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针刺水刺非织造滁层工艺及擦拭材料性能摘要 针剌水剌非织造涂层工艺及擦拭材料性能 摘要 擦拭材料与人们生活息息相关，其种类很多。有机织、 针织、非织造类擦拭材料。非织造工艺以其工艺流程短、生 产速度高、可应用纤维范围广的特点，成为一种发展迅速的 擦拭材料加工工艺。 普通的非织造擦拭材料，存在的主要问题是耐磨性较差， 有掉毛现象。目前也有以超细纤维为原料生产的擦拭材料用 于精密仪器的擦拭，但其产量有限，价格也过于昂贵，远远 不能满足普通消费的需求。因此，开发价廉、耐磨性较好的 擦拭材料具有实际意义。 本文对传统针刺i z k 刺非织造擦拭材料及聚氨酯涂层工艺 实验进行研究，通过制备基布擦拭材料和涂层擦拭材料、含 浸擦拭材料，进行性能的比较。 本文借鉴合成革工业中的实验打小样方法，采用转移涂 层工艺，进行涂层，采用凝固浴湿法工艺进行聚氨酯涂层的 凝固。经实验，此方法具有操作简单、易于控制的特点。 本课题中主要制备了4 种涂层擦拭材料、2 种基布擦拭栩 料和2 种含浸类材料( 其中针刺和水刺类材料各占一半) 。借 鉴合成革工业中的实验涂层技术，采取离型纸转移涂层和湿 法凝固工艺进行针刺i z k 刺非织造擦拭材料的制备；通过浸渍 p u 浆料，制备含浸类擦拭材料进行了对比实验。 通过课题实验，得出以下的结论。 在耐磨性能方面，根据试样磨擦后的照片，涂层处理和 含浸处理都极大地提高擦拭材料的耐磨性能。在此项性能上， 达到了课题的主要目的，即防止传统的非织造擦拭材料出现 掉毛现象，以提高非织造擦拭材料质量和档次。 针刺水剌非织造潦层工艺及擦拭材料性能摘要 在机械性能方面，p u 涂层、含浸处理都有效提高了拉伸 强力。但对于针刺擦拭材料，撕裂强力的增强效果不明显。 甚至出现一定的下降。总体来说，p u 涂层或者含浸起到了增 强材料强力的性能。其中含浸擦拭材料增强效果最明显，涂 层类强力随涂层厚度的增加，呈上升趋势。 在吸水性能方面，本课题研究的擦拭材料，主要用于湿 态使用，课题通过几种不同的方法进行吸水性实验，可以得 出以下的结论：p u 涂层或含浸处理均会降低材料的吸水性能。 其中以基布的吸水性能最好，涂层类的吸水性能居中，适合用 作擦拭材料。p u 含量最高的含浸类擦拭材料吸水性最差，不 适合用作湿态擦拭材料。 关键词：针刺，水刺，擦拭材料，聚氨酯涂层，耐磨性，吸水 性 针刺水刺非织造潦层工艺及擦拭材料性能摘要 n e e d l ep u n c h i n g s p u n l a c e dn o n w o v e n s c o a t i n gt e c h n i c sa n dc l e a n i n gm a t e r i a l p e r f o r m a n c e a b s t r a c t c l e a n i n gm a t e r i a li sv e r yi m p o r t a n ti np e o p l e sl i v e s m a i n l y ， t h e r ea r et h r e ek i n d so ft h e s e ，i n c l u d i n gw o v e n s ，k n i t t i n g sa n d n o n w o v e n s n o n w o v e n sh a v eas h o r tm a c h i n i n g e dp r o c e s s ，h i g h s p e e d a n db r o a dr a wm a t e r i a l s s o ，n o n w o v e nt e c h n i c si s d e v e l o p e dr a p i d l yi nt h ef i e l do fc l e a n i n gm a t e r i a l s m o s t p l a i n n o n w o v e nc l e a n i n gm a t e r i a l sh a v eac o m m o n s h o r t c o m i n g ，w h i c h i s p o o ra b r a s i o nr e s i s t a n c e a tp r e s e n t ， s o m ec l e a n i n gm a t e r i a lm a d ei ns u p e rm i c r of i b e r ，c a nb eu s e di n e x a c ta p p a r a t u s ，b u tt h i sk i n do fm a t e r i a li st o o e x p e n s i v et o g e n e r a l i z ei na l lo v e rt h ew o r l d s oi t sn e c e s s a r yt or e s e a r c ha c h e a pa n dh i g ha b r