非织造学第二章

第1页共4页第二章非织造用纤维原料纤维是构成非织造材料的最基本的原料。非织造材料是纤维原料直接构成的纤维集合体。纤维在非织造材料中的作用1、纤维作为非织造材料的主体成分2、纤维作为非织造材料的缠结加固成分在针刺和水刺非织造材料、无纱线纤网型缝编法非织造材料结构中，部分纤维以纤维束的锲柱或者圈状结构存在于非织造材料中，起着加固纤网的作用。3、纤维作为非织造材料的粘合成分在热粘合法、湿法非织造材料中，具有热熔性（水溶性）的合成纤维作为粘合材料加入纤网中。纤网受到热处理时，这些纤维便会全部或部分地失去其纤维形态，形成结构中的粘合成分。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1、缠结点↑→抱合力↑纤维长度↑→→非织造材料强力↑2、粘合点↑→粘合力↑成网工艺对纤维长度的要求：湿法成网：5～20mm、梳理成网：10～150mm、气流成网：4～60mm纤维长度要均匀一致，避免超长纤维。2、纤维线密度纤维线密度↓→纤维越细→(相同面密度条件下)纤维根数↑→纤维间的接触点和接触面积↑→纤维间的粘结(缠结)程度↑→纤维间滑移阻力↑→非织造材料强力↑对非织造加工工艺的影响：纤维线密度↓↓→纤维容易缠绕结团→不利于开松、梳理、成网3、纤维卷曲度：单位长度内纤维的卷曲个数(个/cm)。卷曲度↑→纤维间抱合力↑→纤维间相对滑移阻力↑→纤网均匀，强力↑卷曲度↑→粘结点之间的纤维可保持一定的弹性伸长→材料手感柔软，弹性好在干法梳理成网中：卷曲度↓↓→纤维不易成网在湿法工艺中：卷曲度↑→纤维易纠缠→成网时难以分散成单纤维在水刺工艺中：卷曲度↑→材料强力↓（中低水压条件下）4、纤维横截面形状材料硬挺度：三角形≻圆形≻椭圆形材料保暖性(蓬松度、回弹性)：中空、四孔、七孔、九孔纤维粘合强度：异形截面(比表面积↑)≻圆形截面(比表面积↓)材料光泽：三角形≻圆形扁平截面纤维易弯曲5、纤维表面摩擦因数纤维摩擦因数↑→纤维间抱合力↑→纤维间相对滑移阻力↑→纤维的缠结效果↑→材料强力↑纤维摩擦因数↑↑→针刺阻力↑→刺针在纤网中穿刺困难→断针纤维摩擦因数↑↑→静电↑→不利于梳理成网纤维的物理机械性能、化学性能对非织造材料性能的影响1、纤维的机械性能第2页共4页断裂强力和伸长、初始模量、弹性恢复性、耐磨性等纤维抵抗外力作用所表现出的力学性能最典型、最重要的是其拉伸性能纤维的湿态初始模量越大，其在水中越易分散。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σp－非织造材料的强度σB－单纤维强力m－通过非织造材料1cm2截面的纤维根数2、纤维的吸湿性纤维吸湿性—纤维吸收水分(气态、液态)的能力纤维吸湿性影响因素：1、纤维的分子结构(含有亲水基团)2、纤维的结晶度(结晶度↓→吸湿能力↑)3、纤维的比表面积和内部空隙4、纤维中的伴生物和杂质纤维吸湿指标：回潮率—纤维中含水分的质量与其干燥质量的百分率化学粘合法：纤维吸湿↑→粘合剂易于润湿纤网→纤维吸附粘合剂↑→粘合效果↑水刺法：纤维吸湿↑→纤维易于缠结→水刺布强力↑干法成网和针刺法纤维吸湿能力↓→静电↑→不利于成网纤维吸湿↑→纤维易缠绕机器3、纤维的热学性质纤维热学性能主要参数：熔点、玻璃化温度、软化点、分解点、热收缩性、耐热性等4、纤维的化学性能化学粘合法：粘合剂后整理工艺：功能整理剂、助剂等耐化学性主要指耐酸碱性、耐有机溶剂和耐氧化性物质性能。纤维选用的三项原则(1)满足非织造材料使用性能的要求(2)满足非织造材料加工工艺和设备对纤维的要求(3)性价比的平衡及其它环境资源方面的要求非织造常用纤维天然纤维1、棉纤维主要成分:纤维素化学分子式：[C6H10O5]n表观性状:截面为中空腰圆状，纵向呈扁带状且自然扭曲；线密度为1~2dtex，长度为25~36mm。物理性能：单纤断裂强力为2.5~5cN/dtex，断裂伸长7~12%，初始模量60~82cN/dtex，回潮率7%，湿强力比干强力高10%左右。热学性能:不软化，不熔融，分解点150℃。适合工艺:针刺、化学粘合、水刺主要用途:医用卫材、粘合衬、过滤材料2、麻纤维主要品种：苎麻、亚麻、大麻、罗布麻主要成分:纤维素表观形状：纤维细长，十几~几百mm，线密度分布范围大物理性能：强度高、模量高、刚性好，硬挺、湿强更高、吸湿性很好%100mKBp第3页共4页适合工艺：针刺、化学粘合主要用途：汽车内饰件、隔音隔热材料、服装衬、地毯、抛光材料3、木浆纤维木浆纤维系来自木材的天然纤维素纤维。其中含有43～45％的纤维素，27～30％半纤维素，20～28％木质素与3～5％的天然可提取物。