柔软处理对涤纶/锦纶6中空桔瓣型超细纤维非织造布性能的影响

刘 凡， 钱晓明， 赵宝宝， 钱 幺， 朵永超

(天津工业大学 纺织学院， 天津 300387)

中空桔瓣型超细纤维非织造布是利用双组分纺丝工艺技术先将2种高聚物以一定的方式熔融，并从喷丝组件挤压形成桔瓣型长丝，直接铺网后通过水刺技术中高压水射流对纤维开纤并且使纤维相互缠结的一种非织造布加工方式[1-2]。与海岛型超细纤维非织造布相比，中空桔瓣型超细纤维非织造布具有工艺流程短，基本无污染，节约原料以及抗撕裂耐摩擦性能好等优点[3-4]。经水刺开纤后的中空桔瓣型超细纤维线密度约为0.08 dtex[5]，与真皮中胶原纤维直径接近，并形成独特的三维立体结构。中空桔瓣型超细纤维非织造布在超纤革领域具有广阔的应用前景：马兴元等[6]从合成革基布的角度，研究了涤纶/锦纶6(PET/PA6)桔瓣型复合超细纤维非织造布的微观结构与性能，发现合成革基布表面平整，热稳定性较高，可作为合成革基布用于合成革的生产；钱晓明等[7]以PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布为基布，以水性聚氨酯(WPU)膜为聚合物涂层制备超纤革，发现中空桔瓣型纤维非织造布性能可满足纺织品合成革用非织造基布的使用要求,但以中空桔瓣型超细纤维非织造布为基布形成的超纤革由于基布自身存在应力，与真皮相比仍存在着手感差、粗糙、整体板硬、翘曲及柔软性差的问题。

目前对于中空桔瓣型超细纤维非织造布的微观结构、力学性能以及过滤性能研究较多，如王敏等[8]研究了面密度对双组分桔瓣型纺粘水刺材料力学性能的影响发现，随面密度增大，力学性能逐渐提高，而且非织造材料纵横向力学性能差异较大，但对于改善中空桔瓣型超细纤维非织造布较差手感、硬板及柔软性差的问题很少有研究。目前对于改善织物手感的研究有很多：刘美言[9]使用非离子固体柔软剂改善了织物的手感，提高了织物柔软度；王建等[10]通过对夜光涂层织物进行柔软整理发现，整理后织物手感得到明显改善。

本文主要研究4种不同的柔软处理工艺对PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布截面形貌、折痕回复性、硬挺度、悬垂性、柔软度以及力学性能的影响，以期改善中空桔瓣型超细纤维非织造布的性能，为其在超纤革领域的应用提供理论参考。

1 实验部分

1.1 原 料

PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布，PET和PA6的体积比为70∶30，面密度为100 g/m2，廊坊中纺新元无纺材料有限公司；阳离子型柔软剂(烷基季铵盐柔软剂)、可溶性有机硅柔软剂(聚醚型有机硅)，天津德凯化工股份有限公司；氢氧化钠(NaOH)、柠檬酸，天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 柔软处理工艺

物理水洗柔软处理工艺流程：原布(试样1)→置于柔软机前部(转速为400 r/min，处理温度为100 ℃，时间为30 min)→冷风降温(40 ℃)→甩干；制得试样2。

烷基季铵盐柔软剂柔软处理工艺流程：原布→配置柔软剂整理液(质量分数为5%)→二浸二轧(轧液率为70%)→烘干(130 ℃)；制得试样3。

有机硅柔软剂柔软处理工艺流程：原布→配置拒水柔软剂整理液(质量分数为5%)→二浸二轧(轧液率为70%)→烘干(130 ℃)；制得试样4。

化学碱减量柔软处理工艺流程：原布→恒温恒湿室平衡24 h→称量→配置NaOH溶液(质量分数为2%)→电热恒温水浴锅(90 ℃，80 min)蒸煮→配置柠檬酸(质量分数为2%)→酸洗→水洗→烘干→称量；制得试样5。

1.3 结构表征

采用日本Hitachi公司生产的TM3030型台式扫描电子显微镜，观察非织造材料的截面形貌。

1.4 性能测试

1.4.1折痕回复性测试

采用常州市第三纺织仪器厂有限公司生产的YG 541D型全自动数字式织物折皱弹性仪，根据GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》用垂直法测试非织造布的横纵向折痕回复性。试样回复翼尺寸为20 mm×15 mm，固定翼尺寸为40 mm×20 mm，试样形状如图1所示，测试环境温度为20 ℃，湿度为65%。

图1 试样形状Fig.1 Shape of samples

1.4.2硬挺度测试

根据GB/T 18318.1—2009《纺织品 弯曲性能的测定 第1部分：斜面法》，采用泉州市美邦仪器有限公司生产的YG022D型全自动织物硬挺度仪，测试非织造布的弯曲长度。试样尺寸为250 mm×25 mm，平台前缘的斜面与水平台底面夹角θ为45°。由下式计算抗弯刚度：

