CN110791882A - 一种弹性纤维熔喷无纺布及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性纤维熔喷无纺布及其制备方法。所述弹性纤维熔喷无纺布包括偏心型皮芯结构的复合纤维，所述复合纤维的皮层包括聚丙烯系弹性体、超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅，所述复合纤维的芯层包括热塑性聚氨酯系弹性体和增容剂。本发明采用熔喷纺丝法，将皮层材料和芯层材料分别干燥、熔融后，由偏心皮芯型纺丝组件的喷嘴喷出，经冷却、成网、加固后，制得所述弹性纤维熔喷无纺布。通过上述方式，本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布能够达到较好的伸缩性、较高的强度以及较低的表面粘性，且结构合理、制备工艺简单，能够满足实际应用的需求并进行大规模生产，应用范围广。

Description

一种弹性纤维熔喷无纺布及其制备方法

技术领域

本发明涉及弹性纤维无纺布技术领域，特别是涉及一种弹性纤维熔喷无纺布及其制备方法。

背景技术

弹性纤维熔喷无纺布是以弹性体为原料，经熔喷工艺制备的一种超细纤维无纺布，与常规熔喷无纺布相比，具有较好的弹性、可伸展性和易曲性，且其制备工艺流程短、产量高、成本低，因而广泛应用于服装、日用品、医疗卫生等领域。然而，采用单一弹性体制备的传统弹性纤维熔喷无纺布由于原料限制，通常存在功能单一、力学性能不良等问题，已逐渐难以满足人们的要求。因此，有必要对弹性体进行复合，以制备性能更优的弹性纤维熔喷无纺布。

公开号为CN104960290A的专利提供了一种复合弹性无纺布的制备方法，通过将多种弹性性能比较强的弹性体混合后挤出纤维，并采用熔喷成网法制成无纺布，从而达到较好的力学和弹性性能。但该方法仅将多种弹性体简单混合，并未对其各成分含量及作用进行研究；且该方法使用的原料种类过多，难以使其有效结合并达到最优效果，产品性能不可控。

公开号为CN104769172B的专利提供了一种非织造织物和可拉伸层合物，该非织造织物包含具有皮芯结构的纤维，其芯部分为热塑性弹性体、皮部分为聚烯烃，通过二者复合，使该非织造织物在纵向和横向上具有足够的伸长率，达到较好的弹性。但该非织造织物的纤维中芯部分和皮部分所用材料的极性、表面张力、结晶能力等相差较大，导致其相容性不足，皮芯界面结合力较低，因此整体抗张强度不足；且该非织造织物表面的粘性较大，在实际使用过程中易粘附于衣物或皮肤上，造成使用不便。

有鉴于此，当前仍需要一种伸缩性好、抗张强度高、表面粘性低且性能可控的弹性纤维熔喷无纺布，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有较好的伸缩性和力学性能，又具有较低的表面粘性，且结构合理、性能可控的弹性纤维熔喷无纺布及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种弹性纤维熔喷无纺布，包括偏心型皮芯结构的复合纤维，所述复合纤维的皮层与芯层的质量比为40:60～80:20，所述复合纤维的皮层包括聚丙烯系弹性体、超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅，所述复合纤维的芯层包括热塑性聚氨酯系弹性体和增容剂。

进一步地，在所述复合纤维的皮层中，所述超高分子量聚乙烯的含量为2～8％，所述纳米碳化硅的含量为1～5％。

进一步地，在所述复合纤维的芯层中，所述增容剂的含量为4～10％。

进一步地，所述纳米碳化硅的粒径为50～200nm。

进一步地，所述热塑性聚氨酯系弹性体为乙醚-酯共聚物热塑性聚氨酯弹性体。

进一步地，所述增容剂为接枝率1％的马来酸酐接枝聚丙烯。

为实现上述目的，本发明还提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯系弹性体切片、超高分子量聚乙烯切片和纳米碳化硅混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，形成皮层材料熔体；

