碩士研究生學(xué)位論文答辯孫世元

1、耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的制備及性能研究 姓 名：孫世元 導(dǎo) 師：薛 元 教 授 崔毅華 副教授2004.6.5,耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維簡(jiǎn)介,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合

2、復(fù)合纖維是把兩種聚合物原料聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）從雙螺桿擠壓機(jī)擠出，然后將兩種熔體按照一定的組分配比和粘度要求分別輸入同一皮芯型復(fù)合組件中，通過同一噴絲孔噴出而形成的復(fù)合纖維。該復(fù)合纖維在后處理過程中通過施加拒水油劑賦予纖維耐久的拒水性能，得到耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維。由該纖維生產(chǎn)的無紡布，除具有一般PP/PE熱粘合復(fù)合纖維的優(yōu)點(diǎn)外，特別具有柔軟的手感和透氣又不透濕的良好性能，在衛(wèi)生材料領(lǐng)域，如小孩尿布“尿不濕”

3、、婦女衛(wèi)生用品等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。,第一章 緒 論,（1）PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維發(fā)展簡(jiǎn)介 （2）本文研究的主要內(nèi)容 （3）國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及本文研究工作的意義和價(jià)值,To：第二章,熱粘合纖維發(fā)展的3個(gè)階段,易粘纖維,熱熔粘合纖維,雙組分纖維,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的發(fā)展及特點(diǎn),,,非常僵硬，強(qiáng)度低，粘合比例高,柔軟，蓬松強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，粘合纖維比例高,較硬或粘合纖維比例低,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖

4、維（ES纖維）最早由日本窒素公司（CHISSO）開發(fā)成功，于1977年開始工業(yè)化 。近年來，日本窒素公司、尤尼吉卡公司，丹麥Dnnaklon公司等紛紛推出了各種型號(hào)的PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維，具體規(guī)格見表1-2、1-3。,（1）發(fā)展,（2）主要特點(diǎn),PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維是一種最理想的熱粘合纖維，組分PP熔點(diǎn)一般為170℃左右，組分PE熔點(diǎn)一般為130℃左右，當(dāng)纖維被加熱到130℃左右時(shí)，表層PE被熔融而互相粘結(jié)，芯層PP

5、保持纖維狀態(tài)，給熱粘合時(shí)的纖維提供必要的強(qiáng)力和模量支撐。在非制造布加工中，當(dāng)梳理后的纖維網(wǎng)通過熱軋式或熱風(fēng)貫通式進(jìn)行熱粘合時(shí)，低熔點(diǎn)組分PE在纖維的交叉點(diǎn)上形成熔融粘著，而冷卻后，非交叉點(diǎn)上的纖維仍保持原來的狀態(tài)，是一種“點(diǎn)狀粘合”而不是“區(qū)粘合”的形式［5］，因而產(chǎn)品具有蓬松性、柔軟性、高強(qiáng)度及良好的透氣性等優(yōu)點(diǎn)。,,本文研究的主要內(nèi)容,一是運(yùn)用高分子理論，描繪出具有低熔點(diǎn)、高粘結(jié)性能和良好的可紡性能的單烯烴PE大分子結(jié)構(gòu)；二是利

6、用化纖油劑理論，配制耐久型拒水油劑、表面活性劑，通過適當(dāng)?shù)纳嫌凸に?，賦予纖維良好的拒水、透氣不透濕性能；三是介紹了耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲成型工藝技術(shù)，并對(duì)該纖維的耐久型拒水性能、低熔點(diǎn)熱粘合性能及其它物理力學(xué)性能、形態(tài)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析研究。,,國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及本文研究工作的意義和價(jià)值,功能性PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維用于醫(yī)療衛(wèi)生用品材料在國(guó)內(nèi)有巨大的市場(chǎng)，在這一良好的發(fā)展機(jī)遇下，國(guó)內(nèi)的開發(fā)、生產(chǎn)廠家

7、還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前的市場(chǎng)需求。目前國(guó)內(nèi)有嘉興慧豐化纖廠、湖北川大紡織（集團(tuán)）股份有限公司、吉林省遼源市亞信纖維制造有限公司等公司進(jìn)行PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的開發(fā)生產(chǎn)，日本智索聚丙烯纖維股份有限公司、日本伊藤忠（ITOCHU）商事股份有限公司共同投資的廣州藝愛絲纖維有限公司也正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期。但總的說來，目前國(guó)內(nèi)PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量還有巨大的提升空間，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場(chǎng)越來越廣泛的需要。 在目前

8、這種情況下，開發(fā)研究耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合短纖維順應(yīng)了產(chǎn)業(yè)用紡織品的發(fā)展要求。,,第二章 耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合 復(fù)合纖維紡絲原料的優(yōu)化,（1）紡絲原料選用的原則（2）PE低熔點(diǎn)性能的設(shè)計(jì) （3） PE粘結(jié)性能的設(shè)計(jì) （4） PE可紡性的設(shè)計(jì),,復(fù)合紡絲原料選用的原則,,紡絲成型方法相同,良好相容性,粘度要求,低熔點(diǎn)熱粘合,主要原則,,PE低熔點(diǎn)性能的設(shè)計(jì),鏈結(jié)構(gòu)對(duì)PE熔點(diǎn)

