CN110804803B - 水刺复合无纺布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水刺复合无纺布及其制备方法。所述复合无纺布由质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网经水刺加固制成。本发明将细度为0.5～5dtex的粘胶纤维和细度为3～15dtex的高强度纤维分别制成纤维网，通过若干道水刺工艺进行水刺加固，并严格控制每道水刺工艺的压强、水针孔径及作用距离，通过合理控制水刺工艺参数与复合无纺布面密度的关系，制备得到强度和保型性均良好的高强度纤维与粘胶纤维水刺复合无纺布。本发明通过合理的结构设计和科学的生产工艺参数，在保证产品厚度和效果与现有粘胶纤维产品相当的情况下，显著降低粘胶纤维的用量，使得生产耗能和成本大幅降低，生产效率和收益显著提高。

Description

水刺复合无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于无纺布技术领域，尤其涉及一种水刺复合无纺布及其制备方法。
背景技术
粘胶纤维是从天然木质纤维素中提取并重塑纤维分子而得到的纤维素纤维，其触感光滑凉爽，具有很好的吸湿性、透气性、抗静电、防紫外线、色彩绚丽、染色牢度较好等特点，具备棉的本质和丝的品质，因此在服装、皮革、窗帘、墙布等领域，具有不可替代的优势。但是粘胶纤维也具有强度差、易褶皱、不耐磨、尺寸稳固性差，缩水率高等缺点，而且粘胶纤维的制备工艺繁琐，通常需要先从纤维素原料中提取纯净的α-纤维素，用烧碱、二硫化碳处理，得到橙黄色的纤维素黄原酸钠，再溶解在稀氢氧化钠溶液中，成为粘稠的纺丝原液，纺丝后再经水洗、脱硫、漂白、干燥等一系列后处理才得到最终的粘胶纤维，因此生产成本明显高于普通化学纤维，而且生产过程中产生的污染源增多，企业生产负担加重，不利于纺织企业的长久发展。
为了解决此问题，现有技术通常将粘胶纤维和普通化学纤维进行混纺，制得多组分复合纤维，减少粘胶纤维的相对用量，从而克服纯粘胶纤维产品的缺点，并能增加产品强度，提高产品的综合性能。但此种粘胶纤维混纺产品并不能将粘胶纤维的优势最大限度的体现，因为在同一服用面上同时包含粘胶纤维和其他混纺纤维时，一旦混纺均匀度不够，产品性能的均匀性和稳定性将显著降低。鉴于粘胶纤维在窗帘、墙布、皮革品等装饰方面的应用，只需装饰面或服用面能够达到期望效果和功能即可，因此可以将超薄一层的粘胶纤维作为装饰面或服用面，另一面复合其他低成本且高强度的纤维，以提高整个无纺布产品的综合性能。如果能够实现与现有粘胶纤维产品厚度等同、效果相当，且厚度的一大部分被其他纤维替代，将显著降低生产成本，节约生产耗能，提高生产效率，企业收益将大幅提高。
因此通过合理的生产工艺，将粘胶纤维网薄层与其他纤维网复合，制得粘合效果好、高强度的复合无纺布，对纺织企业的长远发展具有重要的意义和作用。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种水刺复合无纺布及其制备方法，通过合理控制水刺工艺参数与复合无纺布的面密度关系，将一定质量比的高强度纤维网和粘胶纤维网水刺加固，制备得到强度、保型性和吸湿率均良好的复合无纺布，通过减少粘胶纤维的用量，从而显著降低企业生产成本，提高生产效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种水刺复合无纺布，所述水刺复合无纺布由质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网经水刺加固制成，所述水刺复合无纺布的面密度为20～400g/m2。
进一步的，所述高强度纤维网为聚酯纤维网或聚酰胺纤维网。
进一步的，所述高强度纤维网的纤维细度为3～15dtex，所述粘胶纤维网的纤维细度为0.5～5dtex。