a s i o nr e s i s t a n c ec l e a n i n gm a t e r i a l t h i st h e s i sr e s e a r c h st r a d i t i o n a ln e e d l ep u n c h i n gn o n w o v e n a n d s p u n l a c e d n o n w o v e n c l e a n i n g m a t e r i a la n dr e s e a r c h s p o l y u r e t h a n ec o a t i n gt e c h n i c s ，m a k e st h r e ek i n d so fn o n w o v e n m a t e r i a l s ，s u c ha sn o n c o a t i n gm a t e r i a l ，c o a t i n gm a t e r i a la n d d i p - c o a t i n gm a t e r i a l ，a n dc o m p a r e st h e mw i t he a c ho t h e r t h i st h e s i su s e s s y n t h e t i cl e a t h e r se x p e r i m e n tt e c h n i c sf o r r e f e r e n c e ，s u c h a s u s i n g t r a n s f e r c o a t i n g r e l e a s e p a p e r ， c o n c r e t i n gt e c h n i c s t h i so p e r a t i o ni ss i m p l e n e s sa n dt e n d e dt o b ec o n t r o l l e d b y r e l e a s ep a p e ra n ds t a i n l e s ss t e e lr o l l e r t h i s t h e s i sm a i n l yp r e p a r e s4k i n d so fc o a t i n gc l e a n i n gm a t e r i a l s ，2 k i n d so f n o n c o a t i n g m a t e r i a l sa n d2k i n d so f d i p c o a t i n g m a t e r j a ls 笪型! 查型斐塑堕堡墨三苎墨苎苎塑整丝丝生堡二一 h e r e i n a f t e r ，t h i st h e s i sd r a w ss u c hc o n c l u s i o n s b a s e do nt h ep h o t o so fn o n w o v e nm a t e r i a ls ，c o a t i n g a n d d i p p e dp r o c e s si m p r o v e t h ea b r a s i o nr e s i s t a n c e t h i s t h e s i s a r r i v e da ti t sf i r s ta i m ，w h i c h i st o i m p r o v e t h ea b r a s i o n r e s i s t a n c e c o a t i n ga n dd i p c o a t i n gp r o c e s si m p r o v et h et e n s i l es t r e n g t h o fm a t e r i a l s b u ti ti su n c o n s p i c u o u s t oa f f e c tt h e t e a r i n g s t r e n g t h o fn e e d l e p u n c h i n g n o n w o v e n s i n g e n 。a l - p o l y u r e t h a n ec o a t i n g a n d d i p c o a t i n gp r o c e s si m p r o v e t h e t e n s i l es t r e n g t h o f c l e a n i n g m a t e r i a l sa n dt h ed i p c o a t i n g p r o c e s si sm o s to b v i o u s t h et e n s i l es t r e n g t ho fc o a t i n gm a t e r i a l i m p r o v e da st h ec o a t i n gt h i c k n e s si n c r e a s e d i nt h i st h e s i s ，t h ec l e a n i n gm a t e r i a l sa r eu s e di nh y g r o m e t r i c s t a t e s ot h em o r ea s o r b e n c yt h em o r ec l e a n i n ge f f e c t t h i s t h e s i sm a k e ss e v e r a lk i n d so fa s o r b e n c ye x p e r i m e n t s a f t e r t h e s e e x p e r i m e n t s ，h e r e i n a f t e r c o n c l u s i o n s a r ed r a w n p o l y u r e t h a n ec o a t i n ga n dd i p c o a t i n gp r o c e s s c a nr e d u c et h e a s o r b e n c y o ft h e s ec l e a n i n gm a t e r i a l s t h ep e r f o r m a n c e o f p o l y u r e t h a n ed i p c o a t i n gm a t e r i a l si st h el o w e s t ，s ot h i sk i n do f m a t e r i a li sn o tf i tt ob eu s e d f o r c l e a n i n g m a t e r i a l t h e a s o r b e n c yo fp o l y u r e t h a n ec o a t i n gm a t e r i a li sf i tf o rc l e a n i n g - w r i t e r ：q i ux u d o n g ( t e x t i l em a t e r i a la n d f a b r i cd e s i g n ) s u p e r v i s e db y w uh a i b o k e y sw o r d s ：n e e d l ep u n c h i n g ，s p u n l a c e dp u n c h i n g ， c l e a n i n gm a t e r i a l ，p o l y u r e t h a n ec o a t i n g ，a b r a s i o nr e s i s t a n c e ， a s o r b e n c y 附件一： 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。除文中已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：筛乜东 日期：2 0 0 6 年1 月1 0 日 附件二： 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。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密讲 学位论文作者签名 茸把布 日期：2 0 0 6 年1 月1 0 日 指导教师签名 关膨f 氏 日期：舢硝年1 月旧日 针刺水刺非织追冶层工艺及擦拭材料性能 第一章前言 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对清洁用擦拭 材料的要求也在提高，传统的机织、针织清洁布越来越不能满足人们 物美价廉的需求，对于一些高科技的光学玻璃、高精密度的仪器设备， 其需求显得尤为迫切。通过收集非织造展会( s i n c e 0 4 ) 展示的擦拭布样 品并进行擦拭实验，其存在的主要问题是耐磨性较差，有掉毛现象， 严重影响了擦拭材料的质量和档次。目前也有以超细纤维为原料生产 的擦拭布，但是其产量有限，价格也过于昂贵，如市面上的某品牌专 业清洁擦拭布价格高达18 元1 3 x 1 6 c m ，远远不能满足普通消费的需 求。因此，开发价廉、耐磨性较好的擦拭材料具有广阔的现实意义。 1 1 擦拭材料的分类 1 1 1 按结构特征分类 按照擦拭材料的结构特征，大致可分为以下几类：【l 】 一、织物类：又可细分为机织物类和针织物类。机织物类由经纬 纱线交织而成，其结构较紧密、强度高、耐久性好，但在擦拭过程中 自身容易被污染，且不易清洗，从而产生交叉污染，再用性差。【2 】使 用普通合成纤维制得的机织物去污能力差，手感较硬，易损伤被擦物 品的表面，特别是易损伤光学仪器的表面膜。 二、针织物类是由线圈钩接而成，其特点是在平面的任何方向都 具有很大的延伸变形性能，织物的空隙较大，针织物类擦拭材料一般 比较厚、松、柔软、吸水性好，但针织物容易掉毛，从而造成被擦物 品的再次污染。 三、非织造布类：非织造布类擦拭材料多采用化学粘合、热粘合、 针刺、水刺或湿法等工艺加工而成。