论文摘要
水刺复合技术可以通过对各层材料的缠结加固,制备具有高性能、多功能的新型材料。木浆纤维是一种天然纤维素纤维,可生物降解,来源广泛,是理想的绿色纤维原料。本课题选用绿色原材料,利用新型的非织造技术研究开发CPC水刺复合材料,既满足了材料的性能要求,又可以解决用即弃用品的原料来源问题。本文介绍了CPC的成网和加固技术,在深入掌握原料性能的基础上,分析了木浆纸在水针作用下的疏解以及与化学纤维相互缠结的机理,摸索CPC生产中的最优工艺参数配置以及技术难题的解决,并对CPC水刺复合材料的机械性能、吸收性能和通透性能进行了测试分析。和普通木浆纸对比,木浆皱纹面巾纸抗张强度低,吸水性好,截面呈扁平状,断面惯性矩小,水针作用下容易疏解并与涤纶、粘胶纤维相互缠结,是最适合水刺工艺的纤维之一。实验采用单因子实验方法,利用模糊决策中Borda数法评价所有工艺方案。分析可得,涤纶纤维比粘胶更适合CPC的制备,要控制木浆纸在CPC中的质量百分比为20%～30%;工艺上应采用低压多道、两正两反交替水刺的方式,预湿技术对CPC成型十分重要,应控制预湿水刺头到第一水刺头的运行时间≥0.5s;生产中需借助张力控制装置达到退卷、复合的同步要求,且微孔网帘比编织网更适合CPC的成型和加固。通过公式推导和计算,当水刺压力为100bar时,水针速度为135.77m/s,水针冲击力仅为0.215N,能量系数为9.6×10~4。水针对纤网的冲击是一种极为柔性的冲击,对纤维损伤小。随着水刺能量的增加,CPC水刺复合材料的缠结系数BI和纤维强力利用系数QLV随之先提高后降低,QLV与BI之间线性关系显著。经理论分析,木浆纸在水射流作用下的疏解大致分为五个过程:表面接触、化学助剂溶解、纤维润胀、纤维进一步润胀和木浆纸疏解。木浆纸在水针作用形成的浆液中,拥挤因子N为42.46<60,可以发生平动但受到一定限制,转动的自由度最大。木浆纤维与化学纤维主要依靠氢键结合,其缠结形式除相互交叉、纠缠外,还有“捆绑式”和“篱笆式”,木浆纤维在水针带动下可以到达CPC的表面。相对未与木浆纸复合的普通水刺材料,CPC的手感更加蓬松和丰满,毛细芯吸作用和吸湿保水性也较好,但两者通透性能差异不大。CPC的拉伸强力主要依靠化学纤网,木浆纸的加入可以大大降低MD/CD比值。CPC拉伸断裂过程大致分为三个阶段:一是化学纤维的伸直和滑移;第二阶段是化学纤维的拉伸断裂阶段;最后是部分木浆纤维的断裂阶段。