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纤维与非织造材料的关系

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纤维是构成非织造材料最基本的原料,由于非织造材料不同于传统纺织品以纱线的排列组合形成织物,而是纤维原料直接构成的纤维集合体,因此纤维原料的性能对非织造材料的性能就有着更为直接的影响,参见图1。


纤维与非织造材料的关系






图1 纤维原料特性与产品性能的关系

非织造技术应用的纤维原料非常广泛,要生产性能价格比合理的非织造产品,必须首先弄清纤维在非织造材料中的作用,掌握纤维的基本性能,并根据非织造加工工艺、后处理工艺及设备,恰当地选择纤维原料。常见的纤维原料如下图所示。

纤维与非织造材料的关系

图2 常见的纤维原料

非织造材料的性能与许多因素有关,其中最主要的因素是纤维的特性。纤维对非织造材料性能的影响归结起来主要反映在两个方面,一方面是纤维通过不同的非织造结构直接表现出来的材料性能;另一方面是纤维在非织造加工中的加工适应性,它也影响到非织造材料的最终性能。

一、纤维的表观性状对非织造材料性能的影响

纤维的表观性状主要包括长度、线密度、卷曲度、截面形状以及表面摩擦性能等,它们对非织造材料性能的影响分别论述如下:

1、纤维长度及长度分布

纤维长度长,对提高非织造材料的强度有利,这主要是纤维之间的抱合力增大,缠结点增多,缠结效果增强,纤维强度的利用程度提高。在粘合法生产中,纤维长度长,还表现为粘合点增加,粘合力增强,非织造材料强度增加。

2、纤维线密度

纤维线密度小,制得的非织造材料体积密度大,强度高,手感柔软。非织造材料在同样面密度的条件下,纤维线密度越小,纤维根数就越多,纤维间的接触点与接触面积增加,这就增加了纤维间的粘结面积或增加了纤维间的滑移阻力,从而提高了非织造材料的强度。但纤维过细会对开松、梳理、成网造成困难。非织造材料一般采用的纤维线密度为1.2~33dtex。一般粗纤维多用在地毯和衬垫中, 主要考虑改善非织造材料的弹性。而对于一些过滤材料,则要求具有从细至粗多种线密度规格的纤维混合或梯度分布,以提高过滤性能。

3、纤维卷曲度

纤维卷曲度对纤网的均匀度,对非织造材料的强力、弹性、手感都有一定影响。纤维卷曲多,则纤维间抱合力就大,成网时不易产生破网,均匀度好,输送或折叠加工也较顺利。在粘结过程中,由于纤维卷曲度高,粘结点之间的纤维可保持一定的弹性伸长,因而使产品手感柔软,弹性好。在针刺加固、缝编法等非织造材料中,纤维卷曲度高,则抱合力大,从而增加了纤维间的滑移阻力,提高了产品的强度和弹性。

在天然纤维中,棉纤维有天然卷曲,成熟正常的卷曲多;羊毛纤维也具有周期性的天然卷曲。化学纤维可在制造过程中用卷曲机挤压而得到卷曲,一般每厘米卷曲数为4~6个。                       

4、纤维横截面形状

纤维的横截面形状对非织造材料的硬挺度、弹性、粘合性及光泽等有一定影响。天然纤维都有各自的天然形成的横截面形状,如棉纤维为腰圆形,有中腔;蚕丝为不规则三角形;化学纤维的截面形状是根据纺丝孔的形状决定的,有三角形、星形、中空形等。不同的截面形状直接影响产品性能,如三角形截面的纤维比圆形截面纤维的硬挺度要高些,而椭圆形截面纤维则比圆形截面的硬挺度低些。中空纤维刚性优良,蓬松性、保暖性好。在加工化学粘合法非织造材料时,纤维横截面的形状与粘合剂的接触面积关系密切,如星形截面纤维的表面积就比同线密度的圆形截面纤维约大50%,粘合面积增大,粘合力就有较大的提高。扁平截面纤维低弯曲刚度提高了水刺缠结效果,力学性能得到改善。利用异形截面纤维的表面对光线的反射,能得到一定的光学效应,如三角形截面(类似蚕丝截面)在制品中犹如无数个三角柱分光棱镜,它们分出的各种色光,能产生一种柔和的光泽。



纤维与非织造材料的关系





图3 常见合成纤维和天然纤维的截面图

5、纤维表面摩擦因数

纤维表面摩擦因数不但影响产品性能,还影响加工工艺。对于针刺法、缝编法等机械加固的非织造材料来说,纤维表面摩擦因数大,纤维滑脱阻力也大,有利于产品强度提高。但是摩擦因数过大,会加大针刺阻力,造成穿刺困难,引起断针等故障。此外,合成纤维摩擦因数大,易引起静电产生和积聚,影响梳理成网的正常进行,所以通常预先用抗静电剂或温湿度的平衡对合成纤维进行表面处理。

二、纤维的物理机械性能和化学性能对非织造材料性能的影响

纤维的物理机械性能和化学性能主要包括断裂强度和伸长,初始横量,弹性恢复性,耐易于缠线磨性,吸湿性,热学性能,耐化学性和耐老化性能等。这些性质直接影响非织造材料的使用性能,以下重点介绍影响到纤维加工适用性的几项性能。

1、纤维的机械性能

在非织造材料加工中,纤维会受到拉伸、弯曲、压缩、摩擦和扭曲作用,产生不同的变形。在非织造材料使用过程中,主要受到的外力是张力,纤维的弯曲性能也是与其拉伸性能有关,因此,拉伸性能是纤维最重要的机械性能亦称力学性能。

2、纤维吸湿性

纤维吸湿性指纤维在吸收空气中气相水分或水溶液中维,吸收水分的能力不同,大多数合成纤维的吸湿能力较差,属于疏水性纤维。纤维吸湿性对非织造材料的加工工艺有显著影响,在化学粘合法、水刺法非织造加工工艺中,纤维的吸湿性显得尤为重要。一般来说,吸湿性好的纤维构成的纤网有利于粘合剂在纤网中的均匀分散,粘合效果好。吸湿性好的纤维在水刺过程中易于缠结,可提高最终非织造材料的机械性能。在干法成网和针刺加固中,纤维吸湿过低,纤维易打断且易产生静电,吸湿过高,纤维又易于缠绕机械。

3、纤维的热学性能

在非织造材料的加工和使用过程中会遇到不同的温度环境,而且温度范围较广。在化学粘合过程中,纤网经过烘燥、焙烘工艺时的热作用,纤维高分子的柔性、聚集态结构、宏观形态都会发生不同程度的变化,从而影响非织造加工和产品使用性能,所以对热粘合工艺而言,纤维的熔点、玻璃化温度、软化点、分解点、热收缩性、耐热性都必须考虑。常用纤维的长时间使用温度和瞬时使用温度如下图所示。


纤维与非织造材料的关系

了解纤维原料对非织造材料的影响因素,可以更好的根据使用工况选择合适的纤维、合适的工艺和合适的后处理方法,从而制备出具有优良性能的高效除尘滤袋,安徽元琛环保科技股份有限公司多年来致力于高效除尘滤袋的开发,可以根据工况设计并生产合适的除尘滤袋。


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