（纺织材料与纺织品设计专业论文）海岛纤维贝斯革聚氨酯湿法凝固及开纤工艺研究.pdf

摘要 海岛纤维贝斯革聚氨酯湿法凝固及开纤工艺研究 摘要 经过多年的不断研究开发，p u 合成革无论在产品质量、品种，还是 产量上都得到了快速增长。人们越来越期望其性能接近天然皮革，甚至 超过天然皮革。海岛纤维合成革跨越了四个产业领域及相关专门技术， 即海岛短纤维生产技术、海岛纤维非织造基布生产技术、海岛纤维合成 革生产技术和合成革染整后加工技术，为这一发展趋势开辟了道路。本 文主要对海岛纤维贝斯革聚氨酯湿法凝固及开纤工艺进行了系统研究， 分析探讨了用于革基布的非织造成网工艺、针刺工艺、基布预处理工艺、 聚氨酯湿法凝固工艺、汽蒸开纤等诸工艺与海岛纤维贝斯革结构与性能 的关系，并运用二次正交回归设计优化聚氨酯湿法凝固工艺。 本论文研究了新的p v a 预处理工艺。将预收缩工艺和上浆工艺合二 为一，并分段上浆。基布在p v a 溶液温度为6 0 7 0 。c 下预收缩，再进入 p v a 溶液温度8 0 9 5 再次收缩。这样既可以使基布得到充分收缩，同时 又防止了基布收缩过快造成布面不平整。实验表明，p v a 预处理能提高 贝斯革的撕裂力学性能、透气性和弹性。 聚氨酯湿法凝固。本文提出了聚氨酯在相对温差下的湿法凝固方法， 改善了成孔结构和产品性能。并对聚氨酯含浸液浓度、凝固浴d m f 的浓 度、凝固时间各单因素对产品性能的影响作了分析。研究表明，随聚氨 酯含浸液的浓度的增加，产品的纵横向撕裂强力均先增加后减小；d m f 浓度越高，凝固速度越慢，膜内孔径细微；凝固浴温度和凝固时间是成 东华大学硕士学位论文 正比关系，温度高，则扩散速度快，膜表面很快生成致密层，影响内部 d m f 的均匀扩散，成孔孔径小而不匀；凝固时间越长，成孔孔径小越小。 以聚氨酯含浸液浓度、凝固浴d m f 的浓度、凝固时间为影响因素，用二 次回归正交设计优化凝固工艺，采用目标规划法来构造统一目标函数，最 后用随机搜索法求得该函数最优工艺为聚氨酯含浸液的浓度为1 9 3 ， d m f 的浓度为1 5 9 ，凝固时间为9 m i n 。 本课题采用高温汽蒸开纤的新方法，以浓度、温度、时间为影响因 子设计正交实验，再做极差分析优化开纤工艺。即n a o h 浓度为15 9 l 1 ， 蒸化温度为1 0 5 ，蒸化时间为8 r a i n 。 本课题采用水溶性聚乙烯醇对基布预处理和汽蒸开纤工艺较好的改 善了贝斯革的使用性能；在开纤工艺中，利用离心力的原理，可以通过 这种强吸的作用把比较厚实的超细纤维非织造基材内溶解下来的“粘稠 状的可溶性聚合物甩干。并且不会因为存在张力，破坏非织造布内部纤 维的排列结构，从而影响贝斯革的物理性能。该新技术做到节能减排。 关键词：海岛纤维，非织造布，贝斯革，聚氨酯，湿法凝固，开纤工艺 i i r e s ea rc h0 i nw e ts o l ) 环i c a t l 0 i na n ds p l i t t n 呵g p r o c e sso fp o i ：y u 哏e t ha n eb a s ew i t hs e a i s l a n d f e r s a b s t r a c t a f t e rm a n yy e a r so fc o n t i n u o u sr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ，p u s y n t h e t i c l e a t h e rk e p tf a s tg r o w t hi nb o t hp r o d u c tq u a l i t yv a r i e t ya n dp r o d u c t i v i t y p e o p l ee x p e c t e di t sp e r f o r m a n c em o r el i k en a t u r a ll e a t h e r , e v e ns u r p a s s e si t t h es y n t h e t i cl e a t h e rw i t hs e a i s l a n df i b e r sh a sf o u ri n d u s t r i a ld o m a i n s ， i n c l u d e s p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y o f s t a p l e s e a - i s l a n d f i b e r s ，p r o d u c t i o n t e c h n o l o g yo fn o n w o v e n i n gs u b s t r a t e sw i t ht h es e a - i s l a n df i b e r s ，p r o d u c t i o n t e c h n o l o g yo fs y n t h e t i cl e a t h e rw i t hs e a - i s l a n df i b e r sa n da f t e r - t