非织造学-第二章 非织造用纤维原料

1、第二章 非织造用纤维原料§2-1 纤维在非织造材料中的作用一、纤维作为非织造材料的主体成分在粘合法非织造材料、针刺法非织造材料、水刺法非织造材料、纺丝成网法等非织造材料中，纤维以网状构成非织造材料的主体，纤维在这些非织造材料中的比重要占到一半以上甚至百分之百。 二、纤维作为非织造材料的缠结成分在针刺法非织造材料、水刺法非织造材料以及无纱线纤网型缝编法非织造材料中，部分纤维以纤维束锲柱形式或线圈状结构起加固纤网的作用。 三、纤维作为非织造材料的粘合成分在大多数热粘合非织造材料中，加入纤网的热熔性纤维在热粘合时全部或部分熔融，形成纤网中的热熔粘合加固成分。在溶剂粘合法非织造材料中，部分纤

2、维在溶剂作用下溶解或膨润，起到与其它纤维相互粘合的作用。四、纤维既作非织造材料的主体，同时又作非织造材料的热 熔粘合成分 在双组份纤维热熔粘合法非织造材料中，双组份纤维的高熔点组份(通常为芯)作为非织造材料的主体，低熔点组份(通常为壳)在纤维交叉处熔融粘结，由此，双组份纤维既作非织造材料的主体，同时又作非织造材料的热熔粘合成分。§2-2 纤维与非织造材料性能的关系一、纤维表观性状对非织造材料性能的影响1、纤维长度及长度分布2、纤维线密度3、纤维卷曲度4、纤维截面形状5、纤维表面摩擦系数二、纤维的物理机械性能、化学性能对非织造材料性能的影响纤维的机械性能(包括断裂强力和伸长、初始模量、

3、弹性恢复性等)纤维的吸湿性纤维的热学性能纤维的化学性能1、纤维的物理机械性能浸渍粘合法非织造材料与其采用纤维的应力应变曲线相似。浸渍粘合法非织造材料应力应变曲线与粘合剂应力应变曲线的比较。纤维强度利用系数可用下式来表示：式中：K 纤维强度利用系数p 非织造材料的强度B 单纤维强力m通过非织造材料1cm2截面的纤维根数通常，粘合法非织造材料的纤维强度利用系数不超过20%，针刺法非织造材料的纤维强度利用系数可达30%，而普通机织物的纤维强度利用系数高达4050%。2、纤维的吸湿性纤维类型回潮率%(空气温度20 ，相对湿度65%)棉苎麻细羊毛桑蚕丝普通粘胶富强粘胶聚酰胺6聚酰胺66聚酯聚丙烯腈聚乙烯

4、醇聚丙烯78213151789131512143.554.24.50.40.51.224.5503、纤维的热学性能纤 维 类 型软化点熔点分解点玻璃化温度棉羊 毛蚕 丝聚酰胺6聚酰胺66聚酯聚丙烯腈聚乙烯醇聚丙烯聚氯乙烯聚乙烯（）180225235240190-240干态220230热水110118145-15090-100110-115（）215253256163-175200125-130150（）135150280-300310（）47.658280.90908582二、纤维特性对非织造材料性能的影响规律(一)细度和长度细度长度非织造材料强度(二)卷曲度纤维卷曲度影响抱合力、弹性、压缩回

5、弹性。(三)纤维截面形状过滤材料采用多叶截面，孔径，表面积，非织造材料强度。(四)表面光滑程度影响强度，影响加工工艺性，如静电、针刺力等。(五)吸湿性影响加工工艺性，如静电、粘合剂扩散等。纤维截面形状 §2-3 纤维选用的原则一、 天然纤维与化学纤维的比较：多数化学纤维的物理机械性能高于天然纤维。天然纤维和部分化学纤维具有可降解性。化学纤维含杂少，可简化纤维准备工序。差别化、功能性的化学纤维可满足非织造材料的特殊要求。化学纤维细度、长度的一致性较好，并可按非织造生产工艺的要求进行控制。纤维原料对非织造材料性能的影响纤维类型积极作用消极作用聚酯变形回复性良好，热定型性良好，耐磨性强，弹