一种以上所述的水刺复合无纺布的制备方法，包括以下步骤：
S1.高强度纤维网：将高强度纤维铺设成网，制备得到高强度纤维网；
S2.粘胶纤维网：将粘胶纤维铺设成网，制备得到粘胶纤维网；
S3.水刺加固：将质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网层叠，对层叠复合纤维网进行复合水刺，得到水刺加固后的复合无纺布；
S4.烘干成型：将水刺加固后的复合无纺布进行烘干处理，然后卷绕、剔除疵点、分切包装，得到水刺复合无纺布。
进一步的，在步骤S3中，所述复合水刺过程包括如下操作：采用高压水流对层叠复合纤维网进行5～10道水刺工艺，每道水刺工艺的水针压强先增大后降低。
进一步的，采用高压水流对层叠复合纤维网进行5道水刺工艺，其中，第一至第三道水刺工艺时，复合纤维网中的粘胶纤维网正对水针，第四至第五道水刺工艺时，高强度纤维网正对水针。
进一步的，所述第一道水刺工艺的水针压强P1为1.8～2.5MPa，第二道水刺工艺的水针压强P2为4～6MPa，第三道水刺工艺的水针压强P3为5.5～7.5MPa，第四道水刺工艺的水针压强P4为6.0～8.0MPa，第五道水刺工艺的水针压强P5为5.5～7.5MPa。
进一步的，当水刺复合无纺布的面密度＞200g/m2时，第三至第五道水刺工艺的水针压强满足以下关系式：
P3＝0.03(G-200)+8(MPa) (1)
P4＝P3+0.5(MPa) (2)
P5＝P3-1.5(MPa) (3)
其中，G是水刺复合无纺布的面密度。
进一步的，所述五道水刺工艺的第一至第五道水刺工艺的水针孔径依次为0.08～0.12mm、0.12～0.15mm、0.12～0.15mm、0.15～0.18mm和0.18～0.20mm。
进一步的，所述五道水刺工艺的第一至第五道水刺工艺的水针作用的距离依次为10～12mm、10～12mm、12～14mm、10～12mm和10～12mm。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供的水刺复合无纺布及其制备方法具有如下有益效果：
(1)本发明选取纤维细度为0.5～5dtex的粘胶纤维网作为无纺布服用面，选取细度为3～15dtex的高强度纤维网作为加强面，通过水刺加固，将两层纤维网复合，制备得到了强度高、手感好、保型性好的复合无纺布，从而扩大其应用领域。
(2)本发明将质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网水刺加固，制备得到强度和保型性均良好的复合无纺布，在保证产品厚度和效果与现有粘胶纤维产品相当的情况下，粘胶纤维的用量显著减少，从而显著降低企业生产成本，提高生产效率和收益。
(3)本发明通过五道水刺工艺对一层粘胶纤维网和一层高强度纤维网进行水刺加固，并严格控制每道水刺工艺的压强、水针孔径及作用距离，通过合理控制水刺工艺参数与复合无纺布面密度的关系，并以面密度为200g/m2作为水针压强设置的分界线，当面密度大于200g/m2时，第三至第五道水刺工艺的水针压强满足本发明限定的关系式时，能够制备得到强度、保型性和吸湿性均良好的高强度纤维与粘胶纤维水刺复合无纺布，纤维网粘合力较强，不易发生界面分离。
(4)本发明提供的水刺复合无纺布的制备方法的特点是对环境的污染小、纤维没有损伤，而且制备出的产品具有良好的悬垂性及柔软的手感，同时强度高、吸湿性好，不含粘合剂，具有卫生、可靠的优点。
附图说明
图1为实施例1至5及对比例1制备的水刺复合无纺布的横向和纵向断裂强力；
图2为实施例1至5及对比例1制备的水刺复合无纺布的横向和纵向断裂伸长率；
图3为实施例1至5及对比例1制备的水刺复合无纺布的横向和纵向撕裂强力；
图4为实施例1、实施例6和7及对比例2和制备的水刺复合无纺布的横向和纵向断裂强力。
