如何利用非織造技術(shù)保持木棉纖維中空度

　　本文利用非織造技術(shù)，將天然木棉纖維與滌綸纖維加工成結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的制品，實(shí)驗(yàn)分析制品面密度、厚度、厚度CV值、透氣性、保暖性、壓縮彈性等性能。結(jié)果表明：非織造技術(shù)可以用于加工木棉纖維，工藝合理就能較好的保持木棉纖維的中空度。

　　隨著紡織纖維消耗量的飛速增長(zhǎng)、耕地面積的相對(duì)縮小、石油資源銳減，原料成本上升，人類不得不尋找新型可再生纖維資源。木棉樹耐瘠薄土地，可以利用廣袤的石漠化土地種植，木棉纖維是木棉樹的果實(shí)纖維，開發(fā)利用木棉，使其成為繼棉、毛、絲、麻四大天然纖維后的第五類紡織用天然纖維具有重大意義。

　　木棉纖維是天然纖維中迄今為止獲得的最細(xì)、最輕、中空度最高、保暖性最突出的纖維，細(xì)度僅有棉纖維的1/2，中空率高達(dá)94～95%，具有光潔、抗菌、防蛀、防霉、輕柔、不易纏結(jié)、不透水、不導(dǎo)熱、保暖、吸濕導(dǎo)濕等優(yōu)良特性。木棉纖維長(zhǎng)度短、強(qiáng)度低，且含有大量蠟質(zhì)，表面光滑，不易轉(zhuǎn)曲，抱合力差，缺乏彈性，難以單獨(dú)紡紗，多年的研究主要集中在將木棉纖維與棉纖維等混紡上。但由于傳統(tǒng)紡織加工技術(shù)工藝流程長(zhǎng)，對(duì)纖維破壞大，在高倍牽伸、加捻、上漿等過程中，木棉纖維的極薄胞壁、高中空原生態(tài)結(jié)構(gòu)不同程度被破壞，纖維空腔被壓扁，其自身的優(yōu)越性難以發(fā)揮。非織造加工技術(shù)工藝流程短，可以較好地保持木棉纖維的原生態(tài)結(jié)構(gòu)。

　　本文采用非織造技術(shù)，將木棉與其他纖維混合加工成具有一定穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的制品，測(cè)試并分析制品性能，研究木棉纖維非織造加工的可行性及優(yōu)越性。

　　實(shí)驗(yàn)操作得出關(guān)鍵數(shù)據(jù)

　　原料與工藝

　　木棉：纖維長(zhǎng)度為3mm~34mm，線密度為0.8dtex,強(qiáng)力為1.4CN。

　　滌綸：纖維長(zhǎng)度為64mm，線密度為0.167dtex~0.667dtex，強(qiáng)力為3.8CN~5.3CN。

　　原料配比：本文采用木棉纖維、滌綸纖維為原料,其中木棉纖維質(zhì)量比為60%，滌綸纖維質(zhì)量比為40%。

　　制備工藝：非織造針刺等加工工藝。

　　式樣的制備

　　采用KYKY2800-B型掃描電子顯微鏡(SEM)來觀察針織、機(jī)織、非織造不同加工方法所獲得制品的表觀結(jié)構(gòu)，見圖1。由圖1可以看出，針織、機(jī)織傳統(tǒng)紡織加工方法需要將纖維紡成紗線，再將紗線經(jīng)緯交織或線圈相互穿套形成制品，工藝流程長(zhǎng)，對(duì)纖維的破壞作用大，木棉纖維的空腔結(jié)構(gòu)壓扁嚴(yán)重，纖維在制品中呈扁帶狀;而非織造技術(shù)采用特殊的輕柔前處理工藝對(duì)木棉纖維進(jìn)行開松除雜，再將纖維鋪網(wǎng)直接加固成制品，不需要牽伸加捻成紗，工藝流程短，對(duì)纖維破壞作用小，能較好的保持木棉纖維高中空度的原生態(tài)結(jié)構(gòu)。

　　采用常規(guī)短纖維前處理技術(shù)處理木棉原纖，再利用非織造技術(shù)獲得木棉非織造織物的電鏡圖片，見圖2。由圖2可以看出，不合理的前處理工藝會(huì)影響木棉原生態(tài)中腔的保持度。