S2、将热塑性聚氨酯系弹性体切片和增容剂混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，形成芯层材料熔体；

S3、所述皮层材料熔体和所述芯层材料熔体分别由其对应的双螺杆挤出机挤出，经计量后通过偏心皮芯型纺丝组件的喷嘴喷出；

S4、采用5～20℃的冷却空气对步骤S3中喷出的纤维进行冷却，经成网、加固后制得弹性纤维熔喷无纺布。

进一步地，在步骤S1中，所述皮层材料熔体的熔融温度为200～230℃。

进一步地，在步骤S2中，所述芯层材料熔体的熔融温度为180～240℃。

进一步地，在步骤S3中，所述纺丝组件的温度为250～280℃，纺丝速度为10～40m/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布以弹性体为主要原料，采用熔喷纺丝法制备而成，具有较好的基础弹性；同时，本发明通过制备偏心型皮芯结构的复合纤维，利用皮层材料和芯层材料之间的熔点及收缩性差异，使得该复合纤维在牵伸及冷却过程中发生转向及卷曲，表现出较高的卷曲性和回弹性，从而使无纺布获得更好的伸缩性。

2、本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布的复合纤维皮层中包括聚丙烯系弹性体、超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅；其中，超高分子量聚乙烯具有极高的强度，且在常温下具有优异的抗粘附能力，与聚丙烯系弹性体混合后能有效改善聚丙烯系弹性体的力学性能，并降低其表面粘性；但超高分子量聚乙烯熔体流动性差，难以与聚丙烯系弹性体混合均匀，而纳米碳化硅的引入则能够有效降低其熔体粘度，不需要溶胀处理即可使其达到较好的流动性，既能够促进聚丙烯系弹性体与超高分子量聚乙烯的混熔，又能够进一步提升聚丙烯系弹性体的力学性能，降低其表面粘性；超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅二者结合，使制得的无纺布具有较高的强度和较低的表面粘性。

3、本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布的复合纤维芯层中包括热塑性聚氨酯系弹性体和增容剂；其中，增容剂能够有效增强热塑性聚氨酯系弹性体与聚丙烯系弹性体的相容性，从而增强复合纤维皮层和芯层间的粘着力，使其紧密结合，提高复合纤维的强度，从而使制得的无纺布具有较高的强度。

4、本发明通过调整各原料的含量及相关工艺参数，能够根据需要对制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能进行调控，可控性较强；同时，本发明通过对喷出的复合纤维进行冷却，能够降低热塑性聚氨酯系弹性体与聚丙烯系弹性体的软化温度，使其充分固化，从而进一步提高无纺布的强度，并降低其表面粘性。

5、本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布制备工艺简单，能够大规模生产；且制得的无纺布具有较好的伸缩性、较高的强度以及较低的表面粘性，能够满足实际应用的需求，应用范围广。

附图说明

图1是本发明提供的弹性纤维熔喷无纺布中复合纤维的剖面结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、复合纤维的皮层；2、复合纤维的芯层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种弹性纤维熔喷无纺布，包括偏心型皮芯结构的复合纤维，所述复合纤维的皮层与芯层的质量比为40:60～80:20，所述复合纤维的皮层包括聚丙烯系弹性体、超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅，所述复合纤维的芯层包括热塑性聚氨酯系弹性体和增容剂。

在所述复合纤维的皮层中，所述超高分子量聚乙烯的含量为2～8％，所述纳米碳化硅的含量为1～5％，所述纳米碳化硅的粒径为50～200nm。

在所述复合纤维的芯层中，所述增容剂的含量为4～10％。

优选地，所述热塑性聚氨酯系弹性体为乙醚-酯共聚物热塑性聚氨酯弹性体，所述增容剂为接枝率1％的马来酸酐接枝聚丙烯。

本发明还提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯系弹性体切片、超高分子量聚乙烯切片和纳米碳化硅混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，熔融温度为200～230℃，形成皮层材料熔体；