由于非织造材料具有特殊的三维 结构，纤维间留有较大的孔隙，因此该类擦拭材料的结构较松，而且 针刺水刺非织造潦层工艺爰擦拭材料性能 厚度的范围大，能适应不同的用途。由化学粘合加固的非织造布，表 面固化的粘合剂可能使被擦物品表面损伤，加工过程中还会带来环境 污染问题。一般来说，非织造类擦拭材料具有良好的吸水性，除短绒、 尘埃能力强，而且结构、外观形式可多样化。 2 1 四、纸类：一般采用吸湿性好的木浆，通过造纸工艺制成。结构 较松散，薄而且强力较低，尤其是湿强力较低，柔软纸巾通常存在掉 屑现象。 五、复合类：复合类擦拭材料通常是为了某种特殊的用途或性能 的改善，由两种或两种以上不同结构的材料复合而成。 1 1 2 擦拭材料可按用途分类： 如表卜l 所示，擦试材料可按用途分类。 表1 1 擦拭材料按用途分类表 产 业 用家用 电子产品生产车间用洗刷巾 药品生产车间洗澡擦巾 实验室用地板布 医院手术室用 家具、皮鞋、银具擦亮布 光学、精密仪器用眼镜布 挡风玻璃用镜面布 汽车用美容清洁布 1 2 非织造类的擦拭材料 本文主要对针刺和水刺非织造类擦拭产品进行研究。 一、针刺擦拭材料 针刺擦拭材料采用粘胶纤维、丙纶、超细纤维经开松混合、针刺、 热粘合制得1 3 0 1 8 0 9 m 2 的擦拭布，它有良好的吸湿性、吸水性、吸 2 针刺水刺非织追潦层工艺及格拭材料性能 尘性和较高的清洗能力，且自身柔软而不易损伤被擦物品，广泛用于 家庭、工业生产、宾馆饭店、浴室、旅游等场合的家具、家电、眼镜、 餐桌、饭盒、精密仪器的擦拭。1 3 】 二、水刺擦拭材料 水刺擦拭材料的原料为粘胶、涤纶纤维，成网后通过水刺缠结加 固，具有较好的柔软性。据报道，采用水刺技术整理机织物，水刺整 理后的材料表面纤维发生充分缠结，使织物纹路变得模糊，增强了织 物表面毛羽感，使得织物柔软、厚度和透气性增加，摸在手中给人以 特别惬意的感觉【4 1 。 采用粘胶纤维的水刺擦拭材料具有良好的吸湿性能。水刺法非织 造布结构中充满微孔，且纤网结构较疏松，毛细管现象容易发生。此 外，水刺纤网中的纤维横向排列比一般的机织物松散，而且纤维是在 缺乏积极握持条件下进行水刺加固的，这样就决定了水刺法擦拭布的 表面孔隙率较大【”。粘胶纤维水刺擦拭巾的吸水量可以做到自身重量 的1 0 倍以上【6 j 。 1 3 织物用涂层剂 涂层剂是一种具有成膜性能的合成高聚物。它的性能将对涂层后 材料的技术指标产生重要的影响。根据产品的最终用途选择合适的涂 层剂非常重要。【7 】 非织造涂层是在非织造基材上均匀地涂覆高分子聚合物或者其它 功能性物质，形成一种涂层材料。非织造基材经涂层加工后，高分子 聚合物一般不进入纤维内部，而在非织造基材表面形成一层膜，承担 某种功能。在某些涂层材料中，非织造材料只起支撑和骨架作用，主 要由涂覆层实现功能作用。【7 】 目前织物涂层剂主要有聚氨酯( p u ) 、聚氯乙烯( p v c ) 。聚氯乙烯涂 层坚韧，但不耐7 0 以上的温度，甚至在1 2 5 13 5 会分解放出氯 化氢 s l 。因此本课题排除使用聚氯乙烯作为涂层剂。聚氨酯( p u ) ，全 3 针刺水刺非织造治层工艺及捧拭材料性能 名为聚氨基甲酸酯，结构特点是在聚合物上有重复的氨基甲酸酯基团 ( 一n h c 0 0 一) ，是一种具有耐磨擦、i 爵j 腐蚀、低温柔韧性能， 粘合强度不大的高分子材料。 聚氨酯涂层剂品种繁多，为了便于分类，国外经常根据其性能结 构和应用进行分类，主要分为以下三种：1 9 一、溶剂型聚氨酯 溶剂型聚氨酯在合成过程中采用有机溶剂为分散介质，多数p u 涂 层剂为溶剂型，常用溶剂有d m f ( 二甲基甲酰胺) 、m e k ( 丁酮) 、t o l ( 甲苯) 等。该型p u 生产过程中易燃易爆，对环境有一定的污染，但 溶剂型聚氨酯薄膜的柔软性，延伸性，光泽和耐水性优于水溶性聚氨 酯d o 。本课题所使用的p u 即为溶剂型p u 。 二、水性聚氨酯 水性聚氨酯污染小、生产安全，是今后发展方向。上世纪6 0 年代 d i e t e r i c h i 首次发现，在聚氨酯大分子主链上引入离子化水性基团， 可使之分散于水中成为乳液或胶体系统【l ”。 目前对聚氨酯乳液的研究主要集中在乳胶粒径的研究、乳液含固 量、体系粘度、p h 值、乳液成膜后膜的抗张强度、热稳定性、耐溶剂、 耐水性能及其与聚合物结构的关系等方面1 13 1 。 美国和德国自1 9 9 4 年起已大量应用水性聚氨酯，水性p u 制成乳 液有两种方法：( a ) 加乳化剂法：采用乳化剂制成乳液。( b ) 自乳化法： 合成时引入亲水基团，自乳化后乳液稳定性好，分子量高，成膜优良。 德国拜尔公司可提供水性p u1 9 。 水性p u 较为普遍的制各工艺有丙酮法、封端n c o 基团法【l 。丙 酮法是德国拜尔公司的d d i e t e r i c h 等人研制成功ds ，它主要是在预聚 体扩链( 引入亲水基团) 中和乳化过程中加入大量丙酮溶剂，降低体系粘 度，反应结束蒸除丙酮【1 4 】。