔隙。PP紡黏復(fù)合非織造布主要通過纖維間的孔隙進(jìn)行透濕。從表5還可以看出：經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的透濕量明顯降低；隨著面密度的增大，PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的透濕量略有降低，但相差不大，這是因?yàn)槊婷芏仍龃螅瑔挝幻娣e內(nèi)的纖維根數(shù)也增加，纖維間的纏結(jié)更加緊密，孔隙減少，因此透濕量降低。

2.5 拒水性

當(dāng)水接觸角為銳角時，表明非織造布潤濕性比較好，拒水性比較差，會有芯吸現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)水接觸角為鈍角時，情況則恰恰相反。從表6可以看出：4種試樣水接觸角均大于90°，說明4種試樣都屬于拒水性材料；經(jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織造布的水接觸角提高，這是因?yàn)榱苣し强椩觳嫉谋砻鏋镻E薄膜，屬于疏水膜，其孔徑極小，所以親水性很差，適用于生產(chǎn)一次性衛(wèi)生用品及防水防滲透產(chǎn)品。

表6 非織造布試樣的水接觸角Tab.6 Water contact angle of nonwoven samples

2.6 熱穩(wěn)定性

從表7可以看出：測試溫度為100 ℃時，PP紡黏非織布的Hs為1%，而PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的尺寸則未發(fā)生變化，這是因?yàn)榻?jīng)PE淋膜后，PP紡黏非織布進(jìn)一步加固，需要更多的熱量與能量才能破壞纖維之間的作用，使得非織造布發(fā)生熱收縮，所以淋膜非織造布的熱穩(wěn)定性和耐高溫性更好。

表7 非織造布試樣的熱收縮率Tab.7 Thermal shrinkage of nonwoven samples

3 結(jié)論

a.與PP紡黏非織造布相比，經(jīng)PE淋膜的PP紡黏非織造布中纖維周圍可觀察到許多微小氣泡，面密度、厚度、斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、耐磨性、Hs增大，撕破強(qiáng)力、透氣率、透濕量減小。

b.PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布的面密度和厚度與其斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、耐磨性、Hs正相關(guān)，與其透氣性、透濕性負(fù)相關(guān)。

c.PP/PE醫(yī)用淋膜非織造布疏水、阻氣，是醫(yī)用一次性防護(hù)服材料的適宜選擇。