CN115262093B

CN115262093B - 一种定向弹性非织造材料、制备方法及弹性制品

Info

Publication number: CN115262093B
Application number: CN202211168930.9A
Authority: CN
Inventors: 宋卫民; 张恒; 刘林兵; 甄琪; 史建宏; 李旨杰
Original assignee: Suzhou Duorou New Material Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Duorou New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-25
Filing date: 2022-09-25
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2042-09-25
Also published as: CN115262093A

Abstract

本方案公开了一种定向弹性非织造材料、制备方法及弹性制品，制备方法包括弹性长丝凉感纤维层制作，制备原料包括聚丙烯聚合物和功能性聚合物，采用纺粘工艺制备；短纤维柔肤层制作，将涤纶纤维和纤维素纤维通过梳理工艺制备成短纤维柔肤层；复合层制作，所述弹性长丝凉感纤维层与所述短纤维柔肤层通过交叉铺网使其形成多层叠合纤维网；最后针刺固结。本方案所制备的定向弹性非织造材料是一种兼具有柔性、弹性和凉感的一体结构形态，可以满足其在医用绷带和医用辅料等领域应用的技术要求，通过其柔软亲肤透气的特性达到促进创伤愈合和治疗的目的，具有更广阔的应用范围，还具有更好的易用性。

Description

一种定向弹性非织造材料、制备方法及弹性制品

技术领域

本方案涉及非织造材料领域，特别涉及一种定向弹性非织造材料、制备方法及弹性制品。

背景技术

近年来随着人们生活水平、防护意识和防护要求的提高，非织造材料的发展势头强劲。在产量和需求快速增长的同时，人们对产品舒适性和功能性提出了更高要求，尤其是在个人卫生（儿童学步训练裤和婴儿尿布等）及医疗护理（医用绷带、缓冲垫和包装等）等领域。

因此，保持非织造材料基本性能的前提下，如何提高产品的弹性、舒适性、贴合性和灵活性就成为了非织造材料领域和功能性护理领域共同关注的热点。

弹性非织造材料一般是指在外力作用下伸长率大于60%，外力消除后伸长回复率大于55%的非织造材料；弹性非织造材料的现有制备方法目前有三种：

第一种方法是利用聚烯烃弹性体、聚氨酯和苯乙烯嵌段共聚物等弹性聚合物通过纺粘、熔喷等非织造技术直接获得一种单一结构的弹性非织造材料；

第二种是利用复合工艺将弹性材料（可以是非织造材料、膜和针织物等）与非弹性材料进行物理、热融或者化学粘合的复合，以获得一种上下叠层结构的弹性非织造材料；

第三种是利用膜成型原理，将聚氨酯类聚合物溶液浸润非织造材料内层，并以膜形式固结在，已形成一种膜+纤维的均一结构。上述的工艺都可以很好的获得弹性非织造材料。

如专利号201710403938.1，名称为一种具有单向弹性的非织造布的生产方法，采用直接将弹性体材料熔融后通过纺粘喷头喷洒在普通纺粘无纺布上，再通过轧机压合，摒弃了传统工艺技术在双层纺粘无纺布中间夹褶皱弹性膜的工艺。

以上方案对于特定领域如绷带的应用上存在舒适性、包裹性偏差的弊端。

基于此，寻找一种新型的定向弹性非织造材料及其制备方法，并增强其柔性、凉感、功能性就成为了医疗护理、个人卫生等多个领域的共性研究热点。

发明内容

本方案为解决上述问题，提供一种定向弹性非织造材料的制备方法。

本方案采用的技术手段是：一种定向弹性非织造材料的制备方法，弹性长丝凉感纤维层制作，制备原料包括聚丙烯聚合物和功能性聚合物，采用纺粘工艺制备；

短纤维柔肤层制作，将涤纶纤维和纤维素纤维通过梳理工艺制备成短纤维柔肤层；

复合层制作，所述弹性长丝凉感纤维层与所述短纤维柔肤层通过交叉铺网使其形成多层叠合纤维网；

针刺固结。

在本方法中，所述制备原料包括按照质量比共混的：

PP：15.5%-50.5%；

EVOH：3%-10%；

POE：45%-70%；

石蜡油：1.5%-4.5%；

所述EVOH的熔融指数为12-35g/10min(210℃，2.16kg)，所述PP的重均分子量为18000-35000，熔融指数为35-60g/10min(210℃，2.16kg)。