封端n c o 合成法指的是选择合适的封闭剂， 先将对水敏感的n c o 保护起来，而后使其在水中分散制成稳定的乳液 4 针刺g - 刺非织造徐层工艺及擦拭材料性能 三、高含固型聚氨酯 德国( 拜尔) 日本( 大日精化) 等已制成高含固产品，外观为粉状或粒 状，使用时先用溶剂溶解，特点是运输方便。 目前国内涂层剂以进口为多，如德国拜尔的i m p r a n i le w n b ， e n b 0 3 ，c i b ag e i y 的d i c r y l a np h c ，p m c ；b a s f 的p e r e p r e t2 3 6 8 ， 日本酒伊的s e e o a tu 5 0 ，u 1 1 6 等1 9 。 聚氨酯涂层产品目前的主要用途：防水布，体育用品面料，医用 面料，军用面料，其它方面，如海上防油污染扩散的栅栏【l ”。 1 4 涂层工艺与设备综述 常见的非织造材料的涂层大都采用与传统纺织品涂层一样的工艺 与设备，但需要考虑到非织造材料的张力和纵横向强度差异较大。常 见的涂层工艺有：刮刀涂层、圆网涂层、辊式涂层、转移涂层、喷洒 涂层、湿法涂层等。1 7 1 4 1 刮刀涂层 刮刀涂层是使用各种刮刀在非织造基材表面涂层。刮刀使涂料均 匀分布在基材上，同时控制所用的涂料量。刮刀形状、刮刀在加工过 程中所处的位置以及刮刀与布面的角度是刮刀涂层的重要参数。刮刀 涂层因设备简单而被广泛采用，并可运用到泡沫涂层，特别适合于强 度和尺寸稳定性较高的非织造材料。缺点是涂层的厚薄均匀性难以控 制，易产生横向条纹。主要有悬浮刮刀涂层、贴辊刮刀涂层、垫带衬 刮刀涂层等，参见图1 1 。 5 针刺水刺非织造潦层工艺厦擦拭材料性能 ( a ) 悬浮刮刀涂层 罗拉 ( b ) 贴辊刮刀涂层 图1 1 刮刀涂层技术 环形藏垫带 瓤动辊 ( c ) 垫带衬刮刀涂层 悬浮刮刀涂层：涂层厚度难以掌握，适用于较薄的涂层。 贴辊刮刀涂层：张力较小，涂层厚度较易控制，主要用于具有一定 厚度和弹性的涂层。 垫带衬刮刀涂层：与悬浮挂刀涂层相比，张力较小。 1 4 2 圆网涂层 圆网涂层是在圆网印花工艺的基础上发展起来的，又称为筛( 网) 鼓涂层，如图1 2 所示。圆网装在涂层机上，由电机驱动，中间的进 料管和刮刀固定不动，刮刀片紧压在圆网内壁上，圆网压在基材上， 基材压在挤压辊上，圆网在转动时其线速度与与基材一致，以避免在 涂布点处发生摩擦。涂层剂由进料管上的小孔流出，流入刮刀和圆网 组成的楔形区域，在楔形区的尖端，刮刀将涂层剂挤出圆网，施加在 基材上。由于刮刀不直接压在基材上，基材的张力大大降低，使非织 造基材不易变形，此项工艺适合于柔软、疏松的材料。 6 5 4 6 针刺水刺非织造涂层工艺及擦拭材料性能 1 4 3 辊式涂层 1 刮刀2 基布3 浆料4 挤压辊5 进料管 图1 2 倒网涂层示意 以转动的圆辊筒给基材施加涂层剂。包括同向辊技术、反转辊技 术、凹版涂层技术和浸渍辊技术等。 同向辊涂层是上下两个涂层辊紧密接触，下辊一部分浸渍在涂料 中，由于回转而使其表面附着一定量的涂层剂，当基材在两个辊之间 通过时，上下辊对基材加压，使涂料附着渗透其中。 反转辊涂层系统由一组高精度滚筒和传动系统组成，通过调节相 互接触滚筒之间的速度差和滚筒之间的间隙大小来改变涂层量。涂层 部位，基材的行进方向与施胶辊表面转动方向相反。如图1 3 所示。 1 计量辊2 ，施胶辊3 托辊 图1 3 反转辊涂层示意图 对于凹版涂层系统，雕刻的凹版涂层辊拾取涂层剂槽中的涂层剂， 并用刮刀将多余的涂层剂刮去，而涂层辊凹部的涂层剂通过加压辊转 移到基材上。如图1 4 所示。 7 计刺水刺非织追浍层工艺及擦拭材料性能 l 2 4 i 凹版涂层辊2 涂层剂3 刮刀4 一加压辊 图i 4 凹版涂层示意图 浸渍辊涂层是在基材与辊接触的状态下通过涂料槽，使涂层剂浸 透基材表面而实现涂层目的。 1 4 4 转移涂层 将涂层剂涂在片状载体上使其形成连续的、均匀的薄膜，然后在 薄膜上涂粘合剂和基材叠合，经过固化把载体剥离，涂层剂膜会从载 体转移到基材上。 1 4 5 凝固涂层 又称湿法涂层，用二甲基甲酰胺( d m f ) 把聚氨酯溶解成溶液， 涂覆或浸渍在基材上，然后进入水( 或d m f 水溶液) 的凝固浴，使聚 氨酯在凝固浴中凝固成膜。凝固涂层基理如图1 5 所示。 图i - 5d m f 一水双向扩散示意图 8 针刺水刺非织造冶层工艺及擦拭材料性能 1 4 6 其他涂层 喷雾涂层：将粘度较低的涂层剂通过系列喷嘴均匀地喷洒在移动 的纤网上，然后再进行烘干等操作。一般用于手感柔软的薄型材料。 泡沫涂层：类似泡沫粘合法。材料的手感柔软、蓬松，常用于室 内装饰织物。 热熔涂层：利用热塑性高分子聚合物加热后熔融的特性，将这种 熔体涂覆到基材上。 此外还有静电涂层、粉末涂层等多种工艺。 1 5 本课题的意义 非织造材料已经广泛应用到环保过滤、医疗、卫生、保健、工业、 农业、土木水利工程、建筑、家庭设施及生活的各个领域1 6 1 。其中擦 拭材料的应用领域非常广泛，如家用，各行业仪器的清洁用布等。目 前非织造擦拭材料多为一次性使用，多数属于低档产品。 涂层剂整理是纺织品整理中发展起来的一种新型技术1 1 6 ，能改变 织物( 如非织造擦拭材料) 的外观和风格，提高产品的档次，低档产品高 档化，提高经济效益。 