任務一 纖維原料種類、性能與非織造布性能的關系

知識準備

纖維是構成非織造布最基本的原料。由于非織造布獨特的生產工藝和產品結構，它不同于傳統紡織品以紗線的排列組合形成織物，而是纖維原料直接構成纖網后固結成布（圖2-1），因此纖維原料的特性對非織造布產品性質有著更為直接的影響。非織造布應用的纖維原料非常廣泛，這就要求掌握纖維性能，科學、合理、經濟地選擇原料，使之滿足加工工藝要求和使用要求，保證成品質量，降低生產成本。

圖2-1 纖維原料性能與產品性能的關系

一、纖維在非織造布中的存在形式與作用

非織造布加工方法不同，纖維在非織造布中所起的作用也不同，一般有以下幾種。

（一）纖維形成非織造布的基本結構

在大多數黏合法非織造布、針刺法非織造布、水刺法非織造布、纖網型縫編法非織造布、紡絲成網法非織造布和濕法非織造布中，纖維以網狀構成非織造布的主體結構。纖維在非織造布中所占比例達到50%～100%。

（二）纖維形成非織造布的加固成分

在針刺法、水刺法和無紗線纖網型縫編法非織造布中，部分纖維以纖維束的楔柱或線圈結構存在于非織造布中，起著加固非織造布纖網的作用。

在有紗線的纖網型縫編法非織造布中，這些由纖維制成的紗線在縫編過程中形成線圈狀結構，對非織造布的纖網起到加固的作用。

也有的非織造布用機織物等材料作為加強層，與纖維網加固成一個整體，如一些土工布和造紙毛毯等。

（三）纖維形成非織造布的黏合成分

在熱黏合法非織造布中，把具有熱熔性的合成纖維作為黏合材料加入纖網中。當纖網受到熱處理時，這些熱熔性合成纖維便全部或部分地失去其纖維形態，形成纖網結構中的黏合成分，使纖網得到加固。

在雙組分合成纖維制造的熱黏合法非織造布中，雙組分纖維既作為布的基本結構，同時處于纖維交叉點的兩根雙組分纖維的外殼部分又因熱熔而相互黏合，成為纖網的黏合成分，從而起到加固纖網的作用。

在溶劑黏合法非織造布中，作為黏合成分的部分纖維，由于其在溶劑處理時溶解與膨潤，起到與其他纖維相互黏合的作用，使纖網得到加固。

二、纖維性能與非織造布性能的關系

纖維性能是非織造布性能的基礎，關系甚為密切。纖維對非織造布的影響主要涉及纖維的力學性能對產品性能和加工工藝的影響。

（一）纖維長度

纖維長度長，對提高非織造布的強力有利，這主要是因纖維之間的抱合力增大，纏結點增多，纏結效果增強，纖維強力的利用程度提高。在黏合法生產中，纖維長度長，還表現為黏合點增加，黏合力增強，非織造布強力增加。但纖維長度對產品強度影響是有條件的，當纖維長度較短時，其長度的增加對產品強度的提高較明顯，但產品達到一定強度后，再增加纖維長度，這種影響就不明顯了。

纖維長度還對非織造布的加工工藝性能有影響。如濕法成網的纖維長度一般為5～20mm，最長不能超過30mm。干法成網的纖維長度為10～150mm，并由成網方式決定。

（二）纖維線密度

纖維線密度小，制得的非織造布密度大，強力好，手感柔軟。非織造布在同樣定量的條件下，纖維線密度越小，纖維根數就越多，纖維間的接觸點與接觸面積增加，這就增加了纖維間的粘結面積或增加了纖維間的滑移阻力，從而提高了非織造布的強力。但纖維過細會給梳理造成困難。非織造布一般采用的纖維線密度為1.67～6.67dtex。一般粗纖維多用在地毯和襯墊中，主要考慮其彈性好。而對于一些過濾材料和吸音材料，則要求具有從細至粗多種線密度規格的纖維混和，以提高過濾和吸音效果。

不同線密度的纖維原料適用于不同的非織造產品。纖維線密度與產品用途見表2-1。

表2-1 纖維線密度與產品用途

（三）纖維卷曲度

纖維卷曲度對纖維成網的均勻度，對非織造布的強力、彈性、手感都有一定影響。纖維卷曲多，則纖維間抱合力就大，成網中不易產生破網，均勻度好，輸送或折疊加工也較順利。在粘結過程中，由于纖維卷曲度高，粘結點之間的纖維可保持一定的彈性伸長，因而使產品手感柔軟，彈性好。在針刺法、縫編法等非織造布中，纖維卷曲度高，則抱合力大，從而增加了纖維間的滑移阻力，提高了產品的強力和彈性。

在天然纖維中，棉纖維有天然轉曲，成熟正常的轉曲多；羊毛纖維也具有周期性的天然卷曲。化學纖維可在制造過程中用卷曲機擠壓而得到卷曲，一般每厘米卷曲數為4～6個。目前，新型的螺旋形三維卷曲的合成纖維也大量在家用紡織品中采用。

