海岛法超细纤维非织造布的结构与性能

摘要：超细纤维非织造布在过滤、绝缘、吸收介质等方面有着广泛的应用前景，其纤维直径、孔隙结构对最终产品的性能起着决定性作用。本论文通过水刺法制备出PA6/PE海岛纤维非织造布，采用溶剂二甲苯剥离水刺非织造布中的PE组分制得PA6超细纤维水刺非织造布，并且对比研究了水刺非织造布剥离前后的形态结构、孔径、透气、力学性能以及吸水性能。研究结果表明，经过二甲苯处理后水刺非织造布中的纤维直径从28 μm显著下降至792 nm，孔径也下降了85%，吸水能力提高，其断裂强力增加，且纵横向强力均衡，均匀度提高。

关键词：水刺非织造布；超细纤维；结构-性能的关系；孔径

中图分类号：TS176 文献标志码：A

Structure and Properties of Nonwovens Composed of Ultrafine Sea-island Fibers

Abstract： Nonwovens made of ultrafine fibers has a big potential in filtration， insulation and absorbing medium market. The pore structure and fiber diameter of nonwovens have a dominant influence on the performance of the final products. In this study， nonwovens made of PA6/PE sea-island fiber was prepared by spunlace process. And after a treatment with xylene， nonwovens composed of ultrafine PA6 fibers was obtained. A comparison of the pore diameters， morphology， permeability and liquid behaviors of the nonwovens before and after the treatment was made. The results showed that after treated by xylene， the fiber’s diameter was significantly dropped to 792 nm from 28 μm， and the pore diameter decreased by 85%. Moreover， its water-absorbing capacity， breaking strength and uniformity got better.

Key words： spunlaced nonwovens； ultrafine fiber； structure-property relation； aperture

非织造布中的孔隙在大小、数量、形状等方面高度复杂，其直径及分布影响着产品的运输能力，包括透气性、液体吸收及过滤性能等。由于超细纤维的比表面积较大，由其组成的非织造布结构更致密、更杂乱，具有更多的微细孔隙，且质量轻，从而也带来了独特的性能优势，如柔软性、液体保留能力及过滤性能等。

目前，关于超细纤维的许多研究多集中在静电纺领域，这些研究表明，静电纺纳米纤维毡显示出优异的过滤和吸收性能。但由于其强力和生产效率相对较低，因而在应用方面受到一定的限制。而共混海岛法制备出的超细纤维非织造布具有较高的力学性能，且可大批量生产，若掌握其非织造布的结构与性能之间的关联，可拓宽海岛超细纤维在吸收、过滤等领域的应用。

因此，本文采用水刺法制备出PA6/PE海岛纤维非织造布，采用二甲苯剥离水刺非织造布中的PE组分得到PA6超细纤维水刺非织造布，并系统研究了剥离前后水刺非织造布的形态结构、孔径、透气、力学及吸收性能。

1 试验部分

1.1 材料和样品制备

用PA6/PE海岛短纤维在相同工艺条件下制备出 3 种不同克重的水刺非织造布。超细纤维水刺非织造布是将这 3 种产品在95 ℃下用二甲苯剥离PE后得到的。几种水刺非织造布的性能指标如表 1 所示。

1.2 相结构

在扫描电子显微镜（SEM，JEOL JSM-6360LV，日本电子）下观察水刺非织造布的形态。通过SEM图像与图像分析软件得到纤维直径及其分布。

1.3 孔径及其分布测试

本试验孔径大小及其分布采用泡点法测定，测试仪器为Porolux 500型毛细管流动孔径测定仪（简称PMI）。

1.4 透气性测试

本文中非织造布透气性用一定流量气体通过一定面积非织造布时的阻力值表示，测试仪器为自动透气性测试仪。测试条件：温度20 ℃，相对湿度65%。

1.5 力学性能测试

依据FZ/T 60005 — 1991，取 5 块尺寸为 5 cm × 30 cm的样品，采用YGO26（E）-500型电子织物强力机，在标准状态下测水刺非织造布的纵横向拉伸强力。拉伸速率为100 mm/min，隔距200 mm。

