PE/PP纺粘非织造布/TPU弹性薄膜层压材料的结构和力学性能分析

论文摘要

从世界范围看,向混杂化、复合化方向发展已成为当前非织造布技术发展的一个十分明显的趋势。由于各种工艺的复合能弥补单一工艺的不足,人们创造出了许多新型的、丰富多彩的非织造布产品。其中,弹性复合材料是应用需求广泛,但生产工艺要求高的一类。近些年来,双组分纺粘非织造布因其较高的强力、伸长性能和柔软的手感正日益受到人们的关注。采用双组份纺粘工艺,不同原料的组合以及组合形式的选择互换,都可以改变双组分纺粘非织造布的品种,使产品丰富多彩,各具特色,性能迥异,极大地拓展了纺粘非织造布的用途和市场。聚氨酯弹性薄膜具有优良的弹性性能和柔软的接触舒适性,而且断裂强力高,耐磨性好,透湿性好,物理机械性能高,加工性能也好,是一种市场应用极为广泛的薄膜产品。本课题选择PE/PP双组分纺粘非织造布和热塑性聚氨酯弹性薄膜作为原材料,把它们的优势组合在一起,以美国专利4525407中描述的弹性层压材料为结构原型,制造成一种三维弹性层压复合材料。在国内,这类弹性层压材料在方法理论方面的研究上非常鲜见,更不用提生产设备、经验参数等。鉴于此类弹性材料广阔的应用市场和发展前途,本课题订立的目标就是探索性地研究此类弹性层压材料在原料选择、复合工艺等方面的诸多问题,为此类复合材料在国内的发展走出开拓性的一步。文中首先对这种弹性层压材料的原材料,即PE/PP双组分纺粘非织造布、热塑性聚氨酯弹性薄膜、以及层合媒介——热熔胶进行了介绍分析,接着对本实验中弹性层压材料的制造方式进行了说明。然后,本文建立起此材料的结构模型,并通过对模型分析得出:当粘胶宽度一定,两个相邻粘合点之间非织造布的宽度一定,弹性薄膜层压前牵伸倍数一定时,随着弹性薄膜回复率的减小,两个相邻粘合点之间的弹性薄膜的宽度增大,弹性层压材料隆起高度减小,伸长率减小。结构特殊性赋予了材料特有的力学表现,这种弹性层压材料在低变形区经历了一个不同于普通纺织材料拉伸变形过程的更复杂的应力应变过程,因此,本文接下来对这一过程建立起粘弹性力学模型,并通过引入玻尔兹曼叠加原理建立起分阶函数来表征这一过程。通过函数的拟合与分析得出:弹性层压材料的弹性性能由弹性薄膜提供,但层压材料的结构限制弹性薄膜的弹性只有在较低变形的条件下才能得以发挥;非织造布层对弹性层压材料的断裂强力和断裂伸长率起决定作用。而且,通过函数的参数拟合值得出:参数E1的拟合值可以反映弹性层压材料在拉伸初始阶段的弹性伸长性能;参数η的拟合值可以反映弹性层压材料抵抗变形的能力。本文在对此弹性层压材料进行结构模型与力学模型相结合分析的基础上,理论结合实际,又进一步对原材料、工艺参数等因素对此材料力学性能的影响方面展开具体研究。除了对单个影响因素的分析外,本文还通过正交分析的方法,得出本实验设计中温度、压力、时间三因素的最佳工艺组合为温度90℃、压力3.6MPa及时间15s。从而,对此类弹性复合材料的制造工艺提出宝贵意见,并系统化、规范化其生产过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 非织造产业用纺织品概论
• 1.1.1 产业用纺织品的定义与分类
• 1.1.2 非织造产业用纺织品的发展状况
• 1.1.3 非织造产业用纺织品的后加工技术
• 1.2 弹性非织造布产业用纺织品的研究现状
• 1.3 本课题的研究内容和意义
• 1.3.1 课题背景及意义
• 1.3.2 课题内容
• 第2章 原材料性能分析
• 2.1 PE/PP双组分纺粘非织造布
• 2.1.1 双组分纤维的定义和分类
• 2.1.2 双组分纺粘非织造布生产原料介绍
• 2.1.3 双组分纺粘非织造布的生产工艺与设备
• 2.1.4 PE/PP双组分纺粘非织造布的性能分析
• 2.1.5 主要双组分纺粘非织造布产品的用途
• 2.2 热塑性聚氨酯（TPU）弹性薄膜
• 2.2.1 TPU（热塑性聚氨酯）弹性体
• 2.2.2 TPU弹性体薄膜生产线
• 2.2.3 TPU薄膜的应用
• 2.3 TPU弹性薄膜与PE/PP纺粘非织造布的粘结
• 2.3.1 粘结机理
• 2.3.2 PE/PP与TPU原料的表面性能
• 2.3.3 改性聚酰胺热熔胶
• 2.4 本章小结
• 第3章 试验方案设计及测试方法
• 3.1 试验原材料
• 3.2 层压材料制备仪器
• 3.3 弹性复合材料的制备方法
• 3.4 层压试验方案设计
• 3.4.1 非织造布的方向异性对层压材料性能影响的试验设计
• 3.4.2 层压温度的对比试验设计
• 3.4.3 层压压力的对比试验设计
• 3.4.4 层压时间的对比试验设计
• 3.4.5 温度、压力、时间等工艺条件的正交试验
• 3.4.6 PE/PP纺粘非织造布每平方米质量的对比试验设计
• 3.4.7 弹性薄膜层合前伸长率的对比试验设计
• 3.4.8 粘胶宽度的对比试验设计
• 3.4.9 粘合隔距的对比试验设计
• 3.5 测试方法及仪器
• 3.6 本章小结
• 第4章 结构模型和力学模型的建立与分析
• 4.1 弹性层压材料的结构模型
• 4.2 粘弹性力学模型的理论基础与分析
• 4.2.1 聚合物粘弹性理论概述
• 4.2.2 基本线性粘弹性力学模型及分析
• 4.2.3 线性粘弹性行为的积分表达式
• 4.3 弹性层压材料在较低变形条件下拉伸力学模型的建立
• 4.3.1 TPU弹性薄膜的拉伸曲线分析
• 4.3.2 PE/PP纺粘非织造布的拉伸断裂曲线分析
• 4.3.3 弹性层压材料的拉伸曲线分析及力学模型建立
• 4.4 弹性层压材料在较低变形条件下拉伸曲线的拟合及分析
• 4.4.1 计算机模拟软件
• 4.4.2 最小二乘法原理
• 4.4.3 较低变形条件下拉伸曲线的拟合
• 4.4.4 拟合结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 原材料性能及层压工艺对层压材料性能的影响分析
• 5.1 PE/PP纺粘非织造布的方向异性对层压材料性能的影响分析
• 5.2 层压温度对比试验的结果及分析
• 5.3 层压压力对比试验的结果及分析
• 5.4 层压时间对比试验的结果及分析
• 5.5 正交试验结果及分析
• 5.5.1 温度、压力和时间对厚度的影响程度分析
• 5.5.2 温度、压力和时间对定负荷伸长率的影响程度分析
• 5.5.3 温度、压力和时间对弹性回复率的影响程度分析
• 5.6 非织造布每平方米质量变化对比试验的结果及分析
• 5.7 弹性薄膜层压前伸长率的对比试验的结果及分析
• 5.8 粘胶宽度对比试验的结果及分析
• 5.9 粘合隔距对比试验的结果及分析
• 5.10 本章小结
• 第6章 结论与思考
• 6.1 结论
• 6.2 思考
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录