在本方法中，短纤维柔肤层包括：

按质量比混合的：

纤维素纤维10%-50%；

涤纶纤维50%-90%；

所述纤维素纤维为粘胶纤维。

在本方法中，所述弹性长丝凉感纤维层的纤维长度方向与机器方向夹角＜15°的纤维占比＞85%；所述短纤维柔肤层的纤维长度方向与机器方向夹角＜25°的纤维占比＞90%。

在本方法中，所述复合层制作步骤中，将所述弹性长丝凉感纤维层与所述短纤维柔肤层进行上下叠层，并将所述叠层送入铺网机中进行交叠铺网，形成多层叠合纤维网，铺网层数为2-5层。

在本方法中，所述针刺固结步骤中，采用针刺工艺，对所述多层叠合纤维网进行反复穿刺，针刺密度为180-330刺/cm²，针刺深度为4-12mm。

基于上述方法制作的一种定向弹性非织造材料，特点为：

按质量比50%-75%的弹性长丝凉感纤维层和25%-50%短纤维柔肤层交叠组合,针刺固结，所述定向弹性非织造材料具备定向弹性，定向方向为与机器夹角25°-75°之间的任一方向。

在本定向弹性非织造材料中，所述定向弹性的弹性回复率为30%-70%。

在本定向弹性非织造材料中，面密度为100-550g/m²，厚度0.6-2.5mm，孔隙率90%-99.5%，接触凉感系数为0.170-0.450J/cm•s。

在本定向弹性非织造材料中，所述弹性长丝凉感纤维层纤维细度为1.6-2.2D的聚烯烃弹性纤维；

所述短纤维柔肤层包括质量比30%-100%纤维素纤维和0%-70%涤纶纤维；所述纤维素纤维的纤维细度为0.99-1.51dtex，纤维长度为38-61mm；所述涤纶纤维的纤维细度为2.2-5.6dtex，纤维长度为38-61mm。

在本定向弹性非织造材料中，横向断裂强力＞79N，横向断裂伸长率大于124%；纵向断裂强力＞157N，纵向断裂伸长率大于74%；顶破强力＞214 N；柔性得分≥92。

本方案还提供一种基于上述定向弹性非织造材料制作的弹性制品，如亲肤弹性无纺绷带，采用定向弹性非织造材料制作而成。

综上所述，本方案具备以下优点：

本方案提供的一种定向弹性非织造材料，具有柔软、透气、透湿、吸液率好、弹性高且具有定向弹性和舒适等优点。

本方案提供的一种定向弹性非织造材料，POE和EVOH原料的使用在提高材料弹性的同时增加凉感。

本方案提供的一种定向弹性非织造材料，采用针刺加固工艺取代了粘合剂的使用，不仅使材料强度提高同时还增加了绿色环保性，应用于绷带时，在降低伤口感染风险的同时提高使用者的舒适感，是未来医用绷带市场所急需的产品。