6、性高，干湿强度高，快干，电绝缘性强。起球倾向大，易产生静电荷积聚，不耐碱。聚丙烯耐磨性好，变形回复性好，耐腐蚀性强，耐化学性好，防霉，价廉，比重小。易老化，不吸湿，染色困难。聚酰胺干、湿强度高、耐沾污性好，快干，弹性高、耐磨性强。耐光度差，起球倾向大，不耐酸。聚乙烯醇有一定吸湿性，耐磨性强，强度高，耐碱性较强。染色较困难聚丙烯腈弹性强，手感柔软，蓬松度好，日晒牢度高，耐磨性强，耐化学性强，保暖性强。易起球粘胶纤维干强度高，悬垂性优良，吸湿性强，不起球，易清洁。湿强度低棉耐磨性较强，干、湿强度较高，手感柔软，易粘合，吸湿性好。弹性差，变形回复性差，易折皱，纤维均匀性差。羊毛蓬松度高，弹性强，手感

7、柔软，保暖性强，吸湿性强。有起球现象，耐磨性差。二、纤维选用的原则(一)非织造材料的性能要求如强度、工作温度、老化性能、耐化学品性能、颜色等。(二)工艺与设备的适应性包括气流成网、梳理机、热粘合工艺等。纤维静电电位序列：羊毛、聚酰胺、粘胶、棉、丝、醋酸纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维。静电电位差别大的纤维相混，可减少静电。(三)产品的成本采用价值工程原理，以最小的成本实现产品的功能。三、按非织造材料的用途选择纤维原料服装衬：聚酯，聚酰胺，粘胶保暖絮片：聚酯(中空，三维卷曲)，聚丙烯腈服装面料：聚酯人造毛皮：聚丙烯腈毛毯：羊毛，聚丙烯腈窗帘：聚

8、酯地毯：聚酯，聚丙烯，聚酰胺墙布：聚酯卫生巾和尿片包覆布：聚丙烯，ES纤维，棉手术衣：聚丙烯，木浆纤维，粘胶绷带和敷料：棉，粘胶合成革基布：聚酯，聚酰胺内底革：聚酯，粘胶，聚氯乙烯纤维土工合成材料：聚酯，聚丙烯，聚酰胺，聚乙烯醇过滤材料：聚酯，聚丙烯，棉，耐高温纤维等吸油材料：聚丙烯，天然秸杆材料电器绝缘材料：聚酯，聚丙烯隔音材料：聚丙烯，聚乙烯醇，废纤维隔热材料：棉，粘胶，麻纤维，废纤维包装材料：聚乙烯，废纤维，聚酯，聚酰胺抛光材料：聚酰胺，麻纤维抛光材料：聚酰胺，麻纤维造纸毛毯：聚酰胺，羊毛§2-4 非织造常用纤维纤维的分类一般分为以下三大类：(1)天然纤维包括棉、木棉、椰壳纤维

9、、甲壳质纤维、海藻纤维、苎麻、黄麻、亚麻、羊毛、丝等。(2)化学纤维包括粘胶、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈及其它纤维。(3)无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维、石棉纤维等。一、聚丙烯纤维定义：由聚丙烯熔融纺丝制得，又称丙纶，简写为PP。性能：断裂强度2.65.7cN/dtex，断裂伸长2080%，初始模量1835cN/dtex，密度为0.900.91g/cm3 (相当聚酰胺的80%，聚酯的70%)，软化点140150，熔点163175左右，制成产品后比较厚实，干和湿强度好，耐磨性好，不起球，变形回复性好，耐化学品好，耐霉性好，绝缘性好，吸湿性极低，无毒性，表面虹吸作用

10、强，不耐日晒。用途较广，如土工合成材料、地毯、手术衣、手术罩布、婴儿尿片和妇女卫生巾包覆材料、吸油材料、过滤材料、保暖材料、隔音材料、揩布等。二、聚酯纤维定义：化学名称为聚对苯二甲酸乙二酯，又称涤纶，简写为PET或PES。性能：断裂强度4.25.7cN/dtex，断裂伸长3550%，初始模量2244cN/dtex，密度为1.38g/cm3，软化点235240，熔点256左右，变形回复性好，耐磨性好，弹性好，强力高，绝缘性好，易起球，易产生静电，耐酸不耐强碱，老化性能较好。非织造工艺中常用截面为圆形、三角形、扁带形、中空圆形等，通常适用于绝缘材料、保暖絮片、墙布、服装衬基布、屋顶防水材料、土工合