G=mC3×10-3

式中：G为单位宽度的抗弯刚度，mN·cm；m为试样的单位面积质量，g/cm2；C为试样的弯曲长度，cm。

1.4.3悬垂性测试

根据GB/T 23329—2009《纺织品 织物悬垂性的测定》，采用莱州市电子仪器有限公司生产的YG811 L型织物动态悬垂性风格仪，测试非织造布的悬垂性能，试样为外围直径240 mm、中心直径4 mm的小圆，分别在10、150 r/min状态下测试静态悬垂系数F0和动态悬垂系数F1。

1.4.4柔软度测试

根据NFG52-033—2012《皮革 物理和机械试验 柔软度的测定》，采用东莞市优诺仪器有限公司生产的TX013 ST300皮革柔软度测试仪，测试非织造布的柔软度。

1.4.5力学性能测试

采用美国Instron公司生产的5969型万能强力机，根据GB/T 24218. 3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》测试非织造布的纵横向断裂强力和断裂伸长率。试样尺寸为30 cm×5 cm，隔距为20 cm，拉伸速度为100 mm/min。

图3 中空桔瓣型超细纤维非织造布的截面照片(×600)Fig.3 Section images of hollow segmented-pie ultrafine fiber nonwovens(×600).(a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3; (d) Sample 4; (e) Sample 5

采用美国Instron公司生产的5969 型万能强力机，根据GB/T 3917. 2—2009《纺织品 织物撕破性能 第2部分：裤形试样(单缝)撕破强力的测定》测试非织造布的纵横向撕裂强力。试样尺寸为20 cm×5 cm，隔距为10 cm，拉伸速度为100 mm/min。

2 结果与讨论

2.1 形貌特征分析

中空桔瓣型超细纤维的形貌如图2所示。可知：裂离前的PET/PA6纤维呈中空桔瓣型，纤维瓣数为16瓣，直径约为17.66 μm；中空桔瓣型超细纤维经柔软处理后部分裂离成扁平状的桔瓣型纤维，直径为2～6 μm。

图2 中空桔瓣型超细纤维的截面照片(×3 000)Fig.2 Section images of hollow segmented-pie ultrafine fiber(×3 000).(a) Before separation;(b) After separation

中空桔瓣型超细纤维非织造布的形貌如图3所示。可知：非织造布的结构较紧实，呈立体三维结构，沿纵横向纤维分布不匀(见图3(a))；经柔软处理后，部分纤维仍保持完整的中空桔瓣形状，而部分纤维得到一定程度的开纤,纤维发生一定程度的重排，非织造布的结构变得较松散。4种不同的柔软处理工艺对于中空桔瓣型超细纤维非织造布中纤维的开纤程度是不同的(见图3(a)～(e))。

开纤程度是评价中空桔瓣型超细纤维非织造布的重要指标，通常用开纤率R来表示，计算公式如下：

式中：n为电镜照片中未开纤的中空桔瓣型超细纤维的总根数；n0为电镜照片中中空桔瓣型超细纤维的总根数。中空桔瓣型超细纤维非织造布的开纤率如下：试样1为30.23%，试样2为77.91%，试样3为80.23%，试样4为93.02%，试样5为98.84%。可知中空桔瓣型超细纤维非织造布经过4种不同的柔软处理后开纤率均得到提高。

2.2 折痕回复性

折痕回复性反映织物在受到外力作用后发生塑性弯曲变形后的回复能力，非织造布经柔软处理后，折痕回复角如表1所示。可看出：经物理水洗、烷基季铵盐柔软剂及有机硅柔软剂柔软处理的超细纤维非织造布急、缓弹回复角均大于原布；经化学碱减量柔软处理的非织造布急、缓弹回复角明显低于原布。这是因为经物理水洗柔软处理后纤维结构变得松散，烷基季铵盐柔软剂及有机硅柔软剂处理使纤维摩擦系数变小，非织造布受外力作用后回复移动阻力减少，因此折痕回复性增强。化学碱减量处理使非织造布中PET组分溶去，部分纤维得到开纤，纤维截面由圆形变为多角形，纤维直径变得较细，纤维间隙增加，纤维间交叉缠绕程度大，纤维间切向滑动阻力增加，当外力释放以后，纤维间难以发生相对运动，因此非织造布折痕回复角下降明显。

表1 试样的折痕回复性能Tab.1 Crease recovery properties of samples (°)

2.3 抗弯刚度

非织造布的抗弯刚度反映其抵抗弯曲变形的能力，超细纤维非织造布经柔软处理后，抗弯刚度结果如表2所示。

表2 试样的抗弯刚度Tab.2 Bending stiffness of samples (mN·cm)

从表2可看出，经柔软处理后，非织造布的纵横向抗弯刚度均减小，经化学碱减量处理的非织造布抗弯刚度减小程度最大，纵向抗弯刚度比原布减小了253.68%。不同的柔软整理均使抗弯刚度下降的原因主要是柔软处理使非织造布表面变得滑爽，柔软度提高，柔软剂的润滑作用使纤维间摩擦阻力减小，抵抗弯曲变形能力减弱，抗弯刚度下降。