9、的影響密度對(duì)PE熔點(diǎn)的影響分子量對(duì)PE熔點(diǎn)的影響,鏈結(jié)構(gòu)對(duì)PE熔點(diǎn)的影響,聚合物的熔融過程，可用下式表示：,式中： ——體系在熔融過程中發(fā)生的熱焓變化； ——體系在熔融過程中發(fā)生的熱熵變化； ——聚合物的熔點(diǎn)。,在熔融過程中使減小或使增大，可以降低聚合物的熔點(diǎn)。主要受高聚物大分子間或鏈段間的相互作用力影響，減小大分子間或鏈段間的相互作用

10、力可以減小；主要取決于高分子鏈段的柔性程度，降低高分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的阻力，提高分子鏈的柔性，使聚合物在熔融過程中的構(gòu)象變化較大，即較大，也可使熔點(diǎn)降低。分析PE的分子結(jié)構(gòu)可以知道，組成PE分子的結(jié)構(gòu)單元是對(duì)稱性較強(qiáng)的，主鏈上沒有其他基團(tuán),也沒有極性強(qiáng)的極性分子鏈取代基，在其主鏈碳原子上僅連有兩個(gè)氫原子。根據(jù)影響聚合物熔點(diǎn)理論的分析，可增加ΔS降低熔點(diǎn)。在主鏈上引入繞狀結(jié)構(gòu)的第二單體來形成共聚物，如PE和丙烯酸乙酯()的共聚物，由于引入單體

11、的分子鏈自由內(nèi)旋轉(zhuǎn)能力比PE更大，分子鏈比PE更柔軟，所以可以使ΔS增大，熔點(diǎn)降低。,,密度對(duì)PE熔點(diǎn)的影響,按密度分，聚乙烯分三種類型：低密度聚乙烯（LDPE），中密度聚乙烯（MDPE）及高密度聚乙烯（HDPE）。LDPE和MDPE分子量較小，支化度高，密度小，結(jié)晶性差，不適于纖維用。高密度聚乙烯支鏈少，密度大，結(jié)晶度高，適于熔融紡絲法進(jìn)行短纖維、長(zhǎng)絲的生產(chǎn)，斷裂強(qiáng)度（3～7cN/dtex）、伸長(zhǎng)(10 %～15%)適中同時(shí)又具有適宜

12、的熔融溫度（130℃左右）。如表2-1，三種不同密度聚乙烯的性能比較。,,分子量對(duì)PE熔點(diǎn)的影響,一般說來，在一種聚合物的同系物中，熔點(diǎn)隨分子量而增加而升高，直到臨界分子量時(shí)，即可忽略分子鏈“末端”的影響時(shí)，此后則與分子量無關(guān)，如圖2-1所示，聚合度n與熔點(diǎn)的關(guān)系。,,圖2-1 聚合度n與熔點(diǎn)的關(guān)系,表2-2 不同分子量、不同熔融指數(shù)PE的熔點(diǎn),,PE粘結(jié)性能的設(shè)計(jì),PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維除熔點(diǎn)低外，還必須具有良好的粘結(jié)性能

13、。而粘結(jié)強(qiáng)度取決于粘結(jié)力、粘結(jié)劑、被粘結(jié)物尺寸、力學(xué)性質(zhì)和破壞條件。據(jù)有關(guān)研究，低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維粘結(jié)后所受破壞主要是受拉伸力而產(chǎn)生的剪切破壞及撕裂而產(chǎn)生的T型剝離破壞，其相應(yīng)強(qiáng)度為拉伸剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度。因此，從剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度的大小能看出粘結(jié)性能的好壞。,表2-3 各低熔點(diǎn)組分PE的粘結(jié)強(qiáng)度（T性剝離強(qiáng)度）,Tm,,PE可紡性的設(shè)計(jì),由表觀粘度和非牛頓指數(shù)對(duì)熔體流變性能的影響理論，PE可紡性問題主要是其表觀粘度大小要適宜，熔體

14、的穩(wěn)定性要好。因此，需要使選用的PE非牛頓指數(shù)n大一些，隨剪切速率增大，表觀粘度降小。表2-4為不同分子量的聚乙烯的可紡性比較。 將1#、2#、3#、4#四種分子量的PE分別和熔融指數(shù)MI為27.1g/10cm，粘均分子量為14.80×104的PP復(fù)合紡絲，紡絲情況及纖維性能如表2-5所示。,,表2-4 不同分子量的聚乙烯的可紡性比較,表2-5 四種分子量的PE分別和PP復(fù)合紡絲情況及纖維性能,通過以上分析可知，