11、成材料等。高收缩聚酯纤维 三、聚酰胺纤维定义：通常由聚酰胺6熔融纺丝制得，又称尼龙纤维，简写为PA。性能：断裂强度3.86.2cN/dtex，断裂伸长2560%，湿态断裂强度3.25.5cN/dtex，湿态断裂伸长2763%，初始模量726cN/dtex，密度为1.14g/cm3，软化点180，熔点220左右，综合性能良好，弹性好，悬垂性好，价格高，易起球起毛，耐日晒牢度差，耐碱不耐强酸，摩擦系数大。主要用于服装衬基布、造纸毛毯、地毯、合成革基布、抛光材料等。四、聚乙烯醇纤维定义：湿纺制得的聚乙烯醇缩甲醛纤维，又称维纶。性能：断裂强度4.05.7cN/dtex，断裂伸长1226%，湿态断裂强度

12、2.84.6cN/dtex，湿态断裂伸长1226%，初始模量2262cN/dtex，密度为1.261.30g/cm3，干态软化点220230，水中软化点110左右，干强好，湿强低，耐磨性好，耐碱性好，吸湿性较好，弹性较差，染色较困难，不耐强酸。与聚丙烯纤维混和后可生产土工合成材料，水溶性纤维可用于绣花基布、用即弃材料等。五、聚丙烯腈纤维定义：由丙烯腈和其它单体共聚而成，湿纺或干纺成形。性能：断裂强度2.54.0cN/dtex，断裂伸长2550%，湿态断裂强度1.95.5cN/dtex，湿态断裂伸长2560%，初始模量2255cN/dtex，密度为1.17g/cm3，软化点190240，分解点2

13、80300 ，强力较高，弹性好，耐光性好，染色性好，蓬松性较好，易起毛起球，耐磨性较差。主要用于生产保暖絮片、人造毛皮、毛毯等。六、棉纤维性能：纤维细度一般为12dtex，长度为2536mm，断裂强度2.64.3cN/dtex，断裂伸长712%，湿态断裂强度2.95.6cN/dtex，初始模量6082cN/dtex，分解点150，截面为中空肾状，纵向自然卷曲，吸湿性很好，湿强力比干强力高10%左右。棉纤维含有较多的杂质，除杂脱漂后可用于医卫非织造材料，白度应大于80%，残硫量应小于8mg/100g。 七、粘胶纤维定义：由纤维素组成，湿纺成形，简写为VIS。性能：断裂强度2.22.7cN/dte

14、x，断裂伸长1622%，湿态断裂强度1.21.8cN/dtex，湿态断裂伸长2129%，初始模量2662cN/dtex，密度为1.51.52g/cm3，分解点150，强力较低，吸湿性良好，不起球，湿强力更低，耐磨性差，弹性较差，手感较差。粘胶纤维已开发出许多新品种，如高卷曲、高湿强、高吸湿等，常用于医卫材料，和其它纤维混和后用于服装衬基布、合成革基布、食品过滤材料等。奥地利Lenzing公司粘胶纤维生产流程八、麻纤维苎麻纤维性能：纤维细长，断裂强度4.95.7cN/dtex，断裂伸长1.52.3%，湿态断裂强度5.16.8cN/dtex，湿态断裂伸长2.02.4%，初始模量176220cN/d

15、tex，吸湿性很好，刚性好，硬挺性好，但抱合力较小。主要用于生产地毯基布、抛光材料、衬里和建筑用隔音隔热材料等。黄麻纤维 大麻纤维九、羊毛纤维性能：断裂强度0.91.5cN/dtex，断裂伸长2535%，湿态断裂强度0.671.43cN/dtex，湿态断裂伸长2550%，初始模量8.522cN/dtex，分解点135，天然卷曲，弹性好，手感丰满，保暖性好，吸湿性强，光泽柔和，染色性好，具有独特的缩绒性，但价格高。主要用于生产高级地毯、造纸毛毯等。 十、Lyocell纤维采用溶剂法生产的一种新型的纤维素纤维，纤维素直接溶解在有机溶剂中，经过滤、脱泡等工序后挤压纺丝，凝固后成为纤维素纤维，具有完整