附图说明

图1是本发明一种定向弹性非织造材料的截面示意图；

图2是本发明实施例制备工艺参数以及产品性能测试结果表；

图3是纺粘过程示意图；

图4是纤维梳理示意图；

图5是针刺复合示意图；

图6是弹性长丝凉感纤维层电镜图；

图7是弹性长丝凉感纤维层截面示意图；

图8是复合层截面示意图；

图9是纺粘纤维的纤维取向分布角度；

图10是复合层纤维取向分布角度；

图11是针刺前后面密度对比图；

图12为MD弹性原理图；

图13为CD弹性原理图；

图14为弹性回复率结果；

图15为纵向拉伸断裂曲线；

图16为纵向拉伸断裂强力和滑脱强力结果；

图17为纵向断裂伸长率结果；

图18为横向拉伸断裂曲线；

图19为横向拉伸断裂强力和滑脱强力结果；

图20为横向断裂伸长率结果；

图21为厚度和孔隙率结果；

图22为柔软度测试得分；

图23为凉感测试结果；

图24为包扎应用示意图；

图25为包装完的手势变化一；

图26为包装完的手势变化二；

图27为包装完的手势变化三。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及多个实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

本实施例提供了一种定向弹性非织造材料在制作亲肤弹性无纺绷带中的应用，具体的制作步骤如下：

S1、弹性长丝凉感纤维层制作

以聚丙烯聚合物和功能性聚合物为原料，采用纺粘工艺制备弹性长丝凉感纤维层。

在该步骤中，制备原料包括按照质量比共混的：

PP：15.5%-50.5%；

EVOH：3%-10%；

POE：45%-70%；

石蜡油：1.5%-4.5%；

所述EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物）的熔融指数为12-35g/10min(210℃，2.16kg)，所述PP（聚丙烯）的重均分子量为18000-35000，熔融指数为35-60 g/10min(210℃，2.16kg)；所述POE为聚乙烯辛烯共聚体。

且POE为热塑性聚合物，同时，聚乙烯辛烯共聚体（POE）有很窄的相对分子质量分布和短支链。

而EVOH原料使产品最终具备凉感。

最终，制成纤维细度为1.6-2.2D的聚烯烃弹性纤维，并且弹性长丝凉感纤维层的纤维长度方向与机器方向夹角＜15°的纤维占比＞85%。

制作出不同弹性长丝凉感纤维层（弹性纺粘非织造材料），面密度分别有45g/m²、55g/m²、60g/m²和120g/m²，在后期进行数据比较，并研究性能影响。

在本实施例中，选用面密度为45g/m²。

参照附图3，为纺粘过程示意图，具体制备原料共混后挤出（extruder），泵送（pumper die）并拉伸（drawing）形成纺粘非织造材料，纺粘工艺为本领域技术人员所悉知的成熟工艺，在此不多做赘述。

得到纺粘非织造材料电镜图如图6所示，其截面如附图7所示。

S2、短纤维柔肤层制备

将涤纶纤维和纤维素纤维通过梳理工艺制备成短纤维柔肤层。

具体的，参照附图4，为梳理纤维网的示意图，VIS（粘胶纤维-纤维素纤维）与PET（涤纶纤维）共混（Blending）后，进行梳理得到短纤维柔肤层。

其中，短纤维柔肤层包括质量比30%-100%纤维素纤维和0%-70%涤纶纤维。

具体按质量比混合的：

纤维素纤维10%-50%；

涤纶纤维50%-90%；

所述纤维素纤维采用为粘胶纤维。

其中，粘胶纤维和涤纶纤维共混比可以设置为梯度变化，即为10:90、20:80、30:70、40:60和50:50；以此为变量研究粘胶纤维和涤纶纤维含量的变化对材料性能的影响。

在本实施例中，选用混合比例为50:50。

所述纤维素纤维的纤维细度为0.99-1.51dtex，纤维长度为38-61mm；所述涤纶纤维的纤维细度为2.2-5.6dtex，纤维长度为38-61mm。

将纤维素纤维和涤纶纤维均匀喂入开松机，再通过给棉机进入过渡棉箱，随后进入梳理机进行梳理，得到纤维网，采用的梳理设备为锡林-罗拉式梳理机。

设定梳理机的工艺参数为：锡林转速14Hz，道夫转速12Hz，进料速度6Hz。

而且，所述短纤维柔肤层的纤维长度方向与机器方向夹角＜25°的纤维占比＞90%。

S3、复合层制作

弹性长丝凉感纤维层与所述短纤维柔肤层通过交叉铺网使其形成多层叠合纤维网。

将步骤S2梳理好的纤维网与面密度为45g/m²的弹性长丝凉感纤维层（弹性纺粘非织造材料）进行叠合，如附图5所示，通过交叉铺网实现“Z”字型交叉叠合结构，形成具有多向弹性的多层叠合纤维网，铺网层数2-5层。

