CN108179550B - 一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻质化、又兼顾柔软度和蓬松性的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其结构包括：从下到上依次为第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层，第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层通过热轧复合成立体结构；控制成品的面密度在6～100g/m2之间、立体厚度在0.3～2.1mm之间。本发明还提供了一种所述超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法。采用本发明所述的制备方法制得的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，或包含该非织造复合材料的叠层体可以广泛用于医疗用、土木建筑用、手术袍、包装布、尤其特别适合用于纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品。

Description

一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及到非织造材料领域，具体涉及到一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯基纺粘非织造材料作为一种以聚丙烯聚合物为主要原料，熔体纺粘成网方法为加工手段的长丝纤维材料，具有较好的柔软性、透气性和较好的强度，在医疗卫生、过滤与分离等领域有广泛的应用。其中，聚丙烯基纺粘非织造材料在纸尿裤、卫生巾等吸收性卫生用品领域的应用随着中国的人口增加和便捷性消费意识的提升，有巨大的增大。但是伴随着其产量的急剧增大，就是人们对柔软性、蓬松性等要求的提高；如何提高聚丙烯基纺粘非织造材料的柔性和蓬松性成为了研究的关键。同时，聚丙烯基纺粘非织造材料产量的急剧增大也增大了聚丙烯聚合物这一石油基产品的使用，进而造成大量的环境问题。人们曾经尝试使用植物性原料或者添加碳酸钙等矿物质来降低石油基原料的使用，但是受限于品质、成本和产品在医疗卫生领域的安全性等多种问题，而没有在医疗和卫生领域得到真正的产业化。
作为将纤维质非织造材料进行轻质化最有效的方式之一，就是纤维的中空化非织造成型技术。例如，专利号为CN201280008682.X的发明专利中提出了利用纺粘方法，生产纤维直径为5-20μm以下且中空率为5～30％的中空纤维或偏芯中空纤维(是指该中空纤维的纤维截面中的中空部的中心位置与中空纤维的中心位置不同)的聚丙烯长丝非织造材料，但是其结构单一，并且基于结构和加固方式的均匀性、柔软性和蓬松行均没有考虑。
如何实现聚丙烯基纺粘非织造材料的轻质化，并兼顾一定的柔软度和蓬松性的稳定生产，满足人们对于医疗卫生领域非织造材料的要求是行业内的共性问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种轻质化、又兼顾柔软度和蓬松性的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，包括：从下到上依次为第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层，第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层通过热轧复合成立体结构；控制成品的面密度在6～100g/m2之间、立体厚度在0.3～2.1mm之间。
作为一种优选方案，在所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料中，所述的第一同心中空长丝层的克重在1.5～15g/m2之间，纤维细度在1.4～2.1D之间，优选为1.6D；中空度在10～35％之间，优选为15～18％。
作为一种优选方案，在所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料中，所述的第二同心中空长丝层的克重在3～70g/m2之间，纤维细度在1.8～2.2D之间，优选为1.7D；中空度在10～35％之间，优选为15～18％。
作为一种优选方案，在所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料中，所述的偏芯中空长丝层的克重在1.5～15g/m2之间，纤维细度在1.6～2.0D之间，优选为1.8D，中空度在10～35％之间，优选为15～18％。
作为一种优选方案，在所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料中，所述的第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层具有相同的组份，按重量份计，其组份包括：40～85％的聚丙烯等规共聚物，8～18％的超高分子量聚乙烯，3～9％聚乙烯蜡，8～40％的茂金属改性聚丙烯共聚物。