特点：纤维特短(2mm以下)，吸湿性好、成本低、可生物降解适合工艺：水刺、干法造纸、湿法成网主要用途：“用即弃”卫生用品、手术衣、揩布、餐巾市场前景：生产能力不断扩大，产量逐年剧增。4、废纤维(含有少量化纤)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。适合工艺：气流成网、针刺、化学粘合、热粘合(加一定比例的热熔纤维或热熔粉)废纤维主要用于填料、包装材料、隔音隔热材料、絮垫、过滤材料等产品。化学纤维1、聚丙烯纤维(丙纶PP)突出性能：、质地轻(密度0.91g/cm3)、吸湿差(回潮率=0)，亲油不亲水、热熔纤维(软化点140~150℃，熔点165~175℃左右)、耐化学性好、耐腐蚀，不霉不蛀、耐光性差，易老化适合工艺：热粘合、纺粘、熔喷主要用途：土工合成材料、地毯、手术衣帽、口罩、婴儿尿片和妇女卫生巾包覆材料、吸油材料、过滤材料、保暖生态棉等。2、聚酯纤维(涤纶PET或PES)突出性能：耐热性好(软化点235~240℃，熔点255~265℃左右)、强力高，弹性好,耐磨，刚挺、耐酸不耐强碱、吸湿性差(回潮率0.4%)、易起球，易产生静电、耐老化性能好、密度为1.38g/cm3非织造专用涤纶纤维：高收缩型、低熔点粘结型、双组分差别化型、吸水性涤纶等适合工艺：针刺、水刺、化学粘合、纺粘、热粘合主要用途过滤材料、土工合成材料、合成革基布、绝缘材料、保暖絮片、墙布、服装衬基布、屋顶防水材料等。3、粘胶纤维(简写为VIS)主要成分：纤维素突出性能：吸湿性很好(回潮率13%，吸水率10~300%)、湿态下各项机械性能很差，湿强只有干强的50%、耐磨性差，弹性较差、无熔融软化点，分解点150℃非织造专用粘胶纤维：高湿强粘胶、截面中空、纵向扁带状粘胶、医用卫生型粘胶等适合工艺：针刺、水刺主要用途：医卫材料、合成革基布、揩布、面巾等。4、Lyocell纤维采用溶剂法生产的一种新型的纤维素纤维突出性能：1、既具有纤维素的优点(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,湿强仅比干强低15%左右。2、生产用溶剂无毒性，回收率高，不污染环境，自身可生物降解，被称为“绿色纤维”。加工工艺及用途同粘胶5、聚酰胺纤维(锦纶尼龙PA)第4页共4页弹性很好，耐磨性好，强度高、PA6的软化点180℃，熔点220℃左右；PA66熔点260℃、耐碱不耐强酸、摩擦系数大、热稳定性较差适合工艺：针刺、水刺、化学粘合、热粘合主要用途：服装衬、合成革基布、地毯、造纸毛毯6、热熔粘结纤维专门用于热粘合法非织造材料生产的纤维工艺特点：纤维受热熔融→失去纤维形态呈粘质状→作为粘合成分将主体纤维粘结→冷却后构成非织造材料热熔粘结纤维的要求：熔点低、软化温度范围大、热收缩小热熔粘合非织造材料采用ES纤维的优点：1、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2、非织造材料强力高3、热熔粘合的温度范围宽，生产过程容易控制4、产品手感柔软5、能耗低，生产率高7、聚乳酸纤维(PLA)优点：热塑性好、可生物降解、有生物相容性适合工艺：湿法成网、纺粘熔喷水刺主要用途：医用卫生、农业8、非织造特种纤维特种纤维：高性能、高功能、满足特殊用途需要、用量少、价格昂贵的纤维。高性能纤维：高强高模纤维、耐高温纤维差别化纤维：复合纤维，异形、超细、高收缩、高吸湿纤维功能性纤维：阻燃、抗菌、导电等无机纤维1、玻璃纤维以二氧化硅、硼酸、氧化铝为主要成分，经熔体纺丝而制得的纤维。性能：圆截面，表面光滑，刚性大，易断，碎屑会引起人体皮肤过敏。耐热性好，可耐300℃高温，难燃，能绝热、隔音、耐老化，对化学品较稳定，吸湿差，不可染。线密度为1.2~2.8dtex。适合工艺：湿法成网、针刺、化学粘合法主要用途：高效过滤材料、隔音、绝热材料、多功能复合材料2、陶瓷纤维(功能性纤维)特点：强力高，优良的耐热性，耐化学性。能发射远红外微波，可促进人体微循环适合工艺：湿法成网＋针刺或水刺等方法加固主要用途：医用卫材、导电膜材料、保暖保健材料等。3、金属纤维利用各种金属材料加工(金属棒拉伸)而成的纤维。性能：耐高温，不燃，导电、防辐射、抗菌。功能永久性主要用途：加入少量(占纤维总重的0.5～1.0%)金属纤维，可制成永久性的耐高温过滤材料、导电或抗静电材料、防辐射材料和抗菌材料等。4、碳纤维(高性能纤维)以粘胶、聚丙烯腈为原料，经高温加热碳化而成主要性能：高强、高模、耐高温、不燃、导电、吸湿、脆性适合工艺：湿法成网→针刺→炭化主要用途：耐高温过滤材料、导电材料、防护材料、有害气体吸附材料(活性碳纤维)