该“Z”字型指的是弹性长丝凉感纤维层在多层叠合纤维网中纤维长度的排布方向，从而由于铺网层数多，实现复合层的多向弹性。

继续参照附图8，为复合后复合层的截面示意图。

交叉铺网采用铺网机实现。

对比附图9和附图10，其中，附图9为弹性长丝凉感纤维层（纺粘纤维）的纤维取向分布角度，而附图10为复合后的复合层纤维取向分布角度，横轴为角度（Fiberorientation angle），纵轴为分布情况（Distribution），相比较而言，复合层明显具备了多个角度的纤维取向，具备了多向弹性。

S4针刺固结

结合附图6所示，对S3中获得的多层叠合纤维网进行反复穿刺，针刺密度为180-330刺/cm²，针刺深度为4-12mm。

具体的，将步骤S3所制得的多层叠合纤维网送入针刺机，通过刺针的作用制成亲肤弹性无纺绷带。

设定主针刺机的针刺频率为25Hz，针刺深度为5mm。

最终，所得亲肤弹性无纺绷带的面密度为325.99 g/m²。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，纤维素纤维和涤纶纤维的混合比例为10:90。

除此以外，采用与实施例1同样的方法获得面密度为141.30g/m²的一种亲肤弹性无纺绷带。

实施例3：

实施例与实施例1的区别在于，所设定的梳理机进料速度为5.30Hz。

除此以外，采用与实施例1同样的方法获得面密度为193.79g/m²的一种亲肤弹性无纺绷带。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，所使用的纺粘弹性非织造材料的面密度为120g/m²。

除此以外，采用与实施例1同样的方法获得面密度为439.79g/m²的一种亲肤弹性无纺绷带。

实施例5：

实施例与实施例1的区别在于，所设定的主针刺机针刺频率为40Hz。

除此以外，采用与实施例1同样的方法获得面密度为295.10g/m²的一种亲肤弹性无纺绷带。

实施例6：

本实施例与实施例1的区别在于，所设定的主针刺机针刺深度为9mm。除此以外，采用与实施例1同样的方法获得面密度为324.12g/m²的一种亲肤弹性无纺绷带。

为验证本方案中制备方法以及材料性能，对于实施例中的产品进行性能测试，测试内容包括面密度、厚度、纵横向断裂强力、纵横向断裂拉伸率、纵横向弹性回复率、顶破强力和柔性得分。

具体测试方法、测试标准以及测试仪器如下：

1、面密度

测试方法：实验时采用小样测试，用50cm²圆盘取样器取样，取五块试样，取试样于天平上测试，然后求平均值。

测试标准：GBT24218.1-2009纺织品非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定。

2、厚度

测试方法：按照测试标准，选压脚面积选2500cm²，压块选50cN。最后调零，开始测试，加压30s，依次测试50个数据，求平均值。

测试标准：GBT24218.2-2009纺织品非织造布试验方法第2部分：厚度的测定。

测试仪器：数字式织物厚度仪（YG141D型，温州市大荣纺织仪器有限公司，中国）。

3、纵横向断裂强力与断裂拉伸率测试

测试方法：国标规定试样的规格长200mm，宽为50mm，夹持距离为200mm。本实验采取每个样品纵横方向各5块，样品规格为长200mm，宽50mm，夹持距离为100mm，拉伸速度为100mm/min，求平均值。