本发明还提供了一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其步骤包括：
1)按照比例分别取聚丙烯等规共聚物、超高分子量聚乙烯、聚乙烯蜡和茂金属改性聚丙烯共聚物经过搅拌机器搅拌形成混合原料；
2)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210～270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过同心中空结构的模头进行纺丝，然后经过冷却牵伸气流牵伸形成同心中空长丝，并经气流分丝后均匀铺放在成网帘上形成第一同心中空长丝层；
3)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210-270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过偏芯中空结构的模头进行纺丝，此后经过冷却和管式气流牵伸装置形成具有卷曲结构的偏芯中空长丝，并经摆丝器的机械分丝后均匀铺放在第一同心中空长丝层的上表面上，形成偏芯中空长丝层；
4)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210-270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过同心中空结构的模头进行纺丝，此后经过冷却牵伸气流牵伸形成同心中空长丝，并经气流分丝后均匀铺放在偏芯中空长丝层的上表面上，形成第二同心中空长丝层；
5)将三层复合的中空长丝层通过热轧机内热轧成形，然后经过冷却辊冷切，最后卷绕分切成卷。
作为一种优选方案，在所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法中，步骤1)中的搅拌时间控制在10～30分钟之间，优选15分钟。
作为一种优选方案，在所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法中，第一同心中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间，优选235～250℃；偏芯中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间，优选220～235℃；第二同心中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间，优选210～230℃；第一同心中空长丝层冷却气流温度控制在8～35℃之间，优选11～18℃；偏芯中空冷却气流温度控制在8～35℃之间，优选11～18℃；第一同心中空长丝层冷却气流温度控制在8～35℃之间，优选15～25℃。
作为一种优选方案，在所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法中，将偏芯中空长丝纤维层的管式气流牵伸的风压控制在0.15～0.55Mpa之间，优选0.25～0.45Mpa。
本发明的有益效果为：
1、采用本发明所述的制备方法制得的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其长丝纤维细度在纤维直径细至18μm以下，且中空度为10～35％，可以减少对石油基聚丙烯聚合物的依赖。
2、采用本发明所述的制备方法制得的聚丙烯基长丝非织造材料，其长丝纤维细度在纤维直径细至18μm，并且含有小分子量的二甲基硅油和聚乙烯蜡，在深度混合的均质形态下，可以松弛聚丙烯大分子，并且小分子硅油还可以迁移到纤维的表面，有效降低纤维表面的摩擦系数，进一步增加长丝基非织造材料柔性和滑性，进而满足人们对医疗卫生产品的舒适性的高阶要求。
3、本发明所述的制备方法还通过采用超高分子量聚乙烯和茂金属改性聚丙烯共聚物对聚丙烯基聚合物进行共混的增韧改性，以满足高速气流牵伸过程中的中空度，保证了偏芯中空长丝的中空度，本发明的偏芯中空长丝在满足5000m/min的生产速度下，实现了15～30％中空度，优于现有技术。
4、本发明将偏芯中空长丝通过管式气流牵伸来实现纤维的卷曲结构，保证了最终产品的立体结构和蓬松的手感。
5、本发明综合利用了气流分丝和摆丝机械分丝的作用规律，复合了气流分丝在纵向上的排列和摆丝机械分丝在横向上的排列特征，解决了单一结构的聚丙烯纺粘的纵横向强力差异大的问题。
6、本发明通过三组不同的花辊和光辊组成的轧机组和运用，并使用特殊设计轧点，使制得的三层结构的长丝在复合成型的过程中减少了热的伤害，进而保持非织造材料的立体结构和超柔的风格。
