提花水刺法非织造布的结构与性能

第１５卷第５期　非织造布　Ｖ０１．１５．Ｎｏ．５　２００７年１０月　Ｎｏｎｖ￣ｏｖｅｎｓ　０ｃｔ．．２００７　‘　．’　曩　２２，　…　，　ｌ　ｔ　，　ｔ　　‘‘　‘＿ｔ　ｔ　！　－ｒ　甜　；　磐　陈涵，靳向煜，殷保璞，唐守星　（东华大学纺织学院，上海２０１６２０）　摘要：分析了５０／５０涤纶／粘胶和１００％粘胶两种水刺提花非织造布的纤维原料、花纹结构，研究了　提花布花纹的形成原理以及原料和工艺参数对花纹结构的影响；同时测试了它们的物理性能，并与　１００％粘胶的平纹水刺法非织造布作了对比。说明了提花水刺法非织造布具有较高的拉伸强力、较　好的吸湿性和更柔软的手感，是一种新型的揩拭布。　关键词：非织造布；水刺法；提花；结构；性能　中图分类号：ＴＳ１７４．８文献标识码：Ａ文章编号：１００５．２０５４（２００７）０５．００２０．０６　１　前言　网中纤维的排列结构和截面形态。　在各类非织造布生产工艺中，水刺以其工艺采　２．２．２花纹结构　用机械缠结方法，无化学剂、无环境污染，产品吸湿　用２０倍放大镜观察１００％粘胶提花非织造布　性好、手感柔软、强力高等优势得到了快速发展。其　的花纹结构。　中，在非织造布市场上销售潜力最大的当数揩布，目　２．２．３物理性能　前已占整个市场份额的将近一半［川。　采用ＹＧ１４１Ｎ数字式织物厚度仪测试两种提　本文研究的水刺提花揩布除在清洁厨房、浴室器　譬＿－曙　　一　花非织造布的厚度，参数：压脚面积２　５００ｍｍ　，压力　具、清洗水果、蔬菜方面大有用途外，还可以广泛用于　０．５±０．０１ｋＰａ。　个人洗浴中，用它代替普通澡巾、浴花、毛巾。在水刺　根据标准ＧＢ／Ｔ３８１９　９７，使用ＹＧ５４１Ｂ型织物　生产过程中，设计者使用了具有特殊花纹的鼓罩，在　折皱弹性测试仪分别测试三种样品ＭＤ和ＣＤ方向　布面形成均匀凸起的花纹，使揩布两面粗糙程度不　的回复弹性。参数条件：压力负荷１０Ｎ，承压面积　同Ｏ这样，粗糙面摩擦力较大，清洁时更有利于提高　１８×１５ｍｍ２，承压时间５ｍｉｎ，回复角测量量程０。～　清洁效率，也可以去除人体表面死皮；摩擦力较小的　１８０。。　一面吸湿性好，可以使器具和皮肤更快地干燥。　参照标准ＦＺ／Ｔ６０００５．１９９１，使用南通宏大公司　２实验　的ＨＤ０２６Ｎ型电子织物强力仪，分别测试了三种样品　２．１实验材料　ＭＤ、ＣＤ、４５。和３０。四个方向的拉伸断裂性能。参数条　５０／５０涤纶／粘胶和１００％粘胶颗粒状提花水刺　件：试样面积２００×５０ｍｌｎ２，拉伸速度１００ｍｒｒｆｍｉｎ。　法非织造布和１００％粘胶平纹水刺法非织造布若　在Ｍｏｄｅｌ　ＬＩ　Ｙ．０１Ｂ型电子硬挺度仪上分别测　干。　试计算三种样品ＭＤ、ＣＤ方向的弯曲刚度。　２．２测试方法　按照国家标准ＦＺ／Ｔ６４０１２．２．２００１分别测试三　２．２．１扫描电镜（ＳＥＭ）　种样品的吸水率。　用ＤＸＳ－１０ＡＩ　ＫＴ型扫描电镜观察非织造布纤　３结果与讨论　３．１纤维原料　收稿日期：２００７．０７．１０　本文中所研究的纤维材料为粘胶短纤和涤纶短　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年（总第６３期）　陈涵，等：提花水刺法非织造布的结构与性能　２１　纤，两种纤维的规格相同，均为１．