r e a t m e n t ，a l l o ft h e s ep a v e dt h ew a yf o rt h i st r e n do fd e v e l o p m e n t w e ts o l i d i f i c a t i o no f p o l y u r e t h a n e s y n t h e t i cl e a t h e rw i t hs e a - i s l a n df i b e r sa n da l k a l id e w e i g h t i n g h a v eb e e ns t u d i e d ，a l s ow e bf o r m a t i o np r o c e s s ，n e e d l ep u n c h i n g ，p r e t r e a t m e n t o fs u b s t r a t e s ，w e ts o l i d i f i c a t i o no fp o l y u r e t h a n e ，a l k a l id e w e i g h t i n gb y s t e a m i n gu s e di nt h es u b s t r a t e st ot h es t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo fb a s e h a v ed i s c u s s e d ，a n do p t i m i z e sw e ts o l i d i f i c a t i o np r o c e s so fp o l y u r e t h a n e b yq u a d r a t i cr e g r e s s i o no r t h o g o n a ld e s i g n n e wc r a f to fp v ap r e t r e a t m e n th a sb e e ns t u d i e db yc o m b i n i n gt h e p r e c o n t r a c t i o nc r a f tw i t ht h es t a r c h i n gc r a f t ，a n dp a r t i t i o n st h es t a r c h i n g t h e s u b s t r a t ew a sp r e c o n t r a c t e df i r s tt i m eu n d e rt h et e m p e r a t u r e6 0 - - 7 0 ( 2o ft h e i 东华大学硕士学位论文 p v as o l u t i o n ，a n dt h e n8 0 - 9 5 o n c em o r e b o t ho ft h e s em a k es u b s t r a t e s c o n t r a c tf u l l y , w h i c hp r e v e n tt h eb a s ec l o t hc o n t r a c t i n ge x c e s s i v e l yq u i c ka n d s h r i n k t h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h ep v a p r e t r e a t m e n th a di m p r o v e dt e a r s t r e n g t h ，p o r o s i t ya n de l a s t i c i t yo ft h eb a s e w e ts o l i d i f i c a t i o no fp o l y u r e t h a n eu n d e rr e l a t i v ed i f f e r e n c ei n t e m p e r a t u r eh a sb e e np r o p o s e d ，i m p r o v e dt h ep o r o u ss t r u c t u r ea n dt h e p r o d u c tp e r f o r m a n c e p r o d u c tp e r f o r m a n c ei n f l u e n c e s ，i n c l u d e dc o n c e n t r a t i o n o fp o l y u r e t h a n es o l u t i o n ，d m fd e n s i t yo ft h es o l i d i f i c a t i o nb a t h ，t h es e t t i n g t i m eh a v eb e e na n a l y z e di n d e p e n d e n t l y t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a ti n c r e a s e s o l