S2、将热塑性聚氨酯系弹性体切片和增容剂混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，熔融温度为180～240℃，形成芯层材料熔体；

S3、所述皮层材料熔体和所述芯层材料熔体分别由其对应的双螺杆挤出机挤出，经计量后通过偏心皮芯型纺丝组件的喷嘴喷出，所述纺丝组件的温度为250～280℃，纺丝速度为10～40m/min；

S4、采用5～20℃的冷却空气对步骤S3中喷出的纤维进行冷却，经成网、加固后制得弹性纤维熔喷无纺布。

下面结合实施例1～23和对比例1～5对本发明的弹性纤维熔喷无纺布的制备方法进行说明：

实施例1

本实施例提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯弹性体切片、超高分子量聚乙烯切片和纳米碳化硅按照质量比91:6:3混合，并在80℃下干燥4h，使其水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机在220℃下熔融共混，形成皮层材料熔体；所述纳米碳化硅的粒径为100nm。

S2、以接枝率1％的马来酸酐接枝聚丙烯作为增容剂，将乙醚-酯共聚物热塑性聚氨酯弹性体切片和所述增容剂按照质量比92:8混合，并在80℃下干燥4h，使其水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机在200℃下熔融共混，形成芯层材料熔体。

S3、所述皮层材料熔体和所述芯层材料熔体分别由其对应的双螺杆挤出机挤出，由计量泵精确计量后，按照皮层材料与芯层材料60:40的质量比将其通过偏心皮芯型纺丝组件的喷嘴喷出，所述纺丝组件的温度为270℃，纺丝速度为30m/min；所述喷嘴到传送带的距离为20cm，空气压力为5.2PSI。

S4、采用15℃的冷却空气对步骤S3中喷出的纤维进行冷却，形成的纤维长丝铺设成网，经机械加固后制得弹性纤维熔喷无纺布。

对制得的弹性纤维熔喷无纺布进行取样，采用拉力试验机，设置拉伸速率为20mm/min，对制得的弹性纤维熔喷无纺布试样在纵向(MD)和横向(CD)的拉伸强度和断裂伸长率分别进行测试，用于表征制得的弹性纤维熔喷无纺布的强度和伸缩性。

在制得的弹性纤维熔喷无纺布上取两块250mm×30mm的试样，将其重叠对贴，并在端部设置夹具；在贴合的试样表面均匀辊压3次后，再施加2kg负荷，保持2min后，采用拉力试验机，设置拉伸速率为50mm/min，对贴合试样的剥离强度进行测试，用于表征制得的弹性纤维熔喷无纺布的粘性。

测得的拉伸强度、断裂伸长率和剥离强度如表1所示。

表1实施例1制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能参数

由表1可以看出，本实施例制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度和断裂伸长率在纵向和横向差异不大，具有较好的各向同性；且该弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度高、断裂伸长率大、剥离强度低，表明其具有较高的强度、较好的伸缩性和较低的表面粘性，能够满足实际应用的需求。

实施例2～9及对比例1～4

实施例2～9及对比例1～4分别提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了复合纤维中各原料的含量，各实施例及对比例中各原料质量占复合纤维总质量的百分数如表2所示。

表2实施例2～9及对比例1～4中各原料质量占复合纤维总质量的百分数

对实施例2～9及对比例1～4制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度、断裂伸长率和剥离强度进行测试，结果如表3所示。

表3实施例2～9及对比例1～4制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能参数

由表3可以看出，改变复合纤维中各原料的含量能够影响制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能。对比实施例1～3可以看出，当复合纤维的皮层、芯层内各原料配比一定时，增加皮层的含量有助于提高无纺布的强度，并降低无纺布表面的粘度，而增加芯层的含量则有助于提高无纺布的伸缩性，因此，综合弹性纤维熔喷无纺布的各项性能，优选复合纤维皮层与芯层的质量比为40:60～80:20。