５６ｄ×３８ｍｍ。涤　纶纤维具有干湿强力高、耐磨性好、价格低的特点，　是非织造布生产中的理想原料；而粘胶纤维可降解、　研究所用粘胶纤维干态断裂强度≥２．００ｃＮ／ｄ，湿态　断裂强度≥１．００ｃＮ／ｄ，残硫量≤３．６ｍｇ／１００ｇ，公定　回潮率为１３％。图１为粘胶纤维非织造布纵向表　无污染、吸湿性好，在非织造揩布中应用更广泛。本　面和横截面的ＳＥＭ图像。　（ａ）纵向表面　（ｈ）横截面　图１粘胶纤维非织造布的ＳＥＭ图像　３．２花纹结构　布面类似平纹非织造布，本文称水刺面；另一面形成均　提花水刺法非织造布中直接受到水针喷射的一面　匀分布的凸出的颗粒状花纹，称水刺反面（见图２）。　（ａ）　（ｈ）　图２揩布的水刺面（ａ）和水刺反面（ｂ）ＳＥＭ图像　３．２．１花纹形成原理　程中，这些纤维或束纤维与其所接触的纤维相互穿　本研究中提花水刺法非织造布的生产工艺流程为：　插、纠结。同时，从反面穿出的纤维或纤维末端由于　纤维原料一开松混和一梳理杂乱成网一预湿一纤网水　水针射到托网的反弹作用，又随机地从反面向正面　刺预固结一提花水刺一烘燥一卷绕　运动，并再次与接触纤维产生穿插、纠结，同根纤维　花纹形状取决于所设计的绕在转鼓上的鼓罩花　另一部分受另一高能水针作用也产生同样过程。这　纹结构（或网帘结构），本研究采用转鼓式水刺机。　样，在水针、鼓罩的共同作用下，纤维之间、纤维束之　如图３所示，鼓罩开孑Ｌ直径Ｄ＝３ｍｍ，孑Ｌ间距Ｌ：　间或纤维与纤维束之间不断地互相穿插、纠结，纤维　１ｍｍ。可以根据需要选择不同的花纹样式，孑Ｌ的形　在其交接处不断收紧而成节。另外，水针射到鼓罩　状除圆形外还可以为方形、多边形等。不同大小的　上再反弹对纤网进行了再次固结ｌ４　Ｊ。　孑Ｌ径形成非织造布水刺反面的摩擦力也会有所不　同。研究表明：相同面积的孔，方形比圆形颗粒状的　Ｄ　Ｌ　摩擦力会大，强力也高［２，３］。有时为了美观，也可以　【＝）ｏｏｏ（＝）ＩＯｏｏｏｏｏｏｏ　鼓罩　ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ　选择小动物、花木图案制成各种漂亮的揩拭布，满足　ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ　ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ　消费者的需求。　ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ　图４为水针作用下纤网中纤维的缠结情况。高　能水针连续冲击纤网，使得纤网中单纤维或束纤维　图３水刺机鼓罩花纹结构　具有足够的能量从纤网的正面向反面运动，在此过　水刺法非织造布的外观结构与鼓罩有着一一对　维普资讯 http://www.cqvip.com 非织造布　第１５卷第５期　应的关系。当水针穿过纤网撞击在鼓罩上，水流向　四处飞溅，迫使该处的纤维有倾向地向鼓罩开孔处　运动并相互缠结，从而形成布面较薄的部分；在鼓罩　的有孔部分由于水针直接穿透，纤网中纤维主要是　向下运动，同时接受鼓罩非孔部分纤维挤压而形成　纵横向纤维集合区域。