15、熔融指數(shù)為15～25，分子量為7～12萬的高密度PE原料可以滿足復(fù)合紡絲的要求。其中分子量12萬左右的PE切片所得復(fù)合纖維強(qiáng)度稍低，延伸度較高，更適合于非織布的使用，其與熔融指數(shù)為20～30，分子量為14～16萬的PP具有良好的復(fù)合紡絲性能。,,第三章 耐久型拒水油劑及其表面活性 劑的選擇和配制,,拒水劑簡(jiǎn)介,拒水油劑配方設(shè)計(jì),其它表面活性劑的選擇和配制,,抗靜電劑的選擇,平滑劑等的

16、選擇及配制,拒水油劑的選擇與配置,,,拒水劑簡(jiǎn)介,圖3-1：拒水原理示意圖,拒水劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同主要分為吡啶類拒水劑、羥甲基類拒水劑、有機(jī)硅類拒水劑及有機(jī)氟類拒水劑。,有機(jī)硅類拒水劑,本課題選用有機(jī)硅類拒水劑。 有機(jī)硅類拒水劑對(duì)合成纖維具有較好的耐久性拒水效果。其以硅氧烷鏈為憎水基，聚氧乙烯鏈、羧基、酮基或其它極性基團(tuán)為親水基構(gòu)成的表面活性劑。硅氧烷鏈的憎水性非常大，所以不長(zhǎng)的硅氧烷鏈的拒水劑就具有良好的拒水性。有機(jī)硅類的拒水劑分

17、子式如圖3-4所示 。,,聚甲基含氫硅氧烷經(jīng)熱處理后，能使螺旋狀結(jié)構(gòu)的硅氧烷分子打開，促使較多硅氧烷鏈與纖維表面接觸，并在其上產(chǎn)生鉚接作用交聯(lián)成膜，從而達(dá)到不溶于水和溶劑的耐久性拒水效果。為了使有機(jī)硅類拒水劑整理織物有良好的手感，通常是將兩種不同結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷混用，一種是有反應(yīng)基團(tuán)的聚甲基含氫硅氧烷，另一種為聚二甲基硅烷。,聚甲基含氫硅氧烷,聚二甲基硅烷,,抗靜電劑的選擇,抗靜電劑有陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性型和非離子型，目前采用較多的

18、抗靜電劑是烷基磷酸酯鹽，其抗靜電原理為：烷基磷酸酯鹽與一個(gè)水分子形成氫締合分子，如此表面活性劑在纖維表面形成極性中心而成為連續(xù)的薄層水膜，從而降低了纖維的表面電阻，以達(dá)到抗靜電的性能。如圖3-7所示。,,圖3-7 烷基磷酸酯三乙醇胺鹽與水分子結(jié)合,配制抗靜電表面活性劑還需控制抗靜電表面活性劑的濃度，從而保證纖維的良好抗靜電效果。根據(jù)F.H.Steiger的研究，用抗靜電劑處理纖維時(shí)，表面電阻值R和處理濃度A是相反的關(guān)系，表面電荷量和表

19、面電阻值是正的關(guān)系，如下（3-1）式和（3-2）式所示：,,(3-1),,(3-2),式中：　R —— 表面電阻值 Q —— 表面電荷量 　 A —— 處理濃度 M、B、C ——常數(shù),,平滑劑等的選擇及配制,平滑劑等的選擇和配制是生產(chǎn)耐久型PP/PE低熔點(diǎn)復(fù) 合纖維的重要一環(huán)，其主要作用在于使F/F、F/M、F/R之間具有適當(dāng)?shù)膭?dòng)靜態(tài)摩擦系數(shù)。鏡界摩擦控制理論 根據(jù)流體力學(xué)

20、潤(rùn)滑性的理論，境界摩擦系數(shù)（纖維間的摩擦屬鏡界摩擦）和成正比關(guān)系，見式（3-3）及圖3-8所示。,,式中 Z——平滑劑的粘度 V——摩擦面的相對(duì)速度 W——摩擦面的壓力,,1.邊界潤(rùn)滑 2.半流體潤(rùn)滑（過度區(qū)） 3.流體潤(rùn)滑,圖3-8 摩擦系數(shù)與粘度、壓力、 速度的關(guān)系,纖維與金屬間的摩擦,纖維與金屬間的摩擦力與與它們之間的接觸面積，與油劑的粘度，摩擦面的相對(duì)速度成正比，與油膜厚度成反比。纖維與金屬間

21、的摩擦可由式（3-4）表示。,（3-4),式中 F——纖維與金屬間的摩擦力A——接觸面積Z——油劑的粘度V——摩擦面的相對(duì)速度d—— 油膜厚度,在選擇平滑劑時(shí)，也需要考慮同離子表面活性劑中，烷基鏈的長(zhǎng)短及其中所含基團(tuán)與摩擦系數(shù)大小的關(guān)系，如表（3-1）所示。,,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維拒水油劑配方設(shè)計(jì),PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維拒水油劑配方設(shè)計(jì)如表（3-2）所示。,,第四章 耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合