2.4 悬垂性

悬垂性是织物风格评价中重要的一部分，悬垂性好的织物可形成优美的曲面造型，悬垂性好可带来好的视觉风格及穿着贴身性。中空桔瓣型超细纤维非织造布经柔软处理后，悬垂性指标如表3所示。

表3 试样的悬垂性能Tab.3 Drape performance of samples %

从表3可看出，悬垂性能的顺序为：原布<烷基季铵盐柔软剂柔软处理<物理水洗柔软处理<有机硅柔软剂柔软处理<化学碱减量柔软处理。经化学碱减量柔软处理的非织造布悬垂性能最好，静态悬垂系数为63.90%，动态悬垂系数为82.47%。柔软处理后中空桔瓣型超细纤维非织造布悬垂性能变优良的主要原因是柔软处理使部分纤维得到开纤，纤维直径变得较细，纤维间距增大，纤维活动空间增大，结构变得疏松，并且柔软处理后纤维摩擦因数减小，刚性小，使非织造布的剪切刚度变小。

2.5 柔软度

中空桔瓣型超细纤维非织造布经柔软处理后：试样1为3.49 mm，试样2为5.13 mm，试样3为4.05 mm，试样4为5.21 mm，试样5为6.76 mm。可知不同的柔软处理方法对非织造布柔软度的提高程度不同。其中，经化学碱减量柔软处理的非织造布柔软度最大，为6.76 mm，比未经处理的非织造布提高了93.70%，这是由于经化学碱减量柔软处理的中空桔瓣型超细纤维非织造布纤维开纤程度较明显，纤维直径较细，结构较松散，纤维间空隙最大，因此经化学碱减量柔软处理的非织造布抗弯刚度最小。非织造布经柔软处理后表面变得柔软、滑爽，纤维束变得松散并发生一定程度的重排，纤维之间的摩擦阻力降低，增强了纤维束的相对滑动，消除了加工中的部分应力，因此经物理水洗、烷基季铵盐柔软剂及有机硅柔软剂柔软处理后非织造布柔软度均得到了提高。

2.6 力学性能

中空桔瓣型超细纤维非织造布的力学性能如表4所示。可看出：1)原布和经柔软处理的非织造布横纵向断裂强力、断裂伸长率均有差距，横纵向力学性能不均匀，纵向断裂强力高于横向。这主要与纵横向纤维分布有关，沿纵向分布的纤维多于横向分布的，沿纵向拉伸时纤维之间相互挤压，形成束状，纤维大部分断裂，沿横向拉伸时纤维大部分发生滑移，因此横向断裂强力低，断裂伸长率较大；2)经柔软处理后，非织造布横纵向强力均降低。主要原因是超细纤维非织造布经柔软处理后，纤维得到进一步开纤，纤维直径变得较细，纤维间隙增大，纤维间摩擦力减小，结构变得松散。化学碱减量处理后PET被溶解，纤维明显变细，纤维结构受到破坏，强力下降明显；3)非织造布的横向撕裂强力高于纵向。这是因为横向撕裂时受拉系统的纤维为纵向，纵向纤维分布多，纤维大部分断裂，沿纵向撕裂时纤维大部分发生滑移，因此横向撕裂强力较大。经物理水洗柔软处理、烷基季铵盐柔软剂柔软处理、有机硅柔软剂柔软处理后，撕裂强力都有所增加，与文献[11]得到的结论一致，主要原因是经柔软处理后纤维间摩擦因数降低，基布受外力时纤维便于滑动，外力部分转移至与其相连的其他纤维上，增大受力面积，共同承担应力，从而使应力分散，形成纤维间的力学补充。化学碱减量处理的非织造布PET被溶去，纤维直径变得较细，撕裂强力下降明显。

表4 试样的力学性能Tab.4 Mechanical properties of samples

3 结 论

1)未经柔软处理的PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布结构比较紧实，呈立体三维结构，受外力作用不易发生形变，沿经纬向纤维分布不匀；经柔软处理后，部分纤维仍保持完整的中空桔瓣形状，部分纤维得到一定程度的开纤,纤维截面由圆形变为多角形，纤维直径变得较细,纤维发生一定程度的重排，非织造布的结构变得较松散。

2)PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布经4种不同的柔软工艺处理后，柔软性能均得到提高，其中化学碱减量柔软处理提高效果最显著；拉伸性能均有下降；经不同的柔软处理撕裂性能发生不同的变化，其中有机硅柔软剂柔软处理撕裂强力提高最多。

3)对比经4种不同的柔软工艺处理的PET/PA6中空桔瓣型非织造布的性能，经有机硅柔软剂处理的PET/PA6中空桔瓣型超细纤维非织造布综合性能最优异，各项指标均符合GB/T 24248—2009《纺织品 合成革用非织造基布》中超细纤维合成革用非织造基布C类的要求。

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