因此，经过水刺后的纤网与　鼓罩之间就像齿轮一样很好地啮合在一起。　鼓罩开孔直径Ｄ为３ｍｍ，水针压力取７０ｂａｒ，　水针直径为０．１２ｍｍ，纤维直径ｄ约为０．０１ｍｍ。　假设１０根纤维并排，每根纤维所受压力Ｐ为７ｂａｒ，　且每根纤维的受力面积为１．４４×１０　ｍ　。经测试　得涤纶的弯曲刚度Ｒ　ｒ涤为５．８２×１０叫ｃＮ・ｃｍ，粘胶　Ｒ　ｒ粘为２．０３×１０　ｃＮ・ｃｍ。计算得涤纶的最大挠度　１￣ｌｍａｘ涤为１ｍｍ，而粘胶１￣ｌｍａｘ粘为２ｍｍ，即相同水刺　压力下，粘胶纤维比涤纶纤维的弯曲程度要大１倍，　可见粘胶纤维更容易发生相互缠结。　纤　鼓罩　（２）建立模型Ⅱ　有些纤维头端落在开孔的中心，据此建立模型　如图６。假设纤维一端搭在支架上，另一端在水针　脱水箱　压力Ｐ作用下发生弯曲，根据悬臂梁法计算纤维弯　曲挠度ｖ，。　图４水针作用Ｆ纤维缠结不惹图　３．２．２纤维原料对花纹结构的影响　对比５ｏ／５ｏ涤纶／粘胶和１００％粘胶两种提花　非织造布，发现相同水刺压力和纤网运动速度下，前　者不及后者的花纹清晰度高。也就是说，提花后经　高压水冲击的纤网中有孔处的纤维凸出程度有差　异，本文认为与纤维的性能有关。因为纤维在水刺　过程中的状态非常复杂，这里用两个典型模型对纤　维原料影响花纹结构作简要分析。　（１）建立模型Ｉ　沿纤网ＭＤ方向，假设高压水流仅仅作用在纤　维某一位置，根据纤维在纤网中的状态和支点受力　情况建立模型。假设将纤维搭在支架Ａ和Ｂ上，根　据简支梁法，在对称的位置上受到水针压力Ｐ作用　产生弯曲，挠度为ｖ，（见图５）。　图６纤维在水针压力作用Ｆ的弯曲模型Ⅱ　根据悬臂梁挠度计算方法得在　为Ｄ／２处产　生最大挠度，计算公式为公式（２）。　（Ｄ／２）　２ｍａｘ　—　西一…………………一　各参数同模型Ｉ，计算得涤纶的最大挠度Ｖ２ｒｍｘｌ￣为　２．７ｍｍ，而粘胶Ｖ２ｒｍｘ￣为５．５ｍｍ。结论同上。　通过理论计算可知：在水针压力作用下涤纶纤　维不如粘胶容易发生弯曲和缠结，提花中不如粘胶　易形成清晰花纹。　上　３．２．３水刺工艺对花纹结构的影响　影响花纹清晰度的主要工艺参数有预水刺能　量、提花水刺水流量、转鼓速度、水刺压力等。图７　为水刺机提花主要工作部件示意图。　（１）预水刺能量。预湿使蓬松纤网压实，排除　图５纤维在水针压２ｆＦ￣Ｊ下的弯曲模型Ｉ　纤网中的空气，使其更有效地吸收水针能量，加强水　根据简支梁挠度计算方法得知在ｚ为Ｄ／２处　产生最大挠度，计算公式见公式（１）。　刺过程中纤维的缠结效果。预湿能量决定着纤网的　含水量，能量越大，含水量越高，纤维的塑性变形增　加，而且变得柔软容易变形，纤维的表面摩擦因数随　ｌｍａｘ：　西…………………………………………．（（１）１）　着含湿率的增加而变大ｒ引。这样，纤维缠结越紧，　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年（总第６３期）　陈涵，等：提花水刺法非织造布的结构与性能　２３　提花水刺头　结构不稳，在固结过程中造成意外牵伸，所以合理控　制预水刺能量非常重要。　（２）水刺压力。