22、 復(fù)合纖維紡絲技術(shù)原理及其生產(chǎn)工藝,4.1 PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲原料的選用 4.2 PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲設(shè)備和工藝流程 4.3 PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲過程的主要工藝參數(shù) 4.4 PP/PE皮芯型復(fù)合纖維的冷卻成形分析 4.5 影響PP/PE雙組分復(fù)合纖維斷面形態(tài)的因素,,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲原料的選用,PP選用Y225型，熔融指數(shù)MI20～25，

23、 重均分子量Mw為15萬，密度0.901g/cm3；PE選用HD50MA180，熔融指數(shù)18～25，重均分子量Mw為12.1萬, 密度0.961g/cm3。利用CRY-1P差熱分析儀（DTA）測(cè)試兩種切片原料的熔點(diǎn)，其 DTA曲線如圖4-2（a）、（b）所示。,,,4-2（a）PP的DTA曲線,由以上兩組DTA曲線，我們可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出Y225型PP、HD50MA180型PE的熔點(diǎn)，即它們的外延點(diǎn)溫度，分別為167.3℃，128.8℃

24、。兩種原料熔點(diǎn)的差異，保證了PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維皮組分低溫粘合的要求，即在130℃左右時(shí)皮層PE達(dá)到熔點(diǎn)熔化互相粘結(jié)，而芯層PP由于具有較高的熔點(diǎn)而不熔融。,,,4-2（b）PP的DTA曲線,紡絲原料的流變性能。用Hakke-90流變儀對(duì)兩種切片原 料Y225型PP、HD50MA180型PE進(jìn)行熔體流變性能測(cè)定，試驗(yàn)溫度275℃。兩種切片的熔體粘度隨剪切速率變化的曲線如圖4-3所示。,1. HD50MA180型PE 2.

25、 Y225型PP,,,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲設(shè)備和工藝流程,在PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的紡絲設(shè)備中，螺桿擠壓機(jī)，預(yù)過濾器、計(jì)量泵、卷繞機(jī)等采用普通紡絲設(shè)備的部件，只有復(fù)合紡絲箱體和復(fù)合紡絲組件是特殊部件。復(fù)合紡絲箱體采用三個(gè)箱體的形式，即把兩種聚合物熔體管道和計(jì)量泵分別安置在兩個(gè)副箱體中，從計(jì)量泵輸出的兩種熔體進(jìn)入復(fù)合箱體，稱之為主箱體，復(fù)合噴絲組件安置其中。復(fù)合紡絲組件采用同心皮芯型復(fù)合噴絲組件，大體由噴絲頭套、

26、上蓋板、自密封壓板、過濾層、分配板、復(fù)合板、噴絲板等組成。,皮芯型復(fù)合纖維組分喂入形式,（a）狹縫式喂入法 （b）插管式喂入法 圖4-4 同心皮芯型復(fù)合纖維喂入形式,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲的工藝流程,a.PP b.PE 1、2.雙螺桿擠出機(jī) 3.PP組分計(jì)量泵 4.PE組分計(jì)量泵 5. PP分計(jì)量泵 6. PE分計(jì)量泵 7.噴絲板 8.環(huán)吹風(fēng) 9.上油輥 10.水給濕

27、11.卷繞輥,,,,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維紡絲過程的主要工藝參數(shù),復(fù)合比：PP與PE體積比為50：50 泵供量 ：兩種組分的泵供量相等，為 23cm3/轉(zhuǎn) 冷卻吹風(fēng)條件及紡絲速度 風(fēng)溫：14±1℃；風(fēng)速：1.0—1.4m/秒； 風(fēng)濕：85%±5% 冷卻吹風(fēng)位置：噴絲板下40cm處； 紡絲速度為800m/min。,螺桿各區(qū)溫度的選擇與控制,纖維后加工工藝參數(shù),拉伸倍數(shù)

28、對(duì)PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維性質(zhì)的影響,不同倍數(shù)拉伸后纖維性質(zhì),復(fù)合纖維比強(qiáng)度、取向因子、沸水縮率隨拉伸倍數(shù)變化規(guī)律,復(fù)合纖維斷裂伸長(zhǎng)隨拉伸倍數(shù)變化規(guī)律,復(fù)合纖維斷裂比強(qiáng)度、取向因子、沸水縮率及斷裂伸長(zhǎng)率隨拉伸倍數(shù)的變化規(guī)律如圖4-7（a）、（b）所示?？梢钥闯觯S著拉伸倍數(shù)的增加，大分子鏈沿纖維軸線方向取向度不斷提高，同時(shí)取向誘導(dǎo)結(jié)晶，使纖維密度、強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降，沸水收縮率增加，顯示了良好的規(guī)律性。,卷曲工藝,前道機(jī)器送

29、來的濕的平直狀態(tài)的PP/PE復(fù)合纖維，在上下卷曲壓力輥及調(diào)節(jié)裝置機(jī)械壓力的作用下，受阻卷曲，加工成縱向卷曲狀的纖維，賦予其優(yōu)良的抱合力，并有利于后道工序的加工。機(jī)械卷曲的原理圖及S655型卷曲機(jī)如4-8（a）、（b）所示。,,圖4-8（a）卷曲原理圖,圖4-8（b）S655型卷曲機(jī)示意圖,,PP/PE皮芯型復(fù)合纖維的冷卻成形分析,PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的冷卻成型較為復(fù)雜，因?yàn)槠覲E和芯層PP它們的熔點(diǎn)、熱傳導(dǎo)率、晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)晶