（四）纖維橫截面形狀

纖維的橫截面形狀對非織造布的硬挺度、彈性、黏合性及光澤等有一定影響。

各種天然纖維都有各自的橫截面形狀，是天然形成的。如棉纖維為腰圓形，有中腔；蠶絲為不規則三角形；化學纖維的截面形狀是根據紡絲孔的形狀決定的，有中空形、三角形、星形等（圖2-2）。不同的截面形狀直接影響產品性能，如三角形截面的纖維比圓形截面纖維的硬挺度要高些，而橢圓形截面纖維則比圓形截面的硬挺度低些，中空纖維剛性優良，蓬松性、保暖性好。在加工化學黏合法非織造布時，纖維橫截面的形狀與黏合劑的接觸面積關系密切，如星形截面纖維的表面積就比同細度的圓形截面纖維約大50%，黏合面積增大，黏合力就有較大的提高。

圖2-2 幾種纖維的截面形狀

利用異形截面纖維的表面對光線的反射，能得到一定的光學效應。如三角形截面（類似蠶絲截面）纖維猶如無數個三角柱分光棱鏡，它們分出的各種色光，能產生一種柔和的光澤。

（五）纖維表面摩擦系數

纖維表面摩擦系數不但影響產品性能，還影響加工工藝。對于針刺法、縫編法等機械固結的非織造布來說，纖維表面摩擦系數大，纖維滑脫阻力也大，有利于產品強力提高。但是摩擦系數過大，會加大針刺阻力，造成穿刺困難，引起斷針等故障。此外，合成纖維摩擦系數大，易引起靜電產生和積聚，影響梳理成網的正常進行，故通常用抗靜電劑對合成纖維進行表面處理。

（六）纖維吸濕性

纖維吸濕性是指纖維在吸收空氣中氣相水分或水溶液中液相水分的能力，對非織造布的加工工藝和成品性能有顯著影響。

在化學黏合法非織造布生產中，纖維的吸濕性顯得尤為重要。一般來說，吸濕性好的纖維構成的纖網，有利于黏合劑在纖網中均勻分散，黏合效果好。

在干法成網和針刺法非織造布生產中，纖維吸濕過少，纖維易被打斷且易產生靜電；吸濕過多，纖維又易于纏繞。因此，在選擇纖維原料的吸濕性時，應從多方面考慮。

（七）纖維的斷裂強度和伸長

纖維的斷裂強度和伸長直接影響非織造布的強伸性，纖維的彈性模量直接影響非織造布的彈性模量，這可從非織造布的手感、強度、抗皺性等體現出來。

纖維的斷裂強度與斷裂伸長同非織造布的強伸性有一定的關系，但不同的加工方法及黏合劑對非織造布的強度也有一定的影響，因此非織造布中纖維強度的利用程度是不一樣的。可以通過非織造布的纖維強度利用系數K來表征纖維強度在非織造布中的利用程度。

式中：K——纖維強度利用系數；

σ_p——非織造布強度，N/cm²；

σ_B——單纖維強力，N；

m——通過試樣中1cm²截面的纖維根數。

黏合法非織造布的纖維強度利用系數最低，大多數情況下不超過20%，針刺法非織造布的纖維強度利用系數可達30%，而普通機織物的纖維強度利用系數則為40%～50%。因此，纖維強度對非織造布強度雖有一定的作用，但還要考慮其他因素的影響。

纖維的強度在干態和濕態下是不同的，一般是干強大而濕強小，但棉、麻纖維的濕強大于干強，而黏膠纖維濕強特別小。在黏合法、水刺法和濕法非織造布生產中，纖網在濕態下輸送，應考慮濕強變化。

（八）纖維熱學性能

非織造布在加工和使用過程中會遇到不同的溫度環境，而且溫度范圍較廣。如化學黏合加固過程中烘干、烘焙等溫度都很高，熱黏合加固中溫度也在纖維的熔點以上，必須考慮利用纖維的熱學性能（表2-2）來進行非織造布的加工。

合成纖維受熱后，隨著溫度的提高，將相繼出現玻璃態、高彈態和黏流態三種物理狀態。態與態之間分界溫度為：玻璃化溫度是玻璃態向高彈態轉變的溫度，也就是高聚物鏈段運動開始發生的溫度；高彈態向黏流態轉變時，先軟化然后熔融，一般把低于熔點20～40℃的溫度稱為軟化點溫度。

表2-2 常見紡織纖維的主要熱學性能

天然纖維和黏膠纖維等再生纖維素纖維沒有上述變化過程，但達到一定溫度后會自行分解。

合成纖維受熱后，會產生不可逆轉的收縮現象。這是由于紡絲成形過程中的殘留應力受玻璃態的約束不能縮回，當加熱溫度超過一定限度時，減弱了大分子間的約束，產生了收縮，這就是合成纖維的熱收縮。

化學黏合法非織造布生產，應考慮合適的烘干、烘焙溫度，控制其熱收縮。對熱熔黏合加固來說，考慮纖維的熔點和熱收縮性顯得更為重要。