i d i f i c a t i o nc o n c e n t r a t i o no ft h ep o l y u r e t h a n es o l u t i o n ，t h ev e r t i c a la n d h o r i z o n t a l s t r e n g t hf i r s t l y i n c r e a s ea n dt h e nr e d u c e ；w h e nt h ed m f c o n c e n t r a t i o ni sh i g h e r , t h es o l i d i f i c a t i o ns p e e di ss l o w e r , t h ep o r e si nt h e m e m b r a n ea r e s m a l l e r ；s o l i d i f i c a t i o nb a t ht e m p e r a t u r ea n dt i m ea re p r o p o r t i o n a l t ot h e r e l a t i o n s ：p r o p a g a t i o n r a t e w i l lb e q u i c k i fb a t h t e m p e r a t u r ei sh i g h e r , m e m b r a n es u r f a c eg e t st h i n kv e r yq u i c k l y ，a f f e c t se v e n p r o l i f e r a t i o nd m f ，m a k et h ep o r e su n e v e n ；t h el o n g e rc o a g u l a t i o nt i m ei s ，t h e s m a l l e r p o r e d i a m e t e ri s i n f l u e n c ef a c t o r si n c l u d e c o n c e n t r a t i o n ， s o l i d i f i c a t i o nb a t hd m f c o n c e n t r a t i o n ，s e t t i n gt i m e o p t i m i z e dc r a f th a sb e e n a n a l y z e dt h r o u g hq u a d r a t i cr e g r e s s i o no r t h o g o n a ld e s i g n u s i n gt h et a r g e t 一一 ， 一一 p r o g r a m m i n gl a wt oc r e a t et h es t r u c t u r eu n i f i e do b j e c t i v ef u n c t i o n f i n a l l y u s e dt h es t o c h a s t i cs e a r c hm e t h o dt oo b t a i nm o s ts u p e r i o rc r a f to ft h i s i v f u n c t i o n ：19 3 ( t h ed i p p i n gc o n c e n t r a t i o no ft h ep o l y u r e t h a n e ) ，15 9 ( d m fd e n s i t y ) ，a n d9 r a i n s ( s e t t i n gt i m e ) t h i sn e wm e t h o du s eh i g ht e m p e r a t u r es t e a m i n gt os p l i t t i n g t h i sa r t i c l eh a sd e s i g n e do r t h o g o n a le x p e r i m e n t sw i t ht h et h r e e f a c t o r so nc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r e ，a n dt i m e t h e no b t a i nt h e o p t i m i z a t i o np r o c e s sb y t h e r a n g ea n a l y s i s ：15 9 l 1 ( n a o h c o n c e n t r a t i o n ) ， 10 5 ( s t e a m i n gt e m p e r a t u r e ) ， a n d8 m i n s ( s t e a m i n gt i m e ) w a t e r s o l u b l ep o l y v i n y la l c o h o lp r e t r e a t m e n to nt h es u b s t r a t ea n d a l k