长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维材料的研发

长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维材料的研发

天然纤维纤维仍然是一种较轻、柔软、良好的隔热材料，但由于其良好的隔热效果，它容易跑出绒，导致材料的充汗率和保暖率降低。本文为了更好地模仿鹅绒纤维材料,解决其易跑绒问题,降低成本,开发了长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维结构的生产工艺,并对这种生产工艺和仿鹅绒纤维材料的主要性能进行了研究分析。1长丝和双层压缩的双重材料形成了模仿鹅绒的制备过程1.1试验材料和工艺参数实验原料采用山东道恩高分子材料股份有限公司的聚丙烯母粒与杭州中涤纤维科技有限公司的涤纶长丝,主要测试仪器和工艺参数如表1、表2所示。1.2双丝复合的成网纱长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维结构的生产工艺是利用平行排列的单丝或复丝代替成网帘,与熔喷材料在线复合,以期达到够替代鹅绒纤维中绒枝的作用。2材料的性能试验和分析2.1表观结构与材料细度扫描电镜能够有效地观察到材料微观结构的形态。仿鹅绒材料的扫描电镜分析对制备工艺具有一定的指导意义。如图1所示,选取了具有代表性的材料进行分析,其中图1(a)、图1(b)、图1(c)是仿鹅绒材料的微观结构形态,图1(d)为鹅绒的微观结构。从图1可以发现,与图1(d)相比,图1(a)、图1(b)、图1(c)的样品材料在微观结构上以较粗的类绒枝纤维为起点,熔喷材料为小绒枝沿垂直于类绒枝纤维的方向进行伸长排列,且相互之间会出现交叉,结构上已经具有高密度、有序多级、类似鹅绒的树状结构。其中图1(a)是在挤出量为4mL/h,空气速度为50m/s、温度为240℃的工艺参数下制得的。可以发现,在挤出量小、空气速度大且温度较高时,所制得材料中有部分熔喷纤维的细度可达纳米级别,这种结构有益于提升仿鹅绒材料的保暖效果且手感柔软,但材料表观结构可能较差。图1(b)是在挤出量为7mL/h,空气速度为50m/s、温度为230℃的工艺参数下制得的。可以发现,仿鹅绒结构保暖材料内部仍会出现部分纤维相互粘结的现象,且纤维直径比图1(a)大一些,克重增加和空气温度下降可能是其纤维变粗的原因。图1(c)是在挤出量为10mL/h,空气速度为40m/s、温度为240℃的工艺参数下制得的。随着挤出量的持续增加,高速流动的热空气单位时间内单位面积裹挟的聚合物重量在增加,但由于接受距离为20cm,一端被握持后更容易被牵伸,所以纤维直径变化不大但材料更加致密。2.2长丝型仿虎绒材料回潮率的比较当材料应用于服装上为人体提供保暖时,保暖材料即作为隔绝人体与外部环境的一种介质而存在,同时也是一种保持人体外部小范围内环境适宜的保护罩。保暖材料的舒适性主要体现在热湿平衡上。图2是不同湿度下鹅绒与长丝型仿鹅绒材料的回潮率对比。由图2可知,长丝型仿鹅绒材料的回潮率远低于鹅绒材料。后者的回潮率要低于18%,有一定的吸湿性,有利于将人体排出的湿气导出,保持人体周围小范围内的干爽舒适;而前者的回潮率要低于0.35%,这是由其所选用材料的吸水性差、回潮率低所决定的。与鹅绒保暖材料相比,回潮率较低的长丝型仿鹅绒材料有利于保持材料整体的干爽舒适性,避免滋生细菌,但穿着舒适性可能会较差。由图3可知,随着相对湿度的提高,长丝型仿鹅绒材料的回潮率逐步提高。这是由熔喷材料内部结构特点所决定,熔喷纤维材料直径细,孔径小,虽然本身吸水效果差,但细小的孔径在大气压的作用下,容易形成芯吸,使得相对湿度较高一侧的水分被吸入材料内部,从而提高长丝型仿鹅绒材料的回潮率。2.3熔喷工艺参数对材料保暖性能的影响从表3可以看出,长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维材料的传热系数均较小,且4号和8号样品的传热系数最低,结合表4可知其保暖效果也较好。在不同参数下,不同样品的传热系数最大存在2倍关系,可见熔喷工艺参数对材料本身的保暖性能存在较大的影响。从表4可以发现,影响材料克罗值的因素中挤出量的极差值为0.546,空气速度的极差值为0.047,接收距离的极差值为0.097,空气温度的极差值为0.436,可见各因素影响效果从大到小依次为:挤出量>空气温度>接收距离>空气速度。其中挤出量主要影响长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维材料的克重。通过多次实验发现,当挤出量为4mL/h时,材料克重为(30±2)g/m2.4接收距离的影响如图4所示,材料的透气性随接收距离的增加呈现出变化趋势。当空气速度为30~40m/s时,透气率随接收距离的增加先减后增。这是由于空气速度较小,当接收距离增大到一定程度时,其握持纤维使其继续被牵伸的作用减弱,长丝主要转变为成网帘的接收功能。而随着成网帘距离的增加纤网变得更蓬松,透气性能开始逐步提高。但当空气速度达到50m/s时,透气率随接收距离的增加先增后减。这是因为随着接收距离的增大,长丝成网帘握持熔喷纤维的能力虽有所降低,但下降幅度不大。因此,纤网随接收距离的增大而变得蓬松,而材料的蓬松性对透气性能的影响占主导地位。但随着接收距离的持续增大,纤维的直径可能较之前有所变大,孔隙率有所降低,且由于纤网更加蓬松,贯通孔径降低,所以透气性能开始有所下降。3复合生物材料空气温度、空气速度对空气透气性能的影响(1)影响长丝与熔喷双组分复合伴生仿鹅绒纤维材料保暖性能的因素分别为:挤出量>空气温度>接收距离>空气速度。且在挤出量为4mL/h、空气速度为40m/s、接收距离为20cm、空气温度为240℃时