本课题拟采用价格低廉的传统非织造材料作为基材，原料为市场 上常见的涤纶和粘胶，涂敷聚氨酯( p u ) ，以提高材料的耐磨性能，克 服目前多数非织造擦拭材料存在的掉毛问题，并使得擦拭材料具有良 好的吸水性能，从而提高清洁布的档次。 9 针刺水刺非织造屠层工艺及擦拭材料性能 参考文献 【1 施淑波，水刺擦拭巾概述，产业用纺织品，2 0 0 1 ( 1 ) ，p 2 3 2 5 【2 】陈运能等，家用清洁布性能研究，产业用纺织品，1 9 9 9 ，6 ，p 2 4 - 2 6 3 】郭秉臣，非织造布学，中国纺织出版社，2 0 0 2 年8 月，p 1 】1 【4 t 殿生，正在步入家庭的家用水刺擦拭巾，北京纺织，2 0 0 2 ( 2 ) 第2 3 卷第】期， p 17 1 9 【5 】柯勤飞，吴捷伟，水刺法非织造布透湿性能研究，非织造布， 】9 9 7 年第3 期，p 2 6 2 8 【6 】家用水刺擦拭巾新宠，消费与流彳亍趋势，2 0 0 3 ( 6 ) 第十一期，p 1 4 1 7 7 柯勤飞，靳向煜，非织造学，东华大学出版社，2 0 0 4 ，p 3 0 7 - 3 1 1 【8 】许乐群，简述水性聚氨酯的研究进展和应用，南昌高专学报，2 0 0 1 ( 4 ) ，p 6 0 6 2 【9 】张济邦，聚氨酯( p u ) 涂层剂和产品( 一) ，印染，第二十卷，第二期 【1 0 】丁海燕，聚氨酯皮革涂饰剂，皮革化工，2 0 0 2 ( 3 ) ，p 8 - 10 【1 】 m a n z og ，f e d e l eg t a n n i n gw i t hc o n d ec o n d e n s ep r o d u c e df r o mc h o r m e t a n n i n gr e s i d u e s ，c u o i o ，p e l l i ，m a t e rc o n e i n n i t y ，l9 9 3 。6 9 ( 6 ) 【1 2 】闫福安，水性聚氨酯合成配方的设计与计算，皮革化工，2 0 0 2 ( 1 ) ，p 1 3 【1 3 应燕，魏欣，水性聚氨酯，安徽化工，】9 9 7 ( 4 ) ，p l 一4 【1 4 d d i e t e r i e h ，a n dh r e i f f ，a d v u r e t h a n es e i t e e h n o l ，1 9 7 6 ( 4 ) ，p 1 1 2 【1 5 】王清，p u 涂层产品的各种用途，产业用纺织品，1 9 9 7 ( 4 ) ，p 2 1 - 2 2 【1 6 】汀多仁，水性聚氨酯的合成与应用，中国皮革，2 0 0 1 ( 9 ) ，p 1 5 18 1 0 针刺水刺非织造屠层工艺及捧拭材料性能 第二章针刺z k 刺擦拭材料基布制备 2 ，1 基布的纤维原料 涤纶与粘胶都是目前广泛应用的化学纤维，原料范围广，市场价 位低，产品性能适合多方面用途，而两者的性能差别较大，因此本课 题采用涤纶、粘胶纤维为原料进行基布的试制。 2 1 1 涤纶纤维 涤纶又名聚对苯二甲酸乙二酯纤维，采用熔体法纺丝，分涤纶无 捻长丝、涤纶变形丝和涤纶短纤维等多种。 涤纶短纤生产流程： 原料筛选一预结晶干燥一螺杆挤压熔融一计量泵一纺丝组件一冷 却成形一卷绕落桶一集束一第一牵伸机一浸油槽一第二牵伸机一过热 蒸汽箱一第三牵伸机一卷曲机一烘干定型机一切断机一包装 聚酯纤维截面呈圆形，表面很平整，使纤维相对滑动时接触面积 不大，摩擦系数高，纺丝加工中必须添加油剂以控制纤维的动、静摩 擦系数和纤维的导电性能。聚酯纤维的吸湿性能很差，在标准条件下 的回潮率为o 4 o 5 ，相对湿度1 0 0 时的回潮率为o 6 0 8 ， 因此干、湿状态下的纤维性能变化不大。聚酯纤维强度高、弹性回复 性能好，涤纶织物耐磨性能好。涤纶纤维内部没有亲水基团，分子堆 砌紧密，染色较困难。 2 1 2 粘胶纤维川 粘胶纤维是再生纤维的主要品种，是从不能直接纺织加工的纤维 素原料( 如棉短绒、木材、甘蔗渣、芦苇等) 中提取纯净的纤维素， 经过烧碱、二硫化碳处理后制备成粘稠的纺丝溶液，采用湿法纺丝制 成，粘胶纤维的品种有粘胶长丝、强力粘胶帘子线、粘胶短纤维、富 强纤维等。 计刺水刺非织造溶层工艺厦擦拭材料性能 粘胶生产流程：浆粕( 加碱液) 一浸渍一压榨一粉碎一得到碱纤维素 一黄化一得到纤维素黄酸酯一溶解( 加碱液) 一混合一过滤一脱泡一( 加 硫酸、硫酸锌、硫酸钠) 纺丝。 粘胶纤维是高吸湿纤维，但吸湿后强力减小。在温度2 0 、相对 湿度为6 5 时的回潮率为1 3 ，相对湿度9 5 时回潮率约为3 0 ，纤 维润湿，截面膨胀率可达5 0 1 4 0 以上，强度下降。全部润湿的粘胶 纤维，强度只有标准条件的5 0 左右。 2 2 针刺基布擦拭材料的制备 2 2 1 针刺法非织造工艺概述 针刺非织造工艺是一种典型的，也是最古老的非织造机械加固方 法，在干法非织造材料中占有极为重要的地位。