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1、第2 6 卷第3 期 2 0 0 5 年6 月 纺织学报 J o u m a lo f7 I e 娟l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 3 J u n ，2 0 0 5 浆粕及木浆纸水刺非织造布的结构与性能 张静峰，靳向煜，饶剑辉 ( 东华大学纺织学院，上海2 0 0 0 5 1 ) 摘要通过分析扁平矩形截面纤维和圆形截面纤维的惯性矩和弯曲刚度，讨论了浆粕水刺复合非织造布和木浆 纸水刺复合非织造布的拉伸性能和纤维缠结机理。 关键词水刺；浆粕；扁平纤维；弯曲刚度；缠结 中图分类号：髑1 7 6 4文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0
2、 5 ) 0 3 一0 0 5 1 0 3 S t n l c t l l r ea n dp r o p e r t yo fw D 0 dp l l l pa n dt i s 蚰es p u I I l a c ec o m p o s i t en o n w o V e 瑚 Z H A N GJ i n g - f e n g ，J I NX i a n g y u ，R A OJ i a n - h u i ( c o z 妇e 铲7 h 泷，D o ，神m 觇瑙蚵，J s 玩啦缸2 0 0 0 5 1 ，醌i M ) A b 吐r a c t7 n l em o m e n to
3、 fi n e n i aa I l db e n d i n gd g i d i t yo fn a tf i b e ra n dm u n df i b e rw e r ec o m p a r e d ，a n d6 b e re n t a n g l e m e n t m e c h a J l i s ma n dt e n a c i t yp r o p e r t yo fw o o dp I l l pa n dt i s 蛐es p u n l a c ec o m p o s i t er l o n w o v e 璐w e r ed i s c u s s
4、e d 1 【e yw o r d ss p u l l l a c e ；p u l p ；n a t6 b e r ；b e n d i n gr i g i d i t y ；e n t a n g l e m e n t 在非织造布固结技术中，水刺法突破了传统工 艺，利用细微的高压水针，对托网帘上的纤网进行连 续喷射，使纤网中的纤维无规则地缠结、抱合、加固， 从而使最终产品具有优良的悬垂性、柔软的手感和 较好的卫生性，广泛应用于各个领域。随着工艺技 术的发展，近几年，在水刺工艺基础上开发出的浆粕 气流成网非织造布和木浆纸复合非织造布，以其质 优价低，吸湿性强的特性而大受青睐。 1 实验
5、部分 1 1实验材料 浆粕涤纶水刺复合非织造布( P u l p P E s ) ；木浆 纸涤纶水刺复合非织造布( T i s s u e P E s ) ；蓝色木浆 纸( T i s s u e ) 。 1 2 实验仪器 扫描电子显微镜型号为J S M 一5 6 0 0 I ，分辨率为高 真空3 5n m 、4 5n m ，放大倍率为1 8 万一3 0 万倍。 南通宏大H D 0 2 6 N 电子非织造布强力仪：试样 夹距为2 0 0 0 0m m ，拉伸速度为1 0 0 0 0m l l l ，m i n ，预加 张力为2 0 0N 。 2 结果与分析 2 1 木浆纤维与涤纶纤维的弯曲性能
6、 采用的浆粕和木浆纸原料均来自于木材的天然 纤维素纤维，在电子显微镜下观察呈扁平带状，长度 为2 4 5 4 1 0m m ，宽度为3 9 2 6 3 8 肚m ，厚度为 3 5 肚m 。一般木浆纤维宽度和厚度比大于1 0 。按 照木材的生长时期和生长形态，可分为早材和晚材。 木浆纤维主要由管胞、木射线管胞等组成，管胞是细 长的管状细胞，早材管胞上有圆形或扁圆形的纹 孑L 担1 ，大多数沿着纤维轴向排成一个纵列或两个纵 列结构，见图1 。呈扁平状的为木浆纤维，将木浆纤 维的表面特征与造纸纤维显微图谱相比较，可知它 是造纸行业中常用的 红松木浆。木浆纤维具 有多羟基的化学结构， 使纤维素亲水，该