30、速度均不同。因此，使兩組分都能達(dá)到均勻冷卻且使纖維具有良好的拉伸性能是比較困難的。由于PE分子鏈規(guī)整且柔軟，能以能量最小及最穩(wěn)定的鋸齒狀切入晶格，因而極易結(jié)晶，最大結(jié)晶度可達(dá)95%，而PP分子鏈為螺旋形結(jié)構(gòu)，雖然排列規(guī)整，也易結(jié)晶，但比PE結(jié)晶差，最大結(jié)晶度為80%。如冷卻溫度過低，會(huì)使PE結(jié)晶減少，對(duì)芯層PP來說，急冷可生成次晶結(jié)構(gòu)有利于后道拉伸，但過度的冷卻反而會(huì)使皮層PE冷卻過快造成卷繞應(yīng)力增大，導(dǎo)致應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)增加，這樣后牽伸時(shí)

31、會(huì)造成斷頭。若溫度過高，熔體的大分子鏈活動(dòng)活躍，可被充分拉伸，從而導(dǎo)致取向度過高，使得卷繞張力增加，卷繞張力反過來誘導(dǎo)大分子加快結(jié)晶，使大分子鏈變得僵硬，拉伸性能變差?；谝陨弦蛩乜紤]， PP/PE熱粘合復(fù)合纖維的冷卻成形工藝參數(shù)設(shè)置為：冷卻位置在噴絲板下40cm處，風(fēng)溫為25℃，風(fēng)速為0.4—0.5m/秒。此時(shí)，纖維皮芯結(jié)構(gòu)成形及纖維條干均勻度良好，并且具有適宜的斷裂強(qiáng)度及伸長(zhǎng)。,,影響PP/PE雙組分復(fù)合纖維斷面形態(tài)的因素,影響P

32、P/PE熱粘合復(fù)合纖維斷面形態(tài)的因素主要有噴絲復(fù)合組件、熔體性質(zhì)以及復(fù)合紡絲條件等，這些因素決定了復(fù)合纖維截面的形狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到纖維的機(jī)械物理性質(zhì)。如圖4-9所示。,,圖4-9 影響PP/PE皮型型復(fù)合纖維截面形狀的因素,,第五章 耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合 復(fù)合短纖維的性能測(cè)試,拒水性能的測(cè)試,低熔點(diǎn)熱粘合性能,其它性能,拉伸斷裂曲線,纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及熱粘合狀態(tài),性能測(cè)試,拒水性能測(cè)試拒水耐久性的測(cè)試,表面形態(tài)截

33、面形態(tài) 粘合狀態(tài),,纖維拒水性能的測(cè)試,兩種方法,,簡(jiǎn)易法測(cè)定,防雨拒水性能儀,方法是將一定量的拒水復(fù)合纖維，一般為5g，揉成球狀，置于水溫為25℃靜止的水面上，在纖維自身的重量下，看纖維潤(rùn)濕下沉的情況。纖維漂浮在水面上難以潤(rùn)濕，或經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間（48小時(shí)）漂浮難以下沉，我們說纖維具有良好的拒水性能。此方法只適用于批量生產(chǎn)過程中對(duì)纖維拒水性能的大體判斷，嚴(yán)格來講，復(fù)合纖維拒水性能應(yīng)通過其織物或無紡布按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。,簡(jiǎn)易法測(cè)定,防雨拒

34、水性能儀測(cè)試法,實(shí)驗(yàn)儀器,,圖5-1 AS20型防雨拒水性能儀,試樣規(guī)格及測(cè)試方法,熱風(fēng)穿透式熱粘合無紡布14cm×14cm，平方米克重20g。無紡布的防雨拒水性能測(cè)試按照GB/T14577—93(ISO9865—1991)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。測(cè)試水溫為20士2℃。將試樣固定在試樣夾上，放到防雨拒水測(cè)試儀中，將水以100mm/min的流速噴淋到試樣表面，噴淋時(shí)間10min，噴淋完畢，將試樣框夾取下，輕輕地拍打兩下，然后與評(píng)級(jí)樣和評(píng)級(jí)

35、標(biāo)準(zhǔn)文字評(píng)定級(jí)別。,評(píng)級(jí)的文字規(guī)定及評(píng)級(jí)試樣,試驗(yàn)結(jié)果,,拒水耐久性的測(cè)試,耐久性測(cè)定參照AATCC Test Method 124—1996。采用AATCC標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)，2g/L標(biāo)準(zhǔn)皂粉，水溫30℃，選擇小水浴標(biāo)準(zhǔn)洗滌，然后在標(biāo)準(zhǔn)烘干機(jī)中烘干，這樣一個(gè)循環(huán)為水洗一次，測(cè)定5次水洗后的拒水效果，評(píng)價(jià)拒水耐久性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5-3所示。,結(jié)果分析,設(shè)短纖維5次沖洗前后拒水等級(jí)分別為Z1、Z2，由題意知，Z1、Z2符合二次分布，其分布率分別為