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　　數(shù)據(jù)分析確定最佳工藝

　　制品質(zhì)量配比選擇為木棉60%、滌綸40%，采用非織造工藝進(jìn)行加工。制品面密度不同，其厚度、透氣性、保暖性、壓縮彈性等也不同，見表1。

　　依據(jù)GB/T 3820-1997
紡織品和紡織制品厚度的測(cè)定，采用Y153型織物厚度儀測(cè)試不同面密度下的木棉非織造制品的厚度。加壓壓力為0.5kPa，加壓壓腳直徑為50.5mm，加壓時(shí)間為10s，每種試樣測(cè)試30次，取平均值。結(jié)果見圖3。隨著面密度的增加，纖網(wǎng)鋪疊層數(shù)增多，制品厚度增大，但受工藝等其他因素的影響，并不呈現(xiàn)線性關(guān)系。

　　非織造材料各處厚薄均勻程度采用厚度變異系數(shù)(厚度CV值)表示，厚度CV值計(jì)算結(jié)果見圖4。制品面密度由115g/m2增加到200g/m2，厚度CV值均小于5%，隨著制品面密度的增加，厚度變異系數(shù)減小，說明制品均勻性提高。制品均勻性指標(biāo)符合類似非織造棉纖維制品標(biāo)準(zhǔn)Q/320602DGE02-2010要求，說明非織造技術(shù)可以用來加工木棉纖維;就非織造技術(shù)對(duì)原料這一方面的要求，木棉纖維可以替代棉纖維。

　　依據(jù)GB/T 5453-1997
紡織品織物透氣性的測(cè)定，采用YG461A型織物中低壓透氣量?jī)x測(cè)試不同面密度木棉非織造制品的透氣量。測(cè)試面積為20cm2，試樣壓差為127Pa，每種試樣測(cè)試10次，取平均值，結(jié)果見圖5。制品面密度由115g/m2增加到145g/m2，透氣量增大，制品面密度由145g/m2增加到200g/m2，透氣量減小。針對(duì)透氣量指標(biāo)，目前采用的加工工藝是145g/m2制品的較優(yōu)化工藝，而其他面密度制品工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

　　本文研究的木棉非織造制品應(yīng)用定位是保暖材料。依據(jù)GB/T
11048-2008紡織品生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定，采用YG606N平板式織物保暖儀測(cè)試不同面密度木棉非織造制品的保暖性。試樣規(guī)格30cm×30cm，每種試樣測(cè)試3塊，取平均值，結(jié)果見圖6。

　　目前研究的5種不同面密度制品，保暖性均優(yōu)于相同質(zhì)量、相同工藝的羊毛非織造制品。制品面密度由115g/m2增加到145g/m2，克羅值增大，保暖性提高;制品面密度由145g/m2增加到200g/m2，克羅值減小，保暖性降低。結(jié)果表明，針對(duì)保暖性指標(biāo)，目前采用的加工工藝是145g/m2制品的較優(yōu)化工藝，而其他面密度制品工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

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　　壓縮彈性率是試樣受壓與卸壓過程中產(chǎn)生的變形回復(fù)量對(duì)壓縮變形量的百分率，該值大，表示制品豐厚性的保持能力強(qiáng)。

　　參照GB/T
24442.1-2009紡織品壓縮性能的測(cè)定第1部分：恒定法，按要求剪取3塊規(guī)格為10cm×10cm的試樣，將試樣放置在水平桌子上，將0.5kPa的薄板放在試樣上，約10s厚度穩(wěn)定后用游標(biāo)卡尺在5個(gè)位置測(cè)量試樣厚度To，再將30kPa重錘壓在薄板中央，300s后用游標(biāo)卡尺在上述5個(gè)位置測(cè)量其厚度Tm;除去30kPa重錘，待300s后再在同一位置測(cè)量其厚度Tr。另外兩塊試樣重復(fù)上面的操作，測(cè)試結(jié)果取平均值，結(jié)果見圖7。

　　制品面密度由115g/m2增加到145g/m2，壓縮彈性率增大，制品面密度由145g/m2增加到200g/m2，壓縮彈性率減小。結(jié)果表明，針對(duì)壓縮彈性率指標(biāo)，目前采用的加工工藝是145
g/m2制品的較優(yōu)化工藝，而其他面密度制品工藝還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：一是非織造加工技術(shù)可以較好地保持木棉纖維的中空度。

　　二是非織造加工技術(shù)可以用于加工木棉纖維，傳統(tǒng)前處理工藝會(huì)破壞木棉纖維的中空度。

　　三是面密度不同，制品的厚度、均勻性、透氣量、保暖性、壓縮彈性都將不同，但非織造工藝也對(duì)制品相關(guān)性能產(chǎn)生影響。

　　四是采用本文制品加工工藝，145g/m2制品的均勻性、透氣量、保暖性和壓縮彈性最優(yōu).