具体实施方式
以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，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。
本发明提供一种水刺复合无纺布，所述水刺复合无纺布由由质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网经水刺加固制成，所述水刺复合无纺布的面密度为60～400g/m2。将高强度纤维网与粘胶纤维网的质量比设为9:1～5:5，即高强度纤维网的厚度大于粘胶纤维网的厚度，利用粘胶纤维网良好的吸湿性、透气性等优点和高强度纤维的高强度和低成本优势，将两层纤维网水刺加固为综合性能良好的复合无纺布产品，成本和能耗均显著降低。当高强度纤维网与粘胶纤维网的质量比大于9:1时，复合无纺布的强度虽然有所增强，但吸湿性和保型性等功能性将逐渐降低。因此从成本和综合性能考虑，优选将高强度纤维网与粘胶纤维网的质量比控制在9:1～5:5范围内。
作为优选，所述高强度纤维的细度为3～15dtex；所述粘胶纤维的细度为0.5～5dtex。粘胶纤维作为服用面，将细度控制在0.5～5dtex，有助于提高其保湿型和透气性；高强度纤维作为加强面，纤维细度可以适当控制在较大范围。
以上所述的水刺复合无纺布的制备方法，包括以下步骤：
S1.高强度纤维网：将高强度纤维铺设成网，制备得到高强度纤维网；
S2.粘胶纤维网：将粘胶纤维铺设成网，制备得到粘胶纤维网；
S3.水刺加固：将质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网层叠，对层叠复合纤维网进行复合水刺，得到水刺加固后的复合无纺布；
S4.烘干成型：将水刺加固后的复合无纺布进行烘干处理，然后卷绕、剔除疵点、分切包装，得到水刺复合无纺布。
作为优选，在步骤S3中，所述复合水刺采用高压水流对层叠复合纤维网进行5～10道水刺工艺，每道水刺工艺的水针压强先增大后降低。
作为优选，采用高压水流对层叠复合纤维网进行5道水刺工艺。一般情况下，随着水刺工艺道数的增多，复合无纺布的强度和粘结性能逐渐提高，但当水刺工艺达到10道时，继续增加水刺工艺道数，反而会造成纤维解缠结，并且反复水刺，可能降低纤维的耐磨性和强度等性能。因此，从成本及生产效率等综合考虑，本发明优选5道水刺工艺。
其中，第一至第三道水刺工艺时，复合纤维网中的粘胶纤维网正对水针，第四至第五道水刺工艺时，高强度纤维网正对水针。通过调整每道水刺工艺的水针压强和正对水针的纤维网，能够提高纤维网加固效果和均匀度，从而提高复合无纺布的粘合持久性。
作为优选，所述第一道水刺工艺的水针压强P1为1.8～2.5MPa，第二道水刺工艺的水针压强P2为4～6MPa，第三道水刺工艺的水针压强P3为5.5～7.5MPa，第四道水刺工艺的水针压强P4为6.0～8.0MPa，第五道水刺工艺的水针压强P5为5.5～7.5MPa。第一道水刺工艺为预水刺，过高的预水刺压力会使强力比较低的粘胶纤网中的纤维断裂成更短的纤维，导致纤维产生位移，影响产品质量，且加重了水循环系统的负担，从而影响复合无纺布的质量。水刺加固工艺中，水、电消耗量非常巨大，过高的水压会造成资源的浪费，因此不能一味追求高水压；随着纤维不断的缠结，结构变得致密，强力逐渐增加，因此后续压力要逐步提高，但压力如果过高，容易使进入第二道水刺时纤网中的纤维在较高的压力下发生滑移错位，造成布面不匀；过低的水压又不能使纤维有效缠结，导致成品强力下降且易掉毛。
作为优选，当水刺复合无纺布的面密度＞200g/m2时，第三至第五道水刺工艺的水针压强满足以下关系式：
P3＝0.03(G-200)+8(MPa) (1)
P4＝P3+0.5(MPa) (2)
P5＝P3-1.5(MPa) (3)
其中，G是水刺复合无纺布的面密度。