7、材料 与截面为圆形的涤纶 纤维复合，在保证力学 性能的同时，可大大提 图l 木浆纤维的表面形态 高非织造产品的吸湿性。 纤维材料的弯曲刚度：R ，= 日，式中E 为纤维 的弹性模量( c N c m 2 ) ，为纤维的断面惯性矩 ( c m 4 ) ，则R ，表示纤维材料抵抗弯曲变形的能力，其 值越大，纤维弯折的曲率越小，越不容易变形。根据 合成纤维成形机理，普通非织造用合成纤维从严格 意义上讲，其横断面不是正圆形，因此在计算纤维弯 曲刚度时，引入了截面形状系数叩，且 7 ，小于1 。 作者简介：张静峰( 1 9 7 8 一) ，女，硕士。主要研究领域为医用非织造材料等。 万方数据 PDF W
8、atermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【5 2 】纺织学报 2 0 0 5 年第3 期 纤维弯曲时总是在它最容易弯曲的方向弯折，其弯 曲刚度为b ： R f = 函尉4 7 r ( 1 ) 式中d 为纤维的理论直径。由此可见，降低纤维直 径可大大减低纤维抗弯曲变形的能力，在同样水刺 压力条件下可有效地提高纤维的缠结效果。根据纤 维结构假设其截面形状为扁平矩形，见图2 ，一般木 浆纤维的鲁 1 0 。在z 轴方向上，木浆纤维的弯曲 刚度为： 尺，= E 等 ( 2 ) I 卜
9、一B 一 卜d 一 图2 矩形和圆形截面惯性矩计算用图 将矩形截面的断面惯性矩除以同面积圆形截面 惯性矩，定义为相对截面惯性矩。其相对截面惯性 矩为： 玎2 ，。= ，矩，圆= 若【_ 1 ( 3 ) 1 二U 对于截面形状系数为 7 ，的圆形，其相对截面惯 性矩，2 = ，圆。叩f ，圆= 叩f 。 本文实测木浆粕纤维宽4 1 3 肚m 、厚3 8 5 弘m ，则 木浆粕纤维截面积为4 1 3 弘m 3 8 5 弘m = 1 5 9 0 肛m 2 ， 与它同面积的圆形截面的直径为1 4 2 3 肚m ，由式( 3 ) 可得，= 3 1 0 ，而涤纶的截面形状系数为0 9 1 ，即 ，2 =
10、叩F0 9 1 ，所以，值远小于，：值。 由此可见，扁平矩形的相对截面惯性矩小于圆 形。在同样纤度情况下，扁平形纤维易弯曲。 2 2 浆粕和木浆纸水刺复合非织造布结构分析 2 2 1 浆粕水刺复合非织造布结构分析木浆粕 水刺复合非织造布工艺，首先将梳理成网的涤纶短 纤纤网经过预水刺，作为底层衬网，防止过多浆粕纤 维在水压作用下的流失；再采用气流成网工艺，在纤 网上加上浆粕纤维，木浆粕经开松、分离、机械加工 处理后输入成形头再吸至梳理成网的纤网上；然后 经多道水刺予以固结。纤网通常使用化学纤维，纤 维均匀度较高，见图3 。 当纤网连同气流成网的浆粕纤维进入水刺区 后，受到高压水流的喷射，在这种湿
11、态条件下，浆粕 纤维内部相邻的纤维素分子之间的氢键被水分子破 坏，导致抗弯模量和弹性回复率下降，工艺过程中反 而增加了浆粕纤维的柔顺性。由于水刺的冲击作 用，纤维随着水流进入纤维网的缝隙，高速运动的水 流使它无规则地钻入纤网内部，同时水流穿过纤网 后，撞击在托网帘上，又以一定角度向四周反弹，形 成对纤网的反向冲击。穿过纤网的部分浆粕纤维在 水流的冲击下，从纤网的反面重新折回，穿插到纤网 内部，它的轨迹是随机形成的，图4 所示为浆粕水刺 非织造布的复合过程。 黼警亳帘爨糍分 黎一星罄一髯擎一穗 涤纶纤网 “1 ”。o 之乡6 、 穿插部分 除了水针直接冲击在上层的木浆纤维外，同时 涤纶纤维网中的
12、纤维也会随着水流的作用进行穿插 纠缠，由于在线梳理成网的过程中纤维主要沿着机 器方向排列，纤维相互抱合使纤维之间运动困难，而 且水针自上而下喷射，受到上层浆粕纤维的阻挡，因 而减弱了外力对它的作用，缠结效果相对较差。故 而在木浆粕水刺复合纤网中，底层网中的涤纶纤维 在非织造布厚度方向上的穿插效果不明显。 经烘干后，木浆纤维的纤维素分子在氢键作用 下重新结合成交联结构，使纤维变硬挺而伸直、收紧 和相互作用，纤网中的浆粕纤维形成良好的结合，有 效地防止了起毛和脱落现象。 2 2 2 木浆纸复合非织造布结构分析这种工艺 是将梳理成网的纤维材料上加一层木浆纸，然后一 起经过多道水刺进行复合、加固。水刺
13、工艺过程中 木浆纸被水浸湿后，纸张中纤维与纤维间的氢键作 用被水与纤维间的键合取代，使木浆纸结合强度大 大降低。部分木浆纤维随着水流压力的作用，穿插 进入下面的纤维网中，并与之抱合、纠缠。其过程类 似于浆粕水刺复合，见图5 。 从非织造布正面照片中可以看出，试样中有明 显的水刺痕迹，水刺使木浆纸结构被破坏，木浆纤维 穿插到涤纶纤网中。而未受到水流充分冲击的部分 保持原状。经烘干后，木浆纤维之间仍以氢键的形 式结合起来。从浆粕和木浆纸复合非织造布的反面万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remo