16、的圆形截面和光滑的表面结构，具有较高的聚合度。Lyocell纤维既具有纤维素的优点，如吸湿性、抗静电性和染色性，又具有普通合成纤维的强力和韧性。其干强达到4.2cN/dtex，与普通聚酯纤维相近，湿强仅比干强低15%左右，仍保持较高的强度。该纤维生产时不污染环境，自身可生物降解，故可称为“绿色纤维”。Lyocell纤维的性能对比Lyocell纤维非织造材料的性能对比。十一、 椰壳纤维长度为1533cm，直径为0.050.3mm，刚度大，弹性好。采用针刺工艺可以加工成用于沙发、汽车座垫及弹簧软垫、厚床垫、运动垫的填料。十二、蚕丝具有良好的伸长、弹性和吸湿性，细而柔软、平滑、光泽好等优点。非织造工

17、业中仅用其丝绢下脚料生产一些特殊的湿法和水刺非织造材料。十三、废纤维包括棉纺厂的皮辊花、粗纱头、梳棉抄斩花、精梳落棉、短绒，毛纺厂的落毛、精梳短毛，麻纺厂的苎麻落麻以及化纤厂的废丝、再纺纤维等，还包括服装裁剪边角料与旧衣等进行布开花处理形成的废纤维。废纤维主要用于填料、包装材料、隔音隔热材料、絮垫等产品。§2-5 非织造用特种纤维一、可溶性粘结纤维可溶性粘结纤维在热水或水蒸汽中产生软化、熔融现象，干燥后使纤网内纤维之间粘合。该类纤维通常由多种聚合物共聚而成，如日本开发的Efpakal L90纤维为50%聚氯乙烯与50%聚乙烯醇共聚，在90热水中聚乙烯醇部分溶解，而聚氯乙烯部分软化、粘

18、合。德国Enka公司的N40纤维为共聚酰胺，在过热蒸汽或190 干燥热风中可熔融。二、热熔粘结纤维熔融纺丝制成的合成纤维均可作为热熔粘结纤维用于热粘合法非织造材料的生产。但某些纤维的熔点较高，生产能耗大，热收缩大，不适合作热熔粘结纤维。由此国内外先后开发了一些低熔点的热熔粘结纤维。对低熔点的热熔粘结纤维的要求：熔点低软化温度范围大热收缩小常用热熔纤维及其粘合温度纤维类别粘合温度纤维类别粘合温度低密度聚乙烯85115Kodel 410 (Eastman)85170高密度聚乙烯126135Dacron 927,923,920 (Dupont)160180聚丙烯140170Unitika 2000,

19、3300,4000110200聚氯乙烯115160Heterofil PA (ICI)双组份220230共聚酰胺110140Trevira 813 (Hoechst)210225聚酰胺6170225Heterofil PES (ICI) 双组份170230聚酰胺66220260ES Faser (Chisso) 双组份120150聚酯230260Unitika 2080,3380,4080 双组份110200三、双组份纤维双组份纤维又称复合纤维，采用两种聚合物同时通过复合纺丝孔成形。常见结构形式有4种：并列式(side by side)芯壳式(mantle/core)非连续纤维芯壳式(shor

20、t fibres in a matrix)长丝芯壳式(fibres of unlimited length)非织造工艺中使用的双组份纤维有ES纤维、海岛型纤维和桔瓣型纤维。 ES纤维是一种性能优异的热熔粘结纤维，在纤网中既作主体纤维，又作粘合纤维，由日本Chisso公司开发，国内已有生产。海岛型纤维和桔瓣型纤维经化学或机械的方法可形成超细纤维。ES纤维由聚丙烯和高密度聚乙烯复合而成，其中高密度聚乙烯作为热熔粘结成分，有芯壳式和并列式两种结构，常用结构为芯壳式，主要性能如下：细度 1.5d组份分离特性 不可分离断裂强度 2.53.5g/d断裂伸长 40120%卷曲度 0.113转/英寸含湿率 1

21、%(RH60%，20)软化点 110120 (HDPE)/150160 熔点 130 (HDPE)/163 热收缩率 5%热熔粘合非织造材料采用ES纤维的优点为：改善非织造材料的结构，纤网内纤维交接点产生有效、均匀的粘合作用非织造材料强力高热熔粘合的温度范围宽，生产过程容易控制产品手感柔软能耗低，生产率高ES纤维生产的非织造材料的用途种类单位面积质量(g/m2)密度(g/cm3)用途热轧、热熔薄型10500.230.27尿布、卫生巾面料，包装材料，湿巾热熔5010000.020.2絮片，过滤材料，吸油毡，土工布，农业丰收布，汽车地毯针刺热熔10020000.070.32湿法102000.20.