在一定范围内随着水压的增　加，纤网受到的能量增加，水刺法非织造布会根据鼓　罩结构形成花纹，但水压超过一定限度会打烂纤网。　同时，也不能由１个水刺头给予纤网固结所需的全　烘　部能量，每个水刺头水压的分布不同，对提花水刺法　非织造布的花纹清晰度有很大的影响。所以，为形　图７水刺机结构示意图　成清晰的花纹，应给予每个水刺头适当的水压。表　１为纯粘胶、面密度同为５０ｇ／ｍ　的提花和平纹水刺　产品在受到不同水刺头压力情况下花纹的清晰度。　纤网进入主水刺区时厚度越小，不利于后面提花　花纹的形成。但预水刺能量过低会使纤网过于蓬松，　表１　水刺头压力与花纹清晰度的关系　提花布Ｃ和平纹布的工艺参数相同，但平纹布　的外观和性能均达到标准；而提花布Ｃ的花纹不明　显，布面粗糙不光滑。可见，相同面密度的水刺法非　织造布，提花比平纹所需的水刺压力小。提花布Ａ　的花纹清晰度好于Ｂ是由于Ａ在预固结时所受的　水刺压力低于Ｂ。原因有二：一是在进入预固结水　为不同牵伸比与花纹清晰度的关系。　表２牵伸比ｖ与花纹清晰度的关系　刺头１时的纤网内部纤维较松散，尚未有效缠结，无　法承受太大压力，这时过大加压会损伤纤维。二是　由于预固结水刺头压力过大，使纤维在进入提花水　刺区时缠结已经很牢固，纤网中的纤维移动困难，不　从表２可以看出，提花布Ｂ的牵伸比　２、　３均　大于提花布Ａ（此时非织造布已经过提花水刺），而　提花布Ｂ的花纹清晰度远不如Ａ好。究其原因，如　易在提花水刺头喷射下形成清晰花纹。　（３）水针流量。该参数主要取决于喷水板上的　针孔大小和排列密度，提花非织造布一般采用大孔　径、高密度、多排孔的喷水板，以提高流量。水针孔　前所述的纤维长度３８ｍｍ，鼓罩孔径３ｍｍ，许多纤维　在水刺压力下相互缠结呈“Ｑ”形状，如果对其施以　较大的拉伸强力，ＭＤ方向上纤维的“Ｑ”形状就容易　被拉直破坏，相应的凸出颗粒也会被拉平，使丰满度　的密度大，单位面积纤网受到的水刺能量大，造成更　多纤维向下发生位移，参加缠结的纤维减少，成“Ｑ”　形状充分。对于相同面密度的水刺法非织造布，提　花比平纹所需的水刺压力小，所以要使纤维达到相　和花纹清晰度下降。　３．３产品性能　３．３．１柔软蓬松度　揩拭布对丰满度、手感柔软度要求较高，厚度和　弯曲刚度是表征织物手感的重要指标。实验测得两　种提花布的厚度如图８所示，两种提花非织造布颗　粒凸起与非颗粒两部分厚度差异较大，薄处纤维缠　结紧密，赋予非织造布一定强力；凸起花纹处纤维杂　乱程度高，彼此缠结较松，使得布面蓬松、丰满，手感　同的缠结程度，必须增大水流量。　（４）牵伸比。调节转鼓及导出辊速度使水刺法　非织造布在水刺过程中有一定的牵伸，在增加产量　的同时，也有利于提高水刺法非织造布的强力。但　是，牵伸比对提花布的花纹结构有很大影响。表２　维普资讯 http://www.cqvip.com