当面密度＞200g/m2时，复合无纺布厚度增大，水射流穿透复合无纺布的阻力增大，因此，第三至第五道水针压强需相应增大。
作为优选，所述五道水刺工艺的水针孔径依次为0.08～0.12mm、0.12～0.15mm、0.12～0.15mm、0.15～0.18mm和0.18～0.20mm。由于在水刺前期主要是纤维的位移，所以前面的三道水刺水柱的直径以小为好，小直径的单根水柱可以带动的纤维少，缠结效率高，而水柱直径过大时，单个水柱带动的是成束的纤维，缠结效率低。在水刺的后期主要是加固作用，水柱直径不宜太小，水柱直径太小时会形成明显的刺痕，尤其当水针板有堵孔时，漏针现象会加重。
作为优选，所述四道水刺工艺的水针作用的距离依次为10～12mm、10～12mm、12～14mm、10～12mm和10～12mm。
本发明根据标准GB/T24218.3-2010中非织造布断裂强力和断裂伸长率的测定，测试样品的横纵向拉伸性能，试样尺寸为300mm×50mm，拉伸速率为100mm/min，夹持距离为200mm，实验温度为20℃，湿度为65％。
根据标准GB/T3917.2-2009中非织造布单缝撕裂强力的测定，测试样品的撕裂性能，试样尺寸为200mm×50mm，拉伸速率为100mm/min，夹持距离为100mm，实验温度为20℃，湿度为65％。
实施例1
本实施例提供的水刺复合无纺布，由质量比为5:1的聚酯纤维网与粘胶纤维网经水刺加固制成，其面密度为120g/m2，涤纶纤维细度为5dtex，粘胶纤维细度为0.8dtex，其制备方法包括以下步骤：
S1.涤纶纤维网：将细度为5dtex的涤纶纤维铺设成网，制备得到涤纶纤维网；
S2.粘胶纤维网：将细度为0.8dtex的粘胶纤维铺设成网，制备得到粘胶纤维网；
S3.水刺加固：将质量比为5:1的聚酯纤维网和粘胶纤维网层叠，对层叠复合纤维网采用五道水刺工艺进行复合水刺，得到水刺加固后的复合无纺布；
其中，第一道水刺工艺的水针压强P1为2MPa，第二道水刺工艺的水针压强P2为5MPa，第三道水刺工艺的水针压强P3为6MPa，第四道水刺工艺的水针压强P4为7MPa，第五道水刺工艺的水针压强P5为6MPa；五道水刺工艺的水针孔径依次为0.1mm、0.13mm、0.13mm、0.16mm和0.19mm；五道水刺工艺的水针作用的距离依次为11mm、11mm、13mm、11mm和11mm；
S4.烘干成型：将水刺加固后的复合无纺布进行烘干处理，然后卷绕、剔除疵点、分切包装，得到水刺复合无纺布。
实施例2～11
实施例2～11提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度如表1所示，其中，实施例2和3及实施例6至8的制备方法均与实施例1大致相同，在此不再赘述。实施例4的五道水刺工艺的水针压强分别为2MPa、5MPa、11MPa、10.5MPa和9.5MPa，实施例5的五道水刺工艺的水针压强分别为2MPa、5MPa、14MPa、13.5MPa和12.5Mpa，其他与实施例1基本相同，在此不再赘述。
对比例1～3
对比例1提供一种粘胶纤维无纺布，其面密度及粘胶纤维细度与实施例1相同，采用实施例1相同的水刺工艺，将粘胶纤维网水刺加固得到粘胶纤维无纺布。
对比例2～3提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度如表1所示，制备方法与实施例1大致相同，在此不再赘述。
实施例12
实施例12提供的水刺复合无纺布，由质量比为5:1的聚酰胺纤维网与粘胶纤维网经水刺加固制成，其面密度为120g/m2，涤纶纤维细度为5dtex，粘胶纤维细度为0.8dtex，其制备方法与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表1实施例2～11及对比例2和3制备的水刺复合无纺布的组成