22、4尿布面料，揩布，湿巾模压法0.070.32帽料，成型过滤材料，排水材料热熔粘合时，纤网中的 ES纤维含量必须超过50%，薄型产品可采用100%的ES纤维。断裂强度(kg/5cm)四、超细纤维超细纤维通常是指纤维细度在0.44dtex(0.4d)以下的纤维。超细纤维生产方法主要有：采用复合纺丝技术先制得双组份复合纤维，通常为海岛型纤维和桔瓣型纤维，然后分离双组份，形成超细纤维。对于海岛型纤维，采用溶解法溶去“海”组份，留下的“岛”组份即为超细纤维，细度可达到：0.00110.11dtex(0.0010.1d)对于桔瓣型纤维，可采用机械方法分离两组份，分离后两组份均为超细纤维，细度可达到：0.1

23、10.44dtex(0.10.4d)桔瓣型纤维也可采用碱减量处理方法，其中一个组份(通常是聚酯)被溶去。采用熔喷非织造技术，直接得到由超细纤维构成的非织造材料，平均纤维直径为25m。桔瓣型纤维机械分裂桔瓣型纤维碱减量处理桔瓣型纤维海岛型纤维碱减量处理海岛型纤维五、高性能纤维具有高性能的特种纤维，如碳纤维、芳纶等。芳纶1313，商品名Nomex，强度4.84cN/dtex，模量132cN/dtex，断裂伸长17%，最高使用温度204。聚苯并咪唑纤维，商品名PBI，强度4.27cN/dtex，模量137cN/dtex，断裂伸长10%，最高使用温度560。聚砜酰胺纤维，商品名芳砜纶，强度3.8cN/

24、dtex，模量54cN/dtex，断裂伸长17%，最高使用温度200。聚四氟乙烯纤维，商品名氟纶，强度1.75cN/dtex，模量13.2cN/dtex，断裂伸长25%，最高使用温度280。碳纤维(PAN)，强度19617061N/mm，模量226686kN/mm，断裂伸长25%，熔点或分解点为20003500 。六、功能性纤维与高性能纤维不同之处是，高性能纤维强调耐高温、热稳定性以及高强度等性能，而功能性纤维强调使用功能，如：导电抗紫外线抗菌除臭吸收太阳能具有抗菌性能无抗菌性能七、无机纤维(一)玻璃纤维圆截面，最大直径为18m，实际应用主要为812 m，相当于1.22.8dtex。生产超细过

25、滤材料时，可采用13 m的玻璃纤维。玻璃纤维表面光滑，刚性大，易断，碎屑会引起人体皮肤过敏，因此要注意生产劳动保护。玻璃纤维非织造材料常用于过滤材料、隔音材料、绝热材料以及复合材料的基材等。玻璃纤维纤网结构成网不均的玻璃纤维纤网结构纤维细度的比较熔喷纤维 玻璃纤维纤维素纤维玻璃纤维非织造材料的过滤效率熔喷非织造材料的过滤效率梳理成网非织造材料的过滤效率纤维素纤维非织造材料的过滤效率(二)陶瓷纤维即硅酸盐纤维，其特点是强力高，具有优良的耐热性，耐化学性，较柔软，有可纺性。目前已商业化生产的陶瓷纤维主要有碳化硅(SiC)和Si-Ti-C-O两种。陶瓷纤维梳理成网比较困难，通常采用湿法成网针刺或水刺

26、等方法加固。(三)金属纤维由金属棒拉伸而成，生产成本极高。常用碳钢纤维的直径为75250m。不锈钢纤维制成的非织造材料可用作耐高温过滤材料。纤网中混入少量的金属纤维(占纤维总重的0.51.0%)，可获得永久的抗静电效果。不锈钢纤维毡与不锈钢粉末烧结材料、青铜粉末烧结材料的结构比较不锈钢纤维毡青铜粉末烧结材料 不锈钢粉末烧结材料不锈钢纤维毡的性能导电性耐高温耐腐蚀高温过滤防静电电磁屏蔽八、木浆纤维木浆纤维系来自木材的天然纤维素纤维。70年代初美国首先利用木浆纤维中的绒毛浆短纤维制造一次性卫生用品(妇女卫生巾、婴儿尿片)，因吸湿性良好和成本较低，产量急剧上升。干法造纸和水刺非织造工艺近年来发展迅速，也采用了大量的木浆纤维。木浆纤维的原料为原木，其中含有4345的纤维素，2730半纤维素，2028木质素与35的天