非织造布　第１５卷第５期　柔软。这样厚度不一的布面效果使非织造布水刺反　平纹水刺法非织造布板结的手感。　面的粗糙程度增加，摩擦力增大，在提高擦拭效果的　同时，也增强了非织造布的立体感。而平纹布则不　具备这种效果，使其手感板结。　吕　弓　鼯　∞　加鲁　静　厂］　　．１卜－　１　图９　１００％粘胶提花和平纹水刺法非织造布的弯曲刚度　３．３．２回复弹性　半均厚度　颗粒部分非颗粒部分　１００％粘胶平纹和提花水刺法非织造布的回复弹　图８　５０／５０粘胶／涤纶提花布的各区域厚度　性测试结果如图１０，其中回复角度越大表明非织造　弯曲刚度是表征织物刚柔性的直接指标，弯曲　布的回复弹性越好。一般情况下，急弹回复角小于缓　刚度越大，织物越刚硬；相反，织物越柔软。分别测　弹，因为缓弹测试中非织造布有较充足的折皱回复时　试１００％粘胶平纹布和提花水刺法非织造布ＭＤ、　间。对比提花布两个方向的测试结果可以看出，无论　∞　∞　∞∞∞∞加ｍ　ｏＣＤ两个方向的弯曲刚度。研究表明：无论是ＭＤ　是急弹还是缓弹，ＭＤ方向的回复弹性均大于ＣＤ，且　还是ＣＤ方向，提花布的弯曲刚度均小于平纹布，尤　０　０　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　∞∞　叭　∞∞∞∞　∞　０　ＣＤ方向的缓弹性回复角不及ＭＤ的急弹性回复角　其是ＣＤ方向差异更大，参见图９。说明提花后纤维　大。提花布在ＭＤ方向上的急、缓弹性均比平纹布要　间的缠结方式发生了变化。单位面积上约７０％的纤　优越许多，ＣＤ方向则不及平纹布。可见在提花过程　维参与凸起形成颗粒状的花纹，杂乱程度提高。在　中纤维在水针作用下，较多地向ＭＤ方向转移，Ｃ＇Ｄ方　发生弯曲变形时，纤维与纤维间的接触面积减小，摩　向上纤维间空隙较大。在布面发生折皱时，纤维纵向　擦效应减弱。经水刺提花后，不同区域内纤维间的　承受变形较少，大部分变形产生在纤维缝隙之间，较　缠结程度不同，导致布面松紧程度不同，从而改变了　少几根纵向发生弯曲的纤维变形不易回复。　急弹　缓弹　（ａ）　图１０提花布与平纹布回复弹性的比较（（ａ）为ＭＤ，（ｂ）为ＣＤ）　３．３．３拉伸强力和缠结效果　＾　——非织造布纵向断裂强力（Ｎ／５０ｒａｍ）；　根据三种样品在ＭＤ、ＣＤ方向的断裂强力计算　ＣＤ——非织造布横向断裂强力（Ｎ／５０ｒａｍ）；　细化缠结系数ＢＩＳ。它表征的是非织造布每ｍ２面　Ｇ——产品面密度（ｇ／ｍ２）；　积、质量为１ｇ的强力被单纤维断裂强力指标除后的　ｋ——单纤维断裂强力指标（ｃＮ／ｄ，粘胶　缩小值，可以用来比较各种原料、规格产品的纤维与　取２．２，涤纶取５．４）。　纤维间的缠结好坏【６］，计算公式见公式（３）。　从图１１可以看出，１００％粘胶的提花布缠结系　ＢＩＳ：　＊　………………（３）　数要大于平纹布。也就是说提花工艺参数相同时，　其中：Ｂ　——细化缠结系数；　纤维与纤维间的缠结比一般的平纹水刺法非织造布　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年（总第６３期）　陈涵，等：提花水刺法非织造布的结构与性能　好。而５０／５０粘胶／涤纶的ＢＩＳ小于１００％粘胶提　花布也说明前述的涤纶由于弯曲刚度大于粘胶，在　水刺过程中不易与其它纤维缠结。¨　　图１１　水刺法非织遣布的细化缠结系数ＢＩＳ　图１２为１００％粘胶提花水刺法非织造布在各　个方向上的断裂强力。此图表明随着测试方向与　ＭＤ方向的夹角增大，断裂强力逐渐降低，且ＭＤ／　ＣＤ为４．８。