对比实施例1和实施例4～7可以看出，随着皮层中超高分子量聚乙烯或纳米碳化硅含量的增加，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度和断裂伸长率先增加后减少，剥离强度则逐渐降低，表明在一定范围内增加超高分子量聚乙烯或纳米碳化硅有助于提高无纺布的强度和伸缩性，并降低其表面粘度。但当超高分子量聚乙烯含量较高时，在加工过程中形成的熔体流动性差，影响了复合的均匀性，反而会降低所得无纺布的拉伸强度和断裂伸长率；同时，虽然纳米碳化硅在含量较低时既能够降低熔体粘度、提高流动性，又能够提高无纺布的强度，但当纳米碳化硅含量较高时，则难以分散均匀，容易产生团聚，反而会降低熔体的流动性，并影响无纺布的性能。因此，综合弹性纤维熔喷无纺布的各项性能，优选复合纤维皮层中超高分子量聚乙烯的含量为2～8％，所述纳米碳化硅的含量为1～5％。

对比实施例1和实施例8～9可以看出，随着芯层中增容剂的增加，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度和断裂伸长率先增加后减少，剥离强度的变化不大，表明在一定范围内增加增容剂的含量有助于提高无纺布的强度和伸缩性。增容剂通过增加皮层和芯层材料的相容性来提升其结合程度，从而改善无纺布的力学性能，但当增容剂含量较高时，过多的增容剂会影响皮层和芯层间的结合，从而降低无纺布的拉伸强度和断裂伸长率。因此，优选芯层中增容剂的含量为4～10％。

对比实施例1和对比例1～4可以看出，缺少缺乏超高分子量聚乙烯、纳米碳化硅、增容剂中的一种或多种制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能均相对较差，表明各成分对提高弹性纤维熔喷无纺布的强度、伸缩性并降低其表面粘性均具有重要作用。其中，超高分子量聚乙烯与纳米碳化硅的共同作用能够在保障流动性的情况下实现与聚丙烯弹性体的均匀混熔，从而达到较高的强度和伸缩性，并降低表面粘性；增容剂的添加则能够增强皮层与芯层间的相容性及粘着力，从而进一步提高制得的弹性纤维熔喷无纺布的强度和伸缩性。

实施例10～12及对比例5

实施例10～12及对比例5分别提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了纳米碳化硅的粒径，各实施例及对比例对应的纳米炭化硅粒径及其制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能如表4所示。

表4实施例10～12及对比例5的纳米碳化硅粒径及其制得的无纺布性能

由表4可以看出，改变纳米碳化硅的粒径能够影响制得的无纺布的性能。随着纳米碳化硅粒径的增加，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度、断裂伸长率及剥离强度均逐渐降低，其中剥离强度的降低幅度不大。表明增加纳米碳化硅的粒径尽管能略微降低制得的弹性纤维熔喷无纺布的表面粘性，但对其强度和伸缩性的降幅较大，主要是由于当纳米碳化硅粒径较大时，易于产生团聚，从而降低熔体的流动性，使各原料难以均匀混熔，从而降低无纺布的强度和伸缩性。因此，综合弹性纤维熔喷无纺布的各项性能，优选纳米碳化硅的粒径为50～200nm。

实施例13～23

实施例13～23分别提供了一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了无纺布制备过程的工艺参数，各实施例对应的复合纤维皮层熔融温度、芯层熔融温度、纺丝组件的温度、纺丝速率和冷却温度如表5所示。

表5实施例13～23的工艺参数

对实施例13～23制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度、断裂伸长率和剥离强度进行测试，结果如表6所示。

表6实施例13～23制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能参数

由表6可以看出，改变弹性纤维熔喷无纺布的工艺参数能够影响制得的无纺布的性能。对比实施例1和实施例13～16可以看出，随着复合纤维皮层或芯层熔融温度的升高，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度、断裂伸长率及剥离强度均逐渐增加，表明升高熔融温度有助于提高弹性纤维熔喷无纺布强度和伸缩性，但会增加其表面粘性。因此，综合弹性纤维熔喷无纺布的各项性能，优选皮层材料的熔融温度为200～230℃，芯层材料的熔融温度为180～240℃。

