纺织导报-针刺工艺参数对非织造织物性能的影响.pdf
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1、N o n w o v e n T e c h n o lo g y 针刺工艺参数对非织造织物性能的影响 同济大学混凝土材料研究国家重点实验室刘丽芳 摘要:针刺非织造织物因其优异的性能而广泛应用于土木工程中。文章主要阐述 了 3 种主要的针刺工艺参数对非织造织物各项性能的影响;指出针刺密度 、 针刺深度及 针刺道数对织物结构、 机械性能及透气性和过滤性都有着重要影响, 在生产过程中应 根据实际需要合理选择。 关键词: 针刺非织造布; 工艺参数;织物性能 中图分类号: T S 1 7 4 .1文献标识码: A 文章编号:1 0 0 3 一 3 0 2 5 ( 2 0 0 3 ) 0 5 一 0
2、1 3 2 一 0 4 用针刺法生产的非织造织物具有独特的三维纤维结 构 , 通透性好、机械性能优 良。在十木工程领域 , 尤其 是 在建筑与水利工程方面 ,各类针刺非织造织物因其优 异 的排水保砂功能而得到了) 一泛应用。本文主要介绍牛 1 刺 工艺参数对其结构及性能的影响。 1 针刺密度 1 . 1 针刺密度对织物结构的影响 针刺密度是指每平方米织物所受的针刺数: N N X F D ( 刺/ c m 2 ) S X 1 0 V c X 1 0 4 式中: D 。一针P I S A ( * J / c m ) ; N n 一植针 密度 ( 枚/ m ) ; S一 针刺机每刺一次纤网前进的距
3、离( c m/ 刺) ; F一 针刺频率 ( 次/ 、 ) ; v 。 一纤网 速 度 ( m/ S ) o 1 1 1对织物克重及密度的影响 给定纤网重量 ,织物克重随着钊刺密度的增加而减 小。这是由于在针刺过程中,倒刺带着纤网表层的纤维 重定向垂直进入纤网内层,纤维之间相互锁合,同时针 刺的压力使纤网变形产生扩散, 纤网前进中受到托网板、 针刺的阻力以及输入与输出的速比而造成牵伸,结果使 纤网厚度下降,织物克重减小。 织物密度取决于织物克重和织物厚度,曾跃民通过 试验研究发现, 织物密度随着针刺密度的增加而增加。 这 主要是因为针刺作用使纤网厚度下降的趋势要大于使织 物克重减小的趋势,从而
4、使织物结构变得紧密,织物密 作者 简 介 :刘 丽 芳女 , 1 9 7 5 年 生 ,在 站 博士 后 , 上海 ,2 0 0 0 9 2 度变大。刘丽芳等人的试验结果也证明了这 一 点。 1 . 1 . 2 对织物厚度的影响 非织造织物的厚度随针刺密度的增加而逐渐减小 随着针刺密度的增加,更多的刺针作用J 飞 纤网L,使纤 网逐渐紧密,纤维之间的摩擦纠缠加强.纤网表层的纤 维随着刺针的运动进人纤网内层 .由于纤维的纠缠抱合 力的增强,纤维山干应力回弹而回到初始状态的可能性 变小f。纤维被锁定在新的位置,致使非织造织物厚度 逐渐下降。 但是.随着针刺密度的进一步增加,非织造织物的 紧密度相继
5、增加到一定程度后趋于稳定,其厚度也趋于 稳定。这时针刺密度的继续增加势必会导致纤网中表层 纤维的损伤, 而且损伤 的纤维还主要保留在基织物表面 , 纤维的变短使其回弹性能增强, 纤维之O il 的束缚减弱, 这 样非织造织物的厚度有回升的趋势。 1 . 1 .3 对织物孔隙率的影响 随针刺密度的增大,织物孔隙率先减小后增大。因 为针刺密度增加,纤维之间的纠缠抱合加强,织物的紧 密度提高,密度变大,单位面积内的纤维根数增多,纤 维之间的空隙减少, 孔隙率降低; 但当针刺密度过高时, 非织造织物的密度不能再随之增加,而且断裂纤维数增 多, 在织物中出现刺针 “ 轨道” , 使得织物孔隙率反而增 大
6、。 1 . 2 针刺密度对织物机械性能的影响 1 .2 . 1对拉仲断裂强度的影响 针刺密度增加, 织物的拉伸断裂强度也随之增加, 达 到一峰值后趋于下降。随着针刺密度的增加,织物单位 面积内所受的刺针作用数量增多,刺I I 一 的倒刺带着纤网 营 多毖 纺 织 导 报C h in a T e x t ile L e a d e r 2 0 0 3 N o . 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark N o n w o v e n T e c h n