14、ve the watermark 2 0 0 5 年第3 期 纺织学报【5 3 】 电镜照片可以看出，它们的纤维缠结情况相类似，均 有少量单根木浆纤维穿过涤纶纤网，同时在水刺点 上，数根相互钩接、缠结的木浆纤维一起穿刺到非织 造布反面，呈现出团块状，它们之间既相互缠结，又 存在氢键作用。 图5 木浆纸水刺非织造布 图6 为木浆纸电 镜照片，由于添加各种 造纸助剂以及纤维间 的相互作用，木浆纤维 伏贴在一起，粘结非常 紧密。经水刺后，非织 造布正面的木浆纤维 图6 木浆纸 之间结合点变少，结合力变小，纤维比较蓬松，复合 而成的非织造布手感柔软、滑糯、丰满，与木浆纸光 滑、脆硬的性质大不相同。 2
15、 32 种非织造布的强力与伸长性能 在2 种非织造材料的拉伸测试中，随着夹头的 移动，纤网会产生一个由外向内的分力。即纤网中 每层纤维都向它的内层施加一定的压力，形成了从 纤网的外层向它的中间逐步增加径向压力，拉伸试 样出现中间变窄的现象Ho 。 根据表1 的测试结果，2 种产品的纵向断裂强 力：横向断裂强力大于3 ：1 ，而横向断裂伸长率约为 纵向的3 倍。主要是因为梳理成网的涤纶纤维沿纵 向平行排列的程度较高的缘故。 对浆粕水刺复合非织造布和木浆纸水刺复合非 _ H l l 一_ | _ _ ，_ I 一- 】I - _ | _ | - 1 f _ I | 1 _ | - ( 上接第4 5
16、 页) 参数的调整是基于输出结果的，因此在某些程度上 它具有一定的闭环特性。 3结束语 本系统通过总结国外并条机成功的经验，设计 并开发出一套智能型的自调匀整装置，发挥伺服电 机电子齿轮功能的优势及工控机快速的优点，直接 调节一、二罗拉的牵伸比，因此响应速度快；控制算 法上采用模糊控制方法，解决了并条机建模困难，克 表1 浆粕水刺和木浆纸水刺复合非织造布的强力和伸长 织造布的强力影响为：随着纤网定量的提高，纤维缠 结度变好，纵横向强力均有显著增加；木浆纤维覆盖 程度提高，大量木浆纤维以氢键结合，又相互纠缠抱 合，使强度增加；水刺后，在木浆纸水刺复合非织造 布中仍含有一定量的造纸助剂，使木浆纤维
17、粘结，强 力相对较高。 3 结论 1 ) 由于扁平矩形的相对截面惯性矩小于圆形， 在同样线密度下，扁平纤维更容易弯折。因而在木 浆纤维水刺复合产品中，木浆纤维的纠缠、圈结和穿 插作用更明显。 2 ) 浆粕水刺复合和木浆纸水刺复合非织造布 的固结机理除木浆纤维镶嵌、钩接、抱合作用外还存 在氢键的结合。 3 ) 2 种产品相比，浆粕水刺复合非织造布生产 中，由于浆粕纤维网相对松散，易被水流冲走，纤维 的损失率高，而木浆纸复合的水刺非织造布在水刺 过程中能耗较高，产品的柔软性比前者差。 参考文献： 1 E i l e e nw t l b b e I n n o v a t i o nb o o s
18、 t ss p u n l a c e J N o n w o v e nI n d u s t r y ， 2 0 0 3 ，( 3 ) ：4 6 2 王菊华中国造纸原料纤维特性及显微图谱 M 北京：中国 轻工业出版社，1 9 9 9 4 3 4 4 3 于伟东，储才元纺织物理 M 上海：东华大学出版社， 2 0 0 2 1 2 6 4 王延熹非织造布生产技术 M 上海：中国纺织大学出版 社1 9 9 8 4 2 5 l | I I | r I h - f 一。】| l | l _ l l _ _ l _ H 。l | - 服了普通控制难以达到性能要求的不足，而且易于 实现计算机的实时控制。
19、 参考文献： 1 祝柏荣白调匀整装置 M 北京：纺织工业出版社，1 9 8 6 4 6 6 8 2 王立新自适应模糊系统与控制 M 北京：国防工业出版 社，1 9 9 5 3 0 4 6 3 李世勇模糊控制、神经控制、智能控制论 M 哈尔滨：哈尔 滨工业大学出版社，1 9 9 6 1 4 5 一1 5 0 4 H u 8 n gcC ，c h a n gKT F u z z ys e 睢o r g 帅i z i n g 锄dn e u r a lm t w o r k c o n t r 0 Io f8 l i v e rl i n e 盯d e l l 8 i t yi n8d m w i n g 妇n e J 1 e x t i l e R e a r c hJ o u m a l ，2 0 0 1 ，7 l ( 1 1 ) ：9 8 7 9 9 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark