聚丙烯熔噴非織造布纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的制備

聚丙烯熔噴非織造布纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的制備

本實(shí)用新型具有纖維直徑小、體積密度低、加工過(guò)程短等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于過(guò)濾、電池浸出池、偶氮苯等領(lǐng)域。材料的性能是由其結(jié)構(gòu)所決定的,熔噴非織造布各方面的性能與其纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。本文采用基平面網(wǎng)參數(shù)對(duì)熔噴非織造布纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,探討單層聚丙烯熔噴非織造布的基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)隨制備工藝參數(shù)而變化的規(guī)律,為研制各種高效的過(guò)濾、隔膜、隔音和保暖等復(fù)合非織造材料提供理論基礎(chǔ)。1基平面網(wǎng)的抽象表征非織造布具有極其復(fù)雜的三維多微孔結(jié)構(gòu),對(duì)其纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的描述一般體現(xiàn)在下述3個(gè)方面:一是表觀特征參數(shù),包括克重和厚度;二是纖維相特征參數(shù),包括非織造布單位面積上的纖維總長(zhǎng)度、纖維線密度及其分布、纖網(wǎng)取向度和纖維堆積密度(對(duì)應(yīng)于孔隙率);三是孔隙相特征參數(shù),即孔徑及其分布。3個(gè)方面的結(jié)構(gòu)之間具有相互依存的關(guān)系,且任何一個(gè)方面的結(jié)構(gòu)參數(shù)都無(wú)法單獨(dú)揭示非織造布細(xì)觀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征,導(dǎo)致對(duì)非織造布結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的研究成為非常復(fù)雜的課題,研究工作量大但難以真正把握問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。借助基平面網(wǎng)概念對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行抽象表征是揭示非織造纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)內(nèi)在特征的有效方法?？蓪⒒矫婢W(wǎng)看做是最簡(jiǎn)單的纖維網(wǎng),它由相互交叉的若干根纖維構(gòu)成,網(wǎng)的厚度為纖維直徑(平均直徑)的2倍,如圖1所示。而非織造布則可認(rèn)為是對(duì)若干個(gè)基平面網(wǎng)進(jìn)行疊加而形成的纖維集合體?；矫婢W(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括基平面網(wǎng)特征長(zhǎng)度、纖維直徑(平均直徑)、纖維直徑變異系數(shù)、取向度和基平面網(wǎng)的層數(shù)。基平面網(wǎng)特征長(zhǎng)度σ(m/m式(1)中,μ為材料克重(g/m基平面網(wǎng)層數(shù)n按式(2)計(jì)算:基平面網(wǎng)取向度與實(shí)際纖網(wǎng)中的纖維取向度是一致的,定義為纖維取向角平均值之2倍數(shù)值的余弦,按式(3)計(jì)算:式(3)中O基平面網(wǎng)纖維直徑與實(shí)際纖網(wǎng)的纖維直徑是一致的。纖維直徑及其變異系數(shù)求取方法如本文2.2.2所示。非織造布纖網(wǎng)的表觀、纖維相和孔隙相的特征均可用基平面網(wǎng)特征參數(shù)進(jìn)行表征?？酥乜捎没矫婢W(wǎng)特征長(zhǎng)度、基平面網(wǎng)層數(shù)、纖維直徑進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合式(1)和式(2)可得:厚度可用基平面網(wǎng)層數(shù)、纖維直徑進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)式(2)可得:單位面積纖維總長(zhǎng)度l(m/m纖維堆積密度對(duì)應(yīng)于纖網(wǎng)孔隙率φ?？紫堵士砂凑帐?7)計(jì)算:結(jié)合式(1)和式(7),φ可按式(8)用σ和d2個(gè)基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)求取:Simmonds的研究表明非織造布孔徑值的大小取決于若干個(gè)基平面網(wǎng)的復(fù)合結(jié)構(gòu),孔徑數(shù)值P式(9)中n綜上所述,基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)非織造纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的表征具有完備性。運(yùn)用基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)有助于揭示纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)影響非織造布各方面性能的內(nèi)在機(jī)理,抓住本質(zhì)、簡(jiǎn)化研究。2實(shí)驗(yàn)部分2.1紡粘/熔噴非織造布sd原料:熔噴聚丙烯切片(熔點(diǎn)160℃,熔融指數(shù)800g/10min)。設(shè)備:HD-SM100型紡粘/熔噴非織造布試樣機(jī)(煙臺(tái)華大科技有限公司)。按照計(jì)量泵頻率、網(wǎng)簾頻率和接收距離3個(gè)工藝參數(shù)的不同組合制備13個(gè)試樣,如表1所示。2.2參數(shù)測(cè)試2.2.1測(cè)定部位的選取采用AL204-IC電子天平測(cè)取試樣克重,每個(gè)樣品選取10個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)試,求取平均值;采用YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀測(cè)取試樣厚度,每個(gè)試樣選取10個(gè)不同部位進(jìn)行測(cè)試,求取平均值。2.2.2材料的放大電路掃描曲線采用JSM-5610LV掃描電鏡(日本JEOL公司)對(duì)熔噴非織造布試樣進(jìn)行掃描,放大倍數(shù)為1500倍,圖像尺寸為420×420像素。對(duì)每個(gè)試樣均采集10幅掃描電鏡圖像(SEM),圖2所示為試樣A3結(jié)果與分析試樣表觀參數(shù)和基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)試結(jié)果如表2所示。3.1計(jì)算流量法對(duì)平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的影響3.1.1聚合物流量對(duì)纖維直徑的影響由表2可知,隨著計(jì)量泵頻率的增大,纖維直徑(平均值)及其變異系數(shù)隨之增大。分析認(rèn)為,隨著計(jì)量泵頻率的加大,聚丙烯聚合物流量(即擠出量)也隨之增大,使作用在單位流量上的氣流拉伸力相應(yīng)減弱,從而拉伸程度降低,導(dǎo)致纖維直徑的增大。此外,聚合物流量越大,越易導(dǎo)致纖維黏結(jié)、并絲,從而使得纖維直徑大小更加不勻,即纖維直徑變異系數(shù)越大。3.1.2計(jì)量泵頻率對(duì)纖維制備的影響由表2可知,隨著計(jì)量泵頻率的提高,基平面網(wǎng)的特征長(zhǎng)度和層數(shù)均下降。分析認(rèn)為,隨著計(jì)量泵頻率增大,克重、厚度的數(shù)值均隨之上升,其原因是在單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)簾單位面積所收集的纖維總量隨聚合物擠出量的增加而增大。表2中A組數(shù)據(jù)顯示計(jì)量泵頻率從12Hz增大到20Hz時(shí),克重從19g/m3.2網(wǎng)絡(luò)頻率對(duì)平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的影響3.2.1網(wǎng)絡(luò)頻率對(duì)平面上網(wǎng)絡(luò)特征的長(zhǎng)度和層數(shù)的影響表2顯示隨著網(wǎng)簾頻率的加大,基平面網(wǎng)的特征長(zhǎng)度和層數(shù)均趨于減小。由表2中B組和A3.2.2網(wǎng)墻速度的影響由表2可見(jiàn),隨著網(wǎng)簾頻率的增大,取向度隨之增大。分析認(rèn)為,隨著網(wǎng)簾速度的加快,纖網(wǎng)鋪網(wǎng)速度的縱向分量隨之增大,但橫向的分量保持不變,導(dǎo)致纖維趨于沿縱向排列,即取向度增大。3.3接收距離對(duì)基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響3.3.1接收距離對(duì)纖維細(xì)度的影響分析由表2可見(jiàn),隨著接收距離的增大,纖維直徑(平均值)及其變異系數(shù)均呈增大態(tài)勢(shì)。分析認(rèn)為隨著接收距離的增大,熱空氣牽伸力相應(yīng)減小,加上纖維在空氣中飛行時(shí)間延長(zhǎng),一方面使纖維收縮的趨勢(shì)更為明顯,另一方面纖維間發(fā)生融合的幾率增大,由此在纖維直徑增大的同時(shí),其粗細(xì)差異也會(huì)加劇,即反映為纖維直徑變異系數(shù)的增大。3.3.2面網(wǎng)特征長(zhǎng)度表2顯示,隨著接收距離的增大,基平面網(wǎng)特征長(zhǎng)度呈減小趨勢(shì)。由表2中C組和A表2顯示,隨著接收距離的增大,基平面網(wǎng)層數(shù)隨之增加。同樣由表2中C組和A3.3.3．藥物療效由表2可見(jiàn),隨著接收距離的增大,纖網(wǎng)取向度隨之減小。分析認(rèn)為,隨著接收距離的增加,纖維在空氣中飛行的時(shí)間延長(zhǎng),使得飛行的軌跡更趨復(fù)雜、紊亂,所產(chǎn)生的效應(yīng)即表現(xiàn)為纖網(wǎng)取向度降低。4接收頻率對(duì)基平面網(wǎng)特征長(zhǎng)度和層數(shù)的影響(1)基平面網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠完整、有效地表征非織造布纖網(wǎng)細(xì)觀結(jié)構(gòu)。(2)隨著計(jì)量泵頻率的提高,纖維直徑及其變異系數(shù)均隨之增大,基平面網(wǎng)的特征長(zhǎng)度和層數(shù)均下降。(3)隨著網(wǎng)簾頻率的提高,基平面網(wǎng)的特征長(zhǎng)度和層數(shù)均呈下降趨勢(shì),同時(shí)