7、o lo g y 表层纤维重定向进入纤网内层,这样纤网中水平、垂直 两方向上的纤维之间的联系、锁合加强了。同时在针刺 力的作用下,织物的紧密度大大提高。这样在织物拉伸 过程中,纤维之问滑脱减少,织物的强度提高,其断裂 伸长率下降。随着fl刺密度的进一步提高,织物的紧密 度不再随之增加,纤维之间的束缚使纤网的纤维不能随 着刺针作用而产生滑移,使刺针损伤纤维的数量迅速增 加,反而影响了织物的强度。刘丽芳等人通过试验研究 发现,当针刺深度为1 0 m m、 针刺非织造织物克重为3 8 0 g / m= 、针刺密度为4 7 0 刺/ C m2 时达到最大拉伸断裂强 度。 1 .2 .2 对比应力、伸长
8、率、初始模量的影响 在织物纵向,织物的断裂比应力随着针刺密度的增 加而增加;而在横向,断裂比应力则随着针刺密度的增 加达到峰值后开始下 降。断裂仲长随着针刺密度的提高 趋于下降;撕裂强度、初始模量随着针刺密度的提高而 上升达到最高值后开始下降,而且在相同针刺密度条件 下,织物纵向的强度要比横向的强度大。这些性能的改 变是因为针刺密度的增强,纤网中纤维重定向增多,纤 维之h l 纠缠、抱合增强,织物的紧密度提高,使得织物 在拉伸、撕裂过程 中,纤维之间的滑脱减少,织物强度 提高,而断裂伸长降低。当针刺密度进一步增加时,织 物的紧密度不再随之增加,纤维由于针刺作用而产生的 滑移减少,使针刺刺断纤维
9、的数量增多,从而影响织物 的拉伸、撕裂性能,同时织物的初始模量下降。 1 .2 3耐磨性能 随着针刺密度的增加,针刺织物的耐磨性能得到明 显改善。这是由于针刺密度的增加 ,织物的紧密度提高, 在磨损过程中纤维不易从织物中抽拔出来,从而改善 r 织物的耐磨性能 ,但是其抗顶破强度性能将 卜 降。 1 .2 . 4 弹性变形 随着t 卜 刺密度的增大,织物的拉伸回弹性变大,因 为随针刺密度的增大,纤维间的相互纠缠增多,故,拉 仲负荷去除后,织物会具有较好的恢复性;但当针刺密 度过大时 ,织物的拉伸恢复性又会变差,因为当织物受 到拉仲后 ,纤维会立即产生滑移 ,而纤维的滑移是不可 恢复的,所以拉仲恢
10、复性减小。 随着针刺密度的增大, 织物的压缩I n 弹性也变大。 当 针刺密度较低时,织物结构疏松、回弹性差,而当针刺 密度变大时, 织物结构变得紧密, 限制了纤维的运动, 压 缩回弹性变人。 在较低的针刺密度 F ,织物的压缩性能随着针刺密 度的提高明显 卜 降后逐渐趋于稳定 ,织物的回弹性能呈 相反趋势变化。这些都是由于针刺密度的增加使得织物 紧密度改变的结果。 12 . 5 泊松比 随着针刺密度的增加,泊松比先增加,到达最高值 后下降。 这是因为针刺密度较低时, 纤维间的纠缠较少, 所以得到给定伸长所需的负荷一也较小,横截面方向的力 也较小, 故泊松比较小。随针刺密度的增大,达到给定 伸
11、长所需的负荷也 增大,横截面方向的力也增大,横向 的收缩变大, 在高的针刺密度下, 织物结构非常紧密, 限 制了织物在宽度方向的收缩,因此泊松比较高。 1 . 3 针刺密度对透气性及过滤性能的影响 随着针刺密度的增大, 织物透气率先减小后增大, 过 滤效率先增大后减小,作为转折点的临界值随其它工艺 条件及织物性能参数的不同而有所不同。例如,当针刺 深度为 1 1 m m、织物克重为5 0 0g / m 2 时,针刺密度在 4 0 0刺/ C m 2 左右达到最人过滤效率;当针刺深度为 1 2 rn m, 织物克重为4 0 0 g ! m 2 时,针刺密度在3 8 0刺I C m 2 左右达到最
12、大过滤效率, 所以应该根据实际工艺条件及 织物性能参数选择合理的针刺密度。 2 针刺深度 针刺深度是指针刺动程达到最低点时针尖通过托网 板孔眼距托网板上表而的距离。毛 刺深度对织物性能的 影响主要是通过改变纤网中纤维的分布( 即织物的结构) 来实现的, 具体说来是通过以下两种方式实现的:( 1 ) 针 刺深度的不同导致通过纤网作用于纤维的针刺倒刺数不 同,从而影响织物的性能和结构;( 2 )针刺刺入纤网的 深度不同,导致纤网中纤维的重定向程度不同,造成织 物的结构和性能变化。下面阐述针刺深度变化对织物各 项性能的影响。 2 . 1 针刺深 度对 织物结 构的 影响 随着针刺深度的增大,针刺织物
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