7、本发明所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料是由三层中空纤维组成，其中上层的第二同心中空长丝层和下层第一同心中空长丝层为内的长丝为水平方向上平直排列无卷曲形态，而中间层的偏芯中空长丝为立体卷曲蓬松形态；三者形成“三明治”夹心结构，两层的平直排列无卷曲形态赋予了产品使用过程中不起毛、耐磨的特性，中间层的立体卷曲蓬松形态赋予了产品使用过程中蓬松、舒适的特性；本发明的三层结构将多种特性复合在一起。
8、本发明所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料是由三层中空纤维组成，且三层的纤维细度从上到下呈现之间变细规律，这就形成了三层纤维层的孔隙的梯度变化，为液体从上到下的快速传输形成差动毛细效应规律；而液体从下到上又难以返渗，从而保证了本发明在纸尿布、卫生用品和医疗用品领域的应用。
9、采用本发明所述的制备方法制得的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料性能十分优异，其面密度6～100g/m2，纵向强力20-240N/5cm，纵向断裂伸长率90-120％，横向强力18-200N/5cm，横向断裂伸长率60-100％，材料的立体厚度为0.3～2.1mm，孔隙率90～99％；均优于现有技术相关非织造布。
附图说明
图1是本发明所述轻质长丝非织造复合材料的结构示意图。
图1中的附图标记为：1、第一同心中空长丝层；2、偏芯中空长丝层；3、第二同心中空长丝层。
图2是与本发明所述制备方法相对应的生产装置的结构示意图。
图2中的附图标记为：4、搅拌机；5、料池；6、上料管；7-1、第一同心中空长丝层的螺杆挤出机；7-2、偏芯中空长丝层的螺杆挤出机；7-3、第二同心中空长丝层的螺杆挤出机；8-1、第一同心中空长丝层的过滤器；8-2、偏芯中空长丝层的过滤器；8-3、第二同心中空长丝层的过滤器；9-1、第一同心中空长丝层的计量泵；9-2、偏芯中空长丝层的计量泵；9-3、第二同心中空长丝层的计量泵；10-1、第一同心中空长丝层的纺丝模头；10-2、偏芯中空长丝层的纺丝模头；10-3、第二同心中空长丝层的纺丝模头；11-1、第一同心中空长丝层的冷却气流；11-2、偏芯中空长丝层的冷却气流；11-3、第二同心中空长丝层的冷却气流；12-1、第一同心中空长丝层的气流牵伸分丝通道；12-2-1、空气压缩机；12-2-2、气路；12-2-3、摆动机械系统；12-3、第二同心中空长丝层的气流牵伸分丝通道；13、成网帘；14-1、第一同心中空长丝层的真空抽吸系统；14-2、偏芯中空长丝层的真空抽吸系统；14-3、第二同心中空长丝层的真空抽吸系统；15-1、热轧机的花辊；15-2、热轧机的光棍；16-冷却辊；17、三层结构的长丝网；18、卷绕系统。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，这些实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了如图1所示的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，所述非织造复合材料包含有第一同心中空长丝层1、偏芯中空长丝层2和第二同心中空长丝层3，三者通过多组热轧定型在一起；结合图2，具体步骤如下：
1)原料的共混；分别取聚丙烯等规共聚物70份、超高分子量聚乙烯15份、二甲基硅油1份、聚乙烯蜡2份和茂金属改性聚丙烯共聚物12份，送入到搅拌机4搅拌15min后导入到料池5。
2)第一同心中空长丝层的准备；混合原料经上料管6喂入到第一同心中空长丝层的螺杆挤出机7-1，分别设定螺杆挤出机的5个加热温度为190℃、210℃、230℃、245℃、250℃，此后螺杆挤出机7-1挤出的熔体经过熔体管道输送到第一同心中空长丝层熔体过滤器8-1过滤，之后送入第一同心中空长丝层计量泵9-1，经第一同心中空长丝层计量泵9-1的精确计量进入第一同心中空长丝层纺丝模头10-1(设定温度235℃)，通过同心中空结构的模头进行纺丝，此后经过第一同心中空长丝层冷却气流11-1(设定冷却气流温度15℃)，并在第一同心中空长丝层的气流牵伸分丝通道12-1牵伸形成同心中空长丝17，并经气流分丝和后均匀铺放在成网帘13上，并经真空抽吸系统14-1的作用紧密贴合形成第一同心中空长丝层。
3)偏芯中空长丝层的准备；将混合原料经上料管6喂入到偏芯中空长丝层的螺杆挤出机7-2内，分别设定螺杆挤出机的5个加热温度为190℃、210℃、230℃、245℃、250℃，螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器7-2过滤，之后送入计量泵8-2，并进入纺丝模头9-2，通过偏芯中空结构的模头10-2(设定温度225℃)进行纺丝，此后经过单侧冷却气流11-2的冷却(设定冷却气流温度11℃)进入管式气流牵伸装置12-2-3，空气压缩机12-2-1产生的0.35Mpa的高速压缩气流经气路12-2-2在管式气流牵伸装置12-2-3内对长丝进行高速高压的牵伸，进而形成具有卷曲结构的偏芯中空长丝，此后长丝经过摆动机械系统12-2-4的机械分丝后均匀铺放在第一同心中空长丝层上表面，并经真空抽吸系统14-2的作用紧密贴合形成偏芯中空长丝层。