a l i d e w e i g h t i n gb yh i g ht e m p e r a t u r es t e a m i n gi m p r o v e t h e p e r f o r m a n c eo fb a s e a l k a l id e w e i g h t i n gp r o c e s s ，w h i c hu s e dt h e c e n t r i f u g a lf o r c ep r i n c i p l e ，c a ne l i m i n a t et h es o l u b l ep o l y m e rw i t h t h e s t r o n g s u c t i o ne f f e c t a n dd on o ta f f e c t t h e p h y s i c a l p e r f o r m a n c eo ft h eb a s e t h i sn e wt e c h n o l o g yc a ns a v ee n e r g ya n d r e d u c ed i s c h a r g e y a n gy o u h o n g ( t e x t i l em a t e r i a la n dt e x t i l e sd e s i g n ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o ry i nb a o p u k e yw o r d s ：s e a i s l a n df i b e r ，n o n w o v e n ，b a s e ，p o l y u r e t h a n e ，w e t s o l i d i f i c a t i o n ，s p l i t t i n gp r o c e s s v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交 的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。 论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：粕旌乒 日期：蒯年0f 月占日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密1 3 ，在年解密后适用本版权 书。 本学位论文属于 不保密毗 学位论文作者签名：如刍- 日期：矿g 年0 1 月，6e t 指+ 弥肛穆 日期m 刖了日 1 绪论 1 绪论 世界范围内天然皮革价格快速增长，促使了合成革发展的日新月异， 而新型纤维、超细纤维、化学粘合剂及工艺的开发又加速了这一发展进 程。在皮革代用材料3 0 多年的发展过程中，其基材也在不断地发展完善， 两者相互促进，从一开始的机织布、针织布发展到物性优良的非织造布。 正由于非织造布纤维的三维结构与天然皮革“网状层”中的骨胶原纤维连 续交络的组织结构极为相似，再经高分子乳胶浸渍处理后，其强力、柔 软性、透气性、吸湿性及与p u 的附着力都有明显的改善，并得到较好的 “仿真”效果，因此非织造合成革基布在近年来得到了较快的发展【l 】。 当前非织造技术发展的一个趋势是各工艺之间互相渗透，并向混杂 化、复合化方向发展。超细纤维非织造基材在合成革领域的应用充分体 现了这一发展趋势，从而拓展了非织造材料的新用途。海岛短纤维生产 高级合成革已成为国际人工制革的发展趋势，其跨越了四个产业领域及 相关专门技术，即海岛短纤维生产技术、海岛纤维非织造基布生产技术、 海岛纤维合成革生产技术和合成革染整后加工技术【2 】，它们是国内外制革 行业及相关产业关注并研究的重点。 1 1 贝斯革 1 1 1 贝斯革定义及用途 贝斯革是指聚氨酯树脂混合液浸渍或涂覆于基布，聚氨酯树脂逐渐 凝固形成多孔性的皮膜，即微孔聚氨酯粒面层。贝斯是英文b a s e 的音译， 其含意是基革的意思 3 1 。本论文中贝斯革的定义：以海岛纤维为原料，针 刺工艺加工成非织造基材，再对其含浸p u 、湿法凝固及减量开纤后形成 的合成革半成品。贝斯革经预磨绒、染色、后整理等工艺后，才能成为 聚氨酯合成革成品。贝斯革用途十分广泛，可以用于服装、鞋、皮包、 东华大学硕士学位论文 球类等。 贝斯革基布是海岛型短纤维经梳理成网、针刺加固而成的。其原料 海岛纤维是一种多成分体系，从纤维的横截面看是一种成分以微细而分 散的状态被另一种成分包围着，好像“海”中有许多“岛屿”。其“岛”成分和 “海”成分在纤维轴向上是连续、密集、均匀分散的。从整根纤维看，它 具有常规纤维的纤度。但是如果设法把“海”成分去掉，就可以得到集束 状的超细纤维束1 4 。 1 1 2 聚氨酯 聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，常用p u 表示，一般由含两个以上异 氰酸基化合物与含两个以上活泼氢的化合物反应制得的具有氨基甲酸酯 ( 一n h c o o 一) 链段重复结构单元的高分子化合物，是发展得较晚而性 能较好的一种合成高分子材料1 5 】。 聚氨酯发展的历史始于19 世纪，l8 4 8 年w u r t z 首先用乙醇和乙基异 氰酸酯合成了氨基酸酯。直到l9 3 7 年德国的b a y e r 及其合作者利用六亚 甲基二异氰酸酯和1 ，4 丁二醇发生加成聚合反应制得聚氨酯树脂，并于 19 4 1 19 4 2 年建成了月产10 吨的聚氨酯制品车间。我国的聚氨酯树脂工 业是在6 0 年代初期开始发展起来。 聚氨酯从大的方面可分为两类，即溶剂型聚氨酯和水系聚氨酯。前 者是以有机溶剂为分散连续相的系统，后者是以水为分散连续相的系统。 聚氨酯树脂整理主要有干法和湿法两种。干法整理可分为直接涂层 和转移涂层两类。湿法整理可分为直接涂敷法、薄膜法和聚氨酯湿法凝 固法。海岛纤维合成革主要采用湿法中的聚氨酯湿法凝固法整理。目前 湿法凝固所用的聚氨酯还以溶剂型单组份聚氨酯为主。溶剂二甲基甲酰 胺( d m f ) 及其他必要的助剂和着色剂与水以一定配比混和作为凝固浴。 1 1 3 主要生产技术路线 海岛纤维贝斯革的生产技术比较复杂，各种生产方法也不相同，流水 线较长，主要包括非织造基材成形，聚氨酯树脂整理剂开纤工艺，工艺 2 1 绪论 技术路线图见图1 1 。 ( 1 )非织造基材成形工艺 当今合成革不仅要求外观类似真皮，而且要求产品内部及截面也类 似真皮。而传统的机织布基是无法达到上述要求的。非织造布作为新一 代的基布，具有三维网络状的纤维结构和较佳的厚薄均匀度及表面平整 度，拉伸强度高、柔软、质轻强韧并且质量稳定性好。 图l l 贝斯革工艺路线图 非织造布基布作为合成革的主要支撑材料，它的性能好坏是影响合成革 质量的重要因素。目前先进的针刺非织造布加工技术可以将纤维加工成 三维立体络合基材，使络合密度达到高于天然真皮的密度，无论外观特 征和内在结构特性均接近并达到真皮标准。目前与今后一段时间内，合 3 东华大学硕士学位论文 成革基布仍主要采用针刺法非织造布。针刺法生产非织造基布工艺如下： 开包机_ 桥型磁铁_ 粗开松机一多仓混棉机一精开松机一桥型磁铁_ 储 棉箱- 喂棉箱_ 皮带称重系统一梳理机_ 铺网机_ 预针刺机一主针刺机 一修面针刺机_ 储布卷绕机圆网定型机一三滚烫平机一切边卷绕机。 ( 2 ) 聚氨酯树脂整理 聚氨酯树脂整理工艺路线如下：非织造基材_ p v a 预处理_ 浸渍聚 氨酯溶液一聚氨酯湿法凝固一热水洗_ 干燥_ 贝斯革半成品。 由上道工序生产的非织造针刺布作为贝斯革基材经p v a 预处理后浸 渍聚氨酯溶液，然后用d m f 溶液水洗凝固，这时候基材里面含有p v a ， 还得用热水处理，再干燥以备下道工序用。 ( 3 ) 碱减量开纤 开纤是实现海岛型超细纤维合成革关键工序。该工艺不仅实现纤维 的超细化( 开纤) 并且能改善合成革的硬度，赋予合成革柔软的风格。海组 分c o p e t 子链中引入间位结构磺酸基团，故聚合物在热水或热碱水中水 解降解。利用这一特性，本课题采取碱处理方法溶去c o p e t ，从而得到 超细纤维，达到开纤的目的【6 1 。合成革开纤减量后需要充分水洗，以清除 降解物；加少量醋酸中和使布面p h 值在7 左右。海岛型超细涤纶纤维开 纤减量后，纤维比表面积大，吸收能力强，纤维上吸附的残碱如果不洗 净将影响染色效果【7 1 。美国h i l l s 公司最近推出的新型亚微或超微细纤维 纺丝技术，采用海岛型复合喷丝板，岛组分采用聚酯，海组分为聚苯乙 烯或聚乙烯醇，岛组分与海组分的比例在5 0 5 0 到7 0 3 0 之间变化，每根 长丝的岛数在2 0 0 以上，最多可以达到9 0 0 岛甚至10 0 0 岛，溶离后的岛 纤维的直径大约为3 0 0 n m t 8 1 。 碱处理技术直接决定海岛纤维合成革的风格和质量，失重率过低，超 纤数量少，c o p e t 仍附着在表面易造成染色不匀；失重率过高，p e t 成 分的岛纤维会受到损伤，断裂强力损失过大【9 】。 1 2 海岛纤维合成革发展概况 1 2 1 海岛纤维合成革在国外的发展情况 4 1 绪论 目前，超细纤维合成革主要的生产地集中在亚洲的日本、韩国、中 国大陆、中国台湾地区。日本是最早生产超细纤维合成革的国家。由于 产品技术含量高以及不断地创新，日本在世界超细纤维人造革市场上牢 牢地占领着领先地位。主要厂家包括可乐丽、东丽、旭化成、帝人、三 菱人造丝、钟纺等六家，产品大多为涤锦超细纤维非织造布或与其相复 合织物作基布的聚氨酯合成革【1 0 1 1 ，12 1 。 日本致力于麂皮型衣料用合成革的生产，各大公司都已开发出各自 独特的合成革及人工皮革系列产品【l3 1 。它的核心技术是束状超细纤维的 制造。日本是最先研制超细纤维的国家，早在2 0 世纪7 0 年代初就已有超 细纤维制品销售【1 4 】。2 0 世纪6 0 年代，日本可乐丽公司和东丽公司分别以 不同的方法制造出来，由2 组份共混纺丝，利用其熔点和粘度的差异形成 特殊的流体，经特殊喷丝板喷丝后在一定的温度下冷却，利用它们的熔 点、粘度及结晶取向不同形成海岛结构，再经溶剂萃取或碱减量，即可 制出与真皮胶原纤维有着极相似结构的束状超细纤维【l 引。 超细纤维合成革领域，日本的生产技术和产品品质是最好的，代表 了人工制革发展的方向。