其具有如下优点：( 1 ) 适用于各种纤维，如再生纤维、天然纤维和化学纤维，同样适用于特 种纤维如超细纤维和海岛纤维等；( 2 ) 产品的面密度范围广，5 0 9 m 2 3 0 0 0 9 m 2 ；( 3 ) 产品应用广泛；( 4 ) 能耗低，对环境几乎没有污染【2 1 。 18 7 0 年，英国制造出最古老的针刺样机。”世纪4 0 年代，英国 拜瓦特公司制造了世界上第一台现代针刺机【3 】。上世纪6 0 年代至今， 德国迪罗( d i l o ) 公司和奥地利菲勒尔( f e h r e r ) 公司生产的针刺机体现了 世界针刺设备的先进水平。目前针刺机型号规格众多，菲勒尔( f e h r e r ) 公司针刺机单针板的植针密度可达1 0 0 0 0 枚m ，3 - 作幅宽达1 6 5 m ， 最典型的新技术是弧形针板机构。迪罗( d i l o ) 公司针刺机的针刺频率高 达3 5 0 0 r m i n ，单针板植针密度达】6 0 0 0 枚m ，典型技术是针梁采用平 面椭圆运动轨迹1 4 1 。 针刺非织造材料由于用途广泛，多年来发展速度一直较快，主要 用途为土工布，屋顶防水材料，过滤布、合成革基布，絮填类产品等。 19 9 7 年我国针刺非织造材料实际产量7 2 8 万吨，2 0 0 2 年18 万吨，2 0 0 3 年2 3 万吨【钉，2 0 0 4 年产量达2 5 万吨1 6 1 ，增长率极高。我国针刺设备 1 0 左右来自进口，9 0 为国产设备。2 0 0 4 年我国非织造材料总产量 1 2 计刺水刺非织造潦层工艺厦擦拭材料性能 为1 0 4 2 6 万吨，其中针刺非织造材料产量为2 5 万吨，占总量的2 4 ， 仅次于纺粘的3 4 6 i6 1 。 2 2 2 针刺法加固原理 针刺加固工艺中，采用截面为三角形或其它形状，且棱边带有倒 钩的针，对蓬松的纤网进行反复针刺，刺针上的钩刺带住纤网表面和 里层的一些纤维随刺针穿过纤网层，使纤维在运动过程中相互缠结。 同时由于摩擦力的作用和纤维的上下位移对纤网产生一定的挤压，使 纤网受到压缩。部分纤维束成为“销钉”钉入纤网，从而制得具有一定 厚度和强度的针刺非织造材料。【4 】图2 1 所示为针刺加固原理。 1 一纤网2 ，刺针3 托网板4 剥网板 图2 1 针刺法加固原理 2 2 3 针刺基布生产工艺 本课题在绍兴晨宇无纺布有限公司进行针刺基布的制备。该公司 针刺生产线的主要设备有：国产多仓混棉机，国产交叉铺网机，仪征海 润纺织机械公司生产针刺机，其中预针刺机一台，主针刺三台。 工艺流程为：粘胶纤维，涤纶( 按照一定比例) 一混合机一精开 松机一气压棉箱给棉一梳理机一铺网机一预针刺一主针刺一表面热压 一切边成卷一裁减包装 2 ，2 3 1 加工前的准备 1 3 针刺水刺非织造治层工艺厦擦拭材料性能 将细度均为2 5 d 的粘胶和涤纶纤维，开松并喷洒一定量的抗静电 油剂，油剂浓度3 5 ，油剂喷洒量占纤维总重0 5 ，平衡四小时 让其充分发挥均匀，以有效防止在梳理时产生静电。 2 2 3 2 开松 针对初步打开的纤维团，一般采用梳针式或角针式滚筒打手进行 开松，但必须最大程度地减少纤维的损伤，逐步开松。在此过程中要 防止纤维团轧死，着重注意的是打手的形式和产量的匹配。喂入罗拉 与锡林的直径，转速及其相互间的隔距是其重要的工艺参数，它直接 影响产量及开松度。 2 2 3 3 混棉机 涤纶和粘胶两种原料，采用多仓混棉，以利于混合均匀。它以横 铺直取的形式来迸一步混合，混棉形式和混棉容量是基本工艺参数， 同时还必须注意混棉箱中的气流、气压以及光电反射器的位置以确保 纤维的均匀性。 2 2 3 4 精开松 精开松是开清棉工序中十分关键的设备，它的基本参数是产量和 打手形式，其最终的指标是开松度，即自由状态下每立方米所能容纳 的纤维重量，而罗拉隔距的调整、锡林直径与转速是技术的核心，对 以上这些进行合理的调整能得到更细致的开松。锡林与给棉罗拉隔距 5 m m ，锡林线速度5 0 0 m m i n 。 2 2 3 5 梳理成网部分 成网是非织造生产中的关键工艺，直接影响最终产品的性能，梳 理单元中各罗拉间合理的针布配詈，各罗拉的线速度以及速比的有效 控制，罗拉隔距的准确设定，纵向长片段纤网的精确控制，纤网转移 的无变形性，梳理机内的气流控制，合理选择这些工艺参数能使输出 的纤网不匀率 3 。 金属针布的制造精度是直接影响纤网质量的重要因素，对纤维的 分梳混合作用主要发生在梳理单元，金属针布的规格、齿形选择尤为 关键。喂入到主锡林各梳理部件的齿密逐渐增大，其程度与喂入到出 4 针刺水刺非织造潦层工艺及擦拭材料性能 网过程中纤维束逐渐减小，纤维层逐渐变薄的程度相适应，纤维在道 夫上的面密度可用式( 2 1 ) 表示： 纤维在道夫上的面密度= k 纤维的纤度 ( 2 1 ) 经验系数k 由道夫针布的工作角决定的，因此齿尖工作角的大小 决定输出纤网的厚薄。 如表2 1 所示为本课题制备针刺擦拭基布采用的梳理基本工艺参 数及主要部件针布型号，适用于粘胶和涤纶纤维。 表2 1 梳理速度基本工艺参数及主要部件针布型号 单位面积质量 2 0 9 m 。 