36、：,,E（Z1）=4×0.4+5×0.6=4.6E（Z2）=4×0.8+5×0.2=4.2由以上短纖維拒水等級(jí)的數(shù)學(xué)期望分析可知，沖洗前后短纖維的拒水級(jí)別都介于4～5級(jí)之間，5次沖洗后拒水期望值為4.2，略低于沒有經(jīng)過沖洗時(shí)拒水級(jí)別的期望值4.6，說明沖洗后短纖維的拒水性能受到一些影響，但其拒水等級(jí)分布仍處于4～5級(jí)之間，拒水性能良好，具有優(yōu)良的耐久性。,,低熔點(diǎn)熱粘合性能測(cè)試,利用CRY-1

37、P差熱分析儀（DTA）測(cè)試耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維兩種組分的熔點(diǎn)分布，其 DTA曲線及檢測(cè)結(jié)果如圖5-3所示。,,,可以清楚地看到復(fù)合纖維的兩個(gè)熔融峰，即PE熔點(diǎn)為127.5℃，PP熔點(diǎn)為165.4℃，這樣，當(dāng)熱粘合溫度達(dá)到127.5℃時(shí)，皮層PE熔融于相互交叉點(diǎn)處粘結(jié)，而芯層PP還沒有達(dá)到熔點(diǎn)，為粘合的纖維提供必要的形狀和模量支持。,,機(jī)械物理及其它性能測(cè)試,對(duì)纖維的斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)、細(xì)度、初始模量、斷裂比功、體積電阻、

38、卷曲數(shù)、切斷長(zhǎng)度、含油率等進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,復(fù)合短纖維強(qiáng)力適中，斷裂比強(qiáng)度和棉纖維的干態(tài)強(qiáng)度差不多；伸長(zhǎng)較大，平均斷裂伸長(zhǎng)為159.85%，最高可達(dá)211.9%，是羊毛纖維的5倍左右。復(fù)合纖維的初始模量平均值為20.39 CN/Dtex，是干態(tài)棉纖維的1/3～1/4，家蠶絲的1/2左右，纖維剛性小，柔軟舒適。復(fù)合纖維細(xì)度與棉纖維細(xì)度相當(dāng)，細(xì)度平均值為2.0974 Dtex，較細(xì)的細(xì)度也賦予了纖維柔軟舒適的特性。短

39、纖維卷曲數(shù)為15.5～16.3個(gè)/25mm，使得該復(fù)合纖維具有較強(qiáng)的抱合力和優(yōu)良的彈性。 PP/PE熱粘合復(fù)合纖維的體積比電阻級(jí)數(shù)為107，資料表明［35］［36］，合成纖維的體積比電阻在108級(jí)數(shù)以下時(shí)就具有良好的抗靜電性能，因此該復(fù)合纖維具有優(yōu)良的抗靜電性能，保證了纖維后續(xù)加工中開松、梳理、成網(wǎng)等工序的順利進(jìn)行。PP/PE熱粘合復(fù)合纖維的含油量在0.33～0.47之間，纖維之間的摩擦處于邊界摩擦和流體摩擦之間，保證了纖維具有適

40、當(dāng)?shù)膭?dòng)、靜態(tài)摩擦系數(shù)。在纖維的加工過程當(dāng)中，纖維通過各種機(jī)器部件，在纖維與纖維，纖維與機(jī)器之間發(fā)生摩擦，纖維的摩擦特性與抱合性和加工性能密切相關(guān)。表示摩擦特性的主要指標(biāo)是動(dòng)、靜態(tài)摩擦系數(shù)。靜摩擦系數(shù)高，特別是靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差（Δμ）較大時(shí)，纖維抱合性好，反之亦成立；動(dòng)摩擦系數(shù)的高低也對(duì)各個(gè)工序的順利進(jìn)行有重要影響。在選擇使用相同抗靜電劑的條件下，含油率是調(diào)節(jié)摩擦系數(shù)的重要指標(biāo)，當(dāng)然，摩擦系數(shù)的具體調(diào)節(jié)還取決于實(shí)際的加工過程和工藝需要。

41、各測(cè)試指標(biāo)除斷裂伸長(zhǎng)、初始模量外，其它測(cè)試項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)差、CV值都較小，說明復(fù)合短纖維的性能穩(wěn)定，質(zhì)量偏差較小。,,復(fù)合纖維的拉伸斷裂曲線,取拉伸試驗(yàn)第46次數(shù)據(jù)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的力值及伸長(zhǎng)值，繪出復(fù)合纖維的拉伸曲線點(diǎn)狀圖，并對(duì)其拉伸規(guī)律進(jìn)行曲線擬合，求出拉伸曲線的擬合方程式，利用此擬合方程，可以得到不同拉伸倍數(shù)時(shí)復(fù)合纖維的強(qiáng)力分布，進(jìn)一步了解其拉伸特性。復(fù)合纖維的拉伸曲線點(diǎn)狀圖如5-4所示，利用Origin Professional對(duì)該點(diǎn)狀

42、圖進(jìn)行5次曲線擬合，曲線擬合圖如圖5-5所示，曲線擬合方程如式（5-3）所示。,,圖5-4 PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的拉伸斷裂點(diǎn)狀圖,,圖5-5 PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的拉伸斷裂曲線擬合,,對(duì)圖5-5中的數(shù)據(jù)B,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，曲線擬合：Polynomial Regression for DATA1_B:Y = A + B1*X + B2*X^2 + B3*X^3 + B4*X^4 + B5*X^5

43、 Parameter Value Error （參數(shù)） （數(shù)值） （參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差）------------------------------------------------------------ A 0.10546 0.10445B1 0.36302 0.01973B2 -0.01017 9.52

44、637E-4 B3 1.30832E-4 1.6642E-5B4 -7.75698E-7 1.20786E-7B5 1.72692E-9 3.0959E-10------------------------------------------------------------ R-Square(COD) SD N P

45、 （確定系數(shù)） （標(biāo)準(zhǔn)偏差）（擬合點(diǎn)個(gè)數(shù)） （失真概率）------------------------------------------------------------ 0.99912 0.10456 8 0.00221,曲線擬合方程為：,由以上擬合曲線可以看出，隨著拉伸倍數(shù)的提高，伸長(zhǎng)在25%以前時(shí)，強(qiáng)力隨伸長(zhǎng)呈線性增長(zhǎng)；當(dāng)伸長(zhǎng)達(dá)到25%

46、左右時(shí)達(dá)到纖維的屈服點(diǎn)，此后，強(qiáng)力隨伸長(zhǎng)繼續(xù)增大，直至斷裂。在拉伸曲線上，無明顯的二次斷裂現(xiàn)象，說明PP、PE兩種組分粘結(jié)牢固，當(dāng)強(qiáng)力達(dá)到一定值時(shí)同時(shí)斷裂，反映了兩種組分之間良好的粘結(jié)性能。,,,,復(fù)合短纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及熱粘合狀態(tài),纖維表面形態(tài)結(jié)構(gòu) 用XSP生物顯微成像系統(tǒng)觀察耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的表面形態(tài)，放大倍數(shù)400倍。纖維表面光滑，無明顯溝槽橫紋。,,關(guān)閉XSP生物顯微成像系統(tǒng)的底照明光源，只用垂直照明系統(tǒng)垂

47、直照射，將纖維放大400倍進(jìn)行觀察，觀察圖像如圖所示。關(guān)閉纖維成像系統(tǒng)的底照明光源后，在垂直光源的照射下，由于PE的密度大于PP密度，再加上它們光學(xué)性質(zhì)的差異，可以清楚地看出兩種組分在纖維橫截面上的皮芯結(jié)構(gòu)及沿軸向的分布。,,復(fù)合短纖維橫截面形態(tài)結(jié)構(gòu),耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維的橫截面如圖5-8所示，放大倍數(shù)1000倍?？梢郧宄乜吹诫p組分皮芯結(jié)構(gòu)。,,復(fù)合短纖維的熱粘合狀態(tài),觀察倍數(shù)100倍,,放大倍數(shù)40倍,,由上兩圖

48、可以清楚地看到，PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維在熱風(fēng)粘合無紡布中的粘合是一種“點(diǎn)”狀粘合，而非“區(qū)”粘合的形式。由于纖維經(jīng)過熱粘合加工后，仍保持復(fù)合纖維的形狀和性能，因此PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維制成的非織造布比純PP纖維制成的非織造布強(qiáng)力高［5］，并且具有柔軟的手感，豐滿，蓬松性好，沒有紙感，從而大大豐富和優(yōu)化了非織造布領(lǐng)域中的產(chǎn)品品種和質(zhì)量。,,第六章 耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合 復(fù)合纖維的產(chǎn)品

49、開發(fā),產(chǎn)品開發(fā)（生產(chǎn)熱粘合無紡布）,熱粘合機(jī)理熱粘合工藝流程熱風(fēng)粘合法 熱軋粘合法,,熱粘合機(jī)理,熱塑性合成纖維一般均具有無定型—結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)，結(jié)晶區(qū)的存在使纖維具有一定的強(qiáng)力，而無定形區(qū)的存在使纖維大分子鏈可自由移動(dòng)，從而纖維在加熱時(shí)有玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，熱粘合加固正是利用這一機(jī)理。當(dāng)PP/PE熱粘合纖維網(wǎng)被加熱到129℃或稍高時(shí)，即達(dá)到復(fù)合纖維皮層PE的熔點(diǎn)以上時(shí)，PE非晶區(qū)的纖維大分子鏈構(gòu)象發(fā)生變化，通過鏈段的相躍

