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黄麻针刺非织造材料的成形工艺及其降解性能研究

杨占元  
【摘要】:在我国低碳环保已经被提到可持续发展战略上来,积极利用天然纤维制取易降解的材料是减少污染、合理利用资源的必然需求。黄麻纤维易种植,产量高,不会对资源造成掠夺性开发,产品废弃后能在自然界中降解,符合环境保护和生态可持续性发展的要求。 本课题以黄麻为主要原料,通过两种不同的工艺程序进行以黄麻为主要原料的非织造布制备。根据原料的性质及非织造布的最终用途,第一种工艺程序为:黄麻与涤纶混合后梳理成网→交叉铺网→针刺加固。主要以单一变量法进行分组分析,探讨针刺深度、针刺频率和针刺道数三个针刺参数的改变对材料结构和性能的影响,研究以黄麻纤维为主要原料的非织造布的针刺成形技术;同时还分析研究了黄麻/涤纶非织造布经化学粘合剂粘合增强处理后的性能变化。结果表明,当针刺频率、针刺道数和针刺深度在一定范围内增加时,其力学性能(包括顶破强力、拉伸强力和撕裂强力)会显著增加,但是当针刺参数增加至一定程度时,会造成黄麻纤维断裂加剧,出现大量断针状况等不良情形,进而导致非织造材料力学性能下降;在经化学粘合剂增强处理后,材料厚度降低、面密度增加的同时,也使得其包括断裂强力、撕裂强力和顶破强力在内的各项力学性能有大幅度的增强。 一般来讲,以黄麻纤维为主要原料的针刺非织造材料,其强力大多偏低,如何增加该类产品的力学性能是能否有效应用的关键。所以第二种工艺程序主要阐述了黄麻/热熔纤维均匀混合气流成网,后经针刺加固以及热粘合增强的工艺技术;同时还探讨了增强处理工艺对产品强力性能影响。主要是在黄麻纤维中混入不同比例的热熔纤维4080(黄麻纤维与4080纤维的比例分别为7:3、6:4和5:5),采用气流成网工艺,后经过针刺和热粘合工艺后测试样品拉伸强力并做对比,以此研究不同比例的4080纤维对黄麻针刺布强力的影响,同时在热粘合实验中分别改变时间(10s、15s、15s)、温度(115℃、130℃和145℃)和压力(6MPa、8MPa、10MPa),以此研究热粘合工艺参数的改变对非织造材料强力的影响。结果表明,三个不同配比的样品A(7:3)、B(6:4)和C(5:5)在单一变量(时间、压力和温度)的影响下呈现出强力随变量的不断增加而增大,而且样品中热熔纤维4080的比例越大,其拉伸强力就越大;且热轧时间和热轧温度对材料力学性能的影响程度要大于热轧压力对材料力学性能的影响程度。 最后,主要通过测试黄麻/热熔纤维针刺材料分别经自然户外环境降解、土壤环境降解和快速老化降解后的质量损失率、表面形态、微观纤维缠结状况和力学性能,研究分析材料在不同降解环境中的降解性能差异和降解机理,同时也为进一步研究黄麻针刺材料的整体性能和应用性能提供重要参考。结果表明,在不同时间段内的自然降解过程中,80-120d时间段内试样的表观形貌改变程度和质量损失幅度最为明显,户外暴露和土壤掩埋两种降解环境的质量损失分别为37.82%和100%,试样强力损失约为75%和100%,土壤环境中的降解速率要远大于自然环境中的降解速率;在快速老化实验中,快速降解过程中,在试验的0-50h内,试样强力损失率约为25%-30%,而后50-100h内,其强力损失达到了55%-60%,大概是前者的一倍,降解速率增强。


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