针布型号 主锡林速度 1 18 0 m m i n 3 5 10 x 2 1 1 0 胸锡林速度 4 8 0 r e r a i n3 8 15 x 3 0 1 3 剥取罗拉速度2 0 0 m m i l l 4 5 3 5 x 4 2 2 0 工作罗拉速度 6 0 m m i n4 3 3 5 2 1 1 2 道夫速度3 4 m m i n 4 3 3 5 2 11 2 2 2 3 6 四帘式交叉铺网【3 j 采用四帘式铺网机进行交叉铺网，如图2 2 所示。梳理机送出的 薄纤网经定向回转的输网帘和补偿帘到达铺网帘，铺网帘做往复运动。 补偿帘除了做回转运动还同时做往复运动。 1 梳理机输出的薄网2 输网帘3 一补偿帘 4 ，铺网帘 5 成网帘( 输出帘)6 纤网 针刺水刺非织造徐层工艺及擦拭材料性能 图2 2四帘式交叉 成网帘上铺叠的纤网，其形状如图 网宽度为职m ) ，且纤网运行到铺网帘的 铺瞢成网 2 3 所示。设道夫输出的薄纤 宽度不变( 事实上由于张力牵 伸略变窄) ；如铺网帘的往复速度为v 2 ( m m i n ) ，成网帘的移动速度为 i 3 ( m m i n ) ，在成网帘上铺叠成的纤网宽度为三( m ) 。 肘可近似地用式( 2 - 2 ) 表示： m ( w v 2 ) ( l y 3 ) ( 2 - 2 ) 式表明，铺网层数m 与铺网帘往复速度 成正比，与成网帘移动速度玩和铺网宽度三成反比 则铺叠后纤网层数 ( 2 2 ) n 和薄纤网宽度形 。层数m 越多越均 匀，一般实际生产中要求至少达到6 8 层，才能保证纤网的均匀性。 本课题采用了7 层铺网。 图2 - 3 纤网的形状 图2 - 3 所示0 角俗称铺网角，铺网角过大，铺叠成的纤网均匀度 差。显然0 角的大小与铺网层数有关，铺网层数越少，口角越大。因此 从( 2 2 ) 式以及实际生产要求的铺网层数，可导出相应的0 角表达式： 口= z a r c t g - 毒 或伽嘴彘 ( 2 3 ) ( 2 - 4 ) 2 2 3 7 针刺加固 因粘胶纤维强力低、模量小，应尽量选用钩齿到针尖距离短、钩 齿深度浅、排列密度大的刺针，这样可以有效减小纤维在纤网内部的 1 6 针刺水刺非织造泠层工艺厦擦拭材料性能 位移，减轻对纤维的损伤。本课题预针刺选用1 5 1 8 x 38 x 3 5 r 2 2 2 g 3 0 2 7 刺针，主针刺选用1 5 18 x 4 0 x 3 r 2 2 2 g 3 0 2 7 刺针，对针刺频率、针刺深 度、针刺密度三个工艺参数的设置如表2 2 所示。 表2 - 2 针刺工艺参数 工艺参数针刺频率针刺深度针刺密度 o ( 刺m i n )( m m )( 枚c m 2 ) 预针刺 5 2 09 48 0 主针刺( 6 道)7 0 0 8 212 0 布面平整度与针刺工艺中布进量关系较为密切。确进量是针刺机每 针刺一次纤网在针刺机中所移动的距离，其计算公式可用式( 2 5 ) 进行 计算。生产中应注意控制布进量以避免出现横向条纹。 布进量( m m 针) = 出御速度( m m i n ) 1 0 0 0 针刺频率( 针m i n ) ( 2 5 ) 2 2 3 8 轧辊热压表面处理 根据选用纤维的特性，采用热轧处理( 采用1 7 5 18 0 ) 的方式来 进一步提高产品的强力，提高非织造材料表面纤维的缠结牢度。 2 2 4 针刺小结 工艺应该注意的问题： 粗开松：采用梳针或角针式滚筒打手进行开松，必须最大限度减 少纤维损伤，逐步开松，防止纤维轧死控制喂入罗拉和锡林的直径与 转速，及其相互之间的隔距。混棉机：两种原料性能差异较大，混棉 必须均匀，采用多仓混棉、横铺直取的方式来进一步混合。预针刺选 用1 5 + 18 * 3 8 * 3 5 r 2 2 2 g 3 0 2 7 刺针。针刺频率为5 2 0 r p m ，针刺深度为 9 4 m m ，针刺密度为8 0 针c m 2 ，主针刺选用1 5 + 18 * 4 0 * 3 r 2 2 2 g 3 0 2 7 刺 针，针刺频率为7 0 0 r p m ，针刺深度为8 2 m m ，针刺密度为1 2 0 针c m 2 ， 共经过6 道主针刺。 本次实验共制备了两种针刺非织造布，规格见表2 3 。 表2 - 3 针刺基布规格 1 7 针刺水刺非织造涂层工艺及擦拭材料性能 基布种类面密度厚度拉伸曲线 ( g m 2 ) ( m m ) 针刺擦拭 匿卿 材料 1 6 0 1 4 0 门 ( 粘8 0 芎伽 涤2 0 ) 鑫1 兰 16 8 11 0 7 4 0 2 0 01 02 03 04 05 0 震 针刺擦拭 匝圈 2 材料 2 ( 粘5 0 一1 5 0 涤5 0 )z 13 2 3 0 9 9 帮御 5 0 - oj1 0 拓2 02 5 南a 54 o 月晕变( m m ) 律瞳 仪器：南通宏大生产的h d 0 2 6 n 电子织物强力仪。等速拉伸，拉 伸速度为1 0 0 m m m i n ，试样夹距为1 0 0 m m 。 两种针刺材料的拉伸曲线形状基本相同，拉伸开始阶段，纤维之 间抱合不太紧密，曲线斜率比较平缓，随着形变的增加，纤维被拉伸 变形，相互拧结抱合，拉伸曲线坡度渐渐增大，第三阶段又开始趋缓， 并最终发生断裂。 针刺水刺非织造溶层工艺及擦拭材科性能 2 3 水刺基布擦拭材料的制备