在日本、欧美等发达地区，超细纤维产品也得 到充分认可。台湾地区生产非织造布合成革的厂商较多，而超细纤维合 成革生产厂商仅南亚塑胶及三芳化学两家【1 6 7 1 。海岛型超细纤维表面的 超细纤维效应被最大化，可以更好地表现人造皮革的效果。1 9 7 0 年，东 丽公司推出了用海岛型纤维制造的人造麂皮e e s a i n e ，标志着海岛型复合 超细纤维工业化生产的开始。这种划时代的超细纤维的制法和相应的人 工皮革的开发，确立了超细纤维的新用途。以此为契机，掀起了超细纤 维的研究、开发的新高潮，其特征制品不断涌现，至今方兴未艾【i s 。这 种人造麂皮的重大意义还在于第一次证明了即使是非织造布，如果工艺 适当，也能提供高质量的服用面料【l 9 1 。 l9 7 7 年全球人造革合成革l9 亿m ，十年后的19 8 7 年全球产量达到2 7 亿m ，2 0 0 3 年全球的人造革合成革包括纺织涂层面料、皮革涂层面料产量 一百多亿米。表1 1 为日本l9 9 9 - - 一2 0 0 4 年仿真革的产量和销售情况( 均为 日本皮革调查会统计) 。 5 东华大学硕士学位论文 表1 1 日本1 9 9 9 - 2 0 0 4 年仿真革产量和销售情况 从上表中最后一列数字中可以看出：在日本仿真皮革的真实含义是 在不断改变的，即在l9 9 92 0 0 1 年间，在仿真皮革中并不全部是由超细 纤维制作的，19 9 9 年时只有7 1 0 是超细纤维仿真革而其它2 9 o 是由一 般细旦纤维制作的，在19 9 9 年以后，采用超细纤维制造的比重逐年提高， 2 0 0 0 年为7 5 1 。2 0 0 1 年为8 0 5 。至2 0 0 4 年，当年日本超细仿真革的产 量为3 6 8 8 2 平方米，大约8 5 o 9 0 0 是超细纤维制成的【20 1 。2 0 0 5 年全 球合成革产量为7 5 0 0 - 8 0 0 0 万吨。2 0 0 6 年日本仿真皮革产量6 8 6 万吨【2 1 1 。 1 2 2 海岛纤维合成革在国内的发展情况 根据统计，至2 0 0 4 年，全国人造革、合成革生产企业有2 0 0 0 多家， 规模以上企业近4 0 0 家，各类生产线上千条，总产量已突破l0 0 万吨， 总产值2 3 2 亿元，其中人造革增长2 7 2 ，合成革增长16 2 t 22 1 。截至 2 0 0 5 年底，国内已建成可以投产的超细纤维高仿真皮革生产线2 2 条，如 能全部正常运转，形成的产能可达到5 0 0 0 万平方米年。全国目前尚在建 设中的还有2 0 条生产线，如这些生产线全部建成并正常运转，总生产能 力可达到o 8 亿1 亿平方米年，中国将成为全世界超细纤维合成革产能 最大的国家。但实际上，据初步估算，2 0 0 5 年我国仿真皮革的产量大约 为15 0 0 万平方米左右。2 0 0 6 年l 5 月份，皮革行业规模以上工业企业 实现工业总产值10 2 8 亿元，比上年同期增长2 4 ，完成销售收入9 7 2 亿 6 1 绪论 元，比上年同期增长2 6 。 据不完全统计，国内已有l0 0 余家生产合成革的工厂，而且仍在不断增 多。由于进口基布在制作上有一些技术诀窍，所以始终存在着供应不稳 定及数量不足的现象；而国内传统的以棉织物为主的生产企业尚不能大 量提供性能适合于合成革的基布，这就造成了基布的供应不足。因此， 随着目前国内非织造布产品品种的开发扩充，产量的不断扩大和质量的 日益提高，迅速用非织造布取代棉织物作为合成革基布，已经成为其发 展的必然趋势。如浙江禾欣实业与日本可乐丽合作开发体育及休闲领域 的市场，南通南亚塑胶利用母公司台湾台塑的超细尼龙纤维基布，生产 高耐久性运动鞋用微纤皮。使用定岛海岛纤维的主要有常熟人造革、宏 国化学工业等厂家【23 1 。 1 3 本课题研究的意义及主要内容 1 3 1 本课题研究的意义和目的 随着国民经济的快速发展，人民生活水平有了很大提高，已不满足 原有的低档次产品，对人工制革业提出了更高的要求，开发性能更好的 人工革也成为必然趋势。高性能、差别化、高附加值的人工革已成为未 来的发展趋势。人造革从量的扩大向重视收益性转移的“高附加值化”战 略，以湿法革为中心，向“服装革和运动鞋革”等高级品领域倾斜。 以往的研究主要针对采用普通纤维为原料的合成革，对海岛短纤合 成革基布及后整理的研究较少。有很多资料介绍超细纤维非织造基布及 产品的优点，很少有资料报道海岛纤维的成网针刺工艺、海岛纤维基布 的p u 含浸工艺以及海岛纤维基布的碱减量处理工艺的研究。最近两年， 有人研究了海岛纤维的碱处理工艺、海岛长丝织物的碱减量处理和不定 岛海岛短纤的合成革基布染色工艺，但鲜有资料反映系统地对整套定岛 型海岛短纤非织造基布和合成革产品的生产工艺的研究工作。目前有关 p v a 对贝斯革作用机理的研究很少，关于p v a 在非织造基布中的分布及含 量对纤维及贝斯革性能的影响；海岛纤维与聚氨酯的相互渗透及结构分 7 东华大学硕士学位论文 布状况与贝斯革性能的相互关系；聚氨酯湿法凝固工艺及开纤工艺对贝 斯革孔径尺寸及分布的影响；非织造基材的纤维微结构在聚氨酯湿法凝 固及开纤过程中的变化情况等均有待于深入系统分析研究。