测试标准：GBT24218.3-2010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。

测试仪器：非织造材料恒温力学性能分析仪（HD026S型，南通宏大实验仪器有限公司，中国）。

4、纵横向弹性回复率

测试方法：本实验采取每个样品纵横方向各5块，样品规格为长200mm，宽50mm，夹持距离为100mm，拉伸速度为100mm/min，回程速度为50mm/min预加张力为1N，伸长率为50%，保持时间30s，停滞时间60s，反复拉伸两次。

测试标准：由于未找到非织造布弹性标准，因此按照针织物拉伸弹性回复率试验标准测试：FZ/T 70006-2004 针织物拉伸弹性回复率试验方法。

5、顶破强力

测试条件：100mm²的圆形样品，顶杆的头端为抛光钢球，球的直径为25mm，顶破速度为300mm/min。每个样品测试5组，取平均值。

测试标准：GB/T19976-2005（纺织品顶破强力的测定钢球法）。

测试仪器：YG065H织物电子强力仪（YG065H，莱州市电子仪器有限公司，中国）。

6、柔性得分

测试条件：

用面积为100cm²的圆盘取样器裁取试样5块，将试样放在恒温恒湿箱中调湿24小时。测试时要注意去掉所有砝码，在无压力的情况下对样品进行柔软度测试，结果取平均值。

测试标准：AATCC TM202。

测试仪器： PhabrOmeter织物风格仪（FES-3-10型，理宝商贸有限公司，上海）。

最终得到测试结果如附图2所示。

在过程测试中，基于针刺后面密度的测试，参照附图11，非针刺材料在针刺（needle punching）前后面密度（mass per unit area）差别明显，针刺后的面密度远大于针刺前的，能够维持在320 g/m²左右波动。

单向弹性测试原理如图12和13所示，图12为MD弹性原理图（机器方向），图13为CD弹性原理图（横向坐标方向），弹性回复率如图14所示，横轴为样品，纵轴为弹性回复率，横向和纵向的弹性回复率均在50%左右波动。

继续参照附图15-17，为纵向断裂测试数据。

参照附图15，为纵向拉伸断裂曲线，纵轴为荷载（单位N），横轴为形变，断裂荷载大于250N，继续参照附图16，为纵向拉伸断裂强力和滑脱强力，纵轴为断裂力和滑脱强力（force at rupture），横轴为样品，纵向拉伸断裂强力大于250N，而参照附图17，为纵向断裂伸长率，纵轴断裂伸长率和滑脱伸长率，横轴为样品，纵向断裂伸长率能在100%左右。

继续参照附图18-20，为横向断裂测试数据。

参照附图18，为横向拉伸断裂曲线，纵轴为荷载（单位N），横轴为形变，断裂荷载大于125N，继续参照附图19，为横向拉伸断裂强力和滑脱强力，纵轴为断裂力和滑脱强力（force at rupture），横轴为样品，横向拉伸断裂强力大于125N，而参照附图20，为横向拉伸断裂伸长率和滑脱伸长率，纵轴断裂伸长率和滑脱伸长率（Elongation at rupture），横轴为样品，横向拉伸断裂伸长率在130%左右。

对厚度和孔隙率进行测试，参照附图21，纵轴为厚度和孔隙率，横轴为样品，可以看到厚度在1.5mm左右，孔隙率为超过80%,具备较优的透气性能，并且在透气模型中，气流速率能够达到0.4m/s。

针对柔软度进行测试，柔软度得分如附图22所示，横轴为样品，纵轴为柔软度得分，结果表示，柔软度得分高于90，而对凉感进行测试，如附图23所示，其Q-max（热传递峰值）大于0.15，而当Q-max值在0.15以上时，则视为材料具有凉感效果。

针对过程测试和实施例测试结果进行分析，得到如下结论：本申请所制备的定向弹性非织造材料充分利用了弹性长丝凉感纤维层（弹性纺粘非织造材料）的弹性。

同时，本申请制备的弹性长丝凉感纤维层（弹性纺粘非织造材料）作为绷带时，其“Z”字型交叉叠合结构赋予了它均匀的弹性；其纤维素纤维主体结构和物理缠结形态赋予了它极好的柔性，经过PhabrOmeter测试方法（AATCC TM202）可以知道，其柔性得分为大于92。

