聚丙烯熔喷非织造布纤网细观结构的制备

聚丙烯熔喷非织造布纤网细观结构的制备

本实用新型具有纤维直径小、体积密度低、加工过程短等优点。广泛应用于过滤、电池浸出池、偶氮苯等领域。材料的性能是由其结构所决定的,熔喷非织造布各方面的性能与其纤网细观结构密切相关。本文采用基平面网参数对熔喷非织造布纤网细观结构进行表征,探讨单层聚丙烯熔喷非织造布的基平面网结构随制备工艺参数而变化的规律,为研制各种高效的过滤、隔膜、隔音和保暖等复合非织造材料提供理论基础。1基平面网的抽象表征非织造布具有极其复杂的三维多微孔结构,对其纤网结构特征的描述一般体现在下述3个方面:一是表观特征参数,包括克重和厚度;二是纤维相特征参数,包括非织造布单位面积上的纤维总长度、纤维线密度及其分布、纤网取向度和纤维堆积密度(对应于孔隙率);三是孔隙相特征参数,即孔径及其分布。3个方面的结构之间具有相互依存的关系,且任何一个方面的结构参数都无法单独揭示非织造布细观结构的本质特征,导致对非织造布结构与性能之间关系的研究成为非常复杂的课题,研究工作量大但难以真正把握问题的实质。借助基平面网概念对纤网进行抽象表征是揭示非织造纤网细观结构内在特征的有效方法。可将基平面网看做是最简单的纤维网,它由相互交叉的若干根纤维构成,网的厚度为纤维直径(平均直径)的2倍,如图1所示。而非织造布则可认为是对若干个基平面网进行叠加而形成的纤维集合体。基平面网结构参数包括基平面网特征长度、纤维直径(平均直径)、纤维直径变异系数、取向度和基平面网的层数。基平面网特征长度σ(m/m式(1)中,μ为材料克重(g/m基平面网层数n按式(2)计算:基平面网取向度与实际纤网中的纤维取向度是一致的,定义为纤维取向角平均值之2倍数值的余弦,按式(3)计算:式(3)中O基平面网纤维直径与实际纤网的纤维直径是一致的。纤维直径及其变异系数求取方法如本文2.2.2所示。非织造布纤网的表观、纤维相和孔隙相的特征均可用基平面网特征参数进行表征。克重可用基平面网特征长度、基平面网层数、纤维直径进行计算,结合式(1)和式(2)可得:厚度可用基平面网层数、纤维直径进行计算,根据式(2)可得:单位面积纤维总长度l(m/m纤维堆积密度对应于纤网孔隙率φ。孔隙率可按照式(7)计算:结合式(1)和式(7),φ可按式(8)用σ和d2个基平面网结构参数求取:Simmonds的研究表明非织造布孔径值的大小取决于若干个基平面网的复合结构,孔径数值P式(9)中n综上所述,基平面网结构参数对非织造纤网细观结构的表征具有完备性。运用基平面网结构参数有助于揭示纤网细观结构影响非织造布各方面性能的内在机理,抓住本质、简化研究。2实验部分2.1纺粘/熔喷非织造布sd原料:熔喷聚丙烯切片(熔点160℃,熔融指数800g/10min)。设备:HD-SM100型纺粘/熔喷非织造布试样机(烟台华大科技有限公司)。按照计量泵频率、网帘频率和接收距离3个工艺参数的不同组合制备13个试样,如表1所示。2.2参数测试2.2.1测定部位的选取采用AL204-IC电子天平测取试样克重,每个样品选取10个不同部位进行测试,求取平均值;采用YG(B)141D型数字式织物厚度仪测取试样厚度,每个试样选取10个不同部位进行测试,求取平均值。2.2.2材料的放大电路扫描曲线采用JSM-5610LV扫描电镜(日本JEOL公司)对熔喷非织造布试样进行扫描,放大倍数为1500倍,图像尺寸为420×420像素。对每个试样均采集10幅扫描电镜图像(SEM),图2所示为试样A3结果与分析试样表观参数和基平面网结构参数测试结果如表2所示。3.1计算流量法对平面网格结构的影响3.1.1聚合物流量对纤维直径的影响由表2可知,随着计量泵频率的增大,纤维直径(平均值)及其变异系数随之增大。分析认为,随着计量泵频率的加大,聚丙烯聚合物流量(即挤出量)也随之增大,使作用在单位流量上的气流拉伸力相应减弱,从而拉伸程度降低,导致纤维直径的增大。此外,聚合物流量越大,越易导致纤维黏结、并丝,从而使得纤维直径大小更加不匀,即纤维直径变异系数越大。3.1.2计量泵频率对纤维制备的影响由表2可知,随着计量泵频率的提高,基平面网的特征长度和层数均下降。分析认为,随着计量泵频率增大,克重、厚度的数值均随之上升,其原因是在单位时间内网帘单位面积所收集的纤维总量随聚合物挤出量的增加而增大。表2中A组数据显示计量泵频率从12Hz增大到20Hz时,克重从19g/m3.2网络频率对平面网格结构的影响3.2.1网络频率对平面上网络特征的长度和层数的影响表2显示随着网帘频率的加大,基平面网的特征长度和层数均趋于减小。由表2中B组和A3.2.2网墙速度的影响由表2可见,随着网帘频率的增大,取向度随之增大。分析认为,随着网帘速度的加快,纤网铺网速度的纵向分量随之增大,但横向的分量保持不变,导致纤维趋于沿纵向排列,即取向度增大。3.3接收距离对基本网络结构的影响3.3.1接收距离对纤维细度的影响分析由表2可见,随着接收距离的增大,纤维直径(平均值)及其变异系数均呈增大态势。分析认为随着接收距离的增大,热空气牵伸力相应减小,加上纤维在空气中飞行时间延长,一方面使纤维收缩的趋势更为明显,另一方面纤维间发生融合的几率增大,由此在纤维直径增大的同时,其粗细差异也会加剧,即反映为纤维直径变异系数的增大。3.3.2面网特征长度表2显示,随着接收距离的增大,基平面网特征长度呈减小趋势。由表2中C组和A表2显示,随着接收距离的增大,基平面网层数随之增加。同样由表2中C组和A3.3.3．药物疗效由表2可见,随着接收距离的增大,纤网取向度随之减小。分析认为,随着接收距离的增加,纤维在空气中飞行的时间延长,使得飞行的轨迹更趋复杂、紊乱,所产生的效应即表现为纤网取向度降低。4接收频率对基平面网特征长度和层数的影响(1)基平面网结构参数能够完整、有效地表征非织造布纤网细观结构。(2)随着计量泵频率的提高,纤维直径及其变异系数均随之增大,基平面网的特征长度和层数均下降。(3)随着网帘频率的提高,基平面网的特征长度和层数均呈下降趋势,同时