本课题结合 实际生产，对海岛纤维针刺非织造贝斯革的p v a 预处理工艺及作用机理， 聚氨酯湿法凝固工艺和新型开纤工艺进行重点研究和分析，在节能减排， 提升革基布材料品质、结构、性能等方面做基础研究。 1 3 2 主要内容 ( 1 ) 海岛纤维非织造基布的研究 定岛型海岛纤维的结构及性能 海岛纤维非织造基材的结构与性能对湿法凝固工艺的影响 ( 2 ) 海岛纤维非织造基布聚氨酯湿法凝固工艺研究 研究p v a 在海岛纤维贝斯革中的作用机理( 力学性能、吸附聚 氨酯能力、吸湿、透气) 研究上p v a 对后续工序的影响( 基布表面平整、上聚氨酯难易、 p v a 在沸水中的溶解) 研究确定聚氨酯优化配方，优化聚氨酯湿法凝固工艺( 不同模量 聚氨酯的混配、聚氨酯溶液中d m f 含量、凝固水中d m f 含量、水浴温 度、轧辊压力、轧辊线速度) ( 3 ) 新的开纤工艺研究 研究开发新的开纤技术，尽量节约水资源。 分析和确定影响开纤的关键工艺参数，确立优化开纤工艺，并分 析开纤对产品性能的影响。 8 2 非织造基材生产工艺与性能研究 2 非织造基材生产工艺与性能研究 超细纤维非织造聚氨酯合成革其实就是一种仿真革，基布纤维的 种类、基布的成形方式和结构都会影响聚氨酯合成革产品的质量。为了 使超细纤维非织造聚氨酯合成革具有天然皮革的外观和性能，就得深入 的了解天然皮革的组织结构。天然皮革的截面如图2 1 所示。 图2 1 天然皮革截面加，2 2 真皮的特性在很大得程度上取决于胶原纤维的性质及其组织结构。 胶原纤维的组成和尺寸如表2 1 所示： 表2 - 1 胶原纤维组成 从图2 1 可以看出：皮革的表面层即粒面层中胶原纤维束呈二维层 状结构，它比下层的纤维束要细，下层胶原纤维柬比最表层的纤维束粗 大，构成三维立体网络结构，胶原纤维纤维束中纤维又有众多的原纤维。 真皮结构的强度取决于纤维状物质的组成及胶原纤维束的三维网络 东华大学硕士学位论文 结构情况，而皮革的柔软性、透气性、透湿性则由于纤维束中纤维分离 为原纤状态有着大量的微细空隙，呈随机连续多微孔结构的缘故。若合 成革以机织布和针织布为基材，不会形成随机的三维网络结构，而非织 造布能满足这一要求。另外超细的纤度可以做的和胶原纤维中的原纤维 接近，用成束的超细纤维加工成非织造布，经p u 浸渍、涂层后再经过适 当的后整理，由此得到的产品在外观上可以做得酷似真皮，甚至在某些 性能上还好于真皮，其结构图如图2 2 所示。 2 1 纤维原料 图2 - 2 超细纤维非织造合成革机构图 随着合成革加工技术水平的日益提高和市场对其产品提出的越来越 多样化的高性能要求，定岛型海岛短纤维已成为生产超细纤维合成革的 首选纤维原料。 2 1 1 海岛纤维组成成分 目前制造超细纤维的海岛型复合纤维的岛组分一般采用聚酯( p e t ) 或聚酰胺( p a ) ，与其复合的海组分可以用聚乙烯( p e ) 、聚酰胺( p a 6 ) 、聚 丙烯( p p ) 、聚乙烯醇( p v a ) 、聚苯乙烯( p s ) 以及丙烯酸酯共聚物或改性聚 酯( c o p e t ) 等。岛的数目从l6 、3 6 、6 4 至1 j2 0 0 甚至达到9 0 0 或9 0 0 以上。海 与岛的比例从原来的6 0 ：4 0 变为2 0 ：8 0 甚至10 ：9 0 。海组分所占比例为2 0 5 0 2 4 】。其中改性聚酯( c o p e t ) 是一种碱溶性聚酯。 2 1 2 海岛纤维的选择 1 0 一般纤维和织物的手感可以用弯曲刚度来表征。有关计算表明，纤 2 非织造基材生产工艺与性能研究 维弯曲刚度与纤维的直径的4 次方成函数关系，因此纤维纤度稍有变化， 就对弯曲刚度有显著的影响。因此纤维细、弯曲刚度小，纤维特别柔软。 由超细纤维材料制备的产品，具有真丝般的柔软、滑爽、良好的悬垂性。 又由于超细纤维相互容易缠结，在织物表面可形成浓密的绒毛，所以起 绒性好，适合制成各种表面细绒制品。另一方面，纤维细，纤维间的孔 隙变小，微细孔隙增加，形成大量的毛细网络，而且纤维集合体内的毛 细效应强，对液体的吸附能力强，使得产品透气性较好。超细纤维贝斯 革是一种绒面产品，产品要求具有良好的排湿透气性和类似真皮的绒毛 外观。聚酯超细纤维基布能保持较高的染色牢度和较好的绒毛外观，但 产品的排湿透气性能较差。聚酰胺超细纤维上具有较多的亲水基团，基 布排湿透气性能较好。考虑到最终革产品主要为厚重型麂皮，如鞋革、 服装革等，要求有良好的排湿透气性和弹性，选择岛组分为p a ，海组分 为c o p e t 的海岛纤维。p a 耐碱不耐酸，在9 5 下用n a o h ( 1 0 ) 处 理l6 小时后的强度损失可忽略不计口”。 2i3 海岛纤维微观结构影态 。誊辫? r i rr。 川 一一、，、一一一l j l ， 一一 f ? +-一 一 、7 1、一 。l 、 东华大学硕士学位论文 显微镜照片见图2 5 。丌纤前细度为35 d 3 7 岛海岛 a ) 海岛纤维开纤后横截面 ( b ) 海岛纤维开纤后纵向 目2 - 5 海岛纤维开纤后微观结构 2 14 海岛纤维性能分析 削2 - 6 海岛纤维拉伸曲线 纤维的拉伸曲线由拉仲试验仪得到，图2 - 6 是长度为5 3 m m ，线密度 2 非织造基材生产工艺与性能研究 为3 5 d 的海岛纤维在初始负荷为零开始一直拉伸至断裂时的纤维拉伸曲 线。