50、遷，使整個(gè)大分子鏈相互滑移，即皮層PE軟化、熔融、發(fā)生粘性流動(dòng)，此時(shí)，相互接觸的復(fù)合纖維在交叉點(diǎn)處形成粘合點(diǎn)，冷卻后形成手感蓬松柔軟、點(diǎn)狀粘合的熱粘合無紡布。,,熱粘合工藝流程,熱粘合工藝流程如圖所示。,,,熱風(fēng)粘合法,目前熱風(fēng)粘合主要分為熱風(fēng)噴射式和熱風(fēng)穿透式粘合法。熱風(fēng)噴射式系統(tǒng)將熱氣流從位于纖網(wǎng)上部或下部，或者上下部都有的一系列噴嘴噴向纖網(wǎng)，使纖網(wǎng)中復(fù)合纖維皮層組分PE加熱熔融，相互粘結(jié)，纖網(wǎng)冷卻后達(dá)到加固目的。其熱風(fēng)噴射原理圖

51、如下圖所示。,,熱風(fēng)穿透式是使熱氣流垂直穿過纖網(wǎng)，纖網(wǎng)迅速受熱，其中復(fù)合纖維皮層低熔點(diǎn)組分PE迅速熔融,冷卻后使纖網(wǎng)得到加固，其穿透原理圖如下圖所示。,,熱風(fēng)粘合加固需要以下基本的工藝要求：（1）纖網(wǎng)整個(gè)寬度的受熱要均勻，或者說在寬度方向熱風(fēng)溫度要一致。（2）熱風(fēng)的溫度可以按需要進(jìn)行控制，熱風(fēng)吹向纖網(wǎng)時(shí)不會(huì)破壞纖網(wǎng)的均勻度。（3）纖網(wǎng)加熱粘合后要迅速而均勻地冷卻，以形成穩(wěn)定的纖網(wǎng)粘合結(jié)構(gòu)。（4）加熱能耗要盡可能低，以降低成本。,

52、熱風(fēng)穿透式熱粘合設(shè)備及加工原理,由于婦女用品及嬰兒尿布等衛(wèi)生材料需具有蓬松、透氣、柔軟等特點(diǎn)，因此其無紡布的生產(chǎn)工藝大都通過熱風(fēng)穿透式生產(chǎn)工藝。熱風(fēng)穿透式粘合工藝適于高速生產(chǎn)輕定量的熱粘合非織造布,定重一般為16g/m2～50 g/m2。圓網(wǎng)式熱風(fēng)穿透粘合機(jī)如下圖所示。,,,熱軋粘合法,熱軋粘合加固是熱粘合方法中應(yīng)用較晚的一種技術(shù),適用于高速生產(chǎn)薄型非織造布，其產(chǎn)品大部分也用作高吸收性產(chǎn)品的包覆材料。下圖為熱軋粘合加固的工藝原理示意

53、圖。,,熱軋粘合加固根據(jù)其作用，可分為表面粘合、面粘合與點(diǎn)粘合加固三種。衛(wèi)生包覆材料用熱軋粘合無紡布基本采用面粘合加固，纖網(wǎng)定量都很小，一般為18g/m2～25 g/m2。熱軋面粘合制成的無紡布，一般都表面比較光滑。圖6-7為面粘合的熱軋粘合加固工藝示意圖。,,1-纖網(wǎng) 2-鋼輥 3-棉輥 4-牽拉輥 5-補(bǔ)償裝置 6-棉輥 7-鋼輥 8-水冷卻輥,,總 結(jié),本課題通過以上研究，主要得出以

54、下結(jié)論：,（1）順應(yīng)化纖業(yè)功能性、舒適性的發(fā)展方向及當(dāng)前巨大的國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維作為一種新型的衛(wèi)生材料將會(huì)有越來越廣泛的應(yīng)用。,（2）本課題運(yùn)用高分子理論，通過原料的優(yōu)化選擇，發(fā)現(xiàn)熔融指數(shù)為15～25，分子量為7～12萬的高密度PE原料可以滿足復(fù)合紡絲及低熔點(diǎn)熱粘合的要求。其中由分子量12萬左右的PE切片所得復(fù)合纖維強(qiáng)度稍低，延伸度較高，更適合于非織布的使用，其與熔融指數(shù)為20～30，分子量為1

55、4～16萬的PP具有良好的復(fù)合紡絲性能。,（3）通過合理的拒水油劑選擇及油劑的配方設(shè)計(jì)，可以賦予纖維優(yōu)良的耐久型拒水性能。（4）在纖維的紡絲后拉伸工藝控制過程中，隨著拉伸倍數(shù)的提高，復(fù)合纖維大分子鏈沿纖維軸線方向取向度不斷提高，同時(shí)取向誘導(dǎo)結(jié)晶，使纖維密度、強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降，沸水收縮率增加，顯示了良好的規(guī)律性。（5）由該復(fù)合紡絲技術(shù)生產(chǎn)的耐久型拒水PP/PE低熔點(diǎn)熱粘合復(fù)合纖維具有無味無毒、手感柔軟、富有彈性、透氣不透濕等一