2 结果与讨论2.1 相结构

水刺非织造布的相结构由SEM表征，样品A、B和C是由PA6/PE海岛纤维制成的水刺非织造布，由于使用原料相同，其结构相似，图 1 显示了样品A和A1的相结构。样品A、B和C短纤维随机分布，纤维直径分布在27 ～ 29 μm范围内。样品A1、B1 和C1由样品A、B和C用二甲苯溶剂剥离PE后得到。用二甲苯完全处理后，PE溶解在溶剂中，一根海岛纤维被分为数以百计的PA6极细纤维。因此，纤维直径明显降低至700 ～ 900 nm。

此外，SEM照片清楚表明，二甲苯处理前的水刺非织造布孔径较大，处理之后，纤维比表面积显著增加，孔径减小。表明由超细纤维组成的非织造布已经形成。

2.2 纤维直径的分布

水刺非织造布的纤维直径在SEM图像的基础上测得。由于样品A、B和C使用的短纤维原料相同，因此纤维直径分布相似。图 2 为样品A和A1的纤维直径分布。样品A、B和C中的纤维由海岛纤维构成，平均直径为28 μm。经二甲苯处理后分离成超细纤维，纤维直径显著减小，平均直径达到792 nm。

2.4 透气性

水刺非织造布的透气性与其孔径、克重有关。由表 3 可知，样品A、B和C的阻气值逐渐增大，说明其透气性随着克重增加而逐渐变差，样品A1、B1和C1也遵循同样的规律。与样品A、B和C相比，样品A1、B1 和C1的阻气值略微增加，这是由于PA6超细纤维水刺非织造布的孔径较小。但水刺非织造布是呈单纤维分布的纤维集合体，结构中充满微孔，因此对水刺非织造布的原有性能影响不大，透气性能均较好。

2.5 力学性能

由于二甲苯处理前后水刺非织造布的厚度和克重等指标发生变化，使测得的各试样的拉伸断裂强力值没有可比性，因此用拉伸断裂相对强度值来进行比较。PV表示单位体积非织造布的强力，可用下式计算：

PV=断裂强力/（克重×厚度）

另外，同种试样的纵向断裂强力均大于横向，这与水刺非织造布的生产工艺有关。如表 4 所示，样品A、B和C的纵横向强力比较大，而样品A1、B1和C1纵向与横向断裂强力的差异则明显减小，说明PA6超细纤维水刺非织造布均匀度提高。这种结果是由PA6超细纤维重新分散导致的。

2.6 吸收性能

水吸收试验的吸收过程如下：首先，水通过水刺非织造布的孔隙从水刺非织造布表面逐渐进入其内部，开始接触水刺非织造布内部的纤维。当水刺非织造布的空气体积充满水，纤维停止吸收水分，水刺非织造布达到饱和。

由PA6/PE和PA6纤维分别组成的水刺非织造布的吸水率均在饱和条件下由公式（1）计算得到，结果如图 4 所示。由图 4可知超细纤维水刺非织造布有着较好的吸水能力，吸水率可达400%。排除克重与厚度的影响后，与样品A、B和C相比，A1、B1 和C1单位体积的吸水率均相应增加，原因在于水刺非织造布中的毛细压力可驱动吸水行为，超细纤维水刺非织造布的孔径均小于那些由海岛纤维组成的水刺非织造布，而更小的孔径能引起较高的毛细压力，从而导致PA6超细纤维水刺非织造布具有更强的吸水能力。

（1）PA6/PE海岛纤维水刺非织造布经二甲苯处理后，纤维直径从28 μm显著下降至792 nm。未处理的水刺非织造布的孔径分布较宽，与之相比，超细纤维形成的水刺非织造布纤维直径分布较窄，平均孔径明显下降。

（2）与PA6/PE水刺非织造布相比，PA6超细纤维水刺非织造布由于孔径减小，透气性略微变差，但吸水性较好，强力增加，水刺非织造布均匀度提高。

（3）通过上述研究可初步认为，PA6超细纤维非织造布除了应用在革基布、擦拭布领域外，通过纤维直径和非织造布加工工艺的调控，加工出不同孔隙的非织造布材料，可在医疗卫生、吸收、过滤材料等领域进行应用。

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