4)第二同心中空长丝层的准备；混合原料经上料管6喂入到第一同心中空长丝层的螺杆挤出机7-3，分别设定螺杆挤出机的5个加热温度为190℃、210℃、230℃、245℃、250℃，此后螺杆挤出机7-3挤出的熔体经过熔体管道输送到第一同心中空长丝层熔体过滤器8-3过滤，之后送入第一同心中空长丝层计量泵9-3，经第一同心中空长丝层计量泵9-3的精确计量进入第二同心中空长丝层纺丝模头10-3(设定温度215℃)，通过同心中空结构的模头进行纺丝，此后经过第一同心中空长丝层冷却气流11-3(设定冷却气流温度18℃)，并在第一同心中空长丝层的气流牵伸分丝通道12-3牵伸形成同心中空长丝，并经气流分丝和后均匀铺放在铺放在偏芯中空长丝层上表面上，并经真空抽吸系统14-3的作用紧密贴合形成第二同心中空长丝层。
5)热轧成形；三层复合的中空长丝层17经成网帘13输送到热轧机内，并设定花辊设定温度为145℃，光棍设定温度为130℃。
6)此后热轧定型后的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料经过冷却辊16(设定温度20℃)冷切后，经卷绕系统18成卷。
实施例2：
实施例2与实施例1的区别在于原料的比例有所区别。
(1)原料的共混；按重量份计，分别取聚丙烯等规共聚物50份、超高分子量聚乙烯15份、二甲基硅油2份、聚乙烯蜡3份和茂金属改性聚丙烯共聚物30份，送入到搅拌机4搅拌20分钟后导入到料池5。
实施例3：
实施例3与实施例2的区别在于纺丝温度有所区别。
第一同心中空长丝层纺丝模头10-1(设定温度245℃)，偏芯中空结构的模头10-2(设定温度235℃)，第二同心中空长丝层纺丝模头10-3(设定温度245℃)。
实施例4：
实施例4与实施例2的区别在于冷切风温度有所区别
第一同心中空长丝层冷却气流11-1(设定冷却气流温度13℃)，
单侧冷却气流11-2的冷却(设定冷却气流温度11℃)，
第一同心中空长丝层冷却气流11-3(设定冷却气流温度15℃)
实施例5：
实施例5与实施例2的区别在于热轧温度有所区别，并设定花辊设定温度为135℃，光棍设定温度为120℃。
实施例6：
实施例6与实施例2的区别在于产品的最终面密度有所区别。
依据相关标准对本发明的产品进行测试，性能如下：
实施例 1 2 3 4 5 6
细度/D 1.7 1.9 1.6 2.1 1.7 1.7
中空度/％ 10.6 15.74 16.34 17.52 20.6 10.6
面密度/g·m-2 18 18 18 18 18 30
纵向强力/N·-5cm 30 28 31 36 25 42
纵向伸长率/％ 130 135 138 125 155 135
横向强力/N·-5cm 20 17 18 22 12 32
横向伸长率/％ 150 166 158 135 188 168
采用本发明所述的制备方法制得的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，或包含上述本发明的非织造复合材料叠层体可以广泛用于医疗用、土木建筑用、手术袍、包装布、尤其特别适合用于纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品。
本发明的纸尿布使用上述本发明的非织造复合材料、或包含上述本发明的非织造复合材料叠层体而成，可以作为纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品的面层。吸收性卫生用品的面层与皮肤接触，要求柔软、舒适、液体快速渗透，而本发明的技术产品尤其适合。
本发明的纸尿布使用上述本发明的非织造复合材料、或包含上述本发明的非织造复合材料叠层体而成，可以作为纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品的底层。吸收性卫生用品的底层要求透气性、柔软、轻质和蓬松的手感，而本发明的技术产品尤其适合。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其特征在于：所述超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料包括：从下到上依次为第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层，第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层通过热轧复合成立体结构；控制成品的面密度在6～100g/m2之间、立体厚度在0.3～2.1mm之间；所述的第一同心中空长丝层、偏芯中空长丝层和第二同心中空长丝层具有相同的组份，按重量份计，其组份包括：40～85％的聚丙烯等规共聚物，8～18％的超高分子量聚乙烯，3～9％聚乙烯蜡，8～40％的茂金属改性聚丙烯共聚物。
2.根据权利要求1所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其特征在于：所述的第一同心中空长丝层的克重在1.5～15g/m2之间，纤维细度在1.4～2.1D之间；中空度在10～35％之间。
3.根据权利要求1所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其特征在于：所述的第二同心中空长丝层的克重在3～70g/m2之间，纤维细度在1.8～2.2D之间；中空度在10～35％之间。
4.根据权利要求1所述的超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料，其特征在于：所述的偏芯中空长丝层的克重在1.5～15g/m2之间，纤维细度在1.6～2.0D之间，中空度在10～35％之间。
5.一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其步骤包括：
1)按照比例分别取聚丙烯等规共聚物、超高分子量聚乙烯、聚乙烯蜡和茂金属改性聚丙烯共聚物经过搅拌机器搅拌形成混合原料；
2)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210～270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过同心中空结构的模头进行纺丝，然后经过冷却牵伸气流牵伸形成同心中空长丝，并经气流分丝后均匀铺放在成网帘上形成第一同心中空长丝层；
3)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210-270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过偏芯中空结构的模头进行纺丝，此后经过冷却和管式气流牵伸装置形成具有卷曲结构的偏芯中空长丝，并经摆丝器的机械分丝后均匀铺放在第一同心中空长丝层的上表面上，形成偏芯中空长丝层；
4)将混合原料喂入到螺杆挤出机内，在210-270℃下熔融：将螺杆挤出机挤出的熔体经过熔体管道输送到熔体过滤器过滤，之后送入计量泵，经计量泵的精确计量进入纺丝模头，通过同心中空结构的模头进行纺丝，此后经过冷却牵伸气流牵伸形成同心中空长丝，并经气流分丝后均匀铺放在偏芯中空长丝层的上表面上，形成第二同心中空长丝层；
5)将三层复合的中空长丝层通过热轧机内热轧成形，然后经过冷却辊冷切，最后卷绕分切成卷。
6.根据权利要求5所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的搅拌时间控制在10～30分钟之间。
7.根据权利要求5所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其特征在于：第一同心中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间；偏芯中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间；第二同心中空长丝层的模头温度控制在210～290℃之间；第一同心中空长丝层冷却气流温度控制在8～35℃之间；偏芯中空冷却气流温度控制在8～35℃之间；第一同心中空长丝层冷却气流温度控制在8～35℃之间。
8.根据权利要求5所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其特征在于：将偏芯中空长丝纤维层的管式气流牵伸的风压控制在0.15～0.55Mpa之间。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的一种超柔蓬松的轻质长丝非织造复合材料的制备方法，其特征在于：所述的热轧机组由花辊和光辊组成，其中花辊海岛比9～13％，所述的热轧辊中，花辊的温度控制在130～160℃之间，光棍的温度控制在130～160℃之间；所述螺杆挤出机的长径比为30；冷却辊的温度控制在18～25℃之间。
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Denomination of invention: A super soft and fluffy lightweight filament nonwoven composite and its preparation method

Effective date of registration: 20220614

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Pledgee: Bank of Suzhou Co.,Ltd. Zhangjiagang sub branch

Pledgor: SUZHOU DUOROU NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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