它的线性区、屈服区、负荷区变化明显。从图2 - 6 看出，该海岛纤维 是高强高伸型纤维；屈服应力较小，故加工时机械对纤维作用力不能太 强烈；初始模量较低，纤维在针刺时缠结较容易。 表2 - 2 海岛纤维性能 海岛纤维性能测试值见表2 2 ，拉伸详细数据见附录1 。由于实验最 终产品是厚重型贝斯革，其非织造布基材为针刺工艺，布的厚度为 3 5 m m ，故要求纤维长度要长，强力要高。由表2 2 、图2 - 6 可知，纤维 原料的断裂强力为1 4 7 0 n ，断裂伸长率为6 3 5 ，长度为51 士2 r a m ，纤维 的线密度为3 5 d ，岛数为3 7 岛，开纤后纤维线密度为0 0 9 5 d ，达到了 超细纤维的水平。从各项数据看，纤维原料性能优异，符合实验要求。 2 2 海岛纤维革基材的基本性能要求 2 2 1 厚度、面密度及其均匀性 面密度的不均匀将影响厚度的不均匀，特别是造成在热定型处理后 的密度不匀，从而造成在上p u 树脂的过程中含浸的浆量不匀，经过减量、 扩幅揉皮等后处理后，造成基材手感、物理性能差别很大，使贴合工序 等发生困难，或者生产出次品。一般要求厚度偏差不超过士0 0 5 r a m ，面密 度偏差不超过士3 ，c v 值不大于4 。影响厚度与面密度的因素主要有： 梳理机喂入纤网层的连续性与均匀性；从梳理机的杂乱辊出网至铺网机 成网帘各传动点的速度的一致性；针刺基布表面轧光处理时，在产品宽 度范围内针刺机输入辊与输出辊压力与间隙的均一性；在产品宽度范围 内热轧机压力与间隙以及温度的一致性【26 1 。 j 3 东华大学硕士学位论文 厚度、面密度及其均匀性与制革工艺有关，特别与成网的克重、铺 网的数量及针刺密度等工艺关系密切。 2 2 2 密度及其均匀性 在保证合理的性能指标的前提下，超细纤维革基布的密度不能太高， 因为密实板结的基布不利于后道工序的加工；密度太低，p u 树脂的含浸 量达不到规定指标。因此，控制好革基布密度至关重要。密度及其均匀 性主要与针刺机的针刺频率、针刺深度、布针密度、生产速度、刺针的 钩刺齿数等有关。 2 2 3 基布表面质量 ( 1 ) 脱毛与起毛的情况。要求基布可起短毛绒，但不能起长毛绒或脱 毛掉毛。影响脱毛的因素主要与针刺深度和针刺密度以及刺针选型有关。 ( 2 ) 起皱起骨的现象。由于针刺深度不够，表面纤维缠结不够，在经 过热定型后就会出现起皱现象。由于针刺深度太深或由于刺针钩刺的带 纤量太大而造成纤维缠结的纤维结太粗、基布太实，就会出现骨纹现象。 基布不能有明显的皱纹和骨纹。 ( 3 ) 针孔、针迹、针痕、针结的状况。刺针号数偏大或钩刺偏深，在 针刺过程中刺针留在基布中。针孔太大会影响基布的外观质量。明显的 针迹针痕现象主要与针板的布针情形是否真正杂乱有关，还与步进量有 关。针结粗实现象主要与刺针的钩刺深度、钩刺齿数、针刺深度、托网 板孔径有关。 ( 4 ) 基布的平整度与光洁度。针刺产品表面质量与整条生产线配置的 针刺机针板的布针方式以及刺针的型号和形式、生产工艺、使用原料的 品质有直接关系。经过热定型处理之后的基布要求平整无毛刺。 基布的平整度与光洁度主要与刺针的选型和针刺工艺的控制有关， 对于革基材特别要有修面针刺工艺。 2 2 4 力学性能 1 4 2 非织造基材生产工艺与性能研究 一般要求基布的纵横向伸长率要小些，纵横向物理性能指标要接近。 以面密度5 5 0 9 m 2 ，厚度2 5 m m 的基布为例，要求其断裂强力 15 0 n ，撕 裂强力 l0 0 n 。影响物理性能指标的因素主要与原材料、生产设备、生产 工艺的控制有关。 2 3 海岛纤维非织造基材生产工艺 基布的质量优劣将直接影响到超细纤维合成革产品的质量与等级， 要生产高质量的超细纤维革基布，首先要明确超细纤维革基布的质量要 求，再根据超细纤维的特性确定合理的工艺流程，选择好机械设备，特 别是针刺机，最后要严格控制好生产工艺。本节根据2 2 阐述的基布要求 设计工艺技术路线，制定合理在工艺参数，配置相应的生产设备。 2 3 1 海岛纤维非织造基布的成网工艺 非织造材料的成网方法主要分为三大类，即干法、湿法和聚合物直 接成网法。在各种成网方法中，于法应用最早，它的最大优点就是应用 范围广，可将多种纤维混合，工艺灵活且投资小。对于合成革基布的加 工，较合适的也是采用干法成网的方式也即以梳理成网法为主。因为合 成革对基布均匀度的要求非常高，梳理成网的纤网均匀度好，纤维适应 性高，所形成的基布结构也最适合仿革产品【28 1 。 本实验的成网工艺采用：海岛纤维_ 粗开松机精开松机一气压式 给棉机一自调节匀整机_ 双锡林双道夫_ 带杂乱梳理机一交叉铺网机一 多级小倍数杂乱牵伸机。 表2 3 成网工艺参数配置 1 5 东华大学硕士学位论文 在表2 3 中，工艺参数的配置要考虑到纤维的性能、产量、成网效果 等，确保成网均匀。为了纤维网的均匀性和各向同性更好，纤维网经牵 伸机进一步牵伸。 2 3 2 海岛纤维合成革非织造基布的针刺工艺 针刺机的技术要求和合理生产工艺的控制对于生产合格的高档合成 革基布至关重要，主要可归纳为： ( 1 ) 机台不能漏油，特别是推杆处的泄油会污染基布，而推杆的泄油 与主轴箱的结构