对比实施例1和实施例17～20可以看出，随着纺丝组件温度的升高，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度和断裂伸长率均逐渐增加，剥离强度则逐渐减少，且整体变化幅度逐渐变缓，表明升高纺丝组件的温度有助于提高弹性纤维熔喷无纺布的强度和伸缩性，并降低其表面粘性；但当其升高至一定程度时，继续升高温度对无纺布性能的改善不够明显，反而会造成工艺成本的增加，因此，优选纺丝组件的温度为250～280℃。同时，随着纺丝速度的增加，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度、断裂伸长率及剥离强度均呈先增加后降低的趋势，因此，优选纺丝速度为10～40m/min。

对比实施例1和实施例21～23可以看出，随着冷却温度的降低，制得的弹性纤维熔喷无纺布的拉伸强度逐渐增加，断裂伸长率和剥离强度则逐渐减少，表明降低纺丝组件的温度有助于提高弹性纤维熔喷无纺布的强度，并降低其表面粘性，但会降低其伸缩性；因此，综合弹性纤维熔喷无纺布的各项性能，优选冷却温度为5～20℃。

综上所述，本发明制得的弹性纤维熔喷无纺布能够达到较高的强度、较好的伸缩性以及较低的表面粘性，并能够通过调整各原料的含量及相关工艺参数对制得的弹性纤维熔喷无纺布的性能进行调控，以达到所需性能，可控性较强。且该弹性纤维熔喷无纺布结构合理、制备工艺简单，能够满足实际应用的需求并进行大规模生产，应用范围广。

以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于，包括偏心型皮芯结构的复合纤维，所述复合纤维的皮层与芯层的质量比为40:60～80:20，所述复合纤维的皮层包括聚丙烯系弹性体、超高分子量聚乙烯和纳米碳化硅，所述复合纤维的芯层包括热塑性聚氨酯系弹性体和增容剂。

2.根据权利要求1所述的一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于：在所述复合纤维的皮层中，所述超高分子量聚乙烯的含量为2～8％，所述纳米碳化硅的含量为1～5％。

3.根据权利要求1所述的一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于：在所述复合纤维的芯层中，所述增容剂的含量为4～10％。

4.根据权利要求1所述的一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于：所述纳米碳化硅的粒径为50～200nm。

5.根据权利要求1所述的一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于：所述热塑性聚氨酯系弹性体为乙醚-酯共聚物热塑性聚氨酯弹性体。

6.根据权利要求1所述的一种弹性纤维熔喷无纺布，其特征在于：所述增容剂为接枝率1％的马来酸酐接枝聚丙烯。

7.一种权利要求1～6任一项所述的弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将聚丙烯系弹性体切片、超高分子量聚乙烯切片和纳米碳化硅混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，形成皮层材料熔体；

S2、将热塑性聚氨酯系弹性体切片和增容剂混合并干燥至水分含量在150ppm以下，通过双螺杆挤出机熔融共混，形成芯层材料熔体；

S3、所述皮层材料熔体和所述芯层材料熔体分别由其对应的双螺杆挤出机挤出，经计量后通过偏心皮芯型纺丝组件的喷嘴喷出；

S4、采用5～20℃的冷却空气对步骤S3中喷出的纤维进行冷却，经成网、加固后制得弹性纤维熔喷无纺布。

8.根据权利要求7所述的一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述皮层材料熔体的熔融温度为200～230℃。

9.根据权利要求7所述的一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述芯层材料熔体的熔融温度为180～240℃。

10.根据权利要求7所述的一种弹性纤维熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述纺丝组件的温度为250～280℃，纺丝速度为10～40m/min。