纵横向强力有差异主要是由于铺网方　式采用机械杂乱铺网，纤网中绝大部分纤维沿纵向　排列，水刺缠结后纤维的排列方向虽有变化，但纵向　排列纤维仍较多，横向排列纤维较少。因为大部分　揩拭布为一次性使用，强力差异不会对卫生用材料　造成很大影响。　ＣＤ　单位：Ｎ　１３５。　４５ｏ　～　Ｍ。　。　、、＼　—／　２１０。　ｒ　——２７０—‘￣３１　５。　３３０ｏ　图１２　１００％粘胶提花布四个方向的拉伸强力　３．３．４吸湿保湿性　吸水率是表征非织造布吸湿性能的重要指标，　吸湿率越大，吸湿性越好。分别测试相同面密度的　三种水刺法非织造布的吸湿性。吸水率的计算见公　式（４）。　吸水率：　×１００％…………（４）　由图１３可见提花布的吸湿保湿性远远大于普　通平纹水刺法非织造布，即使原料为５０／５０粘胶／涤　纶的提花布吸湿性也略优于１００％粘胶平纹布。由　于凸起的颗粒状花纹大大改善了提花布的蓬松性、　丰满度，这样有利于水分进入非织造布内部，大大提　高其吸水性能，也提高了揩布的擦拭效率。　图１３＝种水刺法非织造布的吸水翠　４结语　（１）提花水刺法非织造布生产中，纤维原料弯　曲刚度越大，纤维越不易缠结；　（２）水刺提花工艺中，预固结能量不宜过大，适　合采用大水针流量、低水刺压力的生产工艺；　（３）水刺提花工艺中，提花后各转鼓之间的牵　伸比ｖ要尽量降低，以免过分拉伸破坏花纹的清晰　度：　（４）提花水刺法非织造布与普通平纹水刺法非织　造布相比，ＭＤ方向回复弹性增大，纤维问的相互缠结　加强，手感柔软丰满，吸湿保湿性佳，清洁效率高。　这种一次性揩拭布避免了清洁中多次使用时因　消毒不彻底造成的交叉感染和疾病传播，另外还可　以用于个人洗浴，替代传统的澡巾、浴花、毛巾。用　粗糙面擦拭皮肤可以去除人体表面死皮，光滑面则　可以起到较好的吸湿作用。该揩拭布在性能、卫生　性、安全性上都具有一定的特点和优势，因此具有良　好的开发价值。　参考文献：　［１］邢声远，张建春，等．非织造布［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　２００３：１６６～１７６．　［２］张静峰，靳向煜．甲壳索水刺法非织造布结构及抗菌性研究［Ｊ］．　产业用纺织品，２００４，ｌ１（９）：１４～１７．　［３］Ｗｈｉｔｅ，Ｃ．Ｆ．Ｈｙｄｒｏ－ｅｎｔａｎｇｌｅ　Ｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　Ｗｅｔ　Ｆｏｒｍｅｄ　ａｎｄ　Ｏｔｈｅｒ　Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　Ｗｅｂｓ［Ｊ］　ＴＡＰＰＩ　Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒ．　ｅｎｃｅ，１９９０：１７７～１８７．　［４］郭永德，尹宝林．浅谈水刺原理分析喷水板的选择［Ｊ］．非织造　布．２０００，８（２）：１９～２１．　［５］柯勤飞，靳向煜．非织造学［Ｍ］．上海：东华大学出版社，２００４，　９：１１８～１１９．　［６］刘奉济。彭飞云．水刺法非织造布纤维缠结程度评价方案的探讨　［Ｊ］．非织造布。２００６，１４（５）：２７～２９．