样品 面密度/m<sup>2</sup> 质量比 聚酯纤维细度dtex 粘胶纤维细度dtex
实施例2 200 5:1 5 0.8
实施例3 200 5:1 5 0.8
实施例4 300 5:1 5 0.8
实施例5 400 5:1 5 0.8
实施例6 120 9:1 5 0.8
实施例7 120 5:5 5 0.8
实施例8 120 5:1 3 0.8
实施例9 20 5:1 15 0.8
实施例10 120 5:1 3 0.5
实施例11 20 5:1 15 5
实施例12 120 5:1 5 0.8
对比例2 120 10:1 5 0.8
对比例3 120 4:6 5 0.8
实施例1至5制备的复合无纺布及对比例1制备的粘胶纤维无纺布的力学性能测试结果如图1至3所示。从图1和图2可以看出，随着复合无纺布面密度的增加，纵向和横向断裂强力以及断裂伸长率均逐渐增大；而且对于同一个实施例，当面密度相同时，纵向断裂强力大于横向断裂强力，纵向断裂伸长率却比横向断裂伸长率小，这是因为在铺设成网时，纤维大多数沿着纵向排列，当复合无纺布纵向受到拉伸时，纤维之间互相挤压，这增强了纤维间的抱合和自锁，阻碍了纤维的拉伸过程；而当复合无纺布横向受到拉伸时，由于外力方向垂直于纤维轴向，纤维间滑移距离较长和抱合力较小，从而使得横向伸长率比纵向伸长率大，横向断裂强力比纵向断裂强力小。
从图3可以看出，随着复合无纺布面密度的增加，纵向和横向撕裂强力均逐渐增大，且横向撕裂强力大于纵向撕裂强力，这是因为复合无纺布中沿纵向排列的纤维比沿横向排列的纤维更多，所以导致横向撕裂强力大于纵向撕裂强力。
在实际生产中，由于面密度过大时，水刺压强需求过高，因此应根据实际需求，以折中的方法选取合适的面密度，做到成本最低化、收益最大化。
对比例1制备的粘胶纤维无纺布的断裂强度和撕裂强度均低于实施例1制备的复合无纺布，这是因为涤纶纤维的强力高于粘胶纤维，通过本发明的水刺复合加固后，两种纤维结合牢固，因此断裂强力和撕裂强力都明显提高。
从图4可以看出，聚酯纤维网与粘胶纤维网的质量比为5:5时，复合无纺布的横纵向断裂强力较优，随着质量比的增加，横纵向断裂强力略微升高，但此时，由于粘胶纤维的质量含量过低，将导致复合无纺布的吸湿率、保型性等功能性的降低，甚至丧失。质量比小于5:5时，横纵向断裂强力显著降低。因此，从综合性能考虑，应优选9:1～5:5的质量比。
实施例13～16
实施例13～16提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度与实施例1相同，其制备工艺与实施例1相比，不同之处在于五道水刺工艺的水针压强如表2所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
对比例4和5
对比例4和5提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度与实施例1相同，其制备工艺与实施例1相比，不同之处在于五道水刺工艺的水针压强如表2所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表2还给出了实施例13～16及对比例4和5提供的水刺复合无纺布的纵向断裂强力，可以看出，在本发明限定的水针压强范围内，复合无纺布均具有相对较高的纵向断裂强力。对比例4和对比例5表明，水针压强过高和过低，断裂强力均明显下降，这是因为过低的水压不能使纤维有效缠结，导致成品强力下降且易掉毛；压力过高，容易使纤维在较高的压力下发生滑移错位，造成布面不匀，而且过高的水压会造成资源的浪费。
表2实施例13～16及对比例2和3的面密度及水针压强
Figure BDA0002220201470000121
Figure BDA0002220201470000131