综上可知，本方案所制备的定向弹性非织造材料是一种兼具有柔性、弹性和凉感的一体结构形态，可以满足其在医用绷带和医用辅料等领域应用的技术要求，达到促进创伤愈合和特性治疗的目的，具有更广阔的应用范围还具有更好的易用性。

继续参照附图24-27，提供了一种利用本申请公开的亲肤弹性无纺绷带的包扎应用，应用该亲肤弹性无纺绷带，包扎完后成后，可以进行手势自由变化，进一步验证本材料的性能效果。

上述实施方式只为说明本方案的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本方案的内容并据以实施，并不能以此限制本方案的保护范围。凡根据本方案精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本方案的保护范围之内。

在本方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本方案中的具体含义。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本方案的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本方案的权利要求范围内。

Claims

1.一种定向弹性非织造材料，其特征在于，包括：按质量比50%-75%的弹性长丝凉感纤维层和25%-50%短纤维柔肤层交叠组合,针刺固结，获得定向弹性非织造材料，所述定向弹性非织造材料具备定向弹性，定向方向为与机器方向夹角25°-75°之间的任一方向；

所述定向弹性的弹性回复率为30%-70%；面密度为100-550g/m²，厚度0.6-2.5mm，孔隙率90%-99.5%，接触凉感系数为0.170-0.450J/cm•s；

该定向弹性非织造材料的制备方法包含：

弹性长丝凉感纤维层制作，制备原料包括聚丙烯聚合物和功能性聚合物，采用纺粘工艺制备；所述制备原料包括按照质量比共混的：

PP：15.5%-50.5%；

EVOH：3%-10%；

POE：45%-70%；

石蜡油：1.5%-4.5%；

所述EVOH在温度210℃，压力2.16 kg状态下的熔融指数为12-35g/10min，所述PP的重均分子量为18000-35000，在温度210℃，压力2.16 kg状态下熔融指数为35-60g/10min；

针刺固结；所述针刺固结步骤中，采用针刺工艺，对所述多层叠合纤维网进行反复穿刺，针刺密度为180-330刺/cm²，针刺深度为4-12mm；

所述弹性长丝凉感纤维层的纤维长度方向与机器方向夹角＜15°的纤维占比＞85%；所述短纤维柔肤层的纤维长度方向与机器方向夹角＜25°的纤维占比＞90%；

所述复合层制作步骤中，将所述弹性长丝凉感纤维层与所述短纤维柔肤层进行上下叠层，并将叠层送入铺网机中进行交叠铺网，形成多层叠合纤维网，铺网层数为2-5层。

2.根据权利要求1所述定向弹性非织造材料，其特征在于，所述短纤维柔肤层包括：

按质量比混合的：

纤维素纤维10%-50%；

涤纶纤维50%-90%；

所述纤维素纤维为粘胶纤维。

3.根据权利要求2所述定向弹性非织造材料，其特征在于，所述弹性长丝凉感纤维层纤维细度为1.6-2.2D的聚烯烃弹性纤维；

所述短纤维柔肤层包括质量比30%-100%纤维素纤维和0%-70%涤纶纤维；所述纤维素纤维的纤维细度为0.99-1.51dtex，纤维长度38-61mm；所述涤纶纤维的纤维细度为2.2-5.6dtex，纤维长度为38-61mm。

4. 根据权利要求3所述定向弹性非织造材料，其特征在于，横向断裂强力＞79N，横向断裂伸长率大于124%；纵向断裂强力＞157N，纵向断裂伸长率大于74%；顶破强力＞214 N；柔性得分≥92。

5.一种弹性制品，其特征在于，应用如权利要求1-4任一项所述的定向弹性非织造材料。