梯度结构非织造材料的制备与性能研究进展_赵宣羽.pdf
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1、2023年2月第1期随着时代的发展和科技的进步,污染物的净化与有害物质的阻隔逐渐成为了民生健康须重视并解决的要事。生活中因户外劳作防护性服装未能及时排汗而身感粘腻的经历让人们困扰,以往简单过滤污染物的材料已经不能满足目前的需求,于是科研工作者们开始将一些复合技术引入到导湿材料和过滤材料的加工中,研究开发复合材料,尤其是梯度结构的非织造滤材和单向导湿非织造材料。该材料有着强度好、透气防水、环保柔韧、无毒无味等特点,应用前景广阔,在医疗保健、功能型面料生产、工业用布等领域发挥着至关重要的作用。本研究将基于梯度结构,介绍梯度结构非织造材料的几种制备方法,总结其结构与性能,讨论其应用,展望其发展前景。
2、1梯度结构非织造材料的制备方法梯度结构非织造材料的基本设计结构就是从一种成分逐渐向另外一种成分过渡,形成具有差异性能的梯度结构。当前制备该材料的方法有双组分纺粘水刺法、双组分热风法、喷涂法和静电纺丝法等。1.1双组分纺粘水刺非织造技术钱晓明课题组利用双组分纺粘水刺非织造技术开发的梯度结构非织造材料1是通过先将聚酯切片(PET)和聚酰胺6(PA6)的两种切片分别运输、烘干、用螺杆挤压机挤压熔融、再用过滤器过滤、最后用计量泵定量(PET/PA6质量比为73)后送入纺丝箱体中(280),经喷丝板喷出(16瓣中空桔瓣型:8+8型);喷丝板喷出后用侧吹风冷却(15),再用管式牵伸器高速牵伸后,均匀地铺置
3、在输网帘上形成纤网;纤网一定要加湿处理过后再进入水刺区,进而通过高压水流将纤维开纤并缠结在一起;最后再将湿纤网经烘干、切边、卷绕成卷,从而形成非织造材料。可以通过改变第3道水刺中水针板5的水针压力,在水刺固网时实现非织造材料断面的不同程度开纤,并制备不同面密度(80、120、160 g/m2)的梯度结构双组分纺粘水刺非织造材料,如图11所示。该材料的透气率达474.06 mm/s,透湿量为4486.32 g/(m224 h),超细纤维层结构致密,在国防军工、环境治理等领域具有潜在作用。图1双组分纺粘水刺长丝纤维网的正/反面结构图1.2双组分热风非织造技术张恒课题组利用双组分热风非织造技术制备的
4、梯度结构非织造材料是通过合成纤维胶纤维、双组分纤维(PE/PP)和聚酯纤维按照一定比例进行开松、混纺形成单层平行顺直纤维网,进而把双组分纤维和聚酯纤维组成的纤维网通过交叉铺网铺叠成所需要的梯度结构非织造材料的制备与性能研究进展赵宣羽,胡鑫宇,李嘉琳,李家旺,夏宇轩(上海工程技术大学 纺织服装学院,上海201620)摘要:为制备高效空气过滤材料和单向导湿非织造材料,文章综述梯度结构材料的研究现状,介绍近年来几种制备梯度结构非织造材料的方法和流程,进一步对比其不足之处;阐述梯度结构非织造材料性能方面的应用,并展望其发展前景。目前对梯度结构非织造材料的研究已经取得较大的进展,性能优化方面也在不断进步
5、,但是在梯度结构材料的后期降解和使用效率方面还有待优化。关键词:梯度结构;非织造技术;复合无纺布;纳米纤维膜Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2023.01.038中图分类号:TS176文献标识码:A文章编号:2095-0101(2023)01-0124-03收稿日期:2022-10-17基金项目:上海工程技术大学学生创新训练项目(cx2209016)第一作者:赵宣羽(2001),女,云南大理人,上海工程技术大学2020级本科学生,研究方向:纺织工程。专题与论述1242023年2月第1期蓬松舒适层(80 g/m2)的下方2,最后通过预针刺-热风复合加固的方法形成梯度结构
6、的非织造材料,如图2所示。该梯度结构非织造材料实现了液体在样品上下表层间的非对称传输,在吸收性卫生用品和功能性敷料方面有潜在作用。图2双组分热风不同倍数样品结构截面图1.3喷涂法静电纺丝非织造技术静电纺丝技术是在高压电场的作用下,聚合物液滴克服表面张力后喷射而出,液滴的溶剂在空中蒸发,留下丝状纺织物。覃小红课题组利用喷涂法静电纺制备梯度膜时3,先分别配置10%、13%、15%、20%的N,N-二甲基甲酰胺(PAN-DMF)溶液作为纺丝原液放入供液装置,制备过程中保持温度40,空气湿度小于10%,电压保持在60 kV,纺丝速率控制在1mL/h,与接收辊筒的距离保持在20 cm。将制备得到的10%
7、的聚丙烯腈二氧化钛(PAN/TiO2)纳米级别纤维膜与14%的PAN/TiO2的亚微米级别纤维进行深层次涂覆。静电纺制备出的梯度结构,如图34所示。该膜具有良好的过滤性能、力学强度和透气性能,可应用于口罩和空气净化器等空气过滤产品。图3静电纺丝下梯度结构GSFS的光学和扫描电镜图像前两组梯度结构非织造材料的制备都是用双组分的材料经过一系列的工艺过后形成。不同的是,双组分纺粘水刺非织造技术是通过切片的挤压、熔融、过滤,按照一定的质量比送进纺丝箱中,再经过冷却形成纤网,通过水刺形成梯度结构非织造材料,易受水刺压力的改变而影响性能。双组分热风非织造技术是通过合成纤维按照一定比例进行开松、混纺形成单层
8、平行顺直纤维网,再将两组纤维材料铺叠成的蓬松舒适层放到两组材料组成的致密分流层下通过预针刺-热风复合加固形成梯度结构非织造材料。而喷涂法静电纺技术通过调控原纺液浓度,控制喷涂电压和喷射距离,该方法受外部条件影响较小并且制作速度快,纤维表面相应涂料分布均匀,负载量高。2梯度结构非织造材料的性能研究梯度结构非织造材料是由多种不同性能的非织造材料或同种不同含量比的非织造材料通过特殊的方式融合在一起的,因此梯度功能材料对改善材料本身的热学性能、力学性能和过滤性能等具有显著作用,已被广泛应用于纺织领域。2.1梯度结构非织造材料的过滤性能梯度过滤是通过多层纤维复合实现的,一般表层超细纤维起到阻隔灰尘颗粒的
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