实施例17～26
实施例17～26提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度与实施例1相同，其制备工艺与实施例1相比，不同之处在于五道水刺工艺的水针孔径如表3所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
对比例6和7
对比例6和7提供的水刺复合无纺布的面密度、质量比及涤纶纤维和粘胶纤维细度与实施例1相同，其制备工艺与实施例1相比，不同之处在于五道水刺工艺的水针孔径如表3所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
从表3可以看出，在本发明限定的五道水刺工艺的水针直径范围内，相比实施例1，复合无纺布的纵向断裂强力变化不大。当水针直径过小或过大时，纵向断裂强力均降低，这是因为，水柱直径太小时会形成明显的刺痕，尤其当水针板有堵孔时，漏针现象会加重，而水柱直径过大时，单个水柱带动的是成束的纤维，缠结效率低。因此，根据本发明的限定，选取合适的水针直径对提高复合无纺布的断裂强力很有必要。
表3实施例17～26及对比例4和5的水针孔径
Figure BDA0002220201470000132
Figure BDA0002220201470000141
根据以上实施例测试结果可以看出，本发明制备的水刺复合无纺布的断裂强力和撕裂强力均明显高于粘胶纤维无纺布，当两种样品厚度相同时，复合无纺布中粘胶纤维的用量明显降低，因此生产成本和能耗都将大幅度下降，企业受益将明显提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种水刺复合无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.高强度纤维网：将高强度纤维铺设成网，制备得到高强度纤维网；所述高强度纤维网为聚酯纤维网或聚酰胺纤维网；
S2.粘胶纤维网：将粘胶纤维铺设成网，制备得到粘胶纤维网；
所述高强度纤维网的纤维细度为3～15dtex，所述粘胶纤维网的纤维细度为0.5～5dtex；
S3.水刺加固：将质量比为9:1～5:5的高强度纤维网和粘胶纤维网层叠，对层叠复合纤维网进行复合水刺，得到水刺加固后的复合无纺布；
采用高压水流对层叠复合纤维网进行5道水刺工艺，其中，第一至第三道水刺工艺时，复合纤维网中的粘胶纤维网正对水针，第四至第五道水刺工艺时，高强度纤维网正对水针；所述第一道水刺工艺的水针压强P1为1.8～2.5MPa，第二道水刺工艺的水针压强P2为4～6MPa，第三道水刺工艺的水针压强P3为5.5～7.5MPa，第四道水刺工艺的水针压强P4为6.0～8.0MPa，第五道水刺工艺的水针压强P5为5.5～7.5MPa；当水刺复合无纺布的面密度＞200g/m2时，第三至第五道水刺工艺的水针压强满足以下关系式：
P3＝0.03(G-200)+8(MPa) (1)
P4＝P3+0.5(MPa) (2)
P5＝P3-1.5(MPa) (3)
其中，G是水刺复合无纺布的面密度；
S4.烘干成型：将水刺加固后的复合无纺布进行烘干处理，然后卷绕、剔除疵点、分切包装，得到水刺复合无纺布。
2.根据权利要求1所述的水刺复合无纺布的制备方法，其特征在于，所述五道水刺工艺的第一至第五道水刺工艺的水针孔径依次为0.08～0.12mm、0.12～0.15mm、0.12～0.15mm、0.15～0.18mm和0.18～0.20mm。
3.根据权利要求1所述的水刺复合无纺布的制备方法，其特征在于，所述五道水刺工艺的第一至第五道水刺工艺的水针作用的距离依次为10～12mm、10～12mm、12～14mm、10～12mm和10～12mm。
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