任务一 纤维原料种类、性能与非织造布性能的关系

知识准备

纤维是构成非织造布最基本的原料。由于非织造布独特的生产工艺和产品结构，它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纤网后固结成布（图2-1），因此纤维原料的特性对非织造布产品性质有着更为直接的影响。非织造布应用的纤维原料非常广泛，这就要求掌握纤维性能，科学、合理、经济地选择原料，使之满足加工工艺要求和使用要求，保证成品质量，降低生产成本。

图2-1 纤维原料性能与产品性能的关系

一、纤维在非织造布中的存在形式与作用

非织造布加工方法不同，纤维在非织造布中所起的作用也不同，一般有以下几种。

（一）纤维形成非织造布的基本结构

在大多数黏合法非织造布、针刺法非织造布、水刺法非织造布、纤网型缝编法非织造布、纺丝成网法非织造布和湿法非织造布中，纤维以网状构成非织造布的主体结构。纤维在非织造布中所占比例达到50%～100%。

（二）纤维形成非织造布的加固成分

在针刺法、水刺法和无纱线纤网型缝编法非织造布中，部分纤维以纤维束的楔柱或线圈结构存在于非织造布中，起着加固非织造布纤网的作用。

在有纱线的纤网型缝编法非织造布中，这些由纤维制成的纱线在缝编过程中形成线圈状结构，对非织造布的纤网起到加固的作用。

也有的非织造布用机织物等材料作为加强层，与纤维网加固成一个整体，如一些土工布和造纸毛毯等。

（三）纤维形成非织造布的黏合成分

在热黏合法非织造布中，把具有热熔性的合成纤维作为黏合材料加入纤网中。当纤网受到热处理时，这些热熔性合成纤维便全部或部分地失去其纤维形态，形成纤网结构中的黏合成分，使纤网得到加固。

在双组分合成纤维制造的热黏合法非织造布中，双组分纤维既作为布的基本结构，同时处于纤维交叉点的两根双组分纤维的外壳部分又因热熔而相互黏合，成为纤网的黏合成分，从而起到加固纤网的作用。

在溶剂黏合法非织造布中，作为黏合成分的部分纤维，由于其在溶剂处理时溶解与膨润，起到与其他纤维相互黏合的作用，使纤网得到加固。

二、纤维性能与非织造布性能的关系

纤维性能是非织造布性能的基础，关系甚为密切。纤维对非织造布的影响主要涉及纤维的力学性能对产品性能和加工工艺的影响。

（一）纤维长度

纤维长度长，对提高非织造布的强力有利，这主要是因纤维之间的抱合力增大，缠结点增多，缠结效果增强，纤维强力的利用程度提高。在黏合法生产中，纤维长度长，还表现为黏合点增加，黏合力增强，非织造布强力增加。但纤维长度对产品强度影响是有条件的，当纤维长度较短时，其长度的增加对产品强度的提高较明显，但产品达到一定强度后，再增加纤维长度，这种影响就不明显了。

纤维长度还对非织造布的加工工艺性能有影响。如湿法成网的纤维长度一般为5～20mm，最长不能超过30mm。干法成网的纤维长度为10～150mm，并由成网方式决定。

（二）纤维线密度

纤维线密度小，制得的非织造布密度大，强力好，手感柔软。非织造布在同样定量的条件下，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，从而提高了非织造布的强力。但纤维过细会给梳理造成困难。非织造布一般采用的纤维线密度为1.67～6.67dtex。一般粗纤维多用在地毯和衬垫中，主要考虑其弹性好。而对于一些过滤材料和吸音材料，则要求具有从细至粗多种线密度规格的纤维混和，以提高过滤和吸音效果。

不同线密度的纤维原料适用于不同的非织造产品。纤维线密度与产品用途见表2-1。

表2-1 纤维线密度与产品用途

（三）纤维卷曲度

纤维卷曲度对纤维成网的均匀度，对非织造布的强力、弹性、手感都有一定影响。纤维卷曲多，则纤维间抱合力就大，成网中不易产生破网，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。在针刺法、缝编法等非织造布中，纤维卷曲度高，则抱合力大，从而增加了纤维间的滑移阻力，提高了产品的强力和弹性。

在天然纤维中，棉纤维有天然转曲，成熟正常的转曲多；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。目前，新型的螺旋形三维卷曲的合成纤维也大量在家用纺织品中采用。

（四）纤维横截面形状

纤维的横截面形状对非织造布的硬挺度、弹性、黏合性及光泽等有一定影响。

各种天然纤维都有各自的横截面形状，是天然形成的。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，有中空形、三角形、星形等（图2-2）。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。在加工化学黏合法非织造布时，纤维横截面的形状与黏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细度的圆形截面纤维约大50%，黏合面积增大，黏合力就有较大的提高。

图2-2 几种纤维的截面形状

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）纤维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。

（五）纤维表面摩擦系数

纤维表面摩擦系数不但影响产品性能，还影响加工工艺。对于针刺法、缝编法等机械固结的非织造布来说，纤维表面摩擦系数大，纤维滑脱阻力也大，有利于产品强力提高。但是摩擦系数过大，会加大针刺阻力，造成穿刺困难，引起断针等故障。此外，合成纤维摩擦系数大，易引起静电产生和积聚，影响梳理成网的正常进行，故通常用抗静电剂对合成纤维进行表面处理。

（六）纤维吸湿性

纤维吸湿性是指纤维在吸收空气中气相水分或水溶液中液相水分的能力，对非织造布的加工工艺和成品性能有显著影响。

在化学黏合法非织造布生产中，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，有利于黏合剂在纤网中均匀分散，黏合效果好。

在干法成网和针刺法非织造布生产中，纤维吸湿过少，纤维易被打断且易产生静电；吸湿过多，纤维又易于缠绕。因此，在选择纤维原料的吸湿性时，应从多方面考虑。

（七）纤维的断裂强度和伸长

纤维的断裂强度和伸长直接影响非织造布的强伸性，纤维的弹性模量直接影响非织造布的弹性模量，这可从非织造布的手感、强度、抗皱性等体现出来。

纤维的断裂强度与断裂伸长同非织造布的强伸性有一定的关系，但不同的加工方法及黏合剂对非织造布的强度也有一定的影响，因此非织造布中纤维强度的利用程度是不一样的。可以通过非织造布的纤维强度利用系数K来表征纤维强度在非织造布中的利用程度。

式中：K——纤维强度利用系数；

σ_p——非织造布强度，N/cm²；

σ_B——单纤维强力，N；

m——通过试样中1cm²截面的纤维根数。

黏合法非织造布的纤维强度利用系数最低，大多数情况下不超过20%，针刺法非织造布的纤维强度利用系数可达30%，而普通机织物的纤维强度利用系数则为40%～50%。因此，纤维强度对非织造布强度虽有一定的作用，但还要考虑其他因素的影响。

纤维的强度在干态和湿态下是不同的，一般是干强大而湿强小，但棉、麻纤维的湿强大于干强，而黏胶纤维湿强特别小。在黏合法、水刺法和湿法非织造布生产中，纤网在湿态下输送，应考虑湿强变化。

（八）纤维热学性能

非织造布在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。如化学黏合加固过程中烘干、烘焙等温度都很高，热黏合加固中温度也在纤维的熔点以上，必须考虑利用纤维的热学性能（表2-2）来进行非织造布的加工。

合成纤维受热后，随着温度的提高，将相继出现玻璃态、高弹态和黏流态三种物理状态。态与态之间分界温度为：玻璃化温度是玻璃态向高弹态转变的温度，也就是高聚物链段运动开始发生的温度；高弹态向黏流态转变时，先软化然后熔融，一般把低于熔点20～40℃的温度称为软化点温度。

表2-2 常见纺织纤维的主要热学性能

天然纤维和黏胶纤维等再生纤维素纤维没有上述变化过程，但达到一定温度后会自行分解。

合成纤维受热后，会产生不可逆转的收缩现象。这是由于纺丝成形过程中的残留应力受玻璃态的约束不能缩回，当加热温度超过一定限度时，减弱了大分子间的约束，产生了收缩，这就是合成纤维的热收缩。

化学黏合法非织造布生产，应考虑合适的烘干、烘焙温度，控制其热收缩。对热熔黏合